ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ХОДУ Российский патент 2000 года по МПК E01B35/04 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля состояния колеи железнодорожного пути, преимущественно для многопараметрового измерения колеи контактным способом.

Известны различные системы и устройства для бесконтактного измерения отдельных параметров колеи железнодорожного пути и путеизмерители - лаборатории для многопараметрового измерения колеи пути.

Известно устройство для бесконтактного измерения рельсов в плане и профиле, содержащее самоходный вагон, и связанную с ним тележку, лазерный излучатель, смонтированный на тележке с возможностью его перемещения по вертикали и горизонтали, лазерный приемник и реперные системы [1]. В кабине имеется система управления процессом измерения путем ориентации лазерного луча относительно реперных точек, включая фиксированные точки, расположенные за пределами пути, а также компьютерная система обработки данных. Процесс измерения управляется оператором из кабины.

Известны способ и устройство для измерения ширины и отклонения в плане колеи железнодорожного пути в виде связанной с тяговым средством измерительной тележки, на буксы которой опирается брус базы с расположенными напротив левого и правого рельсов датчиками, часть из которых создают вихревые токи таким образом, чтобы создаваемый ими магнитный поток был параллелен продольному направлению катания каждого из рельсов, а другая часть детектирует изменение полного электрического сопротивления [2]. Информации о состоянии пути получают с помощью имеющейся на тяговом средстве системы обработки измеренных величин и привязки их к плану.

Известен мобильный контрольно-вычислительный комплекс для многопараметровой диагностики верхнего строения пути, состоящий из путеизмерительного вагона с неподрессоренной рамой и смотровой вышкой, дефектоскопа земляного полотна с вычислительной машиной, многопараметровой аппаратуры для диагностики и контроля положения верхнего строения пути, включающей измерители скорости движения и пройденного пути, радиуса кривой поворота пути и положения рельсовых нитей по уровню, двух блоков датчиков контроля положения рельсовых нитей в плане и профиле, коротких неровностей нитей пути, зазоров в рельсовых стыках и износа головок рельсов и вычислительной машины, ко входу которой подключены выходы измерителей и блоков датчиков [3]. Комплекс имеет также систему видеоконтроля контактной сети с анализирующим блоком, двумя локационными инфракрасными датчиками, тремя телевизионными камерами, двумя видеомагнитофонами, двумя видеоконтрольными аппаратами и другими устройствами, видеоконтроля и обработки данных.

Бесконтактные системы измерения используют новейшие технические средства и обеспечивают многоаспектный контроль состояния пути с привязкой к местности, в частности с помощью диагностических комплексов.

Недостатками бесконтактных устройств и систем являются:
сложность и высокая стоимость используемых технических средств, а также сложность обслуживания, необходимость управления процессом измерения и обработки данных опытными операторами;
получение информации лишь после комплексной обработки данных и отсутствие возможности контроля и оценки состояния пути по отдельным параметрам на момент измерения;
нецелесообразность использования для повседневного контроля состояния пути с целью обеспечения безаварийности движения или оценки результатов локального исправления или ремонта пути.

Известны различные устройства и системы для автоматического измерения параметров колеи железнодорожного пути с датчиками, фиксирующими эти параметры в результате контакта колес или роликов измерительных тележек с рельсовой колеей с моментальной индикацией и регистрацией данных.

Известно устройство контроля ширины колеи железнодорожного пути, содержащее транспортное средство на ходовых тележках и смонтированную на нем измерительную систему, включающую в себя раму с установленными на ней измерительными роликами и датчиками перемещения измерительных роликов, связанные с устройством индикации и регистрации [4].

Известно устройство для контроля углов наклона железнодорожного пути, содержащее переднюю и заднюю натяжные тележки, измерительную тележку, связанную с указанными тележками посредством тросовой системы, образованной по меньшей мере одной гибкой базовой прямой, и индикатор положения гибкой базовой прямой, образованный грузом, а также контактным датчиком, связанным с грузом и взаимодействующим посредством ролика с линейкой [5].

Известно устройство для измерения уровня железнодорожной колеи в виде измерительной тележки, содержащей раму, опирающуюся на две пары колес для установки на рельсы, смонтированные на раме датчик уровня и регистрирующий прибор, электрически соединенный с датчиком уровня, причем одна пара колес прикреплена к раме, а другая соединена с ней через поворотную траверсу [6].

Известные контактные устройства контроля железнодорожной колеи являются простыми и надежными, обеспечивают автоматическое измерение параметров с моментальной индикацией и регистрацией данных и удобны для локального контроля колеи как с целью выявления неисправностей, так и контроля качества произведенного ремонта.

Недостатком известных путеизмерительных устройств является их узкоцелевое назначение, невозможность одновременного контроля пути по различным параметрам.

Известно наиболее близкое к заявляемому техническому решению по конструктивному исполнению и функциональному назначению, выбранное в качестве ближайшего аналога устройство для определения положения пути в плане, поперечном и продольном профилях [7].

Известное устройство измерения параметров железнодорожного пути выполнено в виде трех связанных с железнодорожным тяговым средством измерительных тележек, содержащих раму с установленными на ней обкатывающими рельсы колеи, телескопически раздвигаемыми колесами, а также установленными на них измерительными приборами; при этом две тележки сориентированы в одном направлении, а одна - в противоположном. Рамы тележек выполнены в виде шарнирно соединенных расходящихся под углом элементов, на концах которых закреплены обкатывающие колею колеса и снабжены телескопически раздвигающими подпружиненными тягами, прижимающими колеса к рельсам. Тележки шарнирно соединены друг с другом и прицепляются к тяговому средству спереди или сзади. Измерительные устройства в исходном положении размещены в контейнере, смонтированном на средней раме с возможностью поворота вокруг поперечной горизонтальной оси и вокруг оси, лежащей в плоскости, перпендикулярной оси, и фиксации от поворота вокруг этих осей по уровнеметру, установленному на контейнере. Для производства измерений реборды колес прижимают к рельсам контейнер с измерительной аппаратурой устанавливают таким образом, чтобы его продольная и поперечная оси находились в горизонтальном положении. Поворотом контейнера вокруг его продольной оси и в плоскости симметрии тележки определяют истинную конфигурацию поверхности исходной плоскости рельсового пути в пространстве. Это положение контейнера в пространстве принимают за исходное - "нулевое". При движении устройства отклонения положения поверхностей следующих участков рельсового пути относительно исходной ("нулевой") трехмерной системы координат пространства фиксируют приборами, например, гидроскопическими.

С помощью известного устройства с тремя тележками, крайние из которых сориентированы в противоположном направлении, можно производить автоматическое измерение отклонений положений рельсовой колеи по нескольким параметрам при прямом и обратном ходе тягового устройства.

Недостатками известной системы измерения параметров колеи железнодорожного пути являются:
неудобство эксплуатации, связанное с трудностями переводы из рабочего положения в положение для транспортировки и наоборот, а также невозможностью управления процессом измерения и непосредственного наблюдения результатов из кабины тягового устройства, например, дрезины;
недостаточные возможности измерения некоторых важных, характеризующих фактическое состояние рельсовой колеи параметров, в частности, стрелы изгиба обеих рельсовых ниток и продольной высоты (прогиба) рельсовых ниток, связанные с тем, что измерения параметров производят относительно исходной ("нулевой") трехмерной системы координат пространства, а не относительно фактических ориентиров типа рамы транспортного средства, оси измерительной системы и т. п.

Задачей изобретения является улучшение условий эксплуатации и управления процессом измерения измерительного устройства и расширение возможностей измерения параметров, характеризующих фактическое состояние колеи железнодорожного пути.

Поставленная задача решается за счет того, что при использовании существенных признаков, характеризующих известное устройство на железнодорожном ходу, выполненное в виде трех связанных с железнодорожным тяговым средством измерительных тележек, содержащих раму с установленными на ней обкатывающими рельсы колеи колесами с осями, выполненными телескопически раздвигаемыми с помощью соответствующего силового цилиндра, а также установленными на них измерительными приборами; при этом две тележки сориентированы в одном направлении, а одна - в противоположном, в соответствии с изобретением, измерительные тележки подвешены на осях с буксами тягового средства типа дрезины - две тележки на одной оси и одна - на другой, рамы тележек выполнены в виде пар несущих стрел, одним концом закрепленным на осях с буксами тягового средства и несущих на других концах оси обкатывающих колею колес, каждая из тележек рамными стрелами поворотно подвешена с помощью силовых цилиндров на раме тягового средства, каждая из осей обкатывающих колес выполнена телескопически раздвигаемой с помощью соответствующего силового цилиндра, а измерительные устройства установлены на тележках и связаны с индикаторными и регистрирующими приборами в кабине машиниста тягового средства.

Предпочтительный вариант выполнения измерительного устройства на железнодорожном ходу предполагает крепление двух измерительных тележек к буксам одной оси тягового средства, а одной - к другой оси таким образом, что одна тележка находится между осями, а две другие тележки - за осями, устройство снабжено датчиками стрелы изгиба, установленными на колесной оси одной и другой тележек, датчиком ширины рельсовой колеи, установленным на оси тележки, расположенной между осями с буксами, датчиками положения рамы по высоте, установленными на оси с буксами одной из тележек, расположенных с внешней стороны оси тягового средства, и датчиками продольной высоты рельсовых ниток, установленными на концах несущих стрел рам в местах их двойной подвески на буксах, а также наклономером, установленным на раме тягового средства.

Поворотная подвеска измерительных тележек на осях с буксами дрезины улучшает условия эксплуатации устройства, в частности, обеспечивает простой и быстрый перевод его из положения для транспортировки в рабочее положение и наоборот, а также создает возможность наблюдения результатов измерения по приборам индикации и регистрации в кабине машиниста.

Выполнение тележек в виде пар несущих стрел, одним концом закрепленных на осях с буксами дрезины и несущих на других концах оси обкатывающих колес, а также поворотная подвеска стрел с помощью силовых цилиндров на раме дрезины и раздвигание телескопических осей тележек также с помощью силовых цилиндров, питаемых от компрессора на транспортном средстве, обеспечивает простую и надежную манипуляцию с тележками в процессе работы с управлением непосредственно из кабины.

Расположение двух тележек с внешних сторон осей тягового средства и одной тележки между осями обеспечивает максимальное удлинение измерительной системы и ее оси, что повышает точность измерения некоторых параметров, например, продольной высоты (прогиба) рельсовых ниток.

Подвеска измерительных тележек на раме тягового средства обеспечивает возможность получения постоянных ориентиров типа рамы дрезины и ее оси, что расширяет возможности измерения по важным параметрам, в частности, стрелы изгиба рельсовых ниток.

Более подробно заявляемое техническое решение рассматривается на чертежах, где представлены:
на фиг.1 - дрезина с подвешенными измерительными тележками, общий вид;
на фиг. 2 - измерительное устройство с измерительными тележками и установленными на них датчиками; условное представление, общий вид;
на фиг. 3 - схема измерения стрелы изгиба;
на фиг. 4 - схема измерения возвышения;
на фиг. 5 - схема измерения продольной высоты (просадки) рельсовых ниток.

Измерительное устройство на железнодорожном ходу выполнено в виде трех измерительных тележек 1, подвешенных на осях с буксами 2 дрезины 3, две тележки на одной оси и одна - на другой, таким образом, что одна тележка находится между осями, а две - за осями с внешних сторон. Измерительные тележки имеют рамы, выполненные в виде пар несущих стрел 4, одним концом закрепленных на осях с буксами 2 дрезины и несущих на других концах оси 5 обкатывающих колею колес 6. Каждая из тележек рамными стрелами (на чертеже не показано) поворотно подвешена с помощью силовых цилиндров 7 на раме дрезины, а каждая из осей 5 обкатывающих колею колес 6 выполнена телескопически раздвигаемой с помощью соответствующего силового цилиндра 8. Измерительное устройство снабжено датчиками стрелы изгиба 9, установленными на колесной оси одной и другой тележек, датчиком ширины рельсового пути 10, установленным на оси тележки расположенной между осями с буксами, датчиками возвышения ниток колеи 11, установленными на буксах одной оси дрезины и датчиками продольной высоты рельсовых ниток 12, установленными на концах несущих стрел рам в местах их двойной подвески на буксах, а также наклономером 13, установленным на раме дрезины на ее оси. Измерительные приборы (датчики) на тележках связаны с индикаторами и регистрирующими приборами в кабине машиниста дрезины (на рисунках не показаны).

Управление работой и процессом измерения производится из кабины машиниста. Измерение может производиться как при прямом, так и обратном ходе дрезины.

Для приведения измерительного устройства из транспортируемого положения в рабочее несущие стрелы (на рисунках не показано) рам тележек с помощью силовых цилиндров 7 опускают вниз, а обкатывающие колеса 6 с помощью силовых цилиндров 8 телескопических осей ребордами прижимают к рельсам.

Измерения производят одновременно по нескольким параметрам, характеризующим состояние колеи железнодорожного пути. При этом ширину рельсового пути измеряют датчиком 10, фиксирующим линейное осевое перемещение телескопической оси 5. Стрелу изгиба определяют с помощью датчиков 9 по углу отклонения перпендикуляра кривой изгиба относительно оси тележек 14 или рамы дрезины (фиг. 3).

Возвышение ниток колеи (друг относительно друга) определяют с помощью датчиков 11 по углу 15 отклонения рамы дрезины (оси тележек) от горизонтали, определяемой наклономером 13 (фиг. 4).

Продольную высоту (крутизну или просадку) рельсовых ниток определяют с помощью датчиков 12 в зависимости от угла 16 отклонения стрел средней тележки от горизонтали или рамы дрезины (фиг. 5).

Заявляемое техническое решение с характеризующими его отличительными признаками на настоящее время в Российской Федерации и за границей неизвестно и отвечает требованиям критерия "новизны".

Заявляемое техническое решение является оригинальным, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия "изобретательский уровень".

Заявляемое измерительное устройство на железнодорожном ходу может быть изготовлено промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий, материалов и комплектующих и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".

Источники информации
1. Патент Российской Федерации N 1505447, МПК: Е 01 В 35/04, опубл. БИ N 32.

2. Заявка Японии 61-35323, МПК: Е 01 В 35/02, опубл. 12.08.86.

3. Патент Российской Федерации N 2066645, МПК: Е 01 В 35/00, В 61 К 9/08, опубл. БИ N 26.

4. Авт. свидетельство СССР N 1783023, МПК: Е 01 В 35/04, опубл.1992, БИ N 47.

5. Авт. свидетельство СССР N 1592423, МПК Е 01 В 35/04, опубл.30.08.88.

6. Патент Российской Федерации N 2010080, МПК: Е 01 В 35/00, В 61 K 9/08, опубл. 1994, БИ N 6.

7. Патент Российской Федерации N 2037598, МПК: E 01 B 35/04, B 63 C 3/00, опубл. 1995, БИ N 17.

Изобретение может быть использовано для контроля состояния колеи железнодорожного пути. Устройство содержит три связанные с железнодорожным тяговым средством измерительные тележки (1), две из которых сориентированы в одном направлении, а одна - в противоположном, с измерительными приборами, связанными с индикаторными и регистрирующими приборами. Тележки подвешены на осях с буксами тягового средства типа дрезины - две тележки на одной оси, одна - на другой. Рамы тележек выполнены в виде пар несущих стрел, одним концом закрепленных на оси соответствующей буксы и несущих на других концах оси указанных колес, каждая тележка рамными стрелами поворотно подвешена с помощью силовых цилиндров на раме тягового средства, причем оси колес - телескопические. В качестве измерительных приборов применены датчики (9) стрелы изгиба, датчик (10) ширины рельсовой колеи, датчики (11) возвышения ниток колеи, датчики (12) продольной высоты рельсовых нитей и наклономер (13). Изобретение улучшает условия управления процессом измерения. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Измерительное устройство на железнодорожном ходу, содержащее три связанные с железнодорожным тяговым средством измерительные тележки, две из которых сориентированы в одном направлении, а одна - в противоположном, причем каждая из них состоит из рамы на колесах, обкатывающих рельсы колеи, с измерительными приборами, связанными с индикаторными и регистрирующими приборами, отличающееся тем, что тележки подвешены на осях с буксами тягового средства типа дрезины - две тележки на одной оси, одна - на другой, рамы тележек выполнены в виде пар несущих стрел, одним концом закрепленных на оси соответствующей буксы и несущих на других концах оси указанных колес, каждая тележка рамными стрелами поворотно подвешена с помощью силовых цилиндров на раме тягового средства, причем оси колес выполнены телескопически раздвигаемыми с помощью соответствующего силового цилиндра, а индикаторные и регистрирующие приборы расположены в кабине машиниста. 2. Измерительное устройство на железнодорожном ходу по п.1, отличающееся тем, что одна тележка расположена между осями с буксами, а две - с внешних сторон этих осей, в качестве измерительных приборов применены датчики стрелы изгиба, установленные на оси колес тележек с внешней стороны осей с буксами, датчик ширины рельсовой колеи - на тележке, расположенной между осями с буксами, датчики возвышения ниток колеи на оси с буксами с двумя тележками, датчики продольной высоты рельсовых нитей - на концах несущих стрел, закрепленных на оси с буксами с двумя тележками, и наклономер - на раме тягового средства.