CC BY
127
УДК 629.4.027.434 Буйносов Александр Петрович,
д. т. н., доцент, кафедра «Электрическая тяга», Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), тел. (343) 221-24-70, (343) 319-59-32, е-mail: [email protected], [email protected]
Кислицын Александр Михайлович, аспирант, кафедра «Электрическая тяга», Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), тел. (343) 221-24-70, е-mail: [email protected]
АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ БАНДАЖЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР ЛОКОМОТИВОВ
A.P. Buinosov, A.M. Kislitsyn
AUTOMATIC SYSTEM OF THE LOCOMOTIVES WHEEL PAIRS BANDAGES PARAMETERS CONTACTLESS MEASUREMENTS
Аннотация. Разработанная автоматизированная бесконтактная система измерения бандажей колесных пар при движении локомотива (АСОК-Л) - часть системы контроля колесных пар, созданная в рамках отраслевой комплексной автоматизированной системы управления железнодорожным транспортом. АСОК-Л позволяет при скорости до 10 км/ч производить измерение параметров колесных пар для каждой единицы тягового подвижного состава и, в отличие от аналогов, не только определять степень износа, но и прогнозировать изменение геометрических параметров бандажей в зависимости от наработки, отслеживать динамику износа бандажей колесных пар локомотивов.
Ключевые слова: локомотив, колесная пара, параметры, измерение, бесконтактное измерение, автоматическая система.
Abstract. The developed automated contactless system of measurement of wheel pairs bandages at movement of the locomotive (ASOK-L) is a part of the monitoring system of wheel pairs, created within a branch complex automated control system for railway transport. ASOK-L allows to make a measurement of parameters of wheel pairs for each unit of a traction rolling stock at speed up to 10 km/h and, unlike analogs, not only to define wear degree, but also to predict change of geometrical parameters of bandages depending on an operating time, to trace dynamics of wear of locomotives wheel pairs bandages.
Keywords: locomotive, wheel pair, parameters, measurement, contactless measurement, automatic system.
С ростом скоростей движения на железных дорогах повышаются требования к надежности подвижного состава и особенно к наиболее ответственным его узлам и деталям. К их числу относятся колесные пары с составными и цельнокатаными колесами. К неисправностям колесных пар, оказывающим влияние на безопасность движения поездов, относят как равномерный, так и неравномерный износ бандажей и цельнокатаных колес по поверхности катания и на гребне. Износ - это результат совокупного действия множества факторов в процессе трения. Сегодня с трением связана одна из самых острых проблем современности -износ машин и механизмов. Расходы на восстановление, в частности, бандажей колесных пар локомотивов огромны, причем они ежегодно растут. Даже небольшое увеличение срока службы колесных пар равносильно вводу значительных новых производственных мощностей [1].
Износ и повреждение поверхностей снижает усталостное сопротивление как бандажей колесных пар, так и рельсов и служит причиной их разрушения даже при незначительных концентрациях напряжений. Повышенный износ колесных пар нарушает нормальное взаимодействие колеса и рельса, вызывает значительные дополнительные нагрузки, а удары колеса по рельсу являются причиной внезапных разрушений. Его внешние признаки - прокат, выбоины, подрез гребней и др. Увеличение проката приводит к уменьшению силы сцепления между колесом и рельсом, повышению возможности боксования, а также к ускоренному износу и сокращению срока их службы. Значительный прокат затрудняет прохождение локомотивов по стрелкам [2]._
В условиях эксплуатации важное значение имеет допустимая разность между номинальным диаметром бандажей одной колесной пары, разность диаметров колесных пар в одной тележке и колесных пар под локомотивом. В настоящее время в ремонтных локомотивных депо измерение параметров профиля бандажа осуществляется вручную при помощи переносных измерительных приборов или приспособлений [3]. Точность измерения зависит от точности инструмента и от квалификации техника по замерам и не всегда соответствует истинным значениям. Зачастую в эксплуатации измеряются только те параметры, которые характерны для данного типа подвижного состава, что приводит к практически невозможному прогнозированию износа как бандажей, так и рельсов, отысканию причин и методов снижения износа в эксплуатации. В настоящее время на железных дорогах из-за отсутствия измерительных приборов номинальный диаметр колеса практически не измеряется, а расстояние между бандажами колесной пары измеряется только в случаях износа рельсов [4].
Измерение параметров бандажей, других параметров колесной пары вручную не дает возможности решения проблемы контроля состояния подвижного состава, хранение и обработка этой информации для всего подвижного состава представляет большую трудность [5].
Между тем своевременное обнаружение дефектов и браковочных износов колесных пар тягового подвижного состава является одной из важных проблем обеспечения безопасности движения. Поэтому актуальна задача создания автоматических средств диагностирования, обеспечивающих достоверный автоматизированный контроль колесных пар всех локомотивов в депо [6].
Анализ известных датчиков автоматизированного измерения параметров колесных пар показывает, что в основу их построения положены различные физические явления, обеспечивающие бесконтактный метод измерения износа. Наиболее известными и эффективно применяемыми на практике являются бесконтактные методы: измерения диаметра колеса подвижного состава, который реализован в системе «Инспектомат» (фирма «Hegenscheidt»); измерительная система ARGUS, разработанная немецкой компанией Hegenscheidt-MFD, Эркеленц. Они обмеряют и обследуют колеса рельсового подвижного состава в движении. Последняя установка длиной 20 м работает в специализированном депо Берлин-Руммельсбург, обслуживающем поезда ICE. Эти методы измерения параметров бандажей основаны на локации поверхности катания колеса оптическим лучом, измерении расстояния до поверхности катания в мо-
мент прохождения геометрического центра колеса через известную точку. Реализация этих методов технически сложна, а надежность измерительных комплексов низка из-за возможности засорения отверстий, при этом перед процессом измерения параметров бандажей приходится в течение 3 часов тщательно мыть колесные пары локомотивов.
Многие датчики основаны на механических и электрических контактных методах измерений. Одно из таких решений использовано, например, в депо Иркутск. Однако применение контактных датчиков неперспективно из-за невозможности защитить их надежно от внешних воздействий во время эксплуатации и низкого качества изготовления. Поэтому построение современных систем должно осуществляться только на основе бесконтактных датчиков расстояния. Они могут быть оптическими, ультразвуковыми, емкостными, индуктивными.
Известны датчики фотоэлектрические, реализующие радиометрический метод измерения, акустико-электрические. В Уральском государственном университете путей сообщения был предложен фотоэлектрический датчик с использованием волоконно-оптического измерительного преобразователя. Большая часть датчиков основана на измерении зависящей от проката величины опускания гребня колеса, катящегося по рельсу. Данные автоматизированного измерения износа на ходу подвижной единицы в конечном итоге могут фиксироваться на ленте распечатывающего устройства [7].
Одним из перспективных способов построения контактного измерителя параметров бандажей колесных пар является метод, основанный на ультразвуковой дальнометрии с использованием ультразвуковых приборов [8].
Автоматизированный обмер колесных пар выполняется при входе локомотива в депо со скоростью не более 10 км/ч. Результаты обмера по линии проводной связи от набора напольных датчиков поступают на измерительный блок, где по запросу оператора осуществляется вывод результатов измерения на печатающее устройство в стандартном формате. Именно такая автоматизированная система обмера колесных пар локомотивов разработана и применяется в ремонтном локомотивном депо Свердловск. Она базируется на применении бесконтактного метода ультразвуковой дальнометрии для измерения расстояния до характерных поверхностей бандажа при прохождении колеса мимо системы датчиков и определения параметров бандажа в соответствии с инструкцией ЦТ/329 на основе совместной работы сигналов от дальномерных датчиков.
Структурная схема автоматизированной системы обмера колесных пар приведена на рис. 1. Си-
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
стема состоит из блоков датчиков, расположенных на левом и правом рельсах, напольного измерительного блока, пульта оператора с клавиатурой.
Рис. 1. Структурная схема автоматизированной системы обмера колесных пар
Блок датчиков крепится скобой к внутренней поверхности подошвы рельса и имеет габариты 450^450x160 мм и вес не более 15 кг.
Расстояние от блока датчиков до напольного измерительного блока - до 20 м. Напольный измерительный блок имеет габариты 500x530x250 мм и вес не более 10 кг. Расстояние от напольного блока до пульта оператора - до 500 м. Питание напольного блока осуществляется от пульта оператора по двухпроводной линии передачи данных, напряжение в линии не превышает 12 В. Пульт оператора имеет дисплей, клавиатуру, блок питания системы, печатающее устройство и выход на модем для связи с внешней ПЭВМ. Пульт оператора имеет габариты 600x450x240 мм, вес не более 15 кг, питание осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В, потребляемая мощность не более 200 Вт.
Имеется возможность подключения печатающего устройства, а также внешней ПЭВМ. Локационные датчики обеспечивают преобразование механических (физических) параметров бандажа в электрический сигнал и распространяются в плоскости головки рельса, не выходя за уровень верхней грани головки рельса. Конструктивно датчики размещаются на единой скобе, которая прикрепляется к подошве рельса, что обеспечивает возможность оперативного изменения места расположения блока датчиков в нужном месте железнодорожного полотна.
Блок датчиков для каждого колеса колесной пары содержит каналы для измерений диаметра колеса, расстояния до гребня колеса от плоскости подошвы рельса, толщины гребня, скорости дви-
жения локомотива мимо блока датчиков. В каждом измерительном канале в процессе формирования информации участвует как минимум два датчика: один излучающий, другой приемный. Согласно принципу ультразвуковой дальнометрии для каждой пары датчиков любого измерительного канала, выходная информация (измеряемое расстояние от датчиков до соответствующего элемента профиля бандажа) определяется как функция от задержки распространения сигнала от излучающего датчика до поверхности катания колесной пары и обратно до приемного датчика, скорости распространения ультразвуковой волны, скорости движения подвижного состава.
Комплекс представляет собой многоканальную ультразвуковую локационную систему с использованием неконтактных датчиков [9]. Работа всех измерительных каналов синхронизирована во времени. Движущаяся колесная пара облучается ультразвуковыми импульсами одновременно с нескольких направлений. Отраженные от бандажа сигналы принимаются, подвергаются оцифровке и вводятся в ПЭВМ. С помощью специальных алгоритмов на основе полученной локационной информации и априорной постоянной информации о пространственном положении ультразвуковых датчиков вычисляются контролируемые геометрические параметры. Аппаратная часть системы состоит из блока датчиков, измерительного блока и ПЭВМ. Программная часть включает в себя модуль редактирования файла инициализации, модуль обнаружения локомотива и ввода данных, а также модуль обработки оцифрованных сигналов и диагностики измерительной системы.
Аппаратная часть служит для получения первичной локационной информации и функционально представляет собой совокупность ультразвуковых измерительных каналов, работающих синхронно во времени [10].
Упрощенная структурная схема одиночного ультразвукового измерительного канала приведена на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема ультразвукового измерительного канала
Системный анализ. Математика. Механика и машиностроение
ш
В его состав входят:
- формирователь зондирующего импульса, квадратурных опорных сигналов и синхросигналов;
- входной и выходной усилители со схемой согласования;
- электроакустический преобразователь;
- квадратурный преобразователь;
- двухканальный автоматический аналого-цифровой преобразователь АЦП;
- вычислитель.
По команде перехода из выключенного состояния в активный режим, которая поступает из вычислителя, формирователь начинает генерировать последовательность равноотстоящих во времени зондирующих импульсов из (0 на несущей частоте с периодом повторения Т. Каждый зондирующий сигнал проходит через выходной усилитель, преобразуется электроакустическим преобразователем в акустический сигнал и излучается в сторону колесной пары, затем электроакустический преобразователь осуществляет обратную трансформацию отраженного ультразвукового импульса в электрический сигнал ивх.(1). Из действительного полосового сигнала ивх (1) квадратурный преобразователь формирует сигнал комплексной огибающей и (1) + Квадратурные опорные сигналы частотой f, необходимые для работы квадратурного преобразователя, генерируются формирователем.
Двухканальный АЦП осуществляет оцифровку сигнала комплексной огибающей, полученные комплексные отсчеты ис[п] + ]'и^п] поступают в вычислитель. Интервал дискретизации по времени Т0ц задается синхросигналом моментов дискретизации, поступающим в АЦП из формирователя, который обеспечивает жесткую привязку по времени между моментами формирования зондирующего сигнала, моментами оцифровки сигнала комплексной огибающей и моментами перехода через ноль квадратурных опорных сигналов, для этого несущая частота f выбрана кратной частоте оцифровки ^0ц = 1/Т0ц, а частота оцифровки ^0ц -кратной частоте повторения зондирующих импульсов ^повт. = 1/Т. Процесс ввода оцифрованных отсчетов в вычислитель синхронизируется с помощью специального сигнала, который также генерируется формирователем.
В системе используются два типа измерительных каналов, которые отличаются значением несущей частоты [11]. В каналах измерения диаметра ПКН1 и ПКН2 несущая частота ^ равна 78125 Гц, а в каналах измерения межбандажного
расстояния, проката и толщины гребня (ВП, ПК, ПГ1 и ПГ2) несущая частотаравна 156250 Гц.
Зондирующие сигналы являются периодическими. Период повторения Т для обоих типов каналов имеет одинаковое значение 1638,4 мкс.
При выборе параметров зондирующих сигналов учитывались следующие факторы [9, 10]: зависимость затухания ультразвука в воздухе от частоты; влияние акустических помех и шумов; требуемая точность измерения расстояний; реализуемая ширина полосы пропускания ультразвуковых датчиков; необходимость исключения взаимовлияния измерительных каналов; скорость движения локомотива; требуемый диапазон измерения дальности в измерительных каналах; максимальное упрощение схем формирования зондирующих и оцифровки отраженных сигналов.
Блок датчиков конструктивно состоит из двух идентичных металлических коробов, жестко закрепленных на правом и левом рельсе. В каждом коробе размещены шесть измерительных ультразвуковых датчиков, которые расположены симметрично как в продольном, так и в поперечном направлении. Такое построение позволяет производить измерение параметров бандажей колесных пар, движущихся как в прямом, так и в обратном направлении.
В состав левой и правой половин блока входят следующие датчики:
- поверхности катания наклонные первый и второй (ПКН1 и ПКН2);
- датчик поверхности катания (ПК);
- внутренней поверхности (ВП);
- профиля гребня первый и второй (ПГ1 и
ПГ2).
Каждый датчик выполнен в отдельном металлическом корпусе. В состав датчика включены входные и выходные усилители со схемой согласования, а также электроакустические преобразователи. Датчики усиливают сигналы передатчиков измерительного блока, преобразуют их в акустические импульсы и излучают в направлении колесной пары. Принятые отраженные сигналы перед поступлением через соединительные сигнальные кабели на входы приемников измерительного блока также предварительно усиливаются, чтобы повысить помехозащищенность измерительных каналов.
В датчиках ВЧ-каналов (ПК, ВП, ПГ1 и ПГ2) используется один электроакустический преобразователь, который работает и как излучатель, и как приемник ультразвуковых сигналов. В датчиках НЧ-каналов (ПКН1(2)) используется два электроакустических преобразователя, один из которых является излучателем, а другой - приемником.
Передатчики входят в состав измерительного блока и предназначены для формирования периодической последовательности импульсных сигналов специальной формы, которые поступают в блок датчиков. Передатчик НЧ-каналов помимо этого формирует сигналы, синхронизирующие работу аппаратной части измерительной системы в целом [6].
Приемники предназначены для усиления сигналов, поступающих из блока датчиков, выделения их квадратурных огибающих, с последующей оцифровкой, а также для формирования последовательности цифровых отсчетов для ввода в ПЭВМ. Интерфейсное соединение обеспечивает взаимный информационный обмен между ПЭВМ и измерительным блоком. Со стороны ПЭВМ оконечным устройством соединения является адаптер ввода-вывода, со стороны измерительного блока -плата драйверов шин и дешифратора адреса канала. Совместно они обеспечивают отображение информационных сигналов на пространство портов ввода-вывода ПЭВМ.
С помощью программных средств измерительной системы решается следующий комплекс задач [4, 7, 9, 10]:
- поиск и обнаружение локомотива, проходящего по рельсовому пути, на котором установлен блок датчиков измерительной системы;
- ввод в ПЭВМ из измерительного блока первичной локационной информации для каждой колесной пары обнаруженного локомотива, с обеспечением привязки начала ввода к заданному положению колесной пары относительно блока датчиков, а также с автоматическим определением количества колесных пар;
- вычисление геометрических параметров бандажей колесных пар на основе анализа первичной локационной информации и априорной информации о пространственном положении ультразвуковых датчиков;
- формирование файла отчета о результатах вычислений отдельно по каждому обнаруженному локомотиву, с фиксацией всех параметров и измерения времени;
- диагностика собственной аппаратной части измерительной системы.
Общий алгоритм работы программной части АСОК-Л приведен на рис. 3.
Модуль «ConvDatea.exe» (стандартная программа) является основной частью программного обеспечения измерительной системы. С его помощью производится вычисление геометрических параметров бандажей колесных пар, формируются файлы отчета о результатах вычислений, осуществляется текущая диагностика аппаратной части измерительной системы.
Рис. 3. Алгоритм работы программной части АСОК-Л
На первом этапе загружается исходная информация, описывающая систему ультразвуковых измерительных датчиков, и производится последующая инициализация основных параметров и объектов, используемых при работе программы. Кроме того, в ходе первого этапа производится предварительный анализ зафиксированных данных; при этом для каждой колесной пары локомотива оценивается их достоверность и вычисляются вспомогательные параметры: длина интервала наблюдения колесной пары, направление и скорость движения локомотива, скорость звука в воздухе на момент измерений.
Переход к следующему этапу вычислений происходит при условии, что количество обнаруженных колесных пар в текущем локомотиве равно «8», «12» или «16», если это условие не выполняется, то параметры колесных пар не вычисляются и программа завершает работу. Таким образом, если при вводе данных из-за сбоя в измерительной системе произошел пропуск одной или нескольких колесных пар, то эти данные не обрабатываются.
Этот этап состоит из однотипных циклов, в каждом из которых выполняются операции, связанные с измерением геометрических параметров отдельной колесной пары [9].
Первыми с помощью сходных по структуре процедур обрабатываются сигналы каналов ВП, ПКН1(2) и ПК и формируются массивы отсчетов дальности. Каждый отсчет дальности от измерительного датчика до отражающей точки поверхности бандажа соответствует пространственному положению колесной пары в момент излучения зондирующего сигнала. Полученные массивы отсчетов дальности каналов ВП правого и левого колеса являются исходными для подпрограмм расчета поперечного смещения и межбандажного расстояния колесной пары. В результате обработки сигналов от каналов ПГ1 и ПГ2 формируются массивы, элементы которых содержат информацию о координатах точек поверхности гребня и интенсивности отраженного от них сигнала. Положение точек определяется в системе координат, привязанной к движущейся колесной паре. При этом учитываются массивы отсчетов дальности в каналах ВП, ПКН1(2) и ПК.
Вычисление параметров текущей колесной пары осуществляется на основе выходных данных процедур обработки сигналов измерительных каналов и априорной информации о пространственном положении датчиков. Эти параметры сохраняются в памяти ПЭВМ, а также вводятся в электронную таблицу, отображаемую в процессе работы программы на экране монитора.
После того как вычислены параметры всех колесных пар, основной этап работы программы «ConvData.exe» завершается и происходит переход к заключительному этапу. Заключительный этап содержит алгоритмы, с помощью которых осуществляется вывод результатов по текущему локомотиву, а также анализируются параметры измерительных каналов. Таблица с параметрами колесных пар распечатывается на принтере, а также сохраняется в виде файла на жестком диске ПЭВМ.
Измерительная система АСОК-Л может производить обмеры при движении локомотива как в прямом, так и в обратном направлении относительно системы измерительных датчиков. Считается, что локомотив движется в прямом направлении, если он приближается к системе измерительных датчиков со стороны датчиков ПКН1, и в обратном - при движении со стороны датчиков ПКН2. Нормальная работа измерительной системы обеспечивается, если абсолютное значение скорости локомотива находится в диапазоне 2,5-10,0 км/час [7].
Для нормальной работы основных процедур программы «ConvData.exe» должен быть предварительно определен и указан знак скорости, т. е. направление движения локомотива, а также должны исключаться из обработки те исходные данные, которые соответствуют ложному обнаружению колесных пар. Указанные задачи решаются с помощью специальных программ на основе анализа сигналов в каналах ПКНц2).
Длина интервала наблюдения, а соответственно и номер периода, в котором колесная пара находится над центром блока датчиков, соответствуют истинным значениям только при абсолютно точной и симметричной установке датчиков. В реальной системе датчики установлены в пространстве с некоторой погрешностью, поэтому при равной величине запаздывания сигналов в каналах ПКНц2) колесо в общем случае смещено относительно центра блока датчиков. Поэтому система вносит соответствующие поправки в оценки длин интервалов наблюдения, учитывающие неидеальность установки датчиков.
Точность измерения скорости звука в воздухе является одним из важных факторов, влияющих на конечную точность в оценке параметров колесных пар [9]. Скорость звука при определенных условиях может ощутимо меняться даже в течение небольших интервалов времени, поэтому для каждого обнаруженного колеса формируется ее новая текущая оценка.
Скорость звука вычисляется как отношение расстояния от датчика ВП до внутренней поверхности рельса к запаздыванию отраженного от данной поверхности сигнала. Расстояние от датчиков ВП до внутренней поверхности рельса измеряется при калибровке измерительной системы и как исходный параметр берется из /NI-файла. Запаздывание вычисляется при обработке оцифрованных сигналов канала ВП. На первом этапе осуществляется независимый расчет запаздывания сигналов, отраженных от внутренней поверхности рельсов, для всех обнаруженных колесных пар. На втором этапе проводится сравнительный анализ полученных значений запаздывания, устраняются возможные сбои, после чего индивидуально для каждого колеса текущего локомотива вычисляется нормированное значение скорости звука.
Массивы отсчетов дальности в каналах ВП, ПКН1((2) и ПК являются исходными для подпрограмм вычисления параметров колесной пары и подпрограммы построения точек поверхности гребня. В ходе выполнения каждой из процедур вычисления параметров колесных пар с помощью специально разработанных программ решаются три общих задачи: подавление помех; устранение
динамических ошибок, связанных с движением отражающей поверхности; вычисление дальностей в измерительном канале, соответствующих по времени моментам излучения зондирующего сигнала.
Можно выделить следующие виды помех, присутствие которых в выходных сигналах измерительных каналов отрицательно сказывается на точности измерения дальности:
- многократные переотражения сигнала, паразитные каналы распространения сигнала;
- остаточный «звон» совмещенного датчика после излучения зондирующего сигнала, прямое прохождение излучаемого сигнала из передающего в приемный пьезоакустический преобразователь для сдвоенного датчика;
- импульсные помехи и акустические шумы при движении локомотива (удары колес о стыки рельсов, «скрип» рессорного подвешивания);
- ошибка и шум квантования АЦП.
При обработке сигналов используются следующие способы подавления помех [10]: селекция сигналов во временной области; фильтрация сигналов в частотной области; ограничение мощных импульсных помех по амплитуде.
Подавление помех производится в основном при формировании рабочих массивов. Для повышения эффективности в процедурах обработки используется комбинированный метод подавления импульсных помех. Во временной области при обработке двумерного сигнала отсчеты, амплитуда которых превышает некоторый заданный порог, принимаются равными нулю. Значение порога выбрано равным 95 % от диапазона АЦП. Такой подход позволяет улучшить качество подавления коротких импульсных помех, так как при обнулении отсчета мощная импульсная помеха, амплитуда которой может в несколько раз превышать амплитуду полезного сигнала в точке ее возникновения [7], фактически заменяется импульсной помехой, амплитуда которой равна амплитуде полезного сигнала в текущей точке, а фаза противоположна. Энергия такой эквивалентной помехи, будет меньше энергии исходной помехи и последующая фильтрация в двумерной частотной области даст лучшие результаты.
Нужно отметить высокую эффективность фильтрации в двумерной частотной области для подавления шумов квантования АЦП. Рассмотренные алгоритмы фильтрации позволяли получать удовлетворительное качество сигнала, исходный уровень которого находился в пределах 3-5 интервалов дискретизации АЦП. Это объясняется тем, что энергия шума квантования при оцифровке меняющегося от периода к периоду сигнала рас-
пределяется в частотной области практически равномерно, так же как и энергия короткой импульсной помехи.
Скорость движения локомотива при проведении измерений может достигать 10 км/ч. Скорость движения отражающих точек несколько меньше, но тем не менее сопоставима со скоростью распространения ультразвука в воздухе. Поэтому запаздывание отраженного сигнала будет соответствовать не тому положению колесной пары, в котором она находилась в момент излучения зондирующего сигнала, а тому положению, который соответствует моменту отражения зондирующего сигнала от ее поверхности. Помимо этого возникает смещение спектральных составляющих принятого сигнала. Для подавления эффекта Доплера и устранения запаздывания информации из-за соизмеримости скорости ультразвука и скорости движения колесной пары, используется специально разработанная программа [6].
По сигналам с датчиков в напольном измерительном блоке осуществляется преобразование электрических сигналов в формат данных, необходимый для обработки по особой программе в блоке пульта оператора. Микропроцессорный вычислитель пульта оператора осуществляет обработку массива входных данных, поступающих с напольного измерительного блока, выделяет все необходимые информационные параметры в отдельный массив, а контролируемый профиль бандажа преобразует в соответствующий массив с возможностью его графической или визуальной интерпретации для наблюдения и получения информации об износе и дефектах профиля бандажей колесных пар локомотивов. Получаемая информация индицируется на мониторе пульта оператора.
Используя динамический режим работы системы при движении локомотива, можно получить информацию о профиле поверхности катания бандажа и, сравнивая его со стандартным профилем, который занесен в память вычислителя пульта оператора, получить информацию о вертикальном подрезе гребня, а также визуально наблюдать отклонения контролируемой конфигурации профиля поверхности катания колесной пары от требуемой формы с возможностью выделения интересующих участков в увеличенном масштабе. Имеется возможность документирования информации с помощью печатающего устройства, а также занесения в банк данных внешней и центральной ПЭВМ.
Автоматизированная система обмера колесных пар локомотивов (АСОК-Л) контролирует следующие параметры: диаметр колеса в пределах от 850 до 1300 мм с погрешностью измерения не
более 0,35 мм при ширине профиля бандажа от 120 до 145 мм, толщину бандажа не менее 36 мм и прокат по кругу катания до 10 мм с погрешностью измерения не более 0,25 мм, толщину гребня в диапазоне от 20 до 40 мм, вертикальный его подрез с погрешностью измерения не более 0,15 мм и межбандажное расстояние с погрешностью не более 0,2 мм.
Система АСОК-Л обеспечивает измерение поперечного смещения и перекоса колесной пары в тележке, а также текущей скорости движения локомотива с автоматической регистрацией контролируемых параметров.
Наличие оперативной памяти в пульте оператора позволяет накапливать материалы по измерению и контролю профиля бандажа каждой колесной пары конкретного локомотива. Такое накопление информации по изменению параметров профилей бандажей колесных пар тягового подвижного состава с момента их введения в эксплуатацию позволяет прогнозировать проведение текущего и капитального ремонтов колесных пар локомотивов либо на пункте технического обслуживания, либо в стационарных условиях ремонтного депо как с выкаткой, так и без выкатки колесной пары.
На основе базовых замеров или среднестатистических уровней параметров бандажа колесной пары при заведомо работоспособном состоянии тягового подвижного состава устанавливаются индивидуальные диапазоны и критерии исправного состояния для всех контролируемых параметров, если они не оговорены специально в технических условиях эксплуатации. При проведении периодических обследований локомотивов система автоматически сигнализирует об отклонениях контролируемых параметров.
Выполненные проверочные испытания в ремонтном локомотивном депо Свердловск показали, что разработанная система АСОК-Л обладает высокой стабильностью в работе и гарантирует необходимую точность измерения всех параметров бандажей. По своей сущности система для автоматического бесконтактного измерения параметров бандажей колесных пар представляет единый измерительно-вычислительный комплекс, который дает возможность массового обслуживания
подвижного состава с целью накопления и обработки полного объема информации, необходимый для диагностики состояния и прогнозирования ресурса бандажей колесных пар локомотивов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Горский А. В., Буйносов А. П. Анализ износа бандажей // Железнодорожный транспорт. 1991. № 1. С. 46-47.
2. Буйносов А. П. Влияние условий эксплуатации на износ бандажей // Локомотив. 1995. № 1. С. 33-34.
3. Буйносов А. П., Цихалевский И. С., Трофимов М. Н. Новый измерительный прибор // Локомотив. 1998. № 6. С. 40-41.
4. Буйносов А. П. Основные причины интенсивного износа бандажей колесных пар подвижного состава и методы их устранения. Екатеринбург : Изд-во УрГУПС, 2009. 224 с.
5. Буйносов А. П. Методы повышения ресурса колесных пар тягового подвижного состава. М. : УМЦ образования на ж.-д. трансп. 2010. 224 с.
6. Балдин В. Л., Буйносов А. П. Автоматическая система мониторинга состояния бандажей колесных пар тягового подвижного состава // Вестник ВЭлНИИ. 2010. № 2(60). С. 113-125.
7. Буйносов А. П., Наговицын В. С., Калмыков А. А., Елфимов В. И. Бесконтактные измерения бандажей колесных пар // Железнодорожный транспорт. 1995. № 11. С. 34-36.
8. Буйносов А. П., Наговицын В. С. Измерение бандажей // Локомотив. 1995. № 12. С. 27-28.
9. Буйносов А. П., Наговицын В. С. Система бесконтактного измерения бандажей // Локомотив. 1996. № 12. С. 17-19.
10.Наговицын В. С., Буйносов А. П., Балдин В. Л. Измерение параметров колесных пар локомотивов. Автоматизированная система. Германия : Изд-во «LAP LAMBERT Academic Publishing», 2011. 244 с.
11. Буйносов А. П., Балдин В. Л. Выбор технического решения для автоматизированного измерения параметров колесных пар при движении локомотивов // Научно-технический вестник Поволжья. 2011. № 5. С. 53-62.
