Геодезические методы определения микропрофиля рельса Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 625.1:528

В.В. Щербаков, В.Н. Васёха

СГУПС, Новосибирск

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОПРОФИЛЯ РЕЛЬСА

Определение геодезическими способами микропрофиля рельса является одной из наиболее актуальных задач диагностики пути. В результате воздействия подвижного состава на рельс на поверхности катания возникают различного рода дефекты. Для предотвращения развития дефектов необходим постоянный контроль его микропрофиля. В настоящее время на всей сети железных дорог России работают рельсошлифовальные поезда. Для планирования и контроля их работы необходимо иметь объективную информацию о микропрофиле рельсов и дефектах. Отсутствие объективной информации приводит к тому, что шлифовка выполняется в объеме не соответствующем фактическому состоянию рельсов. Кроме того, для рационального использования РШП необходимо выбирать правильные приоритеты по очередности выполнения работ на различных участках. Решением этой проблемы занимаются многие научно- исследовательские организации в России, включая такие крупные, как НПО «Инфотранс». Имеется несколько образцов путеизмерительных тележек для определения микропрофиля рельсов, однако широкого распространения они не получили.

В Сибирском Государственном Университете Путей Сообщения на базе координатного способа ( патент № 2261302) разработана и изготовлена путеизмерительная тележка ПТ «Волна». Прибор в 2004 году сертифицирован (сертификат № 19127) и поставляется на железные дороги России.

ПТ «ВОЛНА» позволяет непрерывно измерять неровности поверхности катания головки рельсов, в том числе такие дефекты, как пробоксовка (код 14.1-2 в соответствие с каталогом дефектов рельсов НТД/ЦП-2-2002), волнообразные неровности (код 40.0), смятие (код 41.0), седловины в зоне сварных стыков (код 46.1) и болтовых стыков (код 47.1), рифли (код 49).

ПТ «ВОЛНА» может использоваться как на оборудованных, так и на не оборудованных автоблокировкой участках железной дороги с укладкой пути железнодорожными рельсами типа РП50, РП65 и РП75.

Принцип работы ПТ «ВОЛНА» основан на координатном способе измерении приращений высот относительно условной плоскости горизонта с использованием тензодатчиков линейных перемещений (сканеров). Определение неровности по высотным отметкам и её длины позволяет выполнять анализ дефектов при различных значениях измерительной базы, которую оператор выбирает в зависимости от поставленной задачи при обработке данных и детализации исследований.

Достоинством ПТ «ВОЛНА» является наличие широких функциональных возможностей, простота в эксплуатации и обслуживании.

ПТ «Волна» состоит из следующих узлов:

- Разборная рама круглого сечения, штанга рамы с одной стороны подвижная и подпружиненная для обеспечения бокового прижатия и контакта колес с рельсами;

- Съемная платформа, предназначена для крепления контроллера и аккумулятора;

- Четыре колеса с межосевой базой 1 м;

- Ручка для перемещения, имеющая возможность вращения относительно вертикали на 360°;

- Оптический датчик пройденного пути, установленный на метровой межосевой базе;

- Контроллер, установленный на платформе и предназначенный для приема и исполнения команд от карманного персонального компьютера (КПК), считывания информации с датчиков и передачи информации в КПК;

- КПК используется для управления работой ПТ «Волна», накопления и обработки данных, полученных в результате измерений и проведения регламентных работ (установка начальных данных, калибровка, настройка). В процессе движения на экране КПК отображается пройденный путь, показания датчиков, график неровностей.

Технические характеристики:

Диапазон измерений:

- Глубины неровностей, мм ± 5;

- Длины неровностей, м 0,03 - 2,0;

- Расстояний, км 0 - 99,999.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений

глубины неровностей, мм ..................................... ± 0,02.

Вариация показаний при измерении глубины неровностей, мм 0,01. Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений

длины неровностей, мм........................................ ± 10.

Пределы допускаемой относительной погрешности измерений

расстояний, %................................................ ±0,1.

Электропитание от аккумулятора 12 В емкостью ................ 7,2 А-ч.

Ток потребления, А, не более................................. 0,3.

Габаритные размеры (без ручки), мм, не более................. 1090х1700х300

Масса, кг, не более.......................................... 27.

ПТ «ВОЛНА» эксплуатируется на открытом пространстве и устойчива к воздействию следующих климатических факторов:

температура окружающего воздуха, °С ......................... от минус 10

до плюс 40;

относительная влажность при плюс 35 °С и более низких

температурах, без конденсации влаги, %, не более ............ 95.

Средний срок службы, лет, не менее .......................... 6.

Единица младшего разряда (ЕМРН) датчика сканера, мм.......... 0,005.

Отсечка шага сканера ЕМРЬ , мм.................................. 5.

ЕМР§ оптического датчика пути (дискретность приращения

пути), мм ...................................................... 7.

Рабочая скорость движения, км/ч ................................ 1-6.

Объем памяти КПК, МБ............................................ 64.

Время работы без дозарядки, ч, не менее ........................ 16.

С использованием ПТ «Волна» на Западно-Сибирской железной дороге выполнен большой объем работ по определению микропрофиля рельсов и планированию работ. Наибольший интерес представляет мониторинг микропрофиля по сети ЗСЖД. Работа выполнена с целью определения динамики изменения характеристик микропрофиля рельсов с течением времени на различных по грузонапряженности и другим параметрам пути. Для этого выбран 21 участок длиной один километр в различных отделениях ЗСЖД. Первые измерения микропрофиля на экспериментальных участках выполнены в апреле 2005 года, повторно на этих же участках измерения выполнены в октябре-ноябре 2005года. На основании полученного материала, изучены особенности развития дефектов, динамика изменения характеристик микропрофиля, а также некоторые закономерности их развития в зависимости от геометрических параметров пути, включая наличие кривых, продольного профиля, а также грузонапряженности. Получены уникальные данные, которые не совпадают или не полностью совпадают с данными, приведенными в нормативных документах по планированию шлифовки рельсов. Результаты мониторинга являются темой отдельного исследования и в данной работе не рассматриваются.

На рис. 1, в качестве примера представлен фрагмент графика микропрофиля рельсов на перегоне «Тягун-Аламбай». При сравнении графиков микропрофиля рельсов, полученных с помощью тележки ПТ «Волна», хорошо видна динамика развития дефекта (18.1). Программа обработки позволяет более детально исследовать любой проблемный участок как по длине, так и по высоте, а также задать базу длины неровности от 0,03

- до 2м. Программа обработки позволяет выполнять наложение и сравнение графиков.

Рис. 1

На рис. 2 представлены графики микропрофиля на перегоне «Мариановка-Лузино».

Рис. 2

На рис. 3 в таблице представлены данные о характеристиках дефектов, включая длину и глубину неровности, ее линейную координату.

Файл Помощь

Графики | 11 ДеФекть1^|

1 № п/п | Начало, м |Конец, м | Длина, м | Высота, мм | Рельс * Рельс:

1 12.288 12.783 0.475 -1.886 П-> л

2 12.342 12.858 0.515 -1.753 <-Л рельс <-Л I рельс П-> Н мм:

3 13.156 13.548 0.383 -0.581 П->

4 37.217 37.705 0.488 -1.588 П->

5 37.271 37.759 0.488 -1.191 <-Л 1.0 - 2.0 2.0 - 3.0

Є В2.363 62.810 0.448 -0.723 П->

7 Є2.403 Є2.851 0.448 -0.909 <-Л І. м: Го 03 0 25 10.25 -1.00

8 ВБ.573 86.871 0.288 -0.577 П->

Э 87.264 87.788 0.502 -0.785 <-Л

10 87.332 87.780 0.448 -1.488 П->

11 88.187 88.634 0.448 -0.503 П-> и

12 112.275 112.763 0.488 -1.705 П-> в

13 112.315 112.803 0.488 -0.958 <-Л

14 138.376 136.786 0.420 -0.732 П->

15 137.325 137.800 0.475 -2.752 П->

1Є 137.393 137.881 0.488 -2.950 <-Л

17 138.193 138.827 0.434 -0.548 П->

18 1Б2.268 162.810 0.543 -1.462 <-Л

19 1В2.322 162.810 0.488 -1.241 П->

20 187.278 187.780 0.502 -1.461 <-Л

21 187.281 187.788 0.475 -1.866 П->

22 188.187 188.848 0.481 -0.884 П->

23 212.329 212.780 0.461 -2.518 П->

Рис. 3

Эксплуатация и обслуживание прибора не требует больших материально-технических затрат. Опыт использования ПТ «Волна» на ЗСЖД показал высокую эффективность, простоту в эксплуатации и надежность измерительной системы. Программное обеспечение позволяет с высокой производительностью обрабатывать и выполнять визуализацию неровностей.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии, томі М -ФГУП Картгеоцентр, 2005г.

2. Нормативно-техническая документация М-ИКЦ «Академкнига», 2004г.

3. Нормативно-техническая документация МПС РФ.- М.: Транспорт,2002г.

© В.В. Щербаков, В.Н. Васёха, 2006