Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор существующих средств диагностики состояния рельсового пути 12
1.1 Основные геометрические параметры рельсового пути 12
1.2 Анализ патентной документации 13
1.3 Обзор современной путеизмерительной техники 18
1.3.1 Обзор существующих вагонов-путеизмерителей 18
1.3.2 Обзор ручных путеизмерительных средств 29
1.3.3 Встраиваемые системы мониторинга рельсового пути 31
1.4 Сравнительный анализ методов измерения неровностей рельсовых нитей 35
Выводы по главе 1 41
2 Разработка системы диагностики рельсового пути (СД РП) на микромеханических чувствительных элементах 43
2.1 Состав СДРП 44
2.2 Алгоритм построения СД РП 48
2.3 Метод определения вертикальных неровностей рельсовых нитей 53
2.3.1 Алгоритм идентификации вертикальных неровностей 57
2.3.2 Оценка методической погрешности определения вертикальных неровностей рельсовых нитей 65
Выводы по главе 2 67
3 Исследование погрешностей инерциальных измерительных модулей (ИИМ) на микромеханических чувствительных элементах 69
3.1 Описание ИИМ 69
3.2 Анализ общепринятых математических моделей показаний микромеханических чувствительных элементов и методик их калибровки 70
3.3 Математические модели показаний микромеханических акселерометров (ММА) и гироскопов (ММГ) 73
3.4 Методика определения элементов математических моделей погрешностей датчиков 74
3.4.1 Определение элементов математической модели погрешностей ММА 74
3.4.2 Определение элементов математической модели показаний ММГ 78
3.5 Результаты экспериментальных исследований 81
3.5.1 Описание испытательного стенда и схемы проведения экспериментальных исследований 81
3.5.2 Результаты экспериментальных исследований ММА 83
3.5.3 Результаты экспериментальных исследований ММГ 85
3.6 Экспериментальные исследования ИИМ с использованием вибрационного стенда 91
Выводы по главе 3 94
4 Результаты экспериментальных исследований СД РП 95
4.1 Описание экспериментального проезда СД РП в составе вагона-дефектоскопа : 95
4.2 Результаты определения ускорений кузова и буксовых узлов 97
4.3 Результаты определения основных геометрических параметров рельсового пути 99
4.3.1 Продольный уклон 99
4.3.2 Взаимное положение рельсовых нитей по высоте (поперечный уровень) 99
4.3.3 Кривизна 102
4.3.4 Короткие перекосы 103
4.3.5 Просадки рельсовых нитей 106
4.4 Результаты идентификации вертикальных неровностей методами корреляционного анализа 109
4.5 Анализ возможности использования СД РП для выявления дефектов рельсового пути 111
Выводы по главе 4 116
Заключение 117
Список литературы 119
- Сравнительный анализ методов измерения неровностей рельсовых нитей
- Оценка методической погрешности определения вертикальных неровностей рельсовых нитей
- Анализ общепринятых математических моделей показаний микромеханических чувствительных элементов и методик их калибровки
- Взаимное положение рельсовых нитей по высоте (поперечный уровень)
Введение к работе
Одной из основных мер по обеспечению требуемого уровня безопасности, как в России, так и за рубежом, остается диагностика состояния железнодорожного пути методами оценки его геометрических параметров, состояния балластного слоя, а также контроль скрытых (внутренних) дефектов рельсовых нитей. При этом широко используются как ручные, так и самоходные измерительные системы: путевые шаблоны, путеизмерительные тележки и вагоны-лаборатории. Однако и этого оказывается недостаточно, так как применение ручных средств характеризуется большой трудоемкостью и необходимостью закрытия перегонов для проведения измерений, а самоходных просто не хватает. Это приводит к несоответствию частоты выполнения измерений и скорости возникновения дефектов.
Согласно нормативным документам, в случае обнаружения отклонений состояния пути от требуемых норм безопасности, до момента их устранения накладываются ограничения на скорость движения железнодорожных составов (в зависимости от категории - 120; 100; 70, 40 км/ч, вплоть до закрытия участка пути). Таким образом, возникает противоречие: рост грузооборота ведет к увеличению случаев возникновения дефектов, а измерительных средств для их своевременного обнаружения имеется недостаточно. Очевидно, что ежедневная регистрация основных ключевых параметров позволила бы оперативно выявлять потенциально опасные с точки зрения возникнове-
ния аварийных ситуаций участки пути, а также судить об эффективности проведенных ремонтных работ. Поэтому представляется актуальной разработка системы диагностики рельсового пути, отличающейся невысокой стоимостью и малыми габаритами, для оборудования регулярно курсирующих вагонов.
Целью работы является разработка и исследование системы диагностики рельсового пути на микромеханических чувствительных элементах. При этом большое значение имеет обеспечение работоспособности комплекса при повышенных скоростях движения (для железнодорожного транспорта до 200 км/час), что позволит осуществлять контроль без нарушения графика движения транспорта.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
Проведение анализа существующих методов и средств диагностики состояния рельсового пути;
Разработка схемы построения системы диагностики рельсового пути (СД РП) на микромеханических чувствительных элементах;
Разработка метода идентификации вертикальных неровностей рельсового пути;
Разработка математических моделей показаний и определение точностных характеристик инерциальных измерительных модулей (ИИМ) на базе микромеханических гироскопов и акселерометров;
Проведение экспериментальных исследований СД РП в составе вагона-дефектоскопа.
Методы исследований
Решение поставленных задач основано на использовании основных положений теории инерциальной навигации, теории статистической обработки, теории оптимальной обработки информации, методах математического и имитационного моделирования.
На защиту выносятся:
Схема построения системы диагностики рельсового пути, осно-ванная на размещении измерительных модулей на микромеханических чувствительных элементах непосредственно на буксовые узлы колесных пар тележки вагона, даёт возможность повысить точность определения вертикальных неровностей;
Метод определения просадок рельсовых нитей, основанный на идентификации вертикальных неровностей по степени воспроизводимости траекторий движения колесных пар, повышает надежность и достоверность диагностики рельсового пути;
Методика калибровки ИИМ, предполагающая определение масштабных коэффициентов микромеханических гироскопов и акселерометров с учётом неортогональностей их измерительных осей, позволяет снизить методические погрешности.
В процессе проведения исследований получены новые научные результаты:
Для более точного определения вертикальных неровностей разработана схема построения системы диагностики рельсового пути на микромеханических чувствительных элементах, которые размещаются непосредственно на буксовые узлы колесных пар тележки вагона;
С целью повышения надежности и достоверности определения просадок рельсовых нитей с использованием ИИМ на микромеханических чувствительных элементах разработан метод, основанный на идентификации вертикальных неровностей по степени воспроизводимости траекторий движения колесных пар;
Разработана методика калибровки ИИМ, которая вследствие учёта неортогональностей измерительных осей микромеханических гироскопов и акселерометров при определения их масштабных коэффициентов позволяет снизить методические погрешности.
Практическая ценность работы:
Разработана и реализована система диагностики рельсового пути на микромеханических чувствительных элементах, позволяющая повысить точность определения вертикальных неровностей;
Разработан и реализован метод определения вертикальных неровностей рельсового пути длиной до 2,4 м с точностью 1 мм;
Разработан и реализован метод диагностики рельсового пути, основанный на корреляционном анализе траекторий первого и следом идущего колес, использование которого дает возможность использования ИИМ на микромеханических чувствительных элементах;
Разработана и апробирована методика калибровки микромеханических акселерометров и гироскопов, позволяющая повысить точность измерения до 0,01 м/с и 0,1 % соответственно. Реализация и внедрение результатов работы:
Результаты исследований использовались при выполнении научно-исследовательских работ: «Создание новых концепций построения интеллектуальных навигационно-управляющих систем для обеспечения безопасности железнодорожного транспорта»; и хоздоговорных работах «Разработка и исследование малогабаритной интегрированной системы диагностики рельсового пути» и «Разработка модернизированной малогабаритной инерциальной системы диагностики рельсового пути», заключенных с ОАО «Радиоавиони-ка». Результаты, полученные в работе, могут быть также использованы в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) при проведении научно-исследовательских работ и в учебном процессе, в частности, в научно-образовательных курсах по направлению «Приборостроение». Апробация:
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
— Всероссийская научно-техническая конференция молодых уче-
ных «Навигация и управление движением» (2005,2006, 2008-2010), Санкт-Петербург, Россия.
- Студенческий молодежный мини-симпозиум IEEE «Развитие и
современное состояние приборостроения и информационно-измерительных
систем» (2006), Санкт-Петербург, Россия.
2-я Российская мультиконференция по проблемам управления (2008), Санкт-Петербург, Россия.
Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им.В.И. Ульянова (Ленина), (2008-2010) , Санкт-Петербург, Россия.
- Международный научно-практический семинар «Конструкция
железнодорожного пути и вопросы технического обслуживания высокоско
ростных магистралей», (2010), Санкт-Петербург, Россия.
Содержание диссертации:
В первой главе выполнены обзор современной путеизмерительной техники и анализ методов измерения неровностей рельсовых нитей.
Показаны достоинства и недостатки существующих путеизмерительных средств и показана актуальность разработки малогабаритных измерительных систем, предназначенных для размещения на регулярно курсирующие пассажирские и грузовые поезда.
В главе 2 приводится результаты разработки СД РП, основанной на использовании устанавливаемых на буксы колесных пар тележки вагона инер-циальных измерительных модулей (ИИМ) на микромеханических чувствительных элементах для определения неровностей рельсовых нитей.
Для определения профиля рельсовых нитей в вертикальной плоскости предлагается метод получения вертикальных траекторий движения буксовых узлов тележки вагона, основанный на анализе взаимной корреляционной функции сигналов вертикальных скоростей букс первого и следом идущего колеса тележки вагона.
Сравнительный анализ методов измерения неровностей рельсовых нитей
Например, путеизмерительная тележка ПТ-7МК предназначена для измерения железнодорожной колеи (шаблона), разности высот расположения рельсов (уровня) и пройденного пути с обеспечением автоматического измерения, запоминания и хранения результатов измерений в энергонезависимой памяти. Тележка может поставляться с программным комплексом «Профиль», позволяющем обеспечивать съёмку и запись на магнитный носитель геодезических данных (план и профиль пути). При передвижении тележки по рельсам вручную производится измерение, регистрация и обеспечивается запоминание информации в энергонезависимой памяти. Измеряемые параметры отображаются на индикаторе. При превышении установленных допусков на измеряемые параметры подаётся звуковой сигнал и на индикации мигает превышенный параметр. ПТ-7МК обеспечивает считывание результатов измерений в ПЭВМ с целью дальнейшей обработки и анализа. [7].
Автоматизированный путевой шаблон АГГШ-4 предназначен для определения ширины колеи (шаблон) и взаимного положения рельсовых нитей по высоте (уровень). АПІ1І-4 может применяться как автономное измерительное средство, а также в составе компьютеризированного вагона-лаборатории путеизмерительного (КВЛ-П) при проведении юстировочных и проверочных работ. Обеспечивает: измерение параметров (шаблон и уровень); отображение в цифровом виде измеренных значений на экране промышленного карманного персонального компьютера (КПК); хранение результатов измерений в энергонезависимой памяти КПК; работу в составе КВЛ-П в режиме автоматического информационного обмена данными с бортовой автоматизированной системой (прием и передача данных по радиоканалу при выполнении юстировки) [7]. Однако использование ручных путеизмерительных тележек и дрезин является проблематичным в силу низкой скорости движения и необходимости закрытия перегонов для проведения измерений. Недостатками перечисленных выше средств при контроле железнодорожного полотна являются: организация проверок пути путеизмерительными вагонами и тележками требует квалифицированного персонала и не позволяет обеспечить постоянный контроль и мониторинг всех железнодорожных путей в силу небольшого количества диагностических средств; ограниченная частота контрольных проездов с использованием ПВ существенно сказывается на оперативности выявления опасных с точки зрения безопасности движения дефектов пути и оповещении соответствующих служб. Путеизмерительные вагоны, как программно-аппаратные комплексы, оснащенные сложными измерительными устройствами, компьютерными системами с соответствующим техническим, программным обеспечением и интерфейсами, традиционно достаточно дороги, что приводит к невозможности широкого тиражирования. Проверка состояния рельсового пути с использованием ПВ проводится на главных железнодорожных магистралях с частотой один раз в месяц и реже, но этого недостаточно в тех случаях, когда необходимо судить о качестве пути сразу после ремонта балластной призмы или подбивки шпал. Поэтому на сегодняшний день очень актуальным является разработка недорогих автоматизированных систем для регулярного контроля параметров пути, не требующих присутствия специального персонала и технического обслуживания приборов. Такие системы можно устанавливать на обычных поездах, находящихся в регулярной эксплуатации или оборудовать локомотивы железнодорожных составов. Примером такой системы является бортовая система мониторинга пути ТгаскМоп (компании АЕА Technology Rail, Великобритания). Измерительные устройства системы ТгаскМоп устанавливаются на раме тележки одного из вагонов графиковых поездов, регулярно обращающихся по определенному маршруту. Они связаны с вычислительным блоком, расположенным в салоне. Компьютер используется для регистрации и анализа поступающих данных. После обработки информация о состоянии пути по каналу радиосвязи передается в центральный компьютер для предоставления по требованию [20]. Элементами системы, размещаемыми по обе стороны тележки (рис. 1.9), являются [20]: ? пара датчиков линейного смещения, установленных вертикально между рамой тележки и буксой и предназначенных для измерения амплитуды вертикальных перемещений; ? пара акселерометров, установленных на раме тележки над буксой и в кузове вагона и предназначенных для измерения вертикальных ускорений. С помощью этой системы оценивается уровень комфорта поездки для пассажиров в зависимости от состояния пути. Она способна сравнивать реальное состояние пути с проектным и распределять полученные данные по категориям оценки фактического состояния участков пути: хорошее, удовлетворительное, плохое и очень плохое и в случае, если обнаруживается, что параметры пути не укладываются в допустимые рамки, система может посылать сигналы тревоги [20]. Швейцарская компания ZG Optique разработала путеизмерительный комплекс ТМС (рис. 1.10), который представляет собой интегрированную систему ИИМ/СДО/Одометр [21]. В состав ТМС входят: ИИМ, акселерометр, оптический датчик перемещения, оптический датчик положения рельса, стереоскопическая телевизионная камера, одометр, приемник сигналов GPS, компьютерная станция, программное обеспечение для обработки данных в режиме реального времени и постобработки. Характеристики ТМС: Рабочая скорость до 150 км/ч Точность измерений 0,3 мм в диапазоне 30 мм Точность определения поперечного уровня 0.3 мм в диапазоне 20 мм Точность определения вертикальных неровностей 0.3 мм в диапазоне 50 мм Точность определения горизонтальных неровностей 0.3 мм в диапазоне 250 мм Ошибка определения продольного уклона 10 Ошибка определения жесткости пути 1...3 % Ошибка определения географических координат и положения относительно мильных столбов не превышает 2 м на 20 км пройденного пути. ООО «Системы анализа» разработали анализатор для непрерывного контроля рельсового транспорта [22]. Анализатор обеспечивает количественную оценку показателей плавности хода и экстремальных параметров вибрации на основе измерения вертикальной и горизонтальной проекции ускорения в плоскости, перпендикулярной направлению движения поезда. Анализатор (или только отделяемый блок измерений) во время работы устанавливается неподвижно на плоской горизонтальной поверхности вагона (локомотива). Анализатор выполняет обработку первичной измерительной информации с привязкой ко времени и километровым отметкам, индикацию и хранение в памяти результатов обработки, а также обеспечивает их передачу в компьютер с помощью съёмного запоминающего устройства.
Оценка методической погрешности определения вертикальных неровностей рельсовых нитей
Если максимум корреляционной функции принадлежит данному диапазону, можно считать, что «пространственный» сдвиг двух сигналов отсутствует. Для задания т0 необходимо учитывать максимальное разрешение, получаемое при определении путевой координаты.
Так как при поступлении данных в плату синхронизации осуществляется потоковая запись с частотой /= 4 кГц, то при максимальной скорости движения вагона 200 км/ч приращение пройденного пути составляет
/ При скорости движения 40 км/ч AS = Зсм. Таким образом, допустимый диапазон, в который может попадать максимум корреляционной функции, зависит от скорости движения состава, его максимальное значение соответствует 14 см пройденного пути.
Известно [33], что в общем случае амплитуда взаимной корреляционной функции зависит как от исследуемых сигналов, так и от длины выборки, на которой производится корреляционный анализ. Ширина корреляционного максимума соответствует длине неровности. Кроме того, очевидно, что амплитуда вертикальной скорости при прохождении неровности зависит также от скорости движения вагона. Следовательно, при выработке критериев, по которым определяется наличие неровности, необходимо учитывать не только погрешности позиционирования колес, но и длину выявляемой неровности, а также продольную скорость движения вагона.
Таким образом, алгоритм идентификации вертикальных неровностей рельсового пути представляет собой следующую последовательность действий: 1. сигналы акселерометров, измерительные оси которых направлены по вертикальной оси связанной с ИИМ системы координат, интегрируются, при этом исключается их систематическая погрешность в соответствии с предложенным алгоритмом коррекции; 2. в сигнал ММА, расположенного на первом по ходу движения колесе, вводится задержка, которая определяется временем; которое потребуется для прохождения дистанции, равной базе тележки, то есть сигналы ИИМ1 и ИИМ2 приводятся к единой путевой координате; 3. рассчитываются взаимные корреляционные функции полученных сигналов для каждой рельсовой нити; 4. в том случае, если корреляционная функция имеет максимум в окрестности точки — т0 т т0 (т0 рассчитывается исходя из частоты съёма данных и скорости движения вагона), определяется ширина корреляционного максимума. Данное значение соответствует длине неровно- , сти А,; 5. рассчитывается значение корреляционной функции, которая была бы получена, если бы оба колеса проехали по пути, имеющем вертикальную неровность: где Я, - оценённая на предыдущем этапе длина неровности, А — минимальное значение амплитуды, регламентированной нормативными-документами (согласно инструкции [2], отступлением первой степени считается просадка амплитудой 5 мм); то есть определяется пороговое значение максимума, которое может принимать корреляционная функция при наличии неровности рельсового пути на исследуемом участке; 6. в том случае, если максимум корреляционной функции, полученный в пункте 4, превышает рассчитанное пороговое значение, принимается решение о наличии неровности на данном участке пути, сигналы вер тикальных скоростей акселерометров интегрируются, и определяется амплитуда пройденной неровности (просадки). Например, в результате корреляционного анализа сигналов, изображенных на рис. 2.8,а, по виду корреляционной функции принимается решение о наличии вертикальной неровности на исследуемом участке пути, далее производится интегрирование сигналов, в результате чего получена траектория движения буксовых узлов в вертикальной плоскости на данном участке — рис. 2.9. Длина неровности X соответствует ширине корреляционного максимума на рис.2.8, а. Однако, при использовании данного алгоритма необходимо также учитывать, что использование ИИМ вносит инструментальную погрешность в определение вертикальной неровности. Следовательно, и нижнюю границу порогового значения корреляционной функции необходимо задавать с некоторым доверительным интервалом. Для определения данного интервала необходимо задать точности, с которыми должны определяться вертикальные неровности. Пусть необходимо обеспечить точность измерения вертикальных неровностей длиной от 0,6 м (межшпального прогиба) до 2,4м (базы тележки) при скорости движения от 40 до 200 км/ч не хуже 1 мм. Если сделать допущение, что отличие траекторий движения колёс вследствие динамического взаимодействия пути и подвижного состава является несущественным [14], и измерительная ось z акселерометра всегда направлена по вертикали места (данные допущения являются источниками методической погрешности разрабатываемого метода), то составляющая вертикальной скорости ММА, которая вызвана прохождением колеса по неровности, описываемой уравнением (2.3), будет определяться выражением:
Анализ общепринятых математических моделей показаний микромеханических чувствительных элементов и методик их калибровки
По построенным спектрам сигнала определялись параметры полезного сигнала - частота и амплитуда колебаний - для каждого эксперимента (на рис. 3.13 приведен спектр сигнала одного из ММА). После сравнения оцененной амплитуды с задаваемой определялось значение масштабного коэффициента ММА: где MK -значение масштабного коэффициента ММА [ед. съёма/(м/с2)], Асп -амплитуда, полученная из спектра сигнала акселерометра [ед. съёма]; А3 — амплитуда задаваемого линейного ускорения [м/с ].
После определения масштабных коэффициентов с использованием разработанного во второй главе метода коррекции показаний акселерометров были получены амплитуды вибраций по показаниям трех ИИМ, расположенных на вибростенде (рис. 3.14). Для оценки точности разработанного метода определения вертикальных перемещений на графике также показаны пределы изменения вертикальных перемещений стенда, рассчитанные по известным значениям амплитуды и частоты (см. табл.3.7).
Расхождение амплитуд вибраций не превысило 0,015мм, что является экспериментальным подтверждением возможности определения вертикальных неровностей рельсового пути с требуемой точностью - не хуже 1мм. Данное расхождение характеризует суммарную погрешность ИИМ в выработке перемещений и датчиков стенда: виброметра и частотомера.
Разработана методика калибровки акселерометров и гироскопов, которая предполагает определение в первую очередь неортогональностеи измерительных осей, а затем масштабных коэффициентов датчиков. В результате её применения возможно исключить методические погрешности определения масштабных коэффициентов, обусловленную определением данного параметра в осях, связанных с прибором, а не с измерительными осями чувствительных элементов. Также исключается методическая погрешность определения неортогональностеи, как функций зависимости от масштабных коэффициентов.
Экспериментальные исследования ИИМ на двухосной испытательном стенде с использованием разработанной методики обработки результатов позволили достичь точности измерения угловых скоростей и линейных ускорений при оценке средних значений 0,1 /с и 0,01 м/с2 соответственно.
Были проведены экспериментальные исследования по подтверждению потенциально-достижимой точности определения линейных перемещений с использованием ИИМ. В результате испытаний на специализированном вибростенде были определены значения масштабных коэффициентов акселерометров с диапазоном ±35g при действии ускорений, превышающих гравитационное.
Погрешность определения амплитуды вибраций, характерных реальным условиям эксплуатации ИИМ, установленных на баксовых узлах тележки, составила 0,015мм, что удовлетворяет требованиям задач диагностики рельсового пути.
Экспериментальные испытания СД РП на микромеханических чувствительных элементах проводились на вагоне-дефектоскопе ОАО «Радио-авионика» Октябрьской железной дороги.
В состав штатной аппаратуры вагона-дефектоскопа входят одометр и четыре тросо-блочных ДЛП. Исходя из того, что ДЛП контролируют расстояния между буксами и рамой вагона, БИИМ на ВОГ был установлен под кузовом над тележкой вагона (рис.4.1).
Четыре ИИМ были жёстко закреплены на буксах колесных пар тележки вагона. Перед началом движения была произведена начальная взаимная выставка измерительных систем и элементов вагона: замерены все необходимые для последующей обработки данных расстояния, а также определено угловое положение относительно плоскости горизонта всех измерительных систем и рельсового пути. Таким образом, при использовании измерительной рулетки инструментальная погрешность определения расстояний между датчиками и системами вагона составила 0,5 мм (результаты определения линейных расстояний приведены на рис. 4.2), а при определении относительного углового положения с использованием квадранта - 30 угловых секунд. В таблице 4.1 приведены результаты определения углов тангажа и крена использованных датчиков в системе координат, связанной с вагоном, а также углы отклонения плоскости рельсового пути от горизонтальной плоскости.
Взаимное положение рельсовых нитей по высоте (поперечный уровень)
Так как полученная корреляционная функция не соответствует заданному шаблону, принимается решение об отсутствии неровности за данном участке пути. Дальнейшее интегрирование полученных скоростей по вертикальной оси не имеет смысла, так как имеет вид, приведенный на нижнем графике рис. 4.11, а (показан для наглядности).
В противоположность, на верхнем рисунке 4.11, б показаны графики изменения проекций скоростей на вертикальные оси ИИМ, обладающие очевидной корреляцией. Средний график характеризует полученную корреляционную функцию, максимум которой принадлежит заданному допустимому интервалу. По ширине главного лепестка корреляционной функции определяется длина неровности (на показанном примере - 2,5м). Для данной длины неровности амплитуда корреляционного максимума удовлетворяет рассчитанному согласно (2.4) пороговому значению. Таким образом, принимается решение о наличии просадки рельсового пути на исследуемом участке. При интегрировании вертикальных скоростей определяются траектории движения буксовых узлов, в результате чего можно определить амплитуду вертикальной неровности. На нижнем графике рис.4.11, б видно, что полученные траектории также коррелированны и характеризуются наличием просадки длиной 2,5м и амплитудой Змм.
По результатам экспериментального проезда оценивалась возможность определения дефектов рельсов: волнообразной деформации, смятия головки рельса, рифлей - коротких (3-25 см) волнообразных неровностей на головке рельсов (рис.4.12). Данные дефекты в настоящее время выявляются внешним осмотром с использованием ручных путеизмерительных приборов, то есть в принципе не могут быть определены такими оперативными средствами, как путеизмерительные вагоны и вагоны-дефектоскопы.
Волнообразная деформация головки (длиной 25-150 см), как правило, возникает при прокатке и правке рельсов на комбинатах вследствие вибрации прокатной клети, биения валков и других причин, а в эксплуатации происходит дальнейшее развитие первоначальных дефектов и образование волнообразных неровностей. Рельсы с глубиной волны более 1 мм при измерении на базе 1 м являются дефектными и подлежат шлифовке рельсошлифовальным поездом с периодичностью по утвержденному графику. Рельсы с глубиной волны более 3 мм подлежат замене в первоочередном порядке. До их замены скорость движения не должна превышать 40 км/ч.
Смятие головки рельса возникает как в зоне сварного, так и болтового стыков. В первом случае дефект образуется вследствие неоднородности механических свойств металла, получающейся при сварке рельсов. При этом интенсивному развитию седловин в эксплуатации способствуют наличие начальной неровности в сварном стыке, образовавшейся при сварке рельсов с концевой искривленностью, а также отсутствие термоупрочняющей обработки сварных стыков. Смятие головки в зоне болтового стыка связано с особенностями динамического воздействия колеса на рельс при прохождении им зоны стыка. Развитию дефекта способствует резкий переход твердости металла головки. Рельсы, имеющие смятие глубиной более 1 мм при измерении на базе 1 м, являются дефектными и подлежат выравниванию шлифованием.
Причина появления и развития рифлей — при движении подвижного состава главным образом из-за разности в диаметрах кругов катания колесной пары возникает периодическое проскальзывание колес, что вызывает сдвиги или повышенное истирание верхних слоев металла в местах проскальзывания и образование коротких неровностей. Рельсы с глубиной рифлей более 1 мм при измерении на базе 1 м являются дефектными. Для устранения рифлей производится профилактическая шлифовка поверхности головки рельсов рельсошлифовальным поездом с периодичностью по утвержденному графику. Рельсы с глубиной волны более 3 мм подлежат замене в первоочередном порядке. До их замены скорость движения не должна быть более 40 км/ч.
Согласно разработанному в главе 2 алгоритму определения вертикальных неровностей рельсового пути, для определения неровностей с длинами до 1,5 м был выбран соответствующий интервал коррекции сигналов скоростей ИИМ, регистрируемых по вертикальной оси.
Полученные траектории движения букс в вертикальной плоскости приведены на рис. 4.13, б, в. На рис. 4.13,в между двумя рельсовыми стыками наблюдаются деформации рельса с амплитудами порядка 1 мм и длиной волны 25 - 32 см, что может быть объяснено наличием волнообразных деформаций рельса или рифлей [31]. Так как при расчете данных траекторий сигналы датчиков первого и следом идущего обрабатываются независимо друг от друга, повторяемость полученных кривых может являться обоснованием достоверности результатов. Кроме того, дополнительным аргументом наличия данного дефекта может являться то, что рифли образуются из-за проскальзывания колеса по рельсу, а рассмотренный участок пути является криволинейным (на рис. 4.13,а приведен график изменения курса) - проскальзывание колеса наиболее вероятно на подобном участке.
На рис. 4.14 между двумя рельсовыми стыками наблюдается характерный пик траектории, который может быть вызван смятием головки. Обоснованием достоверности полученных данных также может служить повторяемость траекторий первого и следом идущего колес, так как показания соответствующих ИИМ обрабатывались независимо друг от друга.
