CC BY
65
УДК 528.48:625.1
ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЫПРАВКОЙ ПУТИ НА ЗСЖД ОАО «РЖД»
Владимир Васильевич Щербаков
Сибирский государственный университет сообщения, 630099, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, заведующий кафедрой инженерной геодезии, профессор, тел. (383)328-04-37, e-mail:vvs@stu.ru
Иван Александрович Бунцев
Сибирский государственный университет сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Лаборатории диагностики дорожных одежд и земляного полотна, тел. (383)328-04-75, e-mail:vvs@stu.ru
Ольга Владимировна Ковалева
Сибирский государственный университет сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной геодезии, тел. (383)328-04-37, e-mail:kov@stu.ru
Иван Владимирович Щербаков
Сибирский государственный университет сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, ведущий инженер Лаборатории диагностики дорожных одежд и земляного полотна, тел. (383)328-04-75, e-mail:vvs@stu.ru
Александр Иванович Пименов
Центральная дирекция по ремонту пути, 630099, Россия, г. Новосибирск, ул. Орджоникидзе, 37/1, ведущий инженер, тел. (383)229-51-223, e-mail: PAI-OPMS@YA.RU
Рассмотрен опыт эксплуатации разработанной системы автоматизированного управления на базе ГНСС для путеремонтных машин позволяющей автоматизировать процесс постановки железнодорожного пути в проектное положение по пространственным данным.
Ключевые слова: автоматизированное управление, путевые машины, постановка пути в проектное положение, пространственное положение.
EXPERIENCE OF OPERATING THE AUTOMATED CONTROL SYSTEMS BY SETTING UP THE RAILS ON THE BASIS OF WEST SIBERIAN RAILWAY
Vladimir V. Shcherbakov
Siberian State University of Railway Engineering, 630049, Russia, Novosibirsk, 191 D. Kovalchouk St., professor, head of department of engineering geodesy, tel. (383)328-04-37, e-mail: vvs@stu.ru
Ivan A. Buntsev
Siberian State University of Railway Engineering, 630049, Russia, Novosibirsk, 191 D. Kovalchouk St., leading researcher, department of diagnosis of roads and subgrade, tel. (383)328-04-79, e-mail: vvs@stu.ru
Olga Vl. Kovalyova
Siberian State University of Railway Engineering, 630049, Russia, Novosibirsk, 191 D. Kovalchouk St., associate professor, department of engineering geodesy, tel. (383)328-04-37, e-mail: kov@stu.ru
Ivan V. Shcherbakov
Siberian State University of Railway Engineering, 630049, Russia, Novosibirsk, 191 D. Kovalchouk St., engineer, department of diagnosis of roads and subgrade, tel. (383)328-04-79, e-mail: vvs@stu.ru
Alexandr I. Pimenov
Directorate for repair of railway track, 630049, Russia, Novosibirsk, 37/1 Ordzonikidze St., leading engineer, tel. (383)229-51-223, e-mail: PAI-OPMS@YA.RU
The experience of automated control system operation developed on the basis of GNSS for the rail fixing machines to automate the process of setting the railway track in the design position according to dimensional data.
Key words: operating experience, dimensional position, automated management, railway track, setting rails in the design position.
Испытание системы автоматизированного управления (САУ) на базе ГНСС, созданной в Сибирском государственном университете путей сообщения [1], проведенное в 2008г впервые в России, показали возможность использования ГНСС для автоматизации процесса постановки железнодорожного пути по пространственным данным в проектное положения.
Основные проблемы на данном этапе заключались в создании электронных проектов и аппаратно-программной реализации САУ, обеспечивающей требуемую точность постановки пути в проектное положение.
Электронных проектов для САУ на базе ГНСС не существовало, поэтому было принято решение, предварительно до начала ремонтных работ определять координаты оси пути в местной системе координат (МСК) по методике разработанной в СГУПС [2] с помощью АПК "ПРОФИЛЬ" [3]. Электронный проект с учетом полученных данных формируется путем корректировки пространственного положения оси пути по рихтовке и подъемке, т.е. ось пути корректируется проектными рихтовками и подъемками с сохранением структуры и формата пространственных данных.
САУ на базе ГНСС создавался таким образом, что бы текущие координаты в любой i-ой точки сравнивались с проектными данными, а по их разности в плане и профиле формировался управляющий сигнал на гидропривод и электропривод для рихтовки и подъемки пути. При этом измерения выполнялись в системе координат WGS-84 и преобразовывались в систему координат проекта на участок ремонта железнодорожного пути. При решении данной задачи, необходимо было учитывать динамику движения путевой машины, а именно наклоны в продольной и поперечной плоскости рамы путевой машины и отклонение в поперечной плоскости измерительной тележки относительно фазового центра. Разработаны системы редукции и коррекции, которые обеспечивали редуцирование координат на ось пути и корректировали текущие координаты за смещение измерительной тележки относительно фазового центра. Такие реше-
ние связаны, с тем, что ось путеизмерительной тележки находиться вне зоны радиовидимости ГНСС. Аналогичные САУ устанавливаемые на бульдозера, экскаваторы не требуют сложных систем и устройств, поэтому решение данных задач является особенностью железнодорожных САУ [4, 5]. Кроме решения приведенных задач, разработан универсальный блок управления гидроприводом и электроприводом путеремонтных машин. (ПРУ).
Испытания САУ выявили существенные недостатки в системе редуцирования, так как при поперечном наклоне рамы ЭЛБ, инклинометры, предназначенные для измерения углового положения спутниковой антенны, за счет инерции не обеспечивали компенсацию изменения положения фазового центра спутниковой антенны. Проблема была решена за счет использования приемника с двумя антеннами. В процессе эксплуатации САУ наибольшие проблемы были обусловлены обеспечением ОБЫ-связи с базовой станцией. Применение радиомодемов позволило обеспечить более надежную связь, что также обеспечило устойчивую работу САУ. Одним из наиболее сложных вопросов при внедрении САУ является кадровый, т.к. в штате путевых машин нет геодезиста, а установка базовой спутниковой станции, работа со спутниковой аппаратурой САУ, требует определенных специальных знаний, которые механики не имеют. Для обеспечения работы САУ, привлекаются технологи (инженеры путей сообщения), которые изучают геодезию в ВУЗе, но даже с привлечением технологов эти проблемы остаются. Привлечение геодезиста для подготовки работ приведет к расширению штата и увеличению затрат.
Одним из вариантов решение данной проблемы является создание САУ, на базе ГНСС, работающей в автономном режиме, без использования дифференциальных поправок. Такое решение было найдено и реализовано в 2013году.
Сущность данного решения заключается в использовании соседнего пути на двухпутных участках, и искусственных опорных измерительных плоскостей на однопутных, координаты которых предварительно определены. В данном варианте реализации САУ ГНСС используется для пространственной привязки проектных данных, например междупутья, что позволяет определить сдвижки по разности фактического и проектного междупутья, а подъемки по превышению между соседним и ремонтируемым путями. Для реализации приведенной схемы используется проектная база данных (ПБД), которая представляет собой следующую структуру приведенную ниже (табл. 1)
Таблица 1
Координаты Проектное междупутье, (мм) Возвышение рельса, (мм) Превышение, (мм) топокод
Ф
55°20,0417' 82°56,0093' 4256 30 90 11
Практическая реализация САУ для постановки пути в проектное положение заключается в измерении текущей координаты в системе координат WGS-84, ее сравнении с координатами в ПБД, определении значения проектного междупутья и превышения, их сравнения с фактическими значениями в точках, определения сдвижки и подъемки [6]. Данный вариант САУ на базе ГНСС по-
лучил поддержку руководства ЗСЖД и в настоящее время внедряется. В 2014г ЭЛБ-4С (К005)ОПМС -19 ЗСДРП выполнил постановку пути в проектное положение с использованием САУ на базе ГНСС (автономный режим работы) около 120 км. На рис. 1 показано качество выправки пути на участке ремонта с использованием САУ на базе ГНСС.
Рис. 1. Постановка пути в проектное положение ЭЛБ-4, участок Посевная-Черепаново
Непосредственные исполнители работ машинисты, технологи, руководители структурных подразделений высоко оценили данный вариант САУ. Особенно важно то, что запуск аппаратуры и подготовка к работе заключается в нажатии только одной кнопки на спутниковом приемнике. Контроль качества работ, выполняемый на всех объектах показал, что средняя квадратическая погрешность пространственного положения пути в контрольных сечениях (ОКС) составляет 1см. В табл. 2 приведены данные по оценке точности параметров, при постановке пути в проектное положение.
Таблица 2
ПРОЕКТ По данным съемки АПК "Профиль" после ЭЛЕ Отклонения от прое величин
Отклонен ие среднего ради^'са Длина переходной кривонь:
* Наяпо кривой Конго кривой Я Длина кривой Ь1 Ь2 Начало кривой Конеп кривой И Дшн= криво й Ь1 12 круговой кривой. проектной на величин^".
Нор ма. не 4н>ле ф I к т Нор ма. не боле Факт
1 Шы,|ПК9+7з .¡9 149ы|ПК5+Й6.4 980 610.5 Й 110 110 :43кмПК9+59_00 :49КГ.] ПКз+Я 9.00 9Й6 630 117 ::: 3. 0.6 10. - Пы
2 150кыПК7+88 .11 ШкмПИ+МД 0 970 63Й.29 140 :40 150кыПЕ7+52.00 :51км пи+г 7.00 9ЙЗ 645 144 :зй 3. : .3 10. --:.:
3 ШкиПКО+Я] 64 156к?,]ПК0-25.3 6 993 634.72 120 Й0 Отсутствие ОЙМ ;в£зи на перегон
4 156киГШН«4 64 156кмГШ7496. 9 ЙОО 732.:з Й0 115 Отсутствие ОЙМ ;в*зи на перегон
5 156кмПК9+73 39 157кмПК7+30_О 9 990 756.70 120 120 15бкмПК9+б4.оо :57км ПК7+4 0.00 993 776 126 :3й 3. 0.3 ::. - 6м
6 157кмПК9+03 .92 ШкыПКЗ+ЗТ.О 950 453.:; 120 120 15 7кмПКЗ+97.00 :58ки ПКЗ+6 9.00 965 472 126 119 8. 1.5 ::. - 6м
7 .51 15ЕкыПЮ>+3<1.5 901 507.30 120 120 158ки1Ж4+81(Ю 153км ПК9+6 6.00 900 433 ::- ::: 3. с :
Из табл. 2 видно, что качество работ по постановке пути в проектное положение соответствует нормативным требованиям по основным параметрам.
На рис. 2 показана карточка кривой (форма ФП-5), полученная по результатам исполнительной съемки после завершения ремонтных работ.
Ведо- 05.04.2005 Поезд- 05.04.2005 ПЧ:
Уча- Направле- Путь: Км: 146-159
Кри-левая 5 3 Характеристики кривой Начало Конец 1-я Отвод переходные 2-я Отвод
км пк км пк дл. уг max ср. дл. max ср. дл.
план 155 0+48 155 8+08 760 45.47 1.04 0.64 111 0.76 0.52 131
уров. 155 0+84 155 0+84 0 0.00 0.00 0 0.00 0.00 0
план-уров. -36 724 760
пр. 4.614 Характеристики круговой кривой скор. пас. грз
сл. 0.157 Начало Конец Радиус/уровень Vпз 100 60
км пк км пк дл mm max ср. анп □ Vкр 84 55
план 155 1+59 155 6+77 518 783 838 800 0.99 0.30 Vпр 140
уров. 155 0+84 155 0+84 0 0 0 0 0.35 Vиз
план-уров. 75 593 518 4+0 1+1 Vдп 80 55
1
: У : :
Уровень Ь[мм] | ' 1 ' '
| 1 | |
Непогс .ценное ускорен не ^
- -!---■! /---
! У^г \
0+5Э 1+ОЭ 1+50 г+Ж 2 + ЕО 5+ОЭ 3+5® 4+Ш 4+ЕО 5+00 Е + ЕО 6+00 6+50 7+00 7+50 6+00
Рис. 2. Карточка кривой (ФП-5)
Из приведенных результатов видно, что качество постановки кривых с использованием САУ на базе ГНСС в проектное положение высокое и соответствует нормативным требованиям.
Чистовая выправка сглаживания выполняется путем сглаживания машиной Доумат. Всего в настоящее время на ЗСЖД оборудовано САУ восемь путевых машин различного назначения, выполняющих капитальный ремонт железных дорог. В 2015г планируется оборудовать дополнительно еще четыре машины. Экономический эффект в использовании САУ на ЭЛБ-4С при капитальном ремонте (модернизации) составляет 9012,64 тысяч рублей год на одну машину.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент 147033 Российская Федерация, МПК 51 Е01 В29/04. Система для управления выправкой пути / В.В. Щербаков, А.И. Пименов, И.В. Щербаков, А.Н. Модестов, И.А. Бунцев, В.П. Славкин. -№ 2014120965/11; заявл. 23.05.2014, опубл. 27.10.2014.
2. Патент 2261302 Российская Федерация, МПК 51 Е01 В35/00. Способ определения пространственных параметров рельсового пути и устройство для его осуществления / В.В. Щербаков, А.Н. Модестов, В.М. Круглов, И.И. Козятник, А.В. Демура. - № 200311110/11; заявл. 20.10.2004, опубл. 27.09.2005.
3. Ковалева О.В. Использование ГИС-технологии при определении пространственного положения и геометрических параметров железной дороги // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. - С. 101-107.
4. Патент 112209 Российская Федерация, МПК 51 Е01 В35/00. Путевая машина / В.В. Щербаков, А.Н. Модестов, В.Д. Верескун, А.С. Пикалов. - № 2011133389/11; заявл. 09.08.2011, опубл. 10.01.2012.
5. Патент 136048 Российская Федерация, МПК 51 Е01 В29/04. Устройство для выправки железнодорожного пути / В.В. Щербаков, И.В. Щербаков, А.Н. Модестов, И.А. Бун-цев, В.П. Славкин. -№ 2013134278/11; заявл. 22.07.2013, опубл. 27.12.2013.
6. Щербаков В.В. Выправка пути при реконструкции и ремонте железнодорожных путей с использованием ГИС-технологий и ГНСС // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 3. - С. 14-20.
© В. В. Щербаков, И. А. Бунцев, О. В. Ковалева, И. В. Щербаков, А. И. Пименов, 2015
