Выбор и обоснование параметров автоматизированного диагностического устройства рельсовой дорожной колеи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.20, кандидат технических наук Попов, Валерий Анатольевич

• Попов, Валерий Анатольевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Попов, Валерий Анатольевич

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи исследования

1.1. Нормы содержания колеи магистральных железных дорог,путей промышленного транспорта,путей метрополитенов и городского электротранспорта

1.2. Анализ технических средств и способов контроля геометрических параметров рельсовой колеи

1.3. Уточнение требований к диагностическому устройству рельсовой колеи

1.4. Постановка дели и задач исследования

Глава 2. Выбор и теоретические исследования параметров измерительного устройства кривизны оси пути и отклонений ширины колеи

2.1. Обоснование кинематической расчетной схемы устройства и разработка математического алгоритма измерений

2.2. Определение параметров пригрузочного устройства

2.3. Исследование параметров пригрузочного устройства для вагона-путеизмерителя ПВ-3.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Выбор и обоснование параметров автоматизированного диагностического устройства рельсовой дорожной колеи»

В настоящее время железнодорожный транспорт составляет основу транспортной системы Российской Федерации и,в соответствии с федеральным законом "О Федеральном железнодорожном транспорте" Ш, вступившем в действие 25 августа 1995 г.,служит цели своевременного и качественного обеспечения потребностей населения в перевозках и услугах,жизнедеятельности всех отраслей экономики и безопасности государства.

Эти целевые установки в равной мере относятся к железным дорогам промышленного транспорта,метрополитена и городского электротранспорта (трамвая).

Эффективность работы магистральных железных дорог,промышленного железнодорожного транспорта,метрополитенов и городского электротранспорта (трамвая)»наряду с показателями провозной способности определяется степенью обеспечения безопасности движения,в частности недопущением возникновения аварийных ситуаций в перевозочном процессе и снижением последствий возможных аварий.

Подвижной состав,в том числе специализированный,элементы верхнего строения пути,другие технические средства должны соответствовать государственным требованиям безопасности С2]. С целью повышения показателей безопасности верхнего строения пути большое внимание уделяется улучшению качественных характеристик способов и средств контроля его технического состояния,в том числе геометрических параметров рельсовой дорожной колеи.

На магистральных железных дорогах основным средством контроля геометрических параметров рельсовой колеи являются вагоны-путеиз-мерители системы ЦНИИ С3],на промышленном и городском транспорте в применяется малопроизводительный ручной измерительный инструмент.

Однако конструкции путей промышленного и городского транспорта и условия их эксплуатации имеют существенные отличия. Это и наличие кривых малых радиусов,большое количество стрелочных переводов и пересечений,наличие участков заглубленного типа,специфические режимы движения поездов,повышенные нагрузки от колесных пар и т.д. Вследствие этого происходят частые расстройства верхнего строения пути и возникает необходимость более частого контроля геометрических параметров колеи с целью обеспечения безопасности движения.

Поэтому в настоящее время является актуальным вопрос оснащения железных дорог промышленного и городского транспорта современными средствами диагностики,предназначенными для выявления на более ранней стадии появления неисправностей пути,представляющих угрозу безопасности движения,прогнозирования изменений состояния пути во времени,в том числе для контроля геометрических параметров рельсовой дорожной колеи.

Применение в качестве диагностических устройств для путей промышленного и городского транспорта путеизмерительных вагонов аналогичных по структуре системам ЦНИИ,оснащенных первичными механическими измерителями в виде роликов и лыж,не может обеспечить сплошного и непрерывного контроля всех элементов структурной цепи перегон - спецчасти - станционные пути,вследствие необходимости перевода первичных измерителей в транспортное положение при переходах между элементами пути.

Решению проблем повышения качества,созданию новых технологий и средств технического диагностирования рельсовой дорожной колеи уделяется большое внимание специалистов,в том числе ВНИИЖТ и ПГУПС. Исследованиям и разработке путеизмерительной техники посвящены работы К.С.Исаева,В.Ф.Яковлева,В.Н.Солофненко,А.Е.Алексеева, Ю.М.Щекоткова,В.Н.Зензинова,В.С.Рослонаса,В.В.Мишина и др.

Целью настоящей работы является выбор и обоснование параметров автоматизированного диагностического устройства рельсовой дорожной колеи промышленного и городского транспорта,позволяющих обеспечить непрерывность контроля ее геометрических параметров при повышении производительности и качества.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи исследования:

- проведен анализ существующих способов и средств контроля геометрических параметров рельсовой дорожной колеи магистральных железных дорог,промышленного транспорта,метрополитена,трамвая и определены пути их совершенствования;

- разработана и математически обоснована новая конструкция первичного механического измерителя ширины колеи и положения рельсовых нитей в плане взамен существующих роликов и лыж;

- выбрана и обоснована технология автоматизированной регистрации, расшифровки и обработки измерительной информации с помощью бортовой ЭВМ;

- разработаны принципиальные схемы измерительного канала в целом и составляющих его устройств;

- разработано прикладное программное обеспечение для реализации непрерывного автоматизированного контроля геометрических параметров рельсовой колеи в соответствии со структурой измерительного канала;

- проведены теоретические исследования характеристик предлагаемых устройств измерительного канала и их экспериментальная проверка на лабораторных моделях;

- проведены исследования предложенных устройств на натурном макете - трамвайном путеизмерителе ПВ-З ГП Торэлектротранс" г.Санкт-Петербурга.

Методы исследований диссертационной работы включают теорию, лабораторные и натурные эксперименты,направленные на решение задач по выбору и обоснованию параметров устройств для автоматизированного контроля геометрических параметров рельсовой дорожной колеи.

Исследование осуществлено на основе применения современных методов механики,математики,теории автоматического регулирования, измерительной и вычислительной техники.

Научные положения.разработанные лично соискателем,и их новизна:

- способ измерения ширины рельсовой дорожной колеи,новизна которого заключается в применении в качестве первичных измерителей непосредственно ходовых тележек и рам вагонов и локомотивов;

- математическое обоснование способа;

- структурная схема электромеханического измерительного канала с использованием бортовой ЭВМ и его программное обеспечение.

Практическая ценность работы заключается в использовании нового способа измерения ширины рельсовой дорожной колеи,его математического алгоритма,принципиальной схемы измерительного канала и его программного обеспечения для разработки и создания путеизмерительных устройств для железных дорог промышленного и городского транспорта.

Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов ПГУПС (1996,1997 гг.),заседаниях кафедры "Строительные и дорожные машины и оборудование" ПГУПС (1995 - 1997 гг.),на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Новые технологии и техника в строительстве и реконструкции зданий и сооружений в современных экономических условиях (12-14 ноября 1996 г.,г,Санкт-Петербург). На предлагаемый способ определения ширины рельсовой дорожной колеи,его математическое обоснование и структурную схему измерительного канала автором подана заявка на изобретение и получено положительное решение на выдачу патента (см. Приложение 2).

На основе результатов исследования разработан и изготовлен трамайный путеизмеритель третьего поколения ПВ-3 с автоматизированным съемом и обработкой информации,который настоящее время эксплуатируется ГП Торэлектротранс" г.Санкт-Петербурга.

Заключение диссертации по теме «Транспортные системы городов и промышленных центров», Попов, Валерий Анатольевич

3.4. Выводы и предложения

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования параметров устройств измерительного канала для контроля радиуса кривизны оси пути и отклонений ширины колеи от нормируемых значений показали следующее:

1. Совокупность предлагаемых устройств»составляющих измерительный канал,позволяет производить съемку и обработку геометрических параметров диагностируемого пути с установленной нормативными документами точностью при частоте дискретного съема информации до 180 Гц.

2. Принципиальные схемы устройств измерительного канала и его структурная схема могут использоваться при создании автоматизированного диагностического устройства рельсовой дорожной колеи путей промышленного и городского транспорта.

Глава 4. Реализация результатов исследований и их внедрение

Результаты теоретических и экспериментальных исследований,проведенных автором в настоящей работе,использованы при разработке,изготовлении, наладке и пуске в постоянную эксплуатацию трамвайного вагона-путеизмерителя ПВ-З для службы пути ГП Торэлектротранс" г. Санкт-Петербурга.

4.1. Техническая характеристика и конструктивные особенности вагона-путеизмерителя ПВ-З

Вагон-путеизмеритель ПВ-З изготовлен на базе серийного шар-нирно-сочлененного трехтележечного трамвайного вагона марки ЛВС-86 Техническая характеристика ПВ-З приведена в таблице 4.1.

Заключение

В диссертационной работе содержится новое решение актуальной научной задачи выбора и обоснования параметров автоматизированного диагностического устройства рельсовой дорожной колеи путей промышленного и городского транспорта. Решение данной задачи позволяет проводить непрерывный автоматизированный контроль геометрических параметров рельсовой колеи на всех ее участках,включая спецчасти, при повышении производительности и качества с учетом существующих норм и правил. Оно имеет существенное значение в области создания машин и устройств для контроля за состоянием верхнего строения пути.

В результате проведенных теоретических,экспериментальных и натурных исследований сделаны следующие выводы:

1. Установлено,что для обеспечения непрерывности контроля геометрических параметров рельсовой дорожной колеи в качестве первичных измерителей на вагонах-путеизмерителях могут быть использованы непосредственно элементы подвижного состава - ходовые тележки и рамы вагонов.

2. Определение геометрических параметров рельсовой дорожной колеи на любых ее участках возможно производить путем постоянных измерений и преобразований взаимных перемещений ходовых тележек и рам вагона,при этом ходовые тележки принудительно устанавливаются в колее в положение максимального перекоса механизмом дополнительной пригрузки.

3. Разработанный математический алгоритм измерений формализован для его применения на ЭВМ и предусматривает определение отклонений ширины колеи от нормируемых значений,радиусов кривизны оси пути и стрелок хорд в горизонтальной плоскости на базе вагона.

4. Применение методики расчета параметров механизма дополнительной пригрузки позволяет обеспечить непрерывный,стабильный и безопасный контакт ходовых колес с поверхностями катания контролируемых рельсов.

5. Предложены аппаратная часть измерительного канала и его программное обеспечение,позволящие производить непрерывный автоматизированный съем информации о геометрических параметрах рельсовой дорожной колеи с частотой до 180 Гц,ее расшифровку и обработку в соответствии с нормативной документацией.

6. Теоретические положения,конструктивные разработки и программное обеспечение апробированы в лабораторных и натурных условиях.

7. Предложенные способ определения геометрических параметров рельсовой дорожной колеи,методика определения параметров пригру-зочного устройства,аппаратная часть измерительного канала и его программное обеспечение могут быть применены при создании путеизмерительных устройств путей промышленного и городского транспорта.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в четырех работах,автором подана заявка на изобретение и получено положительное решение на выдачу патента (см. Приложение 2).

Результаты теоретических»экспериментальных и натурных исследований, проведенных автором в настоящей работе,использованы при разработке,изготовлении,наладке и пуске в постоянную эксплуатацию в 1996 г. трамвайного вагона-путеизмерителя ПВ-3 для службы пути ГП "Горэлектротранс" г.Санкт-Петербурга (см. Справку о внедрении).

Годовой эффект от внедрения внедрения и эксплуатации вагона-путеизмерителя ПВ-3 на трамвайный путях г.Санкт-Петербурга составляет 220 тыс.руб.,а чистый дисконтированный доход за срок эксплуатации 5 лет составит 338 тыс. руб при сроке окупаемости инвестиций, вложенных ГП "Горэлектротранс" в разработку и изготовление ПВ-3,равном 2 годам 9 месяцам.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Попов, Валерий Анатольевич, 1998 год

1. Федеральный закон Российской Федерации "О Федеральном железнодорожном транспортеи//Путь и путевое хозяйство. 1995. -N 10. - с.21-27

2. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. М.: Транспорт, 1995. - 160 с.

3. Положение о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах Российской Федерации//Путь и путевое хозяйство. -1994. N 8. - с.16-23

4. Правила технической эксплуатации метрополитенов. М.: Транспорт, 1985. - 142 с.

5. Правила технической эксплуатации трамвая. М.: Министерство транспорта РФ, 1993. - 101 с.

6. Инструкция по техническому содержанию трамвайных путей. М.: Концерн Росгосэлектротранс, 1992. - 94 с.

7. Губенко В.К.,Парунакян В.Э. Общий курс промышленного транспорта. М.: Транспорт, 1994. - 200 с.

8. Путь и путевое хозяйство промышленных железных дорог. /Яковлев В.Ф.»Евдокимов В.А.Парунакян В.Е.,Перцев А.Н.; под ред. В.Ф.Яковлева. М.: Транспорт, 1990. - 341 с.

9. Лиманов А.Ю. Метрополитены. М.: Транспорт, 1971. - 359 с.

10. Садиков О.И. Трамвайные пути. М.: Транспорт, 1976, - 170 с.

11. Соломонов С.А.Попович М.В.,Стефанов Б.Н. Путевые машины. -М.: Транспорт, 1985. 375 с.

12. Исаев К.С. ,Федулов В.Ф. Декотков Ю.М. Машинизация текущего содержания пути. М.: Транспорт, 1990. - 310 с.

13. Яковлев В.Ф.,Булаш Н.М.,Гниломедов В.В. Автоматика и автоматизация производственных процессов в строительстве и путевом хозяйстве. М.: Транспорт, 1990. - 279 с.

14. Технические указания по расшифровке записей путеизмерительных вагонов,оценке отступлений от норм содержания рельсовой колеи железнодорожного пути,мерам по обеспечению безопасности движения поездов при их обнаружении/ЦП МПС. М.: Транспорт, 1982.- с.3-21

15. Зензинов Б.Н.Мишин В.В. Новый вагон-путеизмеритель//Путь и путевое хозяйство. 1996. - N 4. - с.13-14

16. Шульга В.Я. Путь и безопасность движения поездов. М.: Транспорт, 1991. - 415 с.

17. Попов В.А. Автоматизация диагностических устройств рельсовой дорожной колеи. Тез. докл. 56-я научно-техническая конференция с участием студентов,молодых специалистов и ученых. Санкт-Петербург.: ПГУПС, 1996. - с.24

18. Попов В.А. Особенности процессов автоматической расшифровкии обработки информации в путеизмерителе ПВ-3. Тез. докл. 56-я научно-техническая конференция с участием студентов,молодых специалистов и ученых. Санкт-Петербург.: ПГУПС, 1996,- с.24

19. Справочник по средствам автоматики./ Под редакцией Низэ В.Э. и Антика И.В. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 504 с.

20. Балух X. Диагностика верхнего строения пути. М.: Транспорт, 1981. - 415 с.

21. Наек В.А. Контрольно-измерительные системы зарубежных путевых и дорожно-строительных машин: Обзорная информация. М.: ЦНИИ-ТЭТЯЗКМАШ, 1990. - 24 с.

22. Вериго М.Ф.,Коган А.Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. М.: Транспорт, 1986. - 559 с.

23. Медель В.Б. Подвижной состав электрических железных дорог. -М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство, 1957. 341 с.

24. Кашников В.Н.Шашкин В.Б.,Рубан В.М. Способ определения положения железнодорожного пути в плане в круговых кривых. Описание изобретения к патенту РФ N 2030505 от 10.03.95, БИ N7 1995 г., МПК Е 01В 35/00.

25. Щербина Ю.В.,Шеркунов М.М. К вопросу о нормах и допусках содержания колеи. В кн.: Труды ХИИТа, вып. 99, Харьков, 1967.- с.9-13

26. Шафрановский А.К. Анализ продольных неровностей рельсовых нитей и влияние их на работу рельсов: Автореф. дис. канд. техн. наук.- М., 1952. 21 с.

27. Андреев Г.Е. Влияние местных неровностей поверхности катания колеса и рельса на силы взаимодействия последних при высоких скоростях движения. В кн.: Труды ЛИИЖТа, вып. 38, 1975.- с.14-49

28. Яковлев В.Ф. О параметрах расчетной схемы сил взаимодействия в контакте колеса и рельса. В кн.: Труды ЛИИЖТа, вып. 222, 1964. - с.187-211

29. Голубенко А.Л.,Коваль Б.А. О математической модели для исследования взаимодействия экипажа и пути при высокоскоростном движении. В кн.: Труды ЦНИИ МПС, вып. 542, 1974. - с.172-185

30. Амелин C.B. О расчете на прочность элементов стрелочных переводов. В кн.: Труды ЛИИЖТа, вып. 222, 1964. - с.3-28

31. Ромен Ю.С. »Николаев В.Е. Исследование на АВМ движения четырехосного вагона с износами ходовых частей по пути с отступлениями. В кн.: Труды ВНИИЖТа, вып. 549, 1976. - с.77-92

32. Яковлев В.Ф. Геометрические неровности рельсовых нитей. В кн.: Труды ЛИИЖТа, вып. 222, 1964. - с.59-66

33. Разработка устройства для измерительного контроля геометрических параметров трамвайного пути. Отчет о НИР/ Уралов В.Л.,Раз-варин Е.А.Детюев В.П. и др.; под ред. Уралова В.Л. Л.: ЛИИЖТ, 1991. - 79 с.

34. Головинский О.И. Основы автоматики. М.: Высшая школа, 1987. -207 с.

35. Солодовников В.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1985. - 535 с.

36. Иващенко H.H. Автоматическое регулирование. М.: Машиностроение, 1978. - 736 с.

37. Смирнова В.И. Основы проектирования и расчета следящих систем.-М.: Машиностроение, 1983. 295 с.

38. Правила и технология выполнения основных работ при текущем содержании пути/ЦП МПС. М.: Транспорт, 1976. - 176 с.

39. Справочник по исследованию операций. Под редакцией Матвейчука Ф.А. М.: Воениздат, 1979. - 368 с.

40. Натурные испытания трамвайного вагона-путеизмерителя ПВ-3. Отчет о НИР/Попов А.П.»Попов В.А.,Гаркач П.Н. и др.;под ред. Попова В.А. Санкт-Петербург.: ГП "Горэлектротранс", 1996. - 294 с.

41. Методические указания по определению экономической эффективности мероприятий научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте/ВНИИЖТ МПС. М.: Транспорт, 1991. - 235 с.

42. Ефанов А.Н.,Зайцев A.A.,Коваленок Т.П. Методы определения экономической эффективности инвестиционных проектов. Санкт-Петер-бург.: ПГУПС, 1996. - 38 с.1 ЯПj. wu'