Способ определения пространственных параметров рельсового пути и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к железнодорожному транспорту, в частности к методам непрерывной регистрации пространственного положения рельсовой колеи. Способ определения пространственного положения рельсовой колеи включает регистрацию информации с датчиков межрельсового расстояния, пройденного пути, текущего курсового угла, продольного и поперечного уклона при движении транспортного средства и вычисление по этим данным текущих координат рельсовой колеи. Регистрация курсового угла и продольного уклона с указанных датчиков и определение текущих координат X_i, Y_i, H_i осуществляют по одной из рельсовых ниток относительно любого исходного направления в горизонтальной плоскости, с шагом измерения 1. Для каждого заданного участка пути P_i по измеренным координатам его крайних точек i₀ и i_n вычисляют координаты точки i_cp, соответствующей середине прямолинейного отрезка, соединяющего эти точки. По разности между вычисленной координатой указанной точки и измеренной координатой соответствующей точки определяют значение стрелы изгиба в горизонтальной δ_iг δ_iв и вертикальной плоскостях. Устройство для определения пространственных параметров рельсовых путей содержит ходовую тележку, включающую опорное колесо и расположенные на одной оси над одной из рельсовых нитей первое и второе измерительные колеса и мерное колесо. Опорное колесо связано с измерительными колесами установленной под углом 90° относительно направления движения штангой, на которой установлен датчик ширины колеи. На мерном колесе смонтирован датчик пути. На оси, связывающей измерительные колеса, установлен курсокреноуказатель. Выходы датчика пути, датчика ширины колеи и курсокреноуказателя связаны через контроллер с компьютером. Техническим результатом изобретений является расширение функциональных возможностей, позволяющих одновременно с определением пространственных координат определять взаимное положение отрезков пути в вертикальной и горизонтальной плоскостях (рихтовку и просадку). 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к методам непрерывной регистрации пространственного положения рельсовой колеи при диагностике пути, проектно-изыскательских и других видах работ с использованием вагонов-путеизмерителей, выправочно-рихтовочных машин, путеизмерительных тележек.

Известны способы определения пространственного положения железнодорожного пути с использованием установленных на движущемся вдоль железнодорожного пути транспортном средстве приборов, осуществляющих при перемещении транспортного средства измерение пройденного пути, стрел изгиба рельса относительно базовой линии в вертикальной и горизонтальной плоскостях (просадка и рихтовка), положение пути в поперечном уровне, ширину рельсовой колеи (например, авторское свидетельство СССР №432262, Е 01 В 35/06, авторское свидетельство СССР №121137, Е 01 В 35/00).

Данные технические решения не позволяют определять положение пути относительно проектных координат, а также определять длинные неровности, превышающие длину базы измерения.

Известны способ и устройство для его реализации, позволяющие определение пространственного положения рельсового пути путем непрерывной регистрации первичной информации, снимаемой с размещенных на движущейся по рельсовому пути транспортной платформе датчика курса, гироскопического датчика угла наклона по курсу (тангажа), гироскопического датчика наклона пути в поперечном профиле (датчика крена), датчика пройденного пути, датчика межрельсового расстояния и датчика погружения транспортной платформы. Информацию с указанных датчиков преобразовывают в цифровую форму, передают в вычислительный блок, преобразовывают получаемые данные в пространственные координаты рельсового пути и фиксируют их в регистрирующем блоке [патент РФ №2026448, Е 01 В 35/00].

Недостатком данного технического решения являются ограниченные возможности определения пространственного положения, в частности способ не позволяет определять рихтовку и просадки, т.е. взаимное положение отрезков пути в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Задачей изобретения является создание способа определения пространственного положения рельсового пути и устройства для его осуществления с расширенными функциональными возможностями, позволяющими одновременно с определением пространственных координат определять взаимное положение отрезков пути в вертикальной и горизонтальной плоскостях (рихтовку и просадку).

Поставленная задача решается тем, что в способе определения пространственного положения рельсовой колеи, включающем регистрацию информации с датчиков межрельсового расстояния, пройденного пути, текущего курсового угла, продольного и поперечного уклона при движении транспортного средства и вычисление по этим данным текущих координат рельсовой колеи, согласно изобретению регистрацию курсового угла и продольного уклона с указанных датчиков и определение текущих координат X_i, Y_i, H_i осуществляют по одной из рельсовых ниток относительно любого исходного направления в горизонтальной плоскости, с шагом измерения l

где Δd - допустимая погрешность измерения стрелы изгиба;

d_max - максимальное значение стрелы изгиба.

При этом дополнительно для каждого заданного участка пути P_i (измерительной базы) по измеренным координатам его крайних точек i₀ и i_n вычисляют координаты точки i_ср, соответствующей середине прямолинейного отрезка (хорды), соединяющего эти точки, как среднее значение этих координат

где X_i(изм), Y_i(изм), H_i(изм) - текущие координаты рельсовой нити в точках i₀ и i_n;

n - количество единичных приращений пути (шагов измерений l) на измерительной базе Р_i; при этом

По разности между вычисленной координатой указанной точки (лежащей на середине, соединяющей крайние точки заданной измерительной базы отрезка прямой) и измеренной координатой соответствующей точки определяют значение стрелы изгиба в соответствии с выражениями

где δ_iг - стрела изгиба в горизонтальной плоскости;

δ_iв - стрела изгиба в вертикальной плоскости.

Координаты второй рельсовой нити Х'_i(изм), Y'_i(изм), Н'_i(изм) определяют в соответствии с выражениями

где Х_i(изм), Y_i(изм), Н_i(изм) - текущие координаты первой рельсовой нити;

l_ш - ширина колеи;

а значение стрел изгиба в плане δ_iг' (рихтовка) и стрел изгиба в профиле δ_iв' вычисляют аналогично первой рельсовой нити в соответствии с выражениями

где

Поставленная задача решается также тем, что устройство для определения пространственных параметров рельсового пути содержит ходовую тележку, включающую опорное колесо и расположенные на одной оси над одной из рельсовых нитей первое и второе измерительные колеса и мерное колесо, при этом опорное колесо связано с измерительными колесами установленной под углом 90° относительно направления движения штангой, на которой установлен датчик ширины колеи, на мерном колесе смонтирован датчик пути, а на оси, связывающей измерительные колеса, установлен курсокреноуказатель, выходы датчика пути, датчика ширины колеи и курсокреноуказателя связаны через контроллер с компьютером.

На фиг.1 представлен общий вид устройства для реализации способа согласно изобретению; на фиг.2 - структурная схема измерений, осуществляемых при реализации изобретения; на фиг.3 представлены схемы определения стрел изгиба, поясняющие изобретение.

Устройство для реализации способа содержит ходовую тележку, включающую пару измерительных колес 1 и 2, опорное колесо 3 и мерное колесо 4. Колесо 3 связано с измерительными колесами 1, 2 штангой 5, установленной под углом 90° относительно направления движения. На штанге 5 установлен датчик 6 ширины колеи (например, индуктивный бесконтактный датчик типа 4Д-3). На мерном колесе 4 смонтирован датчик 7 пути (например, система ротор-статор с оптической системой счета импульсов (оптопара). На оси, связывающей колеса 1 и 2, установлен курсокреноуказатель 8, например типа СГККУ, представляющий собой гироскопическую систему, позволяющую одновременно определять курсовой угол α, продольный угол ϕ и поперечный уклон ϒ. Выходы датчиков 6, 7 и курсокреноуказателя 8 связаны с входами контроллера 9. Контроллер 9, выполненный на микропроцессоре (например, 68НС708дК1), осуществляет регистрацию информации с датчиков 6, 7, 8, преобразование этих сигналов в цифровой вид, первичную обработку и передачу данных в компьютер 10. Значение измерительной базы Р обусловливается видами проводимых работ и может составлять от 10 до 100 и более метров. Обычно это значение составляет 20 метров.

Способ согласно изобретению осуществляется следующим образом.

Максимально допустимый шаг измерения l_max определяется из установленной авторами эмпирической зависимости, обеспечивающей требуемую точность измерений способа за счет взаимного (пространственного) соответствия средних точек, лежащих на реальной измерительной базе Р и на прямой (хорде), соединяющей ее крайние точки i₀ и i_n,

При этом если требуемая погрешность d_max измерения стрелы изгиба составляет 2 мм при максимальной стреле изгиба 100 мм, то значение шага измерения l должно быть не более 20 мм.

Таким образом, максимальное расстояние между точками с известными координатами при реализации данного способа будет определяться требуемой точностью измерений Δd и максимальной стрелой изгиба d_max.

При движении измерительных колес 1, 2 по одной из рельсовых нитей на каждой заданной измерительной базе P_i на исследуемом участке рельсового пути сигнал с датчика пути 7 поступает на контроллер 9 с шагом l, при этом опрашивается датчик ширины колеи 6 и датчик курса 8.

Сигналы датчиков 6, 7, 8, соответствующие ширине колеи l_ш, курсовому углу α, продольному ϕ поперечному углу ϒ, поступающие в контроллер 9, где преобразуются в цифровой вид, после чего передаются в компьютер 10. Компьютер 10 вычисляет с шагом l текущие координаты данной рельсовой нити. Текущие координаты Х_i(изм), Y_i(изм), H_i(изм) для рельсовой нити, на которой производились измерения (над которой установлен курсокреноуказатель 8 и датчик пути 7), вычисляются компьютером 10 в соответствии с выражениями

где Х₀, Y₀, Н₀ - начальные (исходные) координаты;

α - азимут;

ϕ - продольный угол;

l - шаг измерений.

При этом последовательно на каждой измерительной базе по измеренным координатам ее крайних точек i₀ и i_n компьютер 10 вычисляет их средние значения

Данные средние значения координат соответствуют координатам точки, лежащей на середине условной прямой (хорды), соединяющей точки i₀ и i_n (фиг.3).

Далее вычисляются значения стрел изгиба в плане δ_iг (рихтовка) и значение стрел изгиба в профиле δ_iв (просадка) в соответствии с выражениями

Координаты второй рельсовой нити Х'_i(изм), Y'_i(изм), Н'_i(изм) вычисляют по формулам

где l_ш - ширина колеи;

γ - поперечный угол (возвышение рельса);

α - курсовой угол.

Значение стрел изгиба в плане δ_iг (рихтовка) и стрел изгиба в профиле δ_iв (просадки) вычисляют аналогично показанному выше, в соответствии с выражениями

Как видно, измерения согласно описанному способу осуществляются (могут осуществляться) без привязки к какой-либо системе координат. При необходимости определения (перевода) координат, определенных согласно описанному способу, в какую-либо конкретно заданную (например, государственную) систему координат, вычисляют коэффициент угловой ориентации Δβ

где и - измеренное значение приращения координат на отрезке пути

например 1 км;

ΔX_t и ΔY_t - приращение координат на этом же участке пути S в выбранной, например государственной, системе координат (ΔX_t и ΔY_t могут быть получены, например, GPS-приемником).

После чего пересчет координат в новую (выбранную) систему координат осуществляют в соответствии с выражениями

где X_н и Y_н - координаты в новой системе координат, например государственной;

Х⁰ _изм, Y⁰ _изм - координаты начальной точки.

Координаты (приращение координат) ΔX_i(изм) и ΔY_i(изм) определяется из выражения

Таким образом, техническое решение согласно изобретению позволяет определять пространственное положение рельсовой колеи в любой системе координат, определять отклонения пути от проектного положения, определять одновременно с пространственными координатами стрелы изгиба, просадки и рихтовку по каждой рельсовой нитке (в стандарте ЦП515 или любом другом) без ограничений по длине измерительной базы.

Использование изобретения в измерительной диагностической технике позволяет:

• определять проектное положение рельсовой колеи;

• использовать для определения геометрических параметров транспортные средства с короткой базой, например до 100 см;

• определять рихтовку и просадки путеизмерительными тележками;

• выполнять расчет стрел изгиба для выправочно-рихтовочных машин, вагонов-путеизмерителей и т.д., имеющих разные базы (длины хорд), в едином стандарте;

• выявлять длинные неровности (заводины), выполнять расчет пространственного положения рельсовой колеи относительно любого исходного направления.

1. Способ определения пространственного положения рельсовой колеи, включающий непрерывную регистрацию информации с датчиков межрельсового расстояния, пройденного пути, текущего курсового угла, продольного и поперечного уклонов при движении транспортного средства и определение по этим данным текущих координат рельсовой колеи, отличающийся тем, что регистрацию курсового угла и продольного уклона с указанных датчиков и определение текущих координат X_i, Y_i, Н_i осуществляют по одной из рельсовых ниток относительно любого исходного направления в горизонтальной плоскости, с шагом измерения

где Δd - допустимая погрешность измерения стрелы изгиба;

d_max - максимальное значение стрелы изгиба,

при этом дополнительно для каждого заданного участка пути Р_i (измерительной базы), по измеренным координатам его крайних точек i₀ и i_n вычисляют координаты точки i_cp, соответствующей середине прямолинейного отрезка (хорды), соединяющего эти точки, как среднее значение координат

где Х_i(изм), Y_i(изм)Н_i(изм) - текущие координаты данной рельсовой нити в точках i₀ и i_n;

n - количество единичных приращений пути (шагов измерений 1) на измерительной базе P_i, причем

и по разности между вычисленной координатой указанной точки (лежащей на середине условной прямой соединяющей крайние точки заданной измерительной базы) и измеренной координатой соответствующей точки, лежащей на реальной измерительной базе, определяют значение стрелы изгиба в горизонтальной и вертикальной плоскости в соответствии с выражениями

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что координаты второй рельсовой нити Х'_i(изм), Y'_i(изм), H_i(изм) определяют в соответствии с выражениями

где Х_i(изм), Y_i(изм), H_i(изм) - текущие координаты первой рельсовой нити;

l_ш - ширина колеи,

а значение стрел изгиба в плане δ_iг (рихтовка) и стрел изгиба в профиле δ_iв вычисляют в соответствии с выражениями

где

3. Устройство для определения пространственных параметров рельсового пути, содержащее ходовую тележку, включающую опорное колесо и расположенные на одной оси над одной из рельсовых нитей первое и второе измерительные колеса и мерное колесо, при этом опорное колесо связано с измерительными колесами установленной под углом 90° относительно направления движения штангой, на которой установлен датчик ширины колеи, на мерном колесе смонтирован датчик пути, на оси, связывающей измерительные колеса, установлен курсокреноуказатель, а выходы датчиков пути и ширины колеи и курсокреноуказателя связаны через контроллер с компьютером.