CC BY
121
^ СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - ТРАНСПОРТУ
УДК 629.4.05
Анализ методов измерений силового воздействия подвижного состава на путь и систем технического контроля колес при движении поезда
Ю. П. Бороненко1, Р В. Рахимов1, Р Ю. Григорьев1, В. В. Попов2
1 Петербургский государственный университет путей сообщения, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9
2 Октябрьская железная дорога, Российская Федерация, 191023, Санкт-Петербург, пл. Островского, 2
Для цитирования: Бороненко Ю. П., Рахимов Р. В., Григорьев Р. Ю., Попов В. В. Анализ методов силового воздействия подвижного состава на путь и систем технического контроля колес при движении поезда // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2020. - Т. 17. - Вып. 3. - С. 324-344. В01: 10.20295/1815-588Х-2020-3-324-344
Аннотация
Цель: Выбор перспективных способов выявления дефектов колес подвижного состава на ходу поезда, определение требований к перспективным системам диагностики и необходимой нормативной базе для применения на железных дорогах колеи 1520 мм. Методы: Использованы статистические, аналитические и графические методы. Результаты: Определены преимущества и недостатки существующих систем технического контроля колес, а также сформированы требования по дальнейшему развитию систем диагностики подвижного состава при движении поезда. Практическая значимость: Анализ существующих систем технической диагностики подвижного состава на ходу поезда указывает на необходимость перехода от контроля геометрических размеров дефектов на поверхности катания колес к автоматизированному выявлению дефектов по оценке сопутствующих эффектов, сопровождающих качения неисправного колеса по рельсу, и разработки новой нормативной документации в виде ГОСТов по каждому способу измерений, в том числе внесение изменений в Правила технической эксплуатации железных дорог.
Ключевые слова: Подвижной состав, воздействие на путь, динамическая нагрузка, обследование колеса, система технического контроля, схема измерительного участка пути, измерительная зона, диагностика подвижного состава на ходу поезда.
1. Введение
На поверхности катания колес железнодорожного подвижного состава в процессе эксплуатации возникают ползуны, выщербины, на-
вары и другие дефекты, которые существенно увеличивают динамические нагрузки на путь и подвижной состав. Выявление колес с такими дефектами производится осмотрщиками вагонов на слух при встрече поезда с ходу, а затем
после остановки поезда внешним осмотром и измерениями геометрических размеров дефекта. Нахождение и измерение размеров дефекта на колесе является трудоемкой операцией, выполняемой зачастую в сложных погодных условиях, при недостаточной освещенности. Кроме того, в зависимости от положения колеса при остановке поезда дефект может оказаться в зоне, недоступной для измерений.
Поэтому в последние годы наметился переход от измерений геометрии дефектов к определению сил воздействия колес с дефектами на железнодорожный путь или других сигналов, сопровождающих движение колеса, с дефектом на железнодорожные пути.
Такой подход представляется более правильным. Ведь именно динамические силы, возникающие при качении колес с дефектами по рельсам, приводят к усталостным повреждениям рельсов, колес, подшипников и других элементов ходовых частей. В настоящее время в мире разработано около десятка способов выявления дефектных колес, которые в дальнейшем применяются в автоматизированных комплексах диагностики подвижного состава на ходу поезда.
Используемые в различных странах комплексы диагностики отличаются друг от друга способами и средствами измерений сил, системами градуировки, точностью измерений и предельными значениями показателей, по которым проводится браковка колес. В дальнейшем с целью выбора перспективных способов выявления дефектов колес на ходу поезда производится обзор существующих методов и формируются требования к перспективным системам диагностики и необходимой нормативной базе для применения на железных дорогах колеи 1520 мм.
2. Методы измерения вертикального воздействия подвижного состава на железнодорожный путь
Анализ отечественного и мирового опыта оценки вертикального воздействия подвижного
состава на путь позволяет все известные методы классифицировать следующим образом:
- измерения по напряжениям или деформациям в рельсе;
-измерения по усилиям на шпалы;
- измерения по прогибу рельса;
- измерения по ускорениям рельса или других элементов верхнего строения пути;
- измерения по уровню акустической эмиссии;
- измерения по уровню шума;
- совмещенные методы измерения.
По длительности измерений и охвату всей поверхности катания колеса их можно разделить на: точечные (измерения проводятся в момент прохождения датчика колесом); кусочно-непрерывные (измерения проводятся периодически при прохождении части окружности колеса, постепенно охватывая всю поверхность катания); непрерывные (измерения ведутся во время всего оборота колеса или даже нескольких оборотов).
2.1. Измерения по напряжениям или деформациям в рельсе
Измерения сил взаимодействия между колесом и рельсом представляют самостоятельный научный и практический интерес даже при качении колеса без дефектов. Их результаты используются для оценки как прочности самого пути, так и динамических качеств вагонов.
2.1.1. Измерения по кромочным напряжениям в подошве рельса
Поскольку максимальные напряжения возникают в кромках подошвы рельса, то первоначально силы, действующие на рельс от колеса подвижного состава, определяли по их корреляционным зависимостям от полусуммы и полуразности кромочных напряжений, измеренных в одном поперечном сечении рельса датчиками 1 и 2 (рис. 1) [1]. Несмотря на хорошую корреляционную зависимость, погрешность измерения сил, действующих в контакте колеса и
рельса, по кромочным напряжениям в рельсе могла составлять порядка 30 %. Основным недостатком такого способа измерения является зависимость результатов измерений от упругих свойств пути [2].
2.1.2. Измерения по напряжениям в трех точках: в кромках подошвы рельса и в наружном сечении головки рельса
Позже под руководством Е. М. Бромберга был разработан, а в работах [3, 4] О. П. Ерш-ковым теоретически обоснован и практически реализован более точный экспериментальный метод измерения сил, действующих в одном поперечном сечении рельса, путем одновременной регистрации напряжений в трех точках («трехточечный» метод) - измерения напряжений в кромках подошвы рельса (тензорезисторы 1 и 2) и в наружном сечении головки рельса (тензо-резистор 3) с последующим вычислением алгебраической комбинации расчетных напряжений (рис. 1). В основе метода лежит разработанная М. Ф. Вериго и О. П. Ершковым теоретическая зависимость между напряжениями в подошве рельса, вызываемыми действием крутящего момента и боковой силы [5].
По данному методу параметры силового воздействия колеса подвижного состава на рельс определяются по формулам [1]
вертикальная сила
Q - AiSHp + A2SBp
вр'
боковая сила
Р = вВДр + В2 + В3 ^Нр,
крутящий момент в сечении
м=рьу - дьх,
центром изгиба сечения; Ь - эксцентриситет приложения вертикальной нагрузки относительно продольной оси рельса; А1, А2, В1, В2, В3 - расчетные коэффициенты, определяемые по положению мест наклейки тензорезисторов, плоскости приложения боковой силы и размеров элементов сечения рельса.
Следует отметить, что точность измерения напряжений в рельсе при применении данного метода практически не зависит от возможного на практике выбора места для установки тензо-резисторов в одном поперечном сечении рельса. Однако из-за отсутствия в то время вычислительных мощностей «трехточечный» метод О. П. Ершкова в последующем был заменен на метод Шлюмпфа, который в дальнейшем был включен в ГОСТ Р 55050-2012 [6].
2.1.3. Измерения по нормальным напряжениям на шейке рельса
В настоящее время на железных дорогах России для определения сил в контакте колеса и рельса применяется ГОСТ Р 55050-2012, основанный на измерении нормальных напряжений тензорезисторами 4,5 (рис. 1), установленными вертикально с двух сторон в одном сечении на нейтральной оси шейки рельса, по сумме которых вычисляются вертикальные силы. Тензоре-зисторы 6-9 определяют боковые силы. Такая схема измерения вертикальных сил мало зависит от горизонтальной силы и эксцентриситета вертикальной силы.
Непосредственно величина вертикальных динамических сил между колесом и рельсом не ограничивалась, а устанавливалась допускаемая динамическая погонная нагрузка на железнодорожный путь от тележки:
q -
nP0 (1 + KПО )
l + 2,2
гчП
где SHp,
s п
SBP,
SHp - показания тензорезисторов
в наружной, внутренней кромках подошвы и на наружной стороне головки рельса; Ьу - превышение плоскости действия боковой силы над
где п - число осей в тележке; Ро - статическая осевая нагрузка от колесной пары на рельсы; I - расстояние между крайними осями в группе;
Кдо - коэффициент, равный отношению дина-
'"ДО
Рис. 1. Варианты наклейки тензорезисторов на шейку рельса для определения силового
воздействия подвижного состава на путь: 1-9 - номера тензорезисторов; Q - вертикальная сила; Р - боковая сила; М - изгибающий момент; X, Y- направления осей системы координат
мической составляющей вертикальной силы, действующей на подрессоренную массу, возникающей от колебаний подпрыгивания и галопирования, к ее статической составляющей. То есть в первоначальном варианте этого ГОСТа силы в контакте колеса и рельса самостоятельного значения не имели.
В 2014 г. ГОСТ Р 55050-2012 был дополнен Изменением № 1, в котором как показатели допустимого воздействия на железнодорожный путь введены вертикальные силы от колес подвижного состава, имеющие дефекты на поверхности катания, и рекомендовано с их помощью выявлять колеса с дефектами на поверхности катания.
Для обнаружения дефектов предлагается оборудовать участок пути длиной не менее одной
длины окружности колеса у измерительной аппаратуры, увеличить частотный диапазон до 1 кГц и установить скорость движения при измерениях не менее 25 км/ч. При вертикальных силах 370-450 кН вагон может следовать до ближайшего пункта технического обслуживания вагонов, где должно быть проведено определение геометрических размеров дефекта. При силах свыше 450 кН вагон подлежит немедленной отцепке для замены колесной пары. Однако в Изменении № 1 не регламентировались ни методика измерения сил, ни требования к количеству устанавливаемых датчиков. В литературе отсутствуют публикации об апробации этого ГОСТа, а некоторые попытки создания измерительных участков на основе рекомендаций Изменения
№ 1 на Горьковской и Западно-Сибирской железных дорогах так и не привели к положительным результатам.
На рис. 2 показана схема измерительного участка межшпального промежутка рельса для выявления дефектов колес с 24 парами тензоре-зисторов для измерения вертикальных сил, установленными через 136 мм на длине 3264 мм, превышающем длину окружности колеса. Даже при такой частой установке тензорезисторов вероятность попадания дефектов за оборот колеса на датчик менее 20 %.
Практика применения ГОСТ Р 55050-2012 показала его недостаточную точность и в измерении боковых сил. Поэтому в настоящее время подготовлен проект нового стандарта [7], в котором заменено измерение боковых сил с метода Шлюмпфа на метод «РЖД-2016» [8]. Принци-
пиальное отличие метода «РЖД-2016» состоит в совместном измерении боковой и вертикальной сил, а также суммарного момента в поперечном сечении рельса при движении по нему подвижного состава при любом положении точки контакта в системе «колесо-рельс». Три указанных компонента полностью определяют нагружен-ность поперечного сечения рельса [9].
Для измерения сил, действующих на головку рельса, метод предусматривает установку четырех тензорезисторов симметрично на обе стороны шейки рельса. Регистрация сигналов осуществляется с каждого тензорезистора отдельно. При этом для получения выходных сигналов тензорезисторы 6-9 (см. рис. 1) соединяются в четыре измерительных моста, и каждый измерительный мост содержит по одному рабочему тензорезистору и три компенсационных
Рис. 2. Схема измерительного межшпального участка пути, основанная на измерении нормальных напряжений на шейке рельса: а - схема расположения датчиков; б - записи возникающих сил (то же для рис. 5, 6, 7, 12); 1 - усилия, регистрируемые датчиками; 2 - вертикальная сила, действующая на рельс от колеса с ползуном; - восстанавливаемые вертикальные усилия; - поперечные усилия
на рельсе
тензорезистора, которые через тензоусилители подключаются к регистрирующим устройствам.
Для получения связи между показаниями тензорезисторов и силовыми воздействиями по методу «РЖД-2016» проводятся тарировоч-ные эксперименты, включающие в себя четыре варианта нагружения измерительного сечения рельса: вертикальной силой в середине головки рельса; одновременно вертикальной силой в середине головки рельса и боковой силой; вертикальной силой, смещенной на Ьх наружу от середины головки рельса; вертикальной силой, смещенной на Ьх внутрь от середины головки рельса. В результате тарировок с использованием линейной суперпозиции из показаний тензорези-сторов ^ формируется матрица влияния и вычисляется псевдообратная матрица к матрице что позволяет получить в каждый момент времени t возможность определять фактические значения силовых факторов, действующих на головку рельса от колес подвижного состава, по поступающим сигналам тензорезисторов по матричному уравнению
(F С)}}=
Q(t) P(t)
mz (t)
= (t)}.
В работе [9] по результатам расчетов методом конечных элементов установлено, что восстановление вертикальных сил с помощью метода «РЖД-2016», как и ГОСТ Р 55050-2012, дает погрешность не более 1,5 %. Однако, если дефект поверхности катания не придется на измерительное сечение, погрешность в зависимости от величины дефекта может достигать 200-300 %. Поэтому проект нового межгосударственного стандарта «Железнодорожный подвижной состав. Нормы допускаемого воздействия на железнодорожный путь и методы испытаний» не предусматривает его использования для диагностики колес подвижного состава. ГОСТ Р 55050-2012 остается действующим, но, на наш взгляд, необходима разработка отдельного ГОСТа для измерения воздействия на путь колес с дефектами.
Было установлено, что системы диагностики с использованием методов измерений по нормальным напряжениям, в том числе методы, согласно ГОСТ 5050-2012 и «РЖД-2016», не могут выявлять дефекты на поверхности катания колес, оказывающие короткие ударные воздействия, так как величина измерительной зоны мала [10, 11].
2.1.4. Измерения по деформации отверстия в рельсе
В работах [12-14] предлагается одновременно измерять вертикальные и боковые силы, приложенные колесами к рельсам, по деформации отверстия в рельсе. При этом в [13] для измерения обеих сил цилиндрические датчики, смонтированные на двух кольцеобразных вкладышах, с применением фиксирующих плоских шайб и болтового соединения монтируются в отверстия, высверленные в шейке рельса в зоне горизонтальной нейтральной оси поперечного сечения рельса, где каждая составляющая силы может измеряться отдельно. Аналогичным образом в [14] разработан простой преобразователь, который позволяет отделить эффекты вертикальной силы от боковых, поместив его в отверстиях, сделанных в шейке рельса вблизи центра поперечного кручения рельса.
При прохождении колесной пары измерительной зоны рельсы претерпевают деформацию, которая пропорционально деформирует чувствительную втулку (рис. 3). Механические изменения втулки преобразуются в электрический сигнал пропорционально вертикальной силе, нагружаемой на рельс. Область измерения предлагаемыми датчиками может составлять от 16 до 32 датчиков. Основными недостатками методов являются нарушение целостности рельса и точечная оценка сил.
2.1.5. Измерения по касательным напряжениям на шейке рельса
Дальнейшим развитием методов измерения сил, действующих в контакте колеса подвижно-
Рис. 3. Схема расположения датчиков с отверстием в рельсе
го состава с рельсом, существенно увеличивающим объем регистрируемых экспериментальных данных, является тензометрическая схема «кусочно-непрерывной» регистрации [15].
Данная схема измерения вертикальной силы, так называемый метод измерений поперечной силы, широко применяется на железных дорогах зарубежных стран и состоит из двух комплексов тензорезисторов, устанавливаемых на нейтральной оси шейке рельса под углом 45° симметрично относительно середины межшпального промежутка, формирующих полный мост Уит-стона, где сигналы из восьми тензорезисторов суммируются [16, 17]. При такой схеме измеряется разность сдвигов между двумя сечениями, расположенными на некотором расстоянии друг от друга в пределах одного межшпального промежутка, и поэтому на результатах не отражается фактическое положение вертикальной нагрузки. При этом полностью исключается воздействие боковой силы, которое вызывает сдвиг, изгиб в горизонтальной плоскости и кручение рельса. Таким образом, получается постоянное измеренное значение для нескольких десятков сантиметров, обеспечивая более надежные измерения.
Такая схема «кусочно-непрерывной» регистрации сил, учитывающая специфику отечественных железнодорожных путей, разработана, теоретически обоснована и экспериментально проверена в работах [15, 18]. Наилучшая точ-
ность восстановления вертикальной силы на типовой конструкции верхнего строения железнодорожного пути в «Пространстве - 1520», который имеет существенные отличия от путей колеи 1435 мм, по разработанному методу [19] измерений касательных напряжений в двух сечениях рельса обеспечивается при установке тен-зорезисторов на расстоянии 204 мм от центра межшпального промежутка (расстояние между измерительными сечениями 408 мм) с длиной измерительной зоны примерно 220 мм (рис. 4), что позволяет измерить вертикальные силы, действующие от колеса на рельс, с относительной погрешностью не более 3 % и, следовательно, обнаружить дефекты на поверхности катания колес с минимальной глубиной.
Данный метод является классическим способом непрерывной регистрации вертикальных усилий и широко применяется в полевых условиях для определения дефектов на поверхности катания колеса (рис. 5).
В США для проверки состояния колес и предупреждения дефектов, влияющих на безопасность движения, применяется система диагностики Wheel Impact Load Detector (WILD) [20], реализованная по измерению касательных напряжений в двух сечениях рельса. Система диагностики WILD имеет измерительный участок общей длиной 16 м, который устанавливается на железнодорожный путь над 25 шпалами. Конструктивно участок состоит из трех обла-
Рис. 4. Схема кусочно-непрерывной регистрации вертикальных сил по измерению касательных
напряжений в двух сечениях рельса: I - расстояние между тензорезисторами(обозначения см. рис. 2)
Рис. 5. Схема измерительного участка пути с реализацией метода кусочно-непрерывной регистрации вертикальных сил по измерению касательных напряжений в двух сечениях рельса
(обозначения см. рис. 2)
стей регистрации: центральной и двух боковых. Расстояние между зонами ограничивается тремя шпалами, где длина центральной зоны - семь шпал, а боковых зон - шесть. При движении подвижного состава по измерительному участку пути со скоростью от 40 до 300 км/ч тензоре-зисторы, размещенные на шейке рельса, регистрируют значения сил, передаваемые от колеса на рельс. Сигнал с выхода мостовой схемы направляется в центральный процессор системы. Если сигнал превышает заданный критический уровень, то в центр управления движением направляется предупреждение об этом. Такая система позволяет выявлять длинные неровности на колесных парах при высоких скоростях движения, которые являются причиной наибольшего динамического возмущения, не поддающегося визуальному выявлению.
Все вышерассмотренные методы измерения силового воздействия колеса с рельсом основаны на использовании тензорезисторов, устанавливаемых на рельсе, отличаются расположением тензорезисторов и спецификой обработки получаемых сигналов. В мировой практике экспериментальных исследований также известны другие различные методы измерения сил, возникающих в месте контакта колеса подвижного состава с рельсом.
2.2. Измерения по усилиям на шпалы
Другим способом измерения сил, передающихся колесами на рельсы, также являются методы, где регистрация осуществляется с помощью силоизмерительных элементов, установленных на рельсовых подкладках (прокладках) различных типов, адаптированных к конструкции рельсовых скреплений на измерительных участках пути [2, 21, 22].
Метод измерения воздействий на шпалы лежит в основе существующих систем диагностики БешогНпе и МиШгаП WheelScan. Отличием этих систем является применение волоконно-оптических датчиков, где измерительный элемент располагается между подошвой рельса
и шпалой. При воздействии колеса на шпалу волоконно-оптический датчик претерпевает деформацию, ограничивающую доступ света внутри датчика на определенное количество. При этом принимаемое количество света преобразуется в электрический сигнал, который перемещается через обрабатывающие устройства с выводом на монитор оператора. Использование оптоволоконной техники позволяет устранить электрические шумы, возникающие в традиционной измерительной аппаратуре. Методы измерения по усилиям на шпалы сложны в плане учета жесткости балласта, рельсовых подкладок, в том числе влияния соседних колес и применения способа в целом. Данный метод используется в нескольких исполнениях: измерения по усилиям на шпалы с длинным рельсом и коротким рельсом (изолированный блок).
2.2.1. Измерения по усилиям на шпалы коротким рельсом (изолированный блок)
Метод определения нагрузок на рельс с помощью изолированного блока связан с изолированием зоны измерений за счет зазоров между рельсами (рис. 6).
На большинстве дорог короткие рельсы не допускаются, поэтому способ применяют в основном в отдельных участках пути при низких скоростях движения подвижного состава.
2.2.2. Измерения по усилиям на шпалы длинным рельсом
Для заблаговременного обнаружения нарушений целостности поверхности катания колесной пары во многих зарубежных странах реализовы-вается диагностическая система Sensoгline [23], основанная по измерению сил, которые передаются колесами шпалам с помощью встраиваемых датчиков (рис. 7), разработанных на основе волоконно-оптических технологий. За счет нагрузки колесной пары на рельсы увеличиваются силы реакции в системе «рельс-шпала», вызывающие деформацию датчика.
Рис. 6. Схема измерительного участка пути с измерением нагрузки на шпалы коротким рельсом (изолированный блок): к1 - весовой коэффициент; М1-Ы2 - усилия на шпалы
(обозначения см. рис. 2)
Рис. 7. Схема измерительного участка пути с измерением усилий на шпалы
(обозначения см. рис. 2, 6)
Уравнение равновесия усилий способа имеет следующий вид:
F =Ё к ■ N,
1=0
где к - весовой коэффициент; N. - усилия на шпалы.
Длина измерения диагностируемого участка системы ЗешогНие изменяется от 4,2 до 7,8 м. Для наиболее точной обработки данных также в системе возможно изменение длины участка измерения. Колесная пара в процессе движения производит два оборота или более. Система работает на скоростях движения от 35 до 350 км/ч. Минимальная погрешность измерения 3 % достигается при скорости движения до 60 км/ч. На точность измерений влияют весовые коэффициенты к.. Обоснованное их определение представляется сложным из-за влияния соседних колес и неравномерности деформаций балласта.
Полученные данные от датчика обрабатываются программным кодом, определяя колеса с дефектом и внося их в базу данных. Система имеет связь с диспетчерским пунктом, который принимает сигнал о состоянии колесных пар в движении.
2.3. Измерения по прогибу в рельсе
На железных дорогах Голландии для мониторинга ходовых частей и массы единицы подвижного состава применяется диагностический
Рис. 8. Схема расположения датчика системы Quo Vadis
комплекс Quo Vadis [24], где измерения осуществляются с помощи волоконно-оптических датчиков (рис. 8). Для получения необходимой и достоверной информации три датчика монтируются на рельсы. Значения нагрузок, действующих на рельсы, рассчитываются по прогибу рельса с учетом текущего состояния пути.
К недостаткам этой системы можно отнести низкий диапазон скоростей.
Аналогическая система с использованием волоконно-оптических датчиков - система диагностики Lasca - применяется в Германии [25]. Измерительный участок системы представляет собой шесть пар лазерных датчиков, располагающихся параллельно рельсам между шпалами (рис. 9). В процессе перемещения колесной пары на измерительном участке лазер, расположенный на центральной оси рельса, передает луч на чувствительный элемент. При появлении нагрузки на измерительном участке луч отклоняется на определенный угол, пропорциональный изгибу рельса. При появлении дефекта чувствительный элемент регистрирует увеличение нагрузки.
В то время, когда колесо проходит по поверхности рельса, информация, показывающая динамические показатели взаимодействия колеса и рельса, является частью сигнала в диапазоне времени. Длина регистрируемого участка составляет 900 мм.
В России по этому принципу действует система контроля вертикальных динамических нагрузок (СКВДН), измеряющая прогиб рельса с помощью волоконно-оптических датчиков.
2.4. Измерения по ускорениям
Суть метода заключается в измерении ускорений элементов верхнего строения пути акселерометрами при проходе колеса с дефектами [26].
2.5. Измерения по уровню акустической эмиссии
Метод акустической эмиссии применяется для регистрации развивающихся дефектов. От-
Рис. 9. Схема регистрации вертикальной нагрузки диагностической системы Lasca
Счетчик осей колесных пар Рис. 10. Компоновочная схема ПАУК-11К
личие акустической эмиссии от других методов неразрушающего контроля состоит в источнике сигнала, которым служит сам материал, а не внешняя среда, поэтому принято считать метод акустической эмиссии пассивным. Также метод акустической эмиссии регистрирует развивающиеся дефекты, которые уже являются потенциально опасными [27, 28].
По описанному выше принципу разработан диагностический комплекс пост акустического ультразвукового контроля экипажной части подвижного состава «ПАУК-11К» (рис. 10) [29]. Комплекс предназначен для мониторинга и диагностики состояния поверхности катания колесных пар подвижного состава. При прохождении подвижного состава над измерительным участком пьезоэлектрический датчик принимает сигнал и передает его через измерительные каналы в устройство регистрации и обработки данных (блок-анализатор АРП-11), где результаты выводятся на центральный компьютер оператору. Трудности использования этого метода связаны с определением источника сигнала.
2.6. Измерения по шуму
Суть метода акустического шума по определению усилий в ответственных узлах грузовых вагонов заключается в считывании статистических показаний в виде звуковых значений. В исследовании [30] авторы сделали акцент на регистрации данных через чувствительные микрофоны. С помощью программного обеспечения пункт измерительного контроля обрабатывает полученные сигналы на наличие возмущений, относящихся к периоду прохождения колесной пары через измерительный участок.
В момент прохождения колесной пары через пост акустического контроля (ПАК) появляются динамические акустические шумы, которые регистрируются системой измерения (рис. 11). В зависимости от степени повреждения поверхности катания колесной пары амплитуда акустических импульсов может достигать 90 дБ и более.
Трудности применения метода связаны с установлением связи между уровнем шума и видом дефекта.
2.7. Совмещенные методы измерения
Для точного измерения нагрузок и расширения зоны измерений в мировой практике также применяются системы диагностики подвижного состава, в которых динамические показатели определяются совмещенными методами измерения. Пример такой схемы, где диагностическая система представляет совокупность двух методов: измерения по усилиям в рельсе и измерения по усилиям на шпалы, представлена на рис. 12.
Метод является модернизированным и применяется для рельсовых путей, предназначенных для высокоскоростного транспорта. При этом уравнение равновесия имеет следующий вид:
р,=а -62+£*, • N,
(■=0
где Q1 и Q2 - поперечные усилия на рельсе; N. -усилия на шпалы; к. - весовой коэффициент.
Для автоматизации контроля подвижного состава при движении поезда на железных дорогах Германии используется диагностическая
Рис. 11. Схема работы методом акустического шума
Рис. 12. Схема диагностической системы с совмещенными методами измерения
(обозначения см. рис. 2, 6)
система Multirail WheelScan [31], основанная на измерении сил реакции шпал тензодатчика-ми и вибродатчиками. Суть системы Multirail WheelScan - в применении специализированных весоизмерительных шпал, которые устанавливаются вместо стандартных на исследуемом участке железнодорожного пути. Эта система позволяет регистрировать нагрузки, действующие в контакте «колесо-рельс» при движении подвижного состава. Опираясь на полученные данные, определяются дефекты, опасные для подвижного состава и верхнего строения пути.
На основе данного метода в Австралии разработана система мониторинга Wheel Condition Monitor (WCM) [32]. WCM - это гибридный зажимной комплекс, применяющий акселерометры и тензодатчики, обеспечивающий полное покрытие поверхности катания колесной пары. WCM включает в себя накладные датчики, закрепленные на подошве рельса, и полевые процессоры для обработки данных. Изолированные кабели используются по мере необходимости
для электрифицированных сред. Система является съемной, поэтому имеется возможность для быстрого демонтажа. Комплекс применяется для обнаружения дефектов колесных пар и автоматического контроля их состояния. Система обеспечивает контроль на скорости движения поезда от 25 до 130 км/ч.
На сети железных дорог Германии для автоматизированного контроля состояния колес подвижного состава внедрена система Байдг, основанная на измерении усилий на рельсе и на шпалы с использованием тензодатчиков [33]. Измерительный участок системы БаШг, состоящий из трех измерительных зон, позволяет на расстоянии 4,2 м осуществлять непрерывную регистрацию вертикальных динамических усилий, действующих от колес на рельсы. Чтобы определить вид и форму дефекта колеса, оказывающих негативное воздействие как на колесо, так и на верхнее строение пути, измеренный сигнал сравнивается с характеристиками других сигналов, записанных для известных геометрий колеса.
Аналогичная система для обнаружения дефектов на поверхности катания колеса - диагностическая система ScalexWild - широко применяется на железных дорогах Финляндии [34]. В процессе движения подвижного состава по измерительному участку динамические усилия от колеса на рельс воспринимаются тензодатчи-ками, установленными между шпалами и рельсами, а также на шейке рельса. Каждое колесо, проходя по измерительному участку системы ScalexWild, длина которой составляет 10 м, делает два полных оборота, что повышает надежность и позволяет контролировать силы воздействия от колеса на рельс при скоростях движения поезда до 250 км/ч. Погрешность измерений динамических нагрузок от колеса на рельс при скорости движения поезда от 15 до 150 км/ч составляет 10 %.
В Российской Федерации в течение последнего десятилетия установлены несколько систем автоматической диагностики дефектов поверхности катания колес (ПАК, ДДК, СКВДН, ПАУК-11, WILD, WCM и др.), но их функционирование построено по следующему принципу: тревожная информация от системы диагностики в автоматическом режиме передается с пульта оператора на пункт технического обслуживания вагонов, затем в ручном режиме осмотрщику вагонов и он на основании внешнего осмотра и измерений принимает решение о возможности дальнейшей эксплуатации колесной пары, сравнивая ее геометрические размеры с нормативами, указанными в Правилах технической эксплуатации железных дорог (ПТЭ) [35] и Инструкции осмотрщика вагонов. То есть работу автоматизированной системы дублирует осмотрщик вагонов.
Такой подход не позволяет получить видимый эффект от применения дорогостоящей автоматизированной системы: подтверждение дефекта производится в ручном режиме; количество осмотрщиков не сокращается; время, отведенное на осмотр поезда, не уменьшается.
По нашему мнению, необходимо внесение изменений в нормативные документы, которые позволяли принимать решение об отцепке ваго-
на и направлении его в ремонт по показаниям диагностических систем без участия человека. Кроме того, доступ к информации о состоянии колес вагона должен иметь его собственник через систему распределенного хранения данных (блокчейн). Это позволило бы операторам вагонов следить за состоянием вагонов и колесных пар в режиме реального времени. В дальнейшем ОАО «РЖД» могло бы перейти к взиманию платы с операторов вагонов за увеличенное воздействие на путь, а операторы своевременно выставлять претензии за повреждения колесных пар к «РЖД» или предприятиям, эксплуатирующим вагоны на подъездных путях.
3. Заключение
В результате проведенного исследования было установлено, что
1) методы измерений по нормальным напряжениям или деформациям в рельсе не способны обследовать всю поверхность колеса и могут пропускать короткие ударные воздействия от дефектов, так как величина измерительной зоны мала. Их применение в системах мониторинга технического состояния подвижного состава бесперспективно;
2) методы измерений по касательным напряжениям в двух сечениях рельса или прогибу рельсов в межшпальном промежутке позволяют обследовать значительную часть поверхности колеса. При увеличении числа измерительных зон до длины 3-4 оборота колеса можно добиться 100%-ного выявления дефектов и использовать их для мониторинга подвижного состава;
3) методы измерений по нагрузкам на шпалы дают возможность обеспечить непрерывность регистрации силовых воздействий от колеса на рельсы со значительно меньшей длиной измерительной зоны. Однако точность определения усилий связана с необходимостью учета влияния соседних колес и изменением состояния подрельсового основания;
4) методы оценки состояния колес по ускорениям, уровню шума и акустической эмиссии поз-
воляют определять дефекты на поверхности катания колес с минимальным количеством участков. Вопрос точности этих измерений, с точки зрения метрологии, остается открытым из-за множества влияющих факторов. Для их применения в системах мониторинга необходимы разработка новых критериев установления связей между дефектами колес и выходными сигналами и на этой основе браковка колес;
5) для перехода от контроля геометрических размеров ползунов, вышербин, наваров, неравномерного проката и других дефектов на поверхности катания колес к автоматизированному выявлению дефектов по оценке сопутствующих эффектов, сопровождающих качения неисправного колеса по рельсу, необходимы разработка новой нормативной базы в виде ГОСТов по каждому способу измерений и внесение изменений в ПТЭ [35] в части критериев отцепки вагонов по дефектам колес.
Статья подготовлена в рамках программы приграничного сотрудничества Kolarctic CBC Programme 2014-2020 (проект K02011: «Инфраструктура арктических железных дорог в регионе Kolarctic»).
Библиографический список
1. Ромен Ю. С. Определение сил взаимодействия в системе колесо-рельс на основании измерения напряжений в шейке рельса / Ю. С. Ромен, О. А. Суслов, А. А. Баляева // Вестн. ВНИИЖТ. - 2017. - Т. 76. -№ 6. - С. 354-361.
2. Бромберг Е. М. Взаимодействие пути и подвижного состава / Е. М. Бромберг, М. Ф. Вериго, В. Н. Данилов, М. А. Фришман. - М. : Трансжелдориздат, 1956. - 280 с.
3. Ершков О. П. Исследование жесткости железнодорожного пути и ее влияние на работу рельсов в кривых участках / О. П. Ершков // Труды ЦНИИ МПС. - Вып. 264. - М. : Трансжелдориздат, 1963. -С. 39-98.
4. Ершков О. П. Установление коэффициентов, учитывающих боковой изгиб и кручение рельсов /
О. П. Ершков // Труды ЦНИИ МПС. - Вып. 97. - М. : Трансжелдориздат, 1955. - С. 289-325.
5. Бржезовский А. М. Экспериментальная оценка взаимодействия экипажа и пути при скоростном и высокоскоростном движении : колл. монография / А. М. Бржезовский, Д. Н. Аршинцев, О. Г. Бржезов-ская и др. ; под ред. А. М. Бржезовского. - М. : РАС, 2019. - 152 с.
6. ГОСТ Р 55050-2012. Железнодорожный подвижной состав. Нормы допустимого воздействия на железнодорожный путь и методы испытаний (с Изменением № 1 от 01.10.2014 г.). - М. : Стандартин-форм, 2013. - 15 с.
7. Проект межгосударственного стандарта. Железнодорожный подвижной состав. Нормы допустимого воздействия на железнодорожный путь и методы испытаний. - М. : ОПЖТ, 2019.
8. Патент 2623665. Российская Федерация: МПК G01L 5/16 (2006.01). Способ измерения трех компонентов нагрузки в сечении рельса при контактном взаимодействии с колесом железнодорожного подвижного состава / В. С. Коссов, Н. Ф. Красюков, А. А. Лунин, В. А. Гапанович. - Заявитель и патентообладатель ОАО «РЖД». - № 2016119588. - Заявл. 20.05.2016 г. ; опубл. 28.06.2017 г. - Бюл. № 19. - 15 с.
9. Шевченко Д. В. Разработка новых методов определения силовых факторов воздействия подвижного состава на путь / Д. В. Шевченко, Р. А. Савушкин, Я. О. Кузьминский, Т. С. Куклин, Е. А. Рудакова, А. М. Орлова // Техника железных дорог. - 2018. -№ 1 (41). - С. 38-51.
10. Бороненко Ю. П. Выбор схемы установки датчиков на железнодорожном пути для выявления дефектов колес / Ю. П. Бороненко, Р. В. Рахимов, Ю. Б. Житков, Г. А. Поволоцкая // Транспорт Российской Федерации. - 2019. - № 3 (82). - С. 55-59.
11. Бороненко Ю. П. Выбор схемы измерительного железнодорожного пути для измерения вертикального воздействия от подвижного состава / Ю. П. Бо-роненко, Ю. Б. Житков, Р. В. Рахимов, Г. А. Поволоц-кая // Материалы XIII Междунар. науч.-технич. конференции «Подвижной состав XXI века : идеи, требования, проекты». - СПб. : ПГУПС, 2018. - С. 150152.
12. Bracciali A. New sensor for lateral and vertical wheel-rail forces measurements / A. Bracciali, P. Folga-
rait // Railway Engineering Conference. Railway Engineering. - 2004. - P. 1-7.
13. Delprete C. An easy instrument and a methodology for the monitoring and the diagnosis of a rail / C. Delprete, C. Rosso // Mechanical Systems and Signal Processing. - 2009. - Vol. 23. - Iss. 3. - P. 940-956.
14. LeDosquet G. Automatic monitoring ofthe running quality of railway vehicles / G. LeDosquet, F. Pawellek, F. Muller-Boruttau // Railway Technical Review. - 2007. -Vol. 47. - N 2. - P. 1-6.
15. Бороненко Ю. П. Кусочно-непрерывное измерение сил между колесом и рельсом по касательным напряжениям в двух сечениях рельса / Ю. П. Бороненко, Р. В. Рахимов, А. А. Петров // Транспорт Российской Федерации. - 2018. - № 3 (76). - С. 58-64.
16. Bocciolini L. Wayside measurement of lateral and vertical wheel/rail forces for rolling stock homologation / L. Bocciolini, A. Bracciali, L. Di Benedetto, R. Mastandrea, F. Piccioli // Proceedings of the Second International Conference on Railway Technology : Research, Development and Maintenance / Ed. by J. Pombo. - Stirlingshire, Scotland : Civil-Comp Press, 2014. - P. 1-23.
17. Ahlbeck D. R. Techniques for measurement of wheel-rail forces / D. R. Ahlbeck, H. D. Harrison // The Shock and Vibration Digest. - 1980. - Vol. 12. - N 10. -P. 31-41.
18. Рахимов Р. В. Проверка точности восстановления вертикальных нагрузок от колеса на рельс по напряжениям в двух сечениях рельса на стенде / Р. В. Рахимов, А. А. Петров // Транспорт Российской Федерации. - 2018. - № 4 (77). - С. 55-58.
19. Патент 2709704. Российская Федерация : МПК G01G 19/04, G01B 7/14. Способ измерений вертикальной нагрузки от колеса на рельс и устройство для его осуществления / Ю. П. Бороненко, А. С. Да-укша, Р. В. Рахимов. - Заявитель и патентообладатель АО «НВЦ "Вагоны"». - № 2018140938. - Заявл. 21.11.2018 г. ; опубл. 19.12.2019 г. - Бюл. № 35. - 14 с.
20. Clegg E. Wheel impact load detector experience on CN / E. Clegg, W. G. Blevins // American Railway Engineering Association Bulletin. - October 1996. -Р. 499-523.
21. Патент 151076. Российская Федерация: МПК G01G 19/04(2006.01). Устройство измерения вертикальных сил от воздействия подвижного состава на шпалу для скрепления АРС / С. В. Толмачев, Г. Л. Ки-
селев, С. А. Иванов. - Заявитель и патентообладатель ОАО «ВНИИЖТ». - № 2014126485/28. - Заявл. 30.06.2014 г. ; опубл. 20.03.2015 г. - Бюл. № 8. - 8 с.
22. Патент 139163. Российская Федерация: МПК G01L 1/00(2006.01). Устройство измерения горизонтальных сил от воздействия подвижного состава на шпалу для скрепления АРС / С. В. Толмачев, Г. Л. Киселев. - Заявитель и патентообладатель ОАО «ВНИИЖТ». - № 2013158455/28. - Заявл. 27.12.2013 г. ; опубл. 10.04.2014 г. - Бюл. № 10. - 12 с.
23. Force Sensors Line Guide // Sensing and Control Honeywell. - 2013. - N 2. - P. 1-4.
24. Buurman G. Measurement system Quo Vadis / G. Buurman // European Railway Review. - 2005. -N 3. - P. 80-86.
25. Smausz T. LASCA system calibration for single exposure time measurements / T. Smausz, B. Hopp, Z. Bor // CLEO/Europe - EQEC 2009 - European Conference on Lasers and Electro-Optics and the European Quantum Electronics Conference. - Munich, 2009. -P. 1-1.
26. Ададуров А. С. Экспериментальные исследования цифровых акселерометров и систем обнаружения дефектов поверхности катания колес подвижного состава на их основе / А. С. Ададуров, О. А. Сухов // Вестн. Ин-та проблем естественных монополий: Техника железных дорог. - 2019. - № 3 (47). - С. 40-45.
27. Бехер С. А. Расчетно-экспериментальное исследование источников непрерывной акустической эмиссии для относительной калибровки преобразователей акустической эмиссии / С. А. Бехер, Т. В. Сыч // Материалы второй Всерос. науч.-технич. конференции с международным участием «Приборы и методы измерений, контроля качества и диагностики в промышленности и на транспорте». - Омск : ОмГУПС,
2016. - С. 146-153.
28. Квартальнов С. В. Акустические методы контроля строительных конструкций. Метод акустической эмиссии / С. В. Квартальнов // Аллея науки. -2018. - № 11 (27) - С. 810-813.
29. Зайцев А. Инновационные технологии для транспортной системы Российской Федерации / А. Зайцев, А. Крылов, В. Юдкин // Русский инженер. -
2017. - № 4 (57). - С. 75-79.
30. Ададуров А. С. Критерии достоверности результатов диагностики буксовых узлов грузовых ва-
гонов акустическими методами / А. С. Ададуров, А. А. Романова // Транспорт Российской Федерации. -2019. - № 5 (84). - С. 57-61.
31. Бехер С. А. Разработка средств мониторинга динамических процессов взаимодействия колес и рельсов в эксплуатации / С. А. Бехер, Т. В. Сыч, А. О. Ко-ломеец, А. С. Кочетков // Вестн. Сиб. гос. ун-та путей сообщения. - 2018. - № 3 (46). - С. 33-42.
32. Wheel Condition Monitor. Track IQ a Wabtec company. - Kent Town, South Australia. - URL : https:// wabtec.com/uploads/outlinedrawings/Wheel-Condition-Monitor-Flyer.pdf (дата обращения: 07.06.2020 г.).
33. Обнаружение некруглости колес // Железные дороги мира. - 2003. - № 8. - С. 64-68.
34. Прогрессивные системы взвешивания вагонов // Железные дороги мира. - 2015. - № 5. - С. 55-59.
35. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. - Утв. Министерством транспорта РФ 21.12.2010 г. - Введ. в действие с 21.06.2011 г. - М. : Минтранс, 2011. - 255 с.
Дата поступления: 09.06.2020 Решение о публикации: 19.06.2020
Контактная информация:
БОРОНЕНКО Юрий Павлович - д-р техн. наук, профессор; [email protected] РАХИМОВ Рустам Вячеславович - канд. техн. наук, доцент; [email protected] ГРИГОРЬЕВ Роман Юрьевич - аспирант; [email protected] ПОПОВ Виталий Владимирович - orw_sng@ orw.ru
Analysis of methods for measuring the force effect of rolling stock on the track and the wheel control systems when the train is moving
Yu. P. Boronenko1, R. V. Rakhimov1, R. Yu. Grigoryev1, V. V. Popov2
1 Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation
2 Oktyabrskaya Railway, 2, Ostrovskogo pl., Saint Petersburg, 191023, Russian Federation
For citation: Boronenko Yu. P., Rakhimov R. V., Grigoryev R. Yu., Popov V. V. Analysis of methods for measuring the force effect of rolling stock on the track and the wheel control systems when the train is moving. Proceedings of Petersburg Transport University, 2020, vol. 17, iss. 3, pp. 324-344. (In Russian) DOI: 10.20295/1815-588X-2020-3-324-344
Summary
Objective: Selection of promising techniques for detecting defects in rolling stock wheels while the train is moving, determining the requirements for promising diagnostic systems and the necessary regulatory framework for 1520 mm gauge railways. Methods: Statistical, analytical and graphical methods have been used. Results: The advantages and disadvantages of the current wheel technical control systems have been determined, and the requirements for the further development of moving rolling stock diagnostic systems have been outlined. Practical importance: Analysis of existing systems for moving rolling stock technical diagnostics indicates the need to switch from monitoring the geometric dimensions of the wheel tread surface defects to automated detection of defects by assessing the effects accompanying rolling of a faulty wheel on a rail, and developing new regulatory documents in the form of GOSTs for each measurement technique, including amendments to the Russian Rules for the Technical Operation of Railways.
Keywords: Rolling stock, effect on the track, dynamic load, wheel inspection, technical control system, scheme of the track measuring section, measuring zone, rolling stock diagnostics when the train is moving.
References
1. Romen Yu. S., Suslov O. A. & Balyayeva A. A. Opredeleniye sil vzaimodeystviya v sisteme koleso-rel's na osnovanii izmereniya napryazheniy v sheyke rel'sa [Determination of interaction forces in the wheel-rail system based on the measurement of stresses in the rail web]. Vestnik VNIIZhT [Bulletin of the Railway Research Institute], 2017, vol. 76, no. 6, pp. 354-361. (In Russian)
2. Bromberg E. M., Verigo M. F., Danilov V. N. & Frishman M. A. Vzaimodeystviye puti i podvizhnogo sosta-va [Interaction of the track and rolling stock]. Moscow, Transzheldorizdat Publ., 1956, 280 p. (In Russian)
3. Ershkov O. P. Issledovaniye zhestkosti zheleznodo-rozhnogo puti i eye vliyaniye na rabotu rel'sov v krivykh uchastkakh [Investigation of the railway track stiffness and its impact on the functioning of rails in curved sections]. Proceedings of the TsNII of the Ministry of Transport. Moscow, Transzheldorizdat Publ., 1963, iss. 264, pp. 39-98. (In Russian)
4. Ershkov O. P. Ustanovleniye koeffitsiyentov, uchi-tyvayushchikh bokovoy izgib i krucheniye rel'sov [Establishing coefficients taking into account lateral bending and torsion of rails]. Proceedings of the TsNII of the Ministry of Transport. Moscow, Transzheldorizdat Publ., 1955, iss. 97, pp. 289-325. (In Russian)
5. Brzhezovskiy A. M., Arshintsev D. N., Brzhezovs-kaya O. G. et al. Eksperimental'naya otsenka vzaimodey-stviya ekipazha i puti pri skorostnom i vysokoskorostnom dvizhenii. Koll. monografiya [Experimental assessment of the interaction between the crew and the track during rapid and high-speed movement. Collective monograph]. Edited by A. M. Brzhezovskiy. Moscow, RAS Publ., 2019, 152 p. (In Russian)
6. GOST R 55050-2012. Zheleznodorozhnyy pod-vizhnoy sostav. Normy dopustimogo vozdeystviya na zheleznodorozhnyy put' i metody ispytaniy [Railway rolling stock. Permissible exposure norms to the railway track and test methods] (with Amendment no. 1 dated October 01, 2014). Moscow, Standartinform Publ., 2013, 15 p. (In Russian)
7. Draft interstate standard. Zheleznodorozhnyy podvizhnoy sostav. Normy dopustimogo vozdeystviya na zheleznodorozhnyy put' i metody ispytaniy [Railway rolling stock. Permissible exposure norms to the railway
track and test methods]. Moscow, OPZT Publ., 2019. (In Russian)
8. Kossov V. S., Krasyukov N. F., Lunin A. A. & Ga-panovich V. A. Patent 2623665. Russian Federation: IPC G01L 5/16 (2006.01). Method for measuring three load components in a rail cross-section in contact with a railway rolling stock wheel. Applicant and patent holder JSC Russian Railways, no. 2016119588. Appl. May 20, 2016, publ. June 28, 2017. Bul. no. 19, 15 p. (In Russian)
9. Shevchenko D. V., Savushkin R. A., Kuz'min-skiy Ya. O., Kuklin T. S., Rudakova E. A. & Orlova A. M. Razrabotka novykh metodov opredeleniya silovykh fak-torov vozdeystviya podvizhnogo sostava na put' [Development of new methods for determining the force factors of the rolling stock impact on the track]. Tekhnika zheleznykh dorog [Railway Equipment], 2018, no. 1(41), pp. 38-51. (In Russian)
10. Boronenko Yu. P., Rakhimov R. V., Zhitkov Yu. B. & Povolotskaya G. A. Vybor skhemy ustanovki datchikov na zheleznodorozhnom puti dlya vyyavleniya defektov koles [Choosing a scheme for installing sensors on a railway track to detect wheel defects]. Transport Rossiyskoy Federatsii [Transport of the Russian Federation], 2019, no. 3(82), pp. 55-59. (In Russian)
11. Boronenko Yu. P., Zhitkov Yu. B., Rakhimov R. V. & Povolotskaya G. A. Vybor skhemy izmeritel'nogo zheleznodorozhnogo puti dlya izmereniya vertikal'nogo vozdeystviya ot podvizhnogo sostava [Choosing a measuring railway track to measure the vertical impact from the rolling stock]. Materialy XIIIMezhdunar. nauch.-tekhnich. konferentsii "Podvizhnoy sostavXXI veka: idei, trebovaniya, proyekty" [Proceedings of the 13th International Scientific and Technical Conference "Rolling stock of the21stcentury: ideas, requirements, projects"]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2018, pp. 150-152. (In Russian)
12. Bracciali A. & Folgarait P. New sensor for lateral and vertical wheel-rail forces measurements. Railway Engineering Conference. Railway Engineering, 2004, pp. 1-7.
13. Delprete C. & Rosso C. An easy instrument and a methodology for the monitoring and the diagnosis of a rail. Mechanical Systems and Signal Processing, 2009, vol. 23, iss. 3, pp. 940-956.
14. LeDosquet G., Pawellek F. & Muller-Borut-tau F. Automatic monitoring of the running quality of rail-
way vehicles. Railway Technical Review, 2007, vol. 47, no. 2, pp. 1-6.
15. Boronenko Yu. P., Rakhimov R. V. & Petrov A. A. Kusochno-nepreryvnoye izmereniye sil mezhdu kole-som i rel'som po kasatel'nym napryazheniyam v dvukh secheniyakh rel'sa [Piecewise continuous measurement of forces between the wheel and the rail by shear stresses in two cross-sections of the rail]. Transport Rossiyskoy Federatsii [Transport of the Russian Federation], 2018, no. 3(76), pp. 58-64. (In Russian)
16. Bocciolini L., Bracciali A., Di Benedetto L., Mastandrea R. & Piccioli F. Wayside measurement of lateral and vertical wheel/rail forces for rolling stock homologation. Proceedings of the Second International Conference on Railway Technology: Research, Development and Maintenance. Ed. by J. Pombo. Stirlingshire, Scotland, Civil-Comp Press, 2014, pp. 1-23.
17. Ahlbeck D. R. & Harrison H. D. Techniques for measurement of wheel-rail forces. The Shock and Vibration Digest, 1980, vol. 12, no. 10, pp. 31-41.
18. Rakhimov R. V. & Petrov A. A. Proverka toch-nosti vosstanovleniya vertikal'nykh nagruzok ot kolesa na rel's po napryazheniyam v dvukh secheniyakh rel'sa na stende [Bench testing of the accuracy of the recovery of vertical load from a wheel on a rail by stresses in two cross-sections of a rail]. Transport Rossiyskoy Federatsii [Transport of the Russian Federation], 2018, no. 4(77), pp. 55-58. (In Russian)
19. Boronenko Yu. P., Dauksha A. S. & Rakhimov R. V. Patent 2709704. Russian Federation: IPC G01G 19/04, G01B 7/14. Method for measuring vertical load from a wheel on a rail and an apparatus for its implementation. Applicant and patent holder JSC Research and Innovation Company Vagony, no. 2018140938. Appl. November 21, 2018, publ. December 19, 2019. Bul. no. 35, 14 p. (In Russian)
20. Clegg E. & Blevins W. G. Wheel impact load detector experience on CN. American Railway Engineering Association Bulletin, 1996, pp. 499-523.
21. Tolmachev S. V., Kiselev G. L. & Ivanov S. A. Patent 151076. Russian Federation: IPC G01G 19/04 (2006.01). Apparatus for measuring vertical forces from the action of the rolling stock on the sleeper for rail fastening ties. Applicant and patent holder OJSC VNIIZhT, no. 2014126485/28. Appl. June 30, 2014, publ. March 20, 2015. Bul. no. 8, 8 p. (In Russian)
22. Tolmachev S. V. & Kiselev G. L. Patent 139163. Russian Federation: IPC G01L 1/00 (2006.01). Apparatus for measuring horizontal forces from the action of the rolling stock on the sleeper for rail fastening ties. Applicant and patent holder OJSC VNIIZhT, no. 2013158455/28. Appl. December 27, 2013, publ. April 10, 2014. Bul. no. 10, 12 p. (In Russian)
23. Force Sensors Line Guide. Sensing and Control Honeywell, 2013, no. 2, pp. 1-4.
24. Buurman G. Measurement system Quo Vadis. European Railway Review, 2005, no. 3, pp. 80-86.
25. Smausz T., Hopp B. & Bor Z. LASCA system calibration for single exposure time measurements. CLEO/ Europe - EQEC 2009 - European Conference on Lasers and Electro-Optics and the European Quantum Electronics Conference. Munich, 2009, pp. 1-1.
26. Adadurov A. S. & Sukhov O. A. Eksperimental'nyye issledovaniya tsifrovykh akselerometrov i sistem obna-ruzheniya defektov poverkhnosti kataniya koles podvi-zhnogo sostava na ikh osnove [Experimental studies of digital accelerometers and systems for detecting defects in the rolling stock wheel tread surface based on them]. Proceedings of the Institute of Natural Monopolies Research. Tekhnika zheleznykh dorog [Railway Equipment], 2019, no. 3(47), pp. 40-45. (In Russian)
27. Bekher S. A. & Sych T. V. Raschetno-eksperi-mental'noye issledovaniye istochnikov nepreryvnoy akus-ticheskoy emissii dlya otnositel'noy kalibrovki preobra-zovateley akusticheskoy emissii [Computational and experimental study of continuous acoustic emission sources for relative calibration of acoustic emission transducers]. Materialy vtoroy Vseros. nauch.- tekhnich. konferentsii s mezhdunarodnym uchastiyem "Pribory i metody izme-reniy, kontrolya kachestva i diagnostiki v promyshlen-nosti i na transporte" [Proceedings of All-Russia Scientific and Technical Conference with International Participation "Devices and methods for measurement, quality control, and diagnostics in industry and transport"]. Omsk, OmGUPS [Omsk State Transport University] Publ., 2016, pp. 146-153. (In Russian)
28. Kvartal'nov S. V. Akusticheskiye metody kontrolya stroitel'nykh konstruktsiy. Metod akusticheskoy emissii [Acoustic methods of control in building structures. Acoustic Emission Method]. Alleya nauki [Alley of Science], 2018, no. 11 (27), pp. 810-813. (In Russian)
29. Zaytsev A., Krylov A. & Yudkin V. Innovatsion-nyye tekhnologii dlya transportnoy sistemy Rossiyskoy Federatsii [Innovative technologies for the transport system of the Russian Federation]. Russkiy inzhener [Russian Engineer], 2017, no. 4(57), pp. 75-79. (In Russian)
30. Adadurov A. S. & Romanova A. A. Kriterii dos-tovernosti rezul'tatov diagnostiki buksovykh uzlov gru-zovykh vagonov akusticheskimi metodami [Reliability criteria for the results of diagnostics of freight car axle boxes by acoustic methods]. Transport Rossiyskoy Federatsii [Transport ofthe Russian Federation], 2019, no. 5(84), pp. 57-61. (In Russian)
31. Bekher S. A., Sych T. V., Kolomeyets A. O. & Kochetkov A. S. Razrabotka sredstv monitoringa dina-micheskikh protsessov vzaimodeystviya koles i rel'sov v ekspluatatsii [Development of instruments for monitoring the wheels-rail interaction dynamic processes during operation]. Proceedings ofthe Siberian Transport University, 2018, no. 3(46), pp. 33-42. (In Russian)
32. Wheel Condition Monitor. Track IQ a Wabtec company. Kent Town South Australia. Available at: https://wabtec.com/uploads/outlinedrawings/Wheel-Condition-Monitor-Flyer.pdf (accessed: June 07, 2020).
33. Obnaruzheniye nekruglosti koles [Detection of wheel out-of-roundness]. Zheleznyye dorogi mira [Railways ofthe World], 2003, no. 8, pp. 64-68. (In Russian)
34. Progressivnyye sistemy vzveshivaniya vagonov [Progressive car weighing systems]. Zheleznyye dorogi mira [Railways of the World], 2015, no. 5, pp. 55-59. (In Russian)
35. Rules for the Technical Operation of Railways in the Russian Federation. Approved by The Russian Ministry of Transport as of December 21, 2010. Put into effect as of June 21, 2011. Moscow, Ministry of Transport Publ., 2011, 255 p. (In Russian)
Received: June 09, 2020 Accepted: June 19, 2020
Author's information:
Yuriy P. BORONENKO - D. Sci. in Engineering,
Professor; [email protected]
Rustam V. RAKHIMOV - PhD in Engineering,
Associate Professor; [email protected]
Roman Yu. GRIGORYEV - Postgraduate Student;
Vitaliy V. POPOV - [email protected]
