УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПРАВКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ И СПОСОБ ВЫПРАВКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ Российский патент 2015 года по МПК E01B35/00 E01B29/04 

Группа изобретений относится к строительству и ремонту железнодорожного пути, в частности к технологии выправки железнодорожного пути, и может быть использована при планово-предупредительной выправке пути, а также для выправки пути при проведении ремонтных работ, при отделке пути перед сдачей в эксплуатацию после производства капитальных путевых работ.

Известна широко используемая на производстве методика выправки железнодорожного пути, включающая измерение и сравнение расстояний в контрольных сечениях через заданный интервал, например 100 м, между осями выправляемого и соседнего пути с проектным положением (из эпюры рихтовок). Далее осуществляют вычисление сдвижки и подъемки пути в соответствии с полученными разностями и последующую постановку пути в проектное положение. В качестве средства измерений в этой технологии используется рейка нивелирная (Транспортное строительство, 1/2012 г., стр.23-26).

Данная технология имеет существенные недостатки, связанные с тем, что с момента изысканий до начала текущих работ проходит несколько месяцев или даже лет. В течение этого времени, в результате динамических нагрузок на путь, рихтовок при проведении планово-предупредительных работ и влияния других факторов соседний путь, к которому выполняется привязка, смещается от первоначального положения (с момента изысканий) на неопределенную величину. Вследствие этого проектные расстояния между осями также изменяются. Это приводит к возникновению при выправке пути длинных неровностей в плане и высоте, которые копируются с соседнего пути. Кроме того, дискретные измерения в 100 м не позволяют однозначно определять положение пути на всем протяжении 100 м участка, что также не обеспечивает постановку в проектное положение с требуемой точностью.

Известна система для управления выправкой железнодорожного пути, содержащая путевую машину, рама которой опирается на ходовые тележки, и смонтированное на раме устройство для выправки железнодорожного пути, включающее в себя подъемно-рихтовочное устройство с блоком управления и измерительную тележку, определяющую положение оси пути. Система включает также вычислительный блок, с подключенными к нему блоком памяти и блоком отображения информации (патент РФ №2454498, Е01В 29/04). Известная система содержит мобильную референцную станцию, спутниковую систему позиционирования, датчик угла наклона, соединенный с вычислительным блоком, к которому подключены также выход приемника спутниковой системы позиционирования и устройство определения пространственного положения измерительной тележки. Устройство определения пространственного положения измерительной тележки размещено под рамой путевой машины. В блок памяти записана электронная модель проекта положения пути в трехмерной пространственной системе координат. Функционирование системы основано на определении пространственного смещения измерительной тележки относительно спутниковой антенны. В каждый момент времени вычислительный блок производит расчет смещения текущего положения пути в плане и профиле относительно проектного. Перед началом работы системы, в блок памяти вычислительного блока заносятся исходные данные - электронная модель проекта положения пути. Уточненные координаты вырабатываются совместно приемником и референцией станцией и указывают местоположение фазового центра антенны, находящейся на крыше путевой машины. Для определения пространственного вектора смещения измерительной тележки относительно антенны используют промеры угловых величин и расстояний от фазового центра антенны до устройства определения пространственного положения (смещения) измерительной тележки, а также показания датчиков смещения измерительной тележки относительно путевой машины, входящих в устройство определения пространственного положения измерительной тележки относительно фазового центра антенны спутниковой системы позиционирования. Кроме того, используется информация о величине крена, которая поступает в вычислительный блок с датчика угла наклона. Данные с приемника спутниковой системы позиционирования, датчика угла наклона и устройства определения пространственного положения измерительной тележки поступают на вход вычислительного блока, который на основании этих данных рассчитывает текущее положение пути и сравнивает его с проектным положением.

Известно также аналогичное техническое решение (патент РФ №112209, Е01В 35/ 00, прототип), в котором описана путевая машина, содержащая бортовой компьютер, опирающуюся на ходовые тележки раму, оснащенную выправочно-рихтовочным оборудованием и контрольно-измерительной системой, размещенной под рамой, а также принцип работы данного устройства. Указанная контрольно-измерительная система включает измерительную тележку, содержащую подвижное, контактирующее с рельсами выправочного пути основание, и измерительную базу, жестко установленную в нижней части рамы путевой машины в плоскости, перпендикулярной направлению движения путевой машины. Опорные точки указанной измерительной базы снабжены датчиками линейных перемещений, установленными с возможностью измерения ими изменения положения центра основания измерительной тележки относительно измерительной базы, по высоте и в плане. Спутниковая антенна жестко установлена в верхней части путевой машины на фиксированной высоте относительно измерительной базы измерительной тележки. Фазовый центр спутниковой антенны находится на вертикальной оси, проходящей через центр подвижного основания измерительной тележки, в исходном состоянии. Выходы датчиков линейных перемещений центра подвижного основания измерительной тележки связаны бортовым компьютером.

В качестве датчиков линейных перемещений подвижного основания измерительной тележки относительно фазового центра спутниковой антенны в данном техническом решении использованы, в частности, установленные определенным образом вдоль измерительной базы лазерные дальномеры или электромагнитные датчики линейных перемещений.

К общим недостаткам описанных выше технических решений следует отнести конструктивную сложность используемой контрольно-измерительной системы и, как следствие этого, недостаточную точность измерений и, соответственно, недостаточную точность постановки пути в проектное положение. Данные недостатки связаны с существенным влиянием на работу устройства динамических нагрузок. Подвижность путевой машины обуславливает сложность синхронизации в реальном времени трех связанных между собой измерительных систем, обладающих различными инерционными характеристиками - спутниковой системы позиционирования, системы пространственного определения положения измерительной тележки и системы редукции координат на ось пути (инклинометра).

Задачей группы изобретений является расширение арсенала технических средств, предназначенных для выправки железнодорожного пути.

Техническим результатом группы изобретений является создание устройства и способа для выправки железнодорожного пути с организацией измерений текущего пространственного положения выправляемого пути относительно выбранного в качестве измерительной базы соседнего железнодорожного пути (ближайшего рельса) с известными пространственными координатами. Упрощение, на этой основе, устройства для выправки железнодорожного пути с обеспечением высокой точности измерений и, как следствие, повышение точности установки выправляемого железнодорожного пути в заданное (проектное) положение, а также упрощение технологии и повышение производительности при выполнении данного вида работ.

Указанный технический результат достигается за счет, что в устройстве для выправки железнодорожного пути, содержащем опирающуюся на ходовые тележки раму путевой машины, оснащенную выправочно-рихтовочным оборудованием, бортовой компьютер, устройство определения пройденного пути, контактирующую с рельсами измерительную тележку, содержащую подвижное основание, датчик пространственного положения измерительной тележки, датчик угла наклона путевой машины, при этом выходы указанных датчиков и устройства определения пройденного пути связаны с соответствующими входами бортового компьютера, согласно изобретению, датчик пространственного положения измерительной тележки установлен на указанном подвижном основании с возможностью измерения пространственного положения центра измерительной тележки в плане и в профиле относительно измерительной базы, в качестве которой использован соседний с выправляемым железнодорожный путь (рельс) с известными пространственными координатами и планово-высотным положением относительно выправочного пути.

Преимущественно в качестве датчика пространственного положения измерительной тележки устройство включает лазерный дальномер с инклинометром с принудительным пространственным ориентированием на опорную измерительную базу.

Кроме того, в качестве датчика пространственного положения измерительной тележки устройство может включать лазерный сканер с заданным углом развертки.

Заявленный технический результат достигается также тем, что датчик пространственного положения измерительной тележки закреплен на жестко связанном с центром указанного подвижного основания выносном направляющем элементе, установленным под углом 90 градусов относительно направления движения, при этом другой конец указанного направляющего элемента взаимодействует (скользит) с головкой рельса соседнего железнодорожного пути, который является опорной измерительной базой.

Преимущественно для определения пройденного пути устройство, согласно изобретению, включает установленную на крыше путевой машины спутниковую антенну и спутниковый приемник, связанный по беспроводной связи с опорными (референцными) станциями, при этом выход спутникового приемника связан с соответствующим входом бортового компьютера.

При этом для определения пройденного пути в устройстве может быть использован также одометр.

Согласно изобретению способ выправки железнодорожного пути с использованием бортового компьютера, установленного на путевой (выправочной) машине, характеризуется тем, что

- перед началом выправочных работ осуществляют измерения пространственных координат одной из нитей соседнего с выправочным железнодорожного пути, который принимают за измерительную базу, определяют (уточняют) проектное параметры (расстояния 1 между осью выправляемого пути и измерительной базой, углы β, определяющие положение в профиле (по высоте) выправляемого пути относительно указанной измерительной базы) выправляемого пути в плане и в профиле относительно указанной измерительной базы,

- после чего полученные проектные расстояния 1 в плане между осью выправляемого пути и измерительной базой, углы β, определяющие положение в профиле (по высоте) выправляемого пути относительно указанной измерительной базы, и координаты измерительной базы записывают в бортовой компьютер путевой машины,

- в ходе выполнения выправочных работ измеряют положение в плане (расстояние 1) и в профиле (угол β) центра подвижного основания измерительной тележки путевой машины относительно указанной измерительной базы,

- указанные текущие измеряемые значения (расстояние 1, углы β) сравнивают с их проектными значениями,

- по полученной разности вырабатывают сигнал управления, который подают на выправочно-рихтовочное устройство.

При этом измерения пространственного положения измерительной тележки путевой машины в плане и профиле относительно указанной измерительной базы, осуществляют с помощью ориентированного на опорную измерительную базу лазерного дальномера с инклинометром, закрепленного на жестко связанным с центром подвижного основания выносном, направляющем элементе, установленным под углом 90 градусов относительно направления движения, при этом другой конец указанного направляющего элемента (скользит) взаимодействует с головкой рельса соседнего железнодорожного пути.

Сущность изобретения заключается в том, что в данном техническом решении осуществляется контроль изменений пространственного положения (линейного и углового) центра измерительной тележки, определяющей положение оси выправляемого пути, относительно внешней, неподвижной, измерительной базы, с известными пространственными координатами. Пространственное положение указанной измерительной тележки в ходе движения путевой машины по заданному пути сравнивают с заданным проектным положением пути, на основании полученных данных формируют сигналы управления подъемно-рихтовочным оборудованием.

На чертеже схематично показан общий вид устройства для выправки железнодорожного пути согласно изобретению, в преимущественной реализации.

Устройство для выправки железнодорожного пути содержит раму 1 путевой машины, опирающуюся на железнодорожные рельсы 2 ходовыми тележками 3. На раме 1 установлено выправочно-рихтовочное оборудование 4 и измерительная тележка 5, содержащая подвижное основание 6 и датчик 7 пространственного положения измерительной тележки 5, жестко установленный по центру указанного подвижного основания 6. Датчик 7 строго ориентирован в пространстве на головку рельса соседнего железнодорожного пути, который является в данном техническом решении измерительной базой 8. Указанное ориентирование датчика 7 на опорную измерительную базу 8 обеспечивается тем, что он установлен на укрепленном под углом преимущественно в 90° (±3°) относительно направления движения по центру подвижного основания 6 направляющем элементе 9, на его нижней (обращенной к рельсовым путям) поверхности. При этом направляющий элемент 9 выполнен так, что его противоположный конец при движении путевой машины по выправочному пути 2 скользит по головке соседнего рельсового пути. Таким образом обеспечивается строгая направленность лазерного луча датчика 7 на измерительную базу 8.

В качестве датчика 7 может быть использован, например, лазерный дальномер с инклинометром, например, типа Disto 8, с системой измерения дальности 1 и угла наклона β относительно горизонта. Кроме того, в качестве датчика 7 могут быть использованы средства, не требующие принудительной ориентации, например лазерный сканер с заданным углом развертки.

В верхней части путевой машины (на ее крыше) установлена спутниковая антенна 10 спутникового приемника 11, при этом фазовый центр спутниковой антенны 10, преимущественно, находится на вертикальной оси, проходящей через центр подвижного основания 6 измерительной тележки 5. Спутниковый приемник 11 связан с первым информационным входом бортового компьютера 12. Другие информационные входы бортового компьютера 12 связаны с выходами датчика 7 и датчика 13 угла наклона путевой машины. Выход бортового компьютера 12 связан с выправочно-рихтовочным оборудованием 4. Через модем 14 спутниковый приемник 11 может быть связан с оснащенными комплексом спутникового навигационного оборудования базовыми (или референцными станциями) 15. Описанная выше спутниковая система позиционирования выполняет функцию высокоточного устройства определения пройденного пути и обеспечивает пространственную привязку проектных данных и расчет пройденного пути по текущим координатам. При этом с целью определения пройденного пути в данном устройстве может быть использован одометр (мерное колесо, снабженное датчиком оборотов).

Работы по выправке железнодорожного пути, согласно изобретению, заключается в следующем.

Перед началом выправочных работ путем измерения пространственных координат осуществляют корректировку натурного положения соседнего с выправочным железнодорожного пути для учета возможных изменений его пространственного положения с момента проектирования до начала выправочных работ. Одну из нитей (рельс) указанного соседнего пути принимают за измерительную базу 8. В соответствии с полученными пространственными данными измерительной базы 8 по известным в геодезии зависимостям определяют проектное положение выправляемого пути 2, в плане (линейное) и угловое (в профиле) относительно измерительной базы 8. То есть выполняется актуализация проектных данных. При необходимости полученные данные интерполируются с «шагом», обеспечивающим учет кривизны рельсов и функциональных возможностей выправочных машин (например, для данных пространственного положения эталонного пути, принятого за измерительную базу, с «шагом» - 0.1 м).

Координаты измерительной базы 8, а также полученные, уточненные проектные данные выправляемого пути 2, расстояния 1 между осью выправляемого пути 2 и измерительной базой 8 и угол β, определяющий положение по высоте выправляемого пути 2 относительно указанной измерительной базы 8, записываются в бортовой компьютер 12 путевой машины.

При движении путевой машины измерительная тележка 5 движется по выправочному пути 2. При этом пространственное положение центра ее подвижного основания 6 меняется в соответствии с текущим положением выправляемого пути 2. Датчик 7 фиксирует изменения пространственного положения центра подвижного основания 6 измерительной тележки 5 в плане и профиле относительно измерительной базы 8, измеряя угол β - отклонение датчика 7 от горизонта, определяющее текущее положение по высоте h центра подвижного основания 6 относительно измерительной базы 8, и расстояние 1 от центра подвижного основания 6 до измерительной базы 8. Измеряемые таким образом текущие (изменяющиеся) значения расстояний 1 и угла β, характеризующие пространственное положение измерительной тележки 5 относительно измерительной базы 8, поступают на второй вход бортового компьютера 12.

Бортовой компьютер 12 по разработанной авторами специальной программе для ЭВМ, через заданные интервалы пути сравнивает соответствующие текущим пространственным координатам измерительной базы текущие значения 1 и β с их проектными значениями, жестко привязанными к пространственным данным (координатам) выправляемого пути.

По полученной разности текущих и проектных величин 1 и β в компьютере 12 программно вырабатывается сигнал управления, поступающий на выправочно-рихтовочное устройство 4, которое перемещает выправляемый путь 2 до тех пор, пока текущие величины 1 и β не будут равны их проектным значениям.

При этом при движении путевой машины в компьютер 12 синхронно поступает следующая информация:

- информация со спутниковой системы позиционирования, с приемника 11; (обеспечивающая привязку измеряемых данных к текущей координате пути).

- угол наклона от датчика 13 для введения поправок на отклонение оси антенны 10 от вертикали и расчета величины редуцирования;

- данные о пространственном положении центра подвижного основания 6 измерительной тележки 5 относительно опорной измерительной базы 8, как это описано выше.

Вся текущая информация с указанных датчиков 7 и 13 синхронизируется по меткам времени спутниковой аппаратуры 11 позиционирования, поступающим также в компьютер 12.

Устройство, согласно изобретению, является недорогим и надежным в эксплуатации. При этом технология работ, реализуемая при использовании данного устройства, обеспечивает высокое качество выправки пути, за счет используемой измерительной базы, неподверженной динамическим воздействиям и изменениям пространственного положения в процессе выправки. При этом сама измерительная база может быть криволинейной, что позволяет сократить материальные и финансовые затраты на создание искусственных прямолинейных измерительных баз, например лазерных опорных плоскостей или копир-струн. Актуализация пространственного положения измерительной базы непосредственно перед выправкой (например, с использованием ГНСС) обеспечивает оперативность и высокую детализацию (≤1 м) в определении координат измерительной базы и их интерполяции, а в дальнейшем высокую точность постановки пути в проектное положение.

Устройство для выправки железнодорожного пути содержит опирающуюся на ходовые тележки раму путевой машины, устройство определения пройденного пути, контактирующую с рельсами измерительную тележку. Путевая машина оснащена выправочно-рихтовочным оборудованием. Измерительная тележка содержит подвижное основание, с установленным на нем датчиком пространственного положения, датчик угла наклона путевой машины. Датчики и устройство определения пройденного пути подключены к бортовому компьютеру. В качестве датчика пространственного положения используют лазерный дальномер с инклинометром, установленным с принудительным пространственным ориентированием на опорную измерительную базу или лазерный сканер с заданным углом развёртки. Датчик пространственного положения закреплён на направляющем элементе, установленным под 90 градусов относительно направления движения и жестко связанным с центром подвижного основания тележки. Другой конец направляющего элемента скользит с головкой рельса соседнего пути. Устройство определения пройденного пути содержит спутниковую антенну на крыше и приемник, подключенный к бортовому компьютеру, одометр. Перед началом осуществляют измерения пространственных координат соседнего пути, принятого за измерительную базу, и записывают их в бортовой компьютер. В ходе выполнения работ осуществляют измерения положения тележки с помощью лазерного дальномера с инклинометром относительно измерительной базы, сравнивают с их проектными значениями, вырабатывают сигнал управления на выправочно-рихтовочное устройство. Обеспечивается высокая точность постановки пути в проектное положение. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для выправки железнодорожного пути, содержащее опирающуюся на ходовые тележки раму путевой машины, оснащенную выправочно-рихтовочным оборудованием, бортовой компьютер, устройство определения пройденного пути, контактирующую с рельсами измерительную тележку, содержащую подвижное основание, датчик пространственного положения измерительной тележки, датчик угла наклона путевой машины, при этом выходы указанных датчиков и устройства определения пройденного пути связаны с соответствующими входами бортового компьютера, отличающееся тем, что датчик пространственного положения измерительной тележки установлен на указанном подвижном основании измерительной тележки с возможностью измерения пространственного положения измерительной тележки в плане и в профиле относительно измерительной базы, в качестве которой использован соседний с выправляемым железнодорожный путь (рельс) с известными пространственными координатами и планово-высотным положением относительно выправочного пути.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве датчика пространственного положения измерительной тележки оно включает лазерный дальномер с инклинометром, установленный с принудительным пространственным ориентированием на опорную измерительную базу.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве датчика пространственного положения измерительной тележки она включает лазерный сканер с заданным углом развертки.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что датчик пространственного положения измерительной тележки закреплен на жестко связанном с центром подвижного основания измерительной тележки выносном направляющем элементе, установленным под углом 90 градусов относительно направления движения, при этом другой конец указанного направляющего элемента взаимодействует (скользит) с головкой рельса соседнего железнодорожного пути, который является опорной измерительной базой.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве устройства определения пройденного пути оно включает установленную на крыше путевой машины спутниковую антенну и спутниковый приемник, связанный по беспроводной связи с опорными (референцными) станциями, при этом выход спутникового приемника связан с соответствующим входом бортового компьютера.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для определения пройденного пути оно включает одометр.

7. Способ выправки железнодорожного пути с использованием бортового компьютера, установленного на путевой (выправочной) машине, отличающийся тем, что
- перед началом выправочных работ осуществляют измерения пространственных координат одной из нитей соседнего с выправочным железнодорожного пути, который принимают за измерительную базу, и определяют (уточняют) проектное положение выправляемого пути в плане и в профиле относительно указанной измерительной базы,
- после чего полученные проектные расстояния 1 в плане между осью выправляемого пути и измерительной базой, углы β, определяющие положение по высоте выправляемого пути относительно указанной измерительной базы, и координаты измерительной базы записывают в бортовой компьютер путевой машины,
- в ходе выполнения выправочных работ измеряют положения в плане (расстояния 1) и в профиле (углы β) центра подвижного основания измерительной тележки путевой машины относительно указанной измерительной базы,
- указанные текущие измеряемые значения (расстояния 1, угла β) сравнивают с их проектными значениями,
- по полученной разности вырабатывают сигнал управления, который подают на выправочно-рихтовочное устройство.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что измерения пространственного положения измерительной тележки путевой машины в плане и профиле относительно указанной измерительной базы осуществляют с помощью ориентированного на опорную измерительную базу лазерного дальномера с инклинометром, закрепленного на жестко связанном с центром подвижного основания измерительной тележки выносном, направляющем элементе, установленным под углом 90 градусов относительно направления движения, при этом другой конец указанного направляющего элемента (скользит) взаимодействует с головкой рельса соседнего железнодорожного пути.