Способ обнаружения дефектов на поверхности катания колеса подвижного состава и устройство для его реализации

Изобретения относятся к области рельсовых транспортных средств и касаются способа и устройства для определения ползунов на поверхности катания колеса. Облучают поверхность колеса пучком лазерных лучей. Информацию о наличии и параметрах ползуна определяют путем сравнения полученной последовательности профилей вершины гребня по изменению расстояния между вершиной гребня и верхней кромкой рельса. Устройство содержит оптические измерительные системы 1 и 2, связанные с электронным блоком обработки информации 3 и расположенные на таком расстоянии друг от друга, которое позволяет снимать профиль гребня одной и другой половины колеса. Технический результат - повышение скорости и упрощение способа измерений. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля технического состояния подвижного состава, а именно, для определения ползунов на поверхности катания колеса.

Ползун - дефект колеса, характеризующийся наличием плоского участка на поверхности катания, образовавшегося в результате скольжения колеса по рельсу, в частности, вследствие слишком сильного торможения или неотпуска ручного тормоза вагона. Ползун, имеющий величину, превышающую максимально допустимую, служит причиной обточки или замены колеса.

Известна установка для измерения отклонения колес железнодорожных транспортных средств, реализующая контактный способ определения ползунов и содержащая измерительный и защитный рельсы и платформу с установленными на ней подпружиненными датчиками, взаимодействующими с поверхностью катания колеса, и базовой линейкой, контактирующей с гребнем колеса [1]. Реализованный в установке способ определения ползунов заключается в измерении разности по высоте между вершиной гребня и несколькими точками на поверхности катания колеса, в которых определяется его профиль.

Наличие контактных датчиков со временем приводит к их износу, что снижает точность определения как самого ползуна, так и его параметров. Другим существенным недостатком является то, что контактный способ позволяет устанавливать наличие ползунов только при низкой скорости прохождения железнодорожного состава через измерительную зону, например, со скоростью прохождения стрелочного перевода.

Известно бесконтактное устройство для определения ползунов на поверхности катания железнодорожного колеса, содержащее набор измерительных модулей, расположенных вдоль рельсового полотна со стороны гребня колеса и состоящих из источников излучения, отражающих рефлекторов и приемников по числу модулей [2]. Недостатком известного устройства является то, что для идентификации ползуна, например, на колесе локомотива, необходимо большое количество измерительных модулей - свыше ста, что связано с геометрическими размерами контролируемых ползунов - протяженность ˜70 мм, глубина ˜1 мм. Но даже такое большое количество измерительных модулей ввиду дискретного характера собираемой информации не обеспечивает получения требуемого объема данных о профиле и размерах ползуна. Кроме того, большое количество измерительных модулей усложняет устройство, снижает надежность его работы.

В качестве прототипа заявляемого технического решения выбран способ обнаружения дефектов на поверхности катания колеса при движении рельсового подвижного состава и устройство для его реализации [3].

Указанный способ контроля поверхности катания колеса основан на освещении поверхности колеса растром из разнесенных вдоль направления движения вееров лучей, сформированных, в свою очередь, из нескольких лучей, последовательной регистрации всех отраженных лучей веера каждым из фотоприемников и определении дефектов поверхности катания колеса, в том числе ползунов, путем сравнения измеренных временных интервалов между сигналами фотоприемников с известным распределением интервалов для эталонной формы.

Устройство, реализующее указанный способ, содержит, по крайней мере, два оптических измерительных блока, установленных на измерительном рельсе и включающих источники света и фотоприемники, причем перед источниками света размещены дифракционные решетки, и электронный блок обработки сигналов.

Недостатком указанного способа и устройства является то, что для обеспечения прямого доступа к поверхности катания колеса, на котором основан способ, в рельсе необходимо выполнить прорези, снижающие его механическую прочность. Следствием такого подхода является то, что измерения - как показывает зарубежная практика использования бесконтактных средств мониторинга параметров колесных пар [4] - могут проводиться при скорости подвижного состава не более 15 км/час. Кроме того, формирование зондирующего излучения в виде растра обуславливает сложность известного способа.

Отметим также, что необходимость модификации рельса в производственных условиях российских железных дорог делает практическое использование указанного способа маловероятным.

Задача, решаемая изобретением, - повышение скорости измерений и упрощение способа.

Указанная задача решается тем, что в способе обнаружения дефектов на поверхности катания колеса подвижного состава, в котором облучают поверхность колеса световым излучением, получают на фотоприемном устройстве информацию о форме поверхности колеса и определяют наличие и параметры ползуна на поверхности катания, производят облучение вершины гребня параллельным лазерным пучком; информацию о поверхности колеса получают в виде последовательности профилей вершины гребня, а наличие и параметры ползуна определяют путем сравнения упомянутых профилей.

Указанная задача решается тем, что в устройство для реализации способа обнаружения дефектов на поверхности катания колеса подвижного состава, содержащее, по крайней мере, два оптических измерительных блока, включающих источники света и фотоприемники, и электронный блок обработки сигналов, введены датчики положения колеса; оптические измерительные блоки и источники света и фотоприемники в каждом оптическом измерительном блоке расположены вдоль рельсового полотна на расстоянии друг от друга не менее половины окружности колеса; источники света выполнены в виде источников пучка параллельных лазерных лучей и снабжены оптическими средствами формирования непрерывного зондирующего излучения с размерами в области вершины гребня, большими размеров вершины гребня, при этом источники света и фотоприемники снабжены зеркалами с механизмами перемещения.

Оптические средства формирования непрерывного зондирующего излучения в области вершины гребня могут быть выполнены в виде асферических линз.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 приведена структурная схема оптической измерительной системы, на фиг.2 иллюстрируется расположение основных функциональных элементов устройства, реализующего заявляемый способ, на рельсовом полотне, на фиг.3 показана картина засветки широким пучком параллельных лазерных лучей вершины гребня.

Устройство для обнаружения дефектов на поверхности катания колеса подвижного состава содержит две оптические измерительные системы 1 и 2, связанные с электронным блоком обработки информации 3. Измерительные системы 1 и 2 расположены между рельсами 4 вдоль рельсового полотна по ходу движения состава, на расстоянии друг от друга не менее 1,5 окружности колеса 5. В состав каждой измерительной системы 1 и 2 входят излучающий модуль 6, состоящий из лазера 7, асферических линз 8 и зеркала 9, связанного с механизмом перемещения зеркала 10, приемный модуль 11, состоящий из объектива 12, фотоприемника 13 и зеркала 14, связанного с механизмом перемещения зеркала 15, и датчики положения колеса 16-19 (в измерительной системе 1) и 20-23 (в измерительной системе 2), располагаемые между гребнем и подошвой рельса. Расстояние между зеркалами 9 и 14 в каждой измерительной системе составляет не менее 1,5 окружности колеса 5.

Оптические измерительные системы 1 и 2 служат для определения ползуна на поверхности катания одного из колес колесной пары. Аналогичные измерительные системы 24 и 25, расположенные с противоположной стороны, определяют наличие ползуна на другом колесе колесной пары.

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

В основу определения ползуна на поверхности катания колеса положен тот факт, что в процессе эксплуатации колеса износ гребня (в частности, его вершины) отсутствует, поэтому появление ползуна соответствует увеличению расстояния между вершиной гребня и верхней кромкой рельса (или изменению расстояния от вершины гребня до некоторого опорного уровня).

В исходном положении зеркала 9 и 14 при помощи механизмов перемещения зеркал 10 и 15 находятся в крайнем нижнем положении для исключения вероятности их разрушения при прохождении железнодорожного состава. При подходе колеса 5 к измерительной зоне системы 1 (направление движения колеса показано на фиг.2 стрелкой) датчик положения колеса 16 выдает соответствующий сигнал на блок 3, включающий излучающий и приемный модули 6 и 11. Когда колесо 5 занимает положение между излучающим и приемным модулями 6 и 11, блок 3 формирует сигнал, поступающий на механизмы перемещения зеркал 10 и 15, и упомянутые механизмы поднимают зеркала 9 и 14, фиксируя их в рабочем положении. Лазер 7 генерирует пучок параллельных лучей, который посредством асферических линз 8 преобразуется в протяженное пятно круглой или прямоугольной формы и при помощи зеркала 9 проектируется в область вершины гребня колеса. Так как размеры пятна 26 в области вершины гребня выбираются больше размеров гребня - его ширины и высоты, засветка гребня широким пучком параллельных лучей приводит к тому, что гребень отбрасывает на фотоприемник 13 тень, проектируемую на поверхность фотоприемника 13 при помощи зеркала 14 и объектива 12, и на фотоприемнике 12 регистрируется профиль вершины гребня. Прохождение колесом 5 измерительной зоны системы 1 фиксируется датчиком положения колеса 18.

В процессе вращения колеса 5 и прохождения им расстояния между излучающим и приемным модулями 6 и 11 на фотоприемнике 12 регистрируется последовательность изображений профиля гребня, соответствующая половине длины окружности колеса 5.

При прохождении колесом 5 измерительной зоны системы 2 (подход колеса к измерительной зоне фиксируется датчиком 20, а прохождение зоны - датчиком 22) операции снятия профиля гребня повторяются для другой половины окружности колеса 5. Затем в блоке 3 осуществляется сравнение изображений профиля гребня, полученных для полной окружности колеса 5, и по результатам анализа этих изображений определяется наличие ползуна и его размеры - протяженность и глубина.

Устройство может работать и при движении колеса в противоположном направлении, при этом фиксация положения колеса осуществляется при помощи датчиков 23, 21, 19, 17.

По сравнению с взятыми в качестве прототипа способом и устройством заявляемое техническое решение не требует - для обнаружения ползунов - прямого доступа зондирующего излучения к поверхности катания колеса и, соответствующей модификации рельса. Это позволяет производить измерения на скорости подвижного состава ˜50 км/час. Формирование зондирующего излучения в виде широкого пятна круглой или прямоугольной формы значительно проще по сравнению с формированием растра лучей в способе-прототипе.

Таким образом, поставленная задача повышения скорости измерений и упрощения способа обнаружения дефектов на поверхности катания колеса подвижного состава решена.

Литература

1. Патент РФ №2146630, кл. В 61 К 9/12, 2000 г.

2. Патент США №5133521, НКИ 246/169R, 1992 г.

3. Патент РФ №2122956, кл. В 61 К 9/12, 1998 г. (прототип).

4. А.З.Венедиктов. Бесконтактный контроль параметров колесных пар. Железные дороги мира, 2004 г., №10, стр.61-65.

1. Способ обнаружения дефектов на поверхности катания колеса подвижного состава, заключающийся в облучении поверхности колеса световым излучением, получении на фотоприемнике информации о форме поверхности колеса и определении наличия и параметров ползуна на поверхности катания, отличающийся тем, что облучают вершину гребня пучком параллельных лазерных лучей; информацию о поверхности колеса получают в виде последовательности профилей вершины гребня колеса, а наличие и параметры ползуна определяют путем сравнения упомянутых профилей по изменению расстояния между вершиной гребня и верхней кромкой рельса.

2. Устройство для реализации способа по п.1, содержащее по крайней мере две оптические измерительные системы, включающие источники света и фотоприемники, и электронный блок управления и обработки сигналов, отличающееся тем, что в устройство введены датчики положения колеса; оптические измерительные системы расположены друг от друга на таком расстоянии, которое позволяет снимать профиль гребня одной и другой половины колеса соответственно одной и другой оптической системой; источники света выполнены в виде источников пучка параллельных лазерных лучей и снабжены оптическими средствами формирования непрерывного зондирующего излучения с размерами в области вершины гребня, большими размеров вершины гребня, при этом источники света и фотоприемники снабжены зеркалами с механизмами перемещения.

3. Устройство для реализации способа по п.2, отличающееся тем, что оптические средства формирования непрерывного зондирующего излучения в области вершины гребня выполнены в виде асферических линз.