Способ контроля контакта рельса с колесом

Изобретение относится к способу контроля контакта между колесом и рельсом железнодорожного транспортного средства. Способ контроля контакта между колесом и рельсом железнодорожного транспортного средства содержит этапы: записи вертикального и/или бокового ускорения по меньшей мере одного колеса (10) транспортного средства; сохранения записанного ускорения вместе с ассоциированным угловым и с ассоциированным географическим положением колеса (10); идентификации событий ускорения, превышающих предопределенный параметр; классифицирования каждого события с использованием вычислительной физической модели (22) колеса (10). Далее выполняют частотный анализ событий, ассоциированных с данными угловыми положениями и/или с данными географическими положениями колеса (10), и если частота по меньшей мере одного данного события в одном ассоциированном угловом и/или ассоциированным географическом положении превышает предопределенный порог, то колесо (10) и/или рельсовый путь (11) в данном географическом положении подвергаются проверке. В результате операторы железной дороги могут быстрее обнаруживать дефекты колес и рельсов. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к способу контроля контакта рельса с колесом железнодорожного транспортного средства.

Целостность колеса является существенной частью безопасной эксплуатации железнодорожных транспортных средств. В частности, в случае высокоскоростных поездов, повреждение колеса должно быть обнаружено заблаговременно, и должны приниматься надлежащие меры противодействия, чтобы избежать проблем безопасности. С другой стороны, избыточная диагностика повреждения колеса может привести к ненужным заменам колес, что влечет за собой затраты на техническое обслуживание, которых можно избежать.

Общеизвестным способом в техническом обслуживании колес является так называемый осмотр проезжающего мимо вагона, когда колеса контролируются во время осмотра проезжающего мимо транспортного средства. Обычно это недостаточно эффективно и приводит к неправильной диагностике, пропуску поврежденных колес и маркировке работоспособных колес для замены.

Более точным методом является использование так называемых колесных детекторов ударной нагрузки (WILD). Такие детекторы состоят из ряда тензодатчиков, приваренных к рельсу, количественно определяющих силы, приложенные к рельсу, на основании математического соотношения между приложенной нагрузкой и прогибом подошвы рельса.

Эта ударная нагрузка, измеренная таким образом, может применяться для структурного мониторинга рабочего состояния колес железнодорожных транспортных средств. В настоящее время предел ударной нагрузки для путевых детекторов установлен Ассоциацией американских железных дорог на 90000 фунтов.

Колеса, вызывающие такие нагрузки, так называемые колеса с высокой ударостойкостью, часто имеют плоские места на их поверхности протектора, известные как плоские площадки (фаски) скольжения. Такие плоские площадки скольжения, как правило, возникают, когда колесо блокируется, в то время как поезд находится в движении, например, из-за включенного ручного тормоза. Другие режимы повреждения, такие как серьезные дефекты в поверхности протектора, также могут возникать в колесах с высокой ударной нагрузкой.

В то время как колеса с высокой ударной нагрузкой в первую очередь вызывают озабоченность в связи с возможностью катастрофической неисправности с последующим крушением, они также важны в экономическом аспекте, так как события высокой ударной нагрузки прикладывают значительную нагрузку (напряжение) к колее. Например, для колес с высокой ударной нагрузкой наблюдалось увеличение темпов роста трещин в поверхности рельсов с коэффициентом 100 по сравнению с условиями без ударной нагрузки, а также они оказывают пагубное влияние на железобетонные шпалы, усиливая зарождение трещин.

К сожалению, нет легко устанавливаемой связи между повреждением колеса и неисправностью. В то время как некоторые колеса с высокой ударной нагрузкой могут оставаться в эксплуатации в течение многих лет без сбоев, другие отказывают почти немедленно. Кроме того, некоторые виды повреждения колеса, такие как нарушение обода и вертикально раздвоенный обод, как правило, происходят на колесах намного ниже предела ударной нагрузки 90000 фунтов.

Поэтому задачей настоящего изобретения является обеспечение способа контроля контакта между колесом железнодорожного транспортного средства и рельсом, который позволяет улучшить обнаружение повреждения колеса.

Эта задача решается способом по пункту 1 формулы изобретения.

Способ, соответствующий изобретению, включает в себя запись вертикального и/или бокового ускорения по меньшей мере одного колеса транспортного средства, сохранение записанного ускорения вместе с ассоциированным угловым положением колеса, идентификацию событий ускорений, превышающих предопределенный параметр, и, для каждого идентифицированного события, классификацию события с использованием вычислительной физической модели колеса.

Другими словами, данные ускорения, которые, как правило, доступны от датчиков, интегрированных в подшипник полуоси, используются для онлайн-мониторинга работоспособности колеса. Ассоциирование записанных данных ускорения с соответствующими угловыми положениями контролируемого колеса позволяет определять точное положение дефекта, вызывающего ускорение, на окружности колеса и, кроме того, определять и классифицировать типы дефектов с помощью физической модели колеса.

Эти методы позволяют операторам железной дороги обнаруживать дефекты колеса, как только они физически проявляются в поведении качения колеса, тем самым значительно увеличивая эксплуатационную безопасность и сокращая затраты на техническое обслуживание за счет минимальной частоты ложноположительных событий обнаружения.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения выполняется частотный анализ событий, ассоциированных с заданными угловыми положениями колеса, и если частота по меньшей мере одного данного события в одном ассоциированном угловом положении превышает предопределенный порог, то колесо проверяется. Это помогает различить однократное событие или редкие события, вызванные, например, дефектами колеи или воздействием постороннего объекта, от действительного повреждения колеса, тем самым дополнительно снижая вероятность ошибочной классификации работоспособного колеса как неисправного.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения вертикальное и/или боковое ускорение колеса сохраняется вместе с ассоциированным географическим положением колеса. Геокодирование событий ускорения, таким образом, позволяет осуществлять одновременный мониторинг работоспособности колеса и колеи, идентифицировать участки колеи, требующие технического обслуживания или проверки. Для получения географических данных может быть использована система GPS.

Также является выгодным вычислять диагональное ускорение из вертикального и бокового ускорений и сохранять его вместе с ассоциированными угловыми и/или географическими положениями. Это сокращает набор данных, который должен обрабатываться и сохраняться.

Ускорение и ассоциированное угловое и/или географическое положение можно сохранять локально в запоминающем устройстве, установленном на поезде. Упомянутые данные могут затем быть считаны и проанализированы во время планового технического обслуживания.

Альтернативно, ускорение и ассоциированное с ним угловое и/или географическое положение может быть передано на блок обработки и хранения данных, внешний по отношению к поезду. Это особенно выгодно, если представляет интерес онлайн-мониторинг работоспособности рельсового пути, так как данные ускорения для заданных географических положений можно контролировать по всему парку поездов в режиме реального времени, представляя все более точную картину состояния рельсового пути.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения события ускорения идентифицируются алгоритмом совпадения образцов (шаблонов). Это обеспечивает возможность точного определения широкого спектра образцов повреждений, которые могут быть точно классифицированы. Более того, совпадение образцов позволяет обнаруживать не являющиеся предопределенными типы дефектов, которые затем могут быть исследованы.

В дальнейшем изобретение и его предпочтительные варианты осуществления будут описаны более детально со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее:

фиг. 1 - схематичное представление колеса железнодорожного транспортного средства с ассоциированными датчиками ускорения и положения колеса;

фиг. 2 - диаграмма потока для варианта осуществления способа согласно изобретению, чтобы определить повреждение колеса;

фиг. 3 - диаграмма потока для варианта осуществления способа согласно изобретению, чтобы дополнительно определить повреждение рельсового пути, и

фиг. 4 - диаграмма потока для варианта осуществления способа согласно изобретению для одновременного определения повреждения колеса и рельсового пути.

Для наблюдения своего состояния железнодорожное колесо 10 имеет присоединенные датчики 12, 14 для измерения ускорения колеса и углового положения соответственно.

Кривая 16, показанная на фиг. 2, представляет собой ход вибраций колеса - как измерено с помощью акселерометра 12 - во времени. Вместе с кривой 18, представляющей угловое положение колеса 10, эти данные служат основой для определения повреждения колеса. Методы совпадения образцов используются для обнаруженных событий 20 воздействия (удара) в пределах кривой 16 вибраций, которые превышают определенные заданные параметры. В комбинации с физической моделью 22 колеса такие события 20 можно классифицировать, например, для типа неисправности и затем анализировать с использованием статистических данных частоты, как показано на диаграмме 24. Если частота определенного типа события, ассоциированного с определенным углом поворота колеса 10, превышает пороговое значение, то требуется техническое обслуживание для соответствующего колеса.

Как показано на фиг. 3, такой анализ может быть выполнен не только для колеса 10, но также и для рельсового пути 11, по которому катится упомянутое колесо. Для этого события 20 воздействия анализируются не только в зависимости от углового положения колеса, но и дополнительно в зависимости от географического положения, определяемого клиентом 26 глобальной системы позиционирования. Частотный анализ затем выполняется для графического представления частоты событий по отношению к географическому положению на рельсовом пути, как визуализируется на диаграмме 28. Если частота событий воздействия превышает определенный порог для конкретного сегмента рельсового пути, то этот сегмент будет маркирован для проверки.

Фиг. 4 показывает, наконец, интегрированное представление всей системы, содержащей устройство 30 записи и мониторинга основанных на транспортном средстве данных, которое записывает и сохраняет данные ускорения от колес 10 и передает эти данные в физическую модель 22. При обнаружении возможного повреждения колеса предупреждающий сигнал 32 генерируется и представляется машинисту поезда.

Отдельная железнодорожная система 34 мониторинга также получает обработанные события воздействия из физической модели 32 и коррелирует их с географическими данными, полученными от GPS приемника 26. В зависимости от текущих потребностей система 34 генерирует список 36 сегментов рельсового пути, для которых предполагается наличие дефектов.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

10 колесо

11 рельсовый путь

12 акселерометр

14 датчик углового положения

16 кривая

18 кривая

20 событие

22 модель

24 частотный анализ

26 GPS приемник

28 частотный анализ

30 блок записи и сохранения

32 предупреждающий сигнал

34 железнодорожная система мониторинга

36 список

1. Способ контроля контакта между колесом и рельсом железнодорожного транспортного средства, содержащий этапы
a) записи вертикального и/или бокового ускорения (16) по меньшей мере одного колеса (10) транспортного средства;
b) сохранения записанного ускорения (16) вместе с ассоциированным угловым и с ассоциированным географическим положением (18) колеса (10);
c) идентификации событий (20) ускорения, превышающих предопределенный параметр;
d) для каждого идентифицированного события, классифицирования события с использованием вычислительной физической модели (22) колеса (10);
e) выполнения частотного анализа (24, 28) событий (20), ассоциированных с данными угловыми положениями (18) и/или с данными географическими положениями колеса (10), и
f) если частота по меньшей мере одного данного события (20) в одном ассоциированном угловом и/или ассоциированном географическом положении превышает предопределенный порог, то колесо (10) и/или рельсовый путь (11) в данном географическом положении подвергаются проверке.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что географическое положение определяют с помощью GPS.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диагональное ускорение вычисляют из вертикального и бокового ускорений (16) и сохраняют вместе с ассоциированным угловым (18) и/или географическим положением.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ускорение (16) и ассоциированное с ним угловое (18) и/или географическое положение сохраняют локально в блоке хранения (30), установленном в поезде.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ускорение (16) и ассоциированное с ним угловое (18) и/или географическое положение передают в блок (34) обработки и хранения данных, внешний по отношению к поезду.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что события (20) ускорения идентифицируют на этапе (с) посредством алгоритма совпадения образцов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к автоматизированным системам, предназначенным для измерения динамических характеристик вагонов. Автоматизированная система измерения динамических характеристик и выявления вагонов с отрицательной динамикой содержит блок лазерных маркеров, измеряющий с помощью видеокамеры и лазеров положение борта вагона и выделение кадра с бортовым номером, комплект трех компонентных комбинированных датчиков, расположенных попарно друг напротив друга на каждом рельсе, включающих в себя индуктивный датчик, регистрирующий проход колеса вагона, акселерометр, измеряющий уровень воздействия колеса в трехмерном пространстве, и гироскоп, определяющий величину смещения рельса.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта. Согласно способу автоматического считывания сил воздействия колеса железнодорожного транспорта на рельс происходит преобразование механических сил воздействия колеса на рельс в давление жидкости.

Изобретение относится к измерительным устройствам. Устройство замера горизонтальных усилий между гребнем колеса и головкой рельса при проведении макетных исследований движения подвижного состава по рельсовому пути состоит из макета рельс в виде стальной ленты, креплений, шпал и датчиков.

Стационарное устройство предназначено для измерения в условиях эксплуатации износа бандажей (проката) и износа гребней (подреза) локомотивных колесных пар. В заявленном стационарном устройстве рельсовые вставки смещены относительно друг друга на расстоянии 4-5 метров, их профили выполнены в соответствии со стандартным профилем бандажей.

Изобретение относится к способу контроля состояния поворотной тележки (3) рельсового транспортного средства, имеющей, по меньшей мере, одну колесную пару (4). Причем колеса (8) колесной пары (4) жестко соединены осью (6) и имеют приближенно конический профиль колеса.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на железнодорожном транспорте для бесконтактного измерения профиля железнодорожных колес с помощью мобильных лазерных триангуляционных датчиков.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для контроля технического состояния колесной пары железнодорожного транспорта при его движении по рельсовому пути.

Изобретение относится к области дефектоскопии и неразрушающего контроля. .

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для автоматического контроля технического состояния рельсового подвижного состава в процессе его эксплуатации.

Изобретение относится к диагностике поверхности катания колесных пар подвижного состава железнодорожного транспорта и метрополитена. .

Изобретение относится к области диагностики железнодорожного пути. Устройство для контроля положения рельсового пути в горизонтальной плоскости согласно изобретению содержит вычислительный блок, в состав которого входят два блока пересчета координат, две линии задержки на 12,5 метров, две линии задержки на 17 метров, линию задержки на 50 метров, сумматор и блок нормировки.

Настоящее изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам контроля состояния конструкций искусственных сооружений для железнодорожного транспорта в процессе их эксплуатации, и может применяться для выявления потенциально опасных участков железнодорожного пути и его окружения.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к системам неразрушающего контроля, размещенным на ходовой тележке вагона-дефектоскопа. Следяще-стабилизирующее устройство скоростного вагона-дефектоскопа выполнено в виде сборной пространственной рамы, состоящей из левой и правой независимых частей, закрепленных на буксах ходовой тележки вагона-дефектоскопа.

Изобретение относится к способам продольного перемещения (угона) участков рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути. Способ оценки угона рельсовой плети заключается в том, что на каждой маячной шпале и на рельсовой плети, на нерабочей стороне рельса и на известном расстоянии друг от друга устанавливают метки - ферромагнитные элементы так, чтобы обеспечить надежное обнаружение сигналов от них магнитным дефектоскопом.

Изобретение относится к стендовым конструкциям для проведения макетных исследований моделирования динамики движения подвижного состава железнодорожного транспорта в прямых и кривых участках пути.
Изобретение относится к путевому хозяйству и может быть использовано для измерения перемещений участков рельсовых плетей бесстыкового пути при воздействии на них поездной нагрузки и температуры и на этой основе определения напряженного состояния рельсовых плетей.

Настоящая группа изобретений относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для контроля железнодорожного пути, в частности для определения отклонения железнодорожного пути от проектного положения.

Изобретение относится к способу контроля продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути. Определение продольных напряжений осуществляют непрерывно в движении железнодорожного подвижного состава при механическом взаимодействии катящегося железнодорожного колеса и рельса при возбуждении механических колебаний на контролируемых участках рельсовых плетей с регистрацией, преобразованием полученных колебаний в акустические и усилением сигнала, и при анализе спектра возбуждаемых колебаний по частоте и амплитуде, зависящих от величины продольных механических напряжений участков рельсовых плетей.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики контрольных элементов устройств контроля схода подвижного состава (УКСПС).

Изобретение относится к устройствам для неразрушающего контроля и предназначено для определения координат датчика контроля в процессе поиска дефектов. Универсальное координатное устройство для ручного дефектоскопа размещено на объекте контроля и содержит, по крайней мере, один датчик контроля, выполнено в виде плоской рамы открытого типа, свободные концы которой установлены с возможностью поворота на опорных фиксаторах, закрепленных на объекте контроля.
Наверх