Автоматизированный контроль технического состояния колесных пар вагонов во время движения поездов

Разработан опытный образец системы для автоматизированного бесконтактного контроля технического состояния колесных пар железнодорожных вагонов. Система предназначена для лазерно-триангуляционного измерения профилей рабочей поверхности вагонных колес и оценивания степени их износа непосредственно в п...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автори:	Шаповалов, Е.В., Коляда, В.А., Луценко, Н.Ф., Мангольд, А.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2016
Назва видання:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132970
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Автоматизированный контроль технического состояния колесных пар вагонов во время движения поездов / Е.В. Шаповалов, В.А. Коляда, Н.Ф. Луценко, А.Н. Мангольд // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2016. — № 2. — С. 37-43. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-132970
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1329702025-02-09T15:05:16Z Автоматизированный контроль технического состояния колесных пар вагонов во время движения поездов Automated control of technical state of wheel pairs, of cars during car movement Шаповалов, Е.В. Коляда, В.А. Луценко, Н.Ф. Мангольд, А.Н. Научно-технический раздел Разработан опытный образец системы для автоматизированного бесконтактного контроля технического состояния колесных пар железнодорожных вагонов. Система предназначена для лазерно-триангуляционного измерения профилей рабочей поверхности вагонных колес и оценивания степени их износа непосредственно в процессе движения поездов. Результаты контроля могут использоваться для принятия решений о необходимости проведения ремонта колесных пар или вывода их из эксплуатации с целью обеспечения безопасности движения железнодорожного транспорта. Pilot model of a system for automated contract-free examination of technical conditions of railway car wheel pair was developed. The system is designed for laser-triangulation measurement of profiles of working surface of car wheels and estimation of level of their wear-out directly in the process of train movement. The results of testing can be used for decisions on repair of wheel pairs or removing them from operation for safe movement of railway transport. 2016 Article Автоматизированный контроль технического состояния колесных пар вагонов во время движения поездов / Е.В. Шаповалов, В.А. Коляда, Н.Ф. Луценко, А.Н. Мангольд // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2016. — № 2. — С. 37-43. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0235-3474 DOI: doi.org/10.15407/tdnk2016.02.04 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132970 681.518.5:681.786 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Шаповалов, Е.В. Коляда, В.А. Луценко, Н.Ф. Мангольд, А.Н. Автоматизированный контроль технического состояния колесных пар вагонов во время движения поездов Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Разработан опытный образец системы для автоматизированного бесконтактного контроля технического состояния колесных пар железнодорожных вагонов. Система предназначена для лазерно-триангуляционного измерения профилей рабочей поверхности вагонных колес и оценивания степени их износа непосредственно в процессе движения поездов. Результаты контроля могут использоваться для принятия решений о необходимости проведения ремонта колесных пар или вывода их из эксплуатации с целью обеспечения безопасности движения железнодорожного транспорта.
format	Article
author	Шаповалов, Е.В. Коляда, В.А. Луценко, Н.Ф. Мангольд, А.Н.
author_facet	Шаповалов, Е.В. Коляда, В.А. Луценко, Н.Ф. Мангольд, А.Н.
author_sort	Шаповалов, Е.В.
title	Автоматизированный контроль технического состояния колесных пар вагонов во время движения поездов
title_short	Автоматизированный контроль технического состояния колесных пар вагонов во время движения поездов
title_full	Автоматизированный контроль технического состояния колесных пар вагонов во время движения поездов
title_fullStr	Автоматизированный контроль технического состояния колесных пар вагонов во время движения поездов
title_full_unstemmed	Автоматизированный контроль технического состояния колесных пар вагонов во время движения поездов
title_sort	автоматизированный контроль технического состояния колесных пар вагонов во время движения поездов
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Научно-технический раздел
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132970
citation_txt	Автоматизированный контроль технического состояния колесных пар вагонов во время движения поездов / Е.В. Шаповалов, В.А. Коляда, Н.Ф. Луценко, А.Н. Мангольд // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2016. — № 2. — С. 37-43. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT šapovalovev avtomatizirovannyjkontrolʹtehničeskogosostoâniâkolesnyhparvagonovvovremâdviženiâpoezdov AT kolâdava avtomatizirovannyjkontrolʹtehničeskogosostoâniâkolesnyhparvagonovvovremâdviženiâpoezdov AT lucenkonf avtomatizirovannyjkontrolʹtehničeskogosostoâniâkolesnyhparvagonovvovremâdviženiâpoezdov AT mangolʹdan avtomatizirovannyjkontrolʹtehničeskogosostoâniâkolesnyhparvagonovvovremâdviženiâpoezdov AT šapovalovev automatedcontroloftechnicalstateofwheelpairsofcarsduringcarmovement AT kolâdava automatedcontroloftechnicalstateofwheelpairsofcarsduringcarmovement AT lucenkonf automatedcontroloftechnicalstateofwheelpairsofcarsduringcarmovement AT mangolʹdan automatedcontroloftechnicalstateofwheelpairsofcarsduringcarmovement
first_indexed	2025-11-27T03:12:29Z
last_indexed	2025-11-27T03:12:29Z
_version_	1849911568901341184
fulltext	37ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №2 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ УДК 681.518.5:681.786 автоМатИЗИрованный Контроль технИЧесКого состоянИя Колесных пар вагонов во вреМя ДвИЖенИя поеЗДов Е. В. ШАПОВАЛОВ, В. А. КОЛЯДА, Н. Ф. ЛУЦЕНКО, А. Н. МАНГОЛЬД ИЭс им. е. о. патона нанУ. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua разработан опытный образец системы для автоматизированного бесконтактного контроля технического состояния колесных пар железнодорожных вагонов. система предназначена для лазерно-триангуляционного измерения про- филей рабочей поверхности вагонных колес и оценивания степени их износа непосредственно в процессе движения поездов. результаты контроля могут использоваться для принятия решений о необходимости проведения ремонта колесных пар или вывода их из эксплуатации с целью обеспечения безопасности движения железнодорожного транспорта. Библиогр. 9, рис.8. К л ю ч е в ы е с л о в а : колесные пары, железнодорожные вагоны, автоматизированный контроль, геометрические параметры, лазерно-триангуляционный сенсор, сенсорные блоки Железнодорожный транспорт является одной из важнейших составляющих транспортно-дорож- ного комплекса. отсутствие резерва пропускной способности железных дорог диктует повышен- ные требования к надежности и безопасности движения поездов. Для обеспечения этих требо- ваний необходим переход к эксплуатации и тех- ническому обслуживанию подвижного состава по результатам оперативного контроля наиболее важных параметров, которые определяют дей- ствительное техническое состояние отдельных узлов. Колесные пары являются одними из важ- нейших элементов в конструкции железнодорож- ного транспорта, которые подлежат значительным механическим нагрузкам и влияют на характери- стики движения каждого локомотива или вагона. при взаимодействии рельсовой колеи и подвиж- ного состава возникают напряжения в точках кон- такта колес с рельсами, которые приводят к изно- су поверхностей трения, а также к их упругим и пластическим деформациям [1]. при достижении установленных величин износа или при появле- нии повреждений колес необходимо изымать та- кие колесные пары из эксплуатации для ремонта или утилизации. несвоевременное выявление дефектов колесных пар является причиной чрез- мерного износа верхнего строения пути и может приводить к сходу подвижного состава с рельсов, особенно на стрелочных переводах. в Украине контроль геометрических параме- тров колесных пар чаще всего выполняется путем визуального осмотра или измерения отдельных параметров с помощью ручного измерительного инструмента [2]. Как следствие, результаты такого контроля имеют низкую достоверность, посколь- ку в значительной мере зависят от человеческо- го фактора. в последнее время на железных до- рогах многих стран начали активно применяться бесконтактные средства оперативного контроля геометрических параметров поверхности катания колесных пар вагонов, которые способны опреде- лять параметры изношенности колес непосред- ственно во время движения поездов [3, 4]. такой подход позволяет существенно повысить качество и повторяемость результатов контроля за счет полной или частичной автоматизации процес- са. вместе с тем, бесконтактное диагностическое оборудование зарубежного производства нуждает- ся в доработке под нормы и условия железных до- рог Украины, имеет значительную начальную сто- имость и требует существенных дополнительных эксплуатационных затрат. поэтому разработка им- портозамещающего оборудования, предназначен- ного для бесконтактного контроля технического состояния колесных пар в процессе движения по- ездов, является важной и актуальной задачей. Характеристики колесных пар вагонов как объектов оперативного контроля. в настоящее время применяются два основных типа колесных пар, которые отличаются способом торцевого кре- пления подшипников. внешняя поверхность (по- верхность катания) вагонных колес имеет специ- альный профиль, который состоит из гребня, основной и боковой поверхностей, а также тор- цевой фаски. гребни направляют движение колес вдоль колеи и предотвращают сход колесных пар с рельсов. Как показывает мировой опыт, для опе- ративного контроля геометрических параметров колесных пар наиболее целесообразно применять системы технического зрения (стЗ), функциони- © е. в. Шаповалов, в. а. Коляда, н. Ф. луценко, а. н. Мангольд, 2016 38 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №2 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ рующие в соответствии с методом лазерной три- ангуляции [5]. такие стЗ за один рабочий такт способны измерять профиль рельефа поверхности объекта в плоскости, которая совпадает с плоско- стью излучения лазера. в случае вагонных колес за один рабочий такт стЗ может получать полные профили их рабочей поверхности в одном фикси- рованном сечении. Это ограничивает возможный перечень контролируемых параметров, но в то же время позволяет контролировать такие важ- ные параметры колесных пар, как толщина, вы- сота, крутизна гребня, толщина и ширина обода колес (рис. 1). в качестве толщины гребня принимается рас- стояние, измеренное по горизонтали на высоте 10 мм от поверхности круга катания колеса между двумя точками, которые лежат по разные стороны от вершины гребня, одна из которых принадлежит плоскости внутренней грани обода, а другая на- ходится на внешней поверхности гребня. в свою очередь, круг катания колеса находится на рассто- янии 70 мм от плоскости внутренней грани обо- да. высота гребня – это расстояние, измеренное по вертикали между вершиной гребня и поверх- ностью круга катания колеса. разность между из- меренной и номинальной высотой гребня характе- ризует величину равномерного проката по кругу катания колеса, который возникает в процессе эксплуатации. толщина обода колеса измеряется по вертикали между точкой на поверхности кру- га катания колеса и точкой, которая углублена на 10 мм относительно плоскости внутренней грани обода. Ширина обода – это расстояние по гори- зонтали между плоскостями внешней и внутрен- ней граней колеса. параметр, который определяет крутизну гребня, применяется для обнаружения дефекта типа «подрез гребня», который опреде- ляется на высоте 18 мм от круга катания колеса. также лазерно-триангуляционная стЗ дает воз- можность определять расстояние между внутрен- ними поверхностями колес, которое относится к жестко регламентированным параметрам колес- ной пары. Структура системы автоматизированного контроля технического состояния колесных пар. Для измерения рассмотренных выше пара- метров колесных пар необходимо получать пол- ный профиль рабочей поверхности каждого из колес, что невозможно сделать с одной точки на- блюдения. поэтому в состав технических средств системы должны входить два отдельных измери- тельных канала, каждый из которых должен со- стоять из двух сенсорных блоков. Момент полу- чения профилей необходимо синхронизировать с появлением колеса в рабочей зоне лазерно-три- ангуляционных сенсоров, т. е. в состав каждо- го измерительного канала также должен входить быстродействующий датчик приближения коле- са. результаты измерения профилей нужно пере- давать на удаленное автоматизированное рабочее место оператора, которое может быть построено на базе промышленного или мобильного компью- тера. обобщенная структурная схема системы ав- томатизированного контроля технического состо- яния колесных пар приведена на рис. 2. в структуру системы добавлен датчик Дп, ко- торый устанавливается на некотором расстоянии от позиции контроля и позволяет автоматически переводить систему из режима ожидания в ос- новной рабочий режим при приближении поезда. предложен следующий принцип работы измери- тельных каналов (на примере канала 1). при при- ближении колеса срабатывает датчик Дк1, сигнал от которого передается контроллеру сбора данных КсД1. при этом контроллер КсД1 формирует син- хронизирующие импульсы для сенсорных блоков сБ11 и сБ12. после этого выполняется регистрация цифровых изображений и их предварительная об- Рис. 1. геометрические параметры рабочей части вагонного колеса Рис. 2. обобщенная структурная схема системы автоматизи- рованного контроля технического состояния колесных пар вагонов: Дп – датчик приближения поезда; Дк1, Дк2 – датчики приближения колес; сБ11, сБ12 і сБ21, сБ22 – сенсорные блоки измерительных каналов 1 и 2 соответственно; КсД1 и КсД2 – контроллеры сбора данных; арМ – удаленное автоматизиро- ванное рабочее место оператора 39ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №2 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ работка, при которой выполняется распознавание полного профиля рабочей поверхности колеса. полученный профиль сразу же передается удален- ному рабочему месту оператора арМ, где выпол- няется его окончательная обработка, определяют- ся и анализируются геометрические параметры вагонного колеса. расстояние между внутренними гранями колес вычисляется после получения про- филей от измерительных каналов 1 и 2. Имитационное моделирование процес- са формирования исходных сигналов. основ- ная цель имитационного моделирования состоит в определении оптимальной оптической схемы для сенсорных блоков системы. поэтому в про- граммную среду имитационного моделирования достаточно внедрить модели объекта контроля, видеокамер и лазерных модулей. на взаимное положение оптических элементов системы на- кладываются ограничения, связанные с требова- ниями, которые касаются допустимых габаритов приближения сооружений к железнодорожному пути [6]. Как правило, модель видеокамеры вхо- дит в состав среды трехмерного моделирования. Для создания модели видеокамеры достаточно просто выбрать ее прототип и задать параметры модели. в свою очередь, модель лазерного моду- ля, формирующего световую секущую плоскость, не относится к стандартным элементам, но такую модель несложно построить с помощью встроен- ных функций [7]. Для удобства желательно до- полнить модели видеокамер и лазерных модулей собственными графическими объектами, посколь- ку они являются программными элементами без графических прототипов. положение каждого из элементов модели задается трехмерными коорди- натами и углами поворота вокруг координатных осей (рис. 3, а). Модели лазерных модулей фор- мируют на поверхности объекта (колеса) световой след, который повторяет рельеф его поверхности. соответственно, модели видеокамер способны формировать изображения, которые зависят от за- данного взаимного размещения элементов моде- ли и фокусного расстояния объектива (рис. 3, б). Изображения проекций светового следа, которые регистрируются моделями видеокамер, позволяют оценивать качество исходного сигнала и выбирать оптимальное взаимное размещение оптических компонентов сенсорных блоков. в результате проведения имитационного мо- делирования выбрана оптическая схема, которая удовлетворяет требованиям по размещению ком- понентов сенсорных блоков относительно рельсов и позволяет получать информативные начальные сигналы (рис. 4). в соответствии с предложенной схемой оси визирования видеокамер расположе- ны в плоскости, которая перпендикулярна направ- лению движения колес, и направлены вверх под углом 35º. Угол между видеокамерами и лазерны- ми модулями во фронтальной плоскости выбран равным 40º. точка измерения вынесена относи- тельно точки контакта колесо–рельс на расстоя- ние, которое обеспечивает световое сечение коле- са лазерной плоскостью по его радиусу. при этом рельс, который в данном случае является помехой, выводится из поля зрения видеокамер. видеока- меры и лазерные модули находятся на значитель- ном расстоянии от боковых поверхностей рельсов (> 200 мм) и от верха головок рельсов (80 мм), что полностью отвечает требованиям к допустимому приближению габаритов сооружений. также уста- Рис. 3. Имитационная модель процесса лазерно-триангуляционного сканирования профиля рабочей поверхности вагонного колеса: а – моделирование взаимного размещения видеокамер и лазерных модулей вК11, вК12 и лМ11, лМ12 сенсорных блоков сБ11 и сБ12 соответственно; б – изображения проекций светового следа, полученные с помощью моделей видеокамер 40 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №2 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ новлено, что при такой оптической схеме наибо- лее целесообразно применять объективы видео- камер с фокусным расстоянием 8 мм и лазерные модули с углом раскрытия 40º. Разработка аппаратного обеспечения и меха- нических узлов сенсорных блоков. при разработ- ке конструкции сенсорных блоков применена схема двойных корпусов, при которой лазерно-триангуля- ционные сенсоры и другие электронные компонен- ты собираются в собственных герметичных кор- пусах, которые, в свою очередь, устанавливаются внутри корпусов большего размера, непосредствен- но контактирующих с внешней средой. такая схема позволяет защитить оптико-электронные компонен- ты и обеспечить их работоспособность даже в слу- чае попадания пыли и влаги внутрь внешних защит- ных корпусов сенсорных блоков. разработана конструкция внешнего и внутрен- него лазерно-триангуляционных сенсоров, кото- рые предназначены для установки снаружи и вну- три рельсовой колеи соответственно. в качестве микропроцессорного оборудования сенсоров при- менены модули видеокамер MT9M, контроллеры видеокамер CamContol548 и контроллеры сбора данных DAQ532 производства ИЭс им. е. о. па- тона нан Украины. стандартные лазерные моду- ли от зарубежного производителя были доработа- ны путем установки специальной цилиндрической линзы для развертывания лазерного луча в пло- скость. Конструкция модулей видеокамер пред- усматривает фиксацию интерференционных све- тофильтров между матрицей фотоприемника и объективом. светофильтры, полоса пропускания которых согласована с длиной волны излучения лазеров, применяются для подавления внешних оптических помех. перед лазерными модулями и видеокамерами предусмотрены оптические ок- на-иллюминаторы. Корпуса сенсоров закрываются крышками через резиновые прокладки, что обеспе- чивает их защиту от проникновения пыли и влаги на уровне, не ниже IP64. Конструкция и компоновка сенсорных бло- ков разработаны исходя из требований относи- тельно допустимого приближения оборудования к рельсам и ограничений, которые накладывают- ся принятой оптической схемой сенсорной систе- мы (рис. 5). Защитный корпус внутреннего сен- сорного блока состоит из двух основных деталей: основной части 1, которая имеет прямоугольную форму, и верхней защитной панели 2 с наклон- ными краями. на передней панели корпуса нахо- дятся два отверстия, для открывания/закрывания которых предусмотрена защитная шторка 3. ла- зерно-триангуляционный сенсор 4 устанавлива- ется на специальном кронштейне, который обе- спечивает необходимую ориентацию оптических осей видеокамеры и лазерного модуля (под углом 35º). на одной из боковых панелей корпуса раз- мещены разъемы 5, предназначенные для подклю- чения источника электропитания, внешнего сен- сорного блока, компьютера автоматизированного рабочего места оператора, датчиков приближения колеса и поезда. внутри возле противоположной боковой панели расположен нагреватель 7, осна- щенный радиатором и предназначенный для по- догрева воздуха внутри сенсорного блока при низких температурах. на задней панели корпуса устанавливается вентилятор с пылевым фильтром в сборе 6, который применяется для охлаждения аппаратуры и принудительного обдува выходных окон с целью недопущения проникновения пыли внутрь корпуса при открытой защитной шторке. Для фиксации датчика приближения колеса 8 сна- ружи корпуса предусмотрен угловой кронштейн. также внутри корпуса устанавливается блок ре- лейный 9, электронные компоненты которого размещены в отдельном корпусе. Электропривод защитной шторки 10 крепится к нижней панели сенсорного блока. Для фиксации сенсорного бло- ка на консоли предусмотрены четыре отверстия под болтовые крепления. внешний сенсорный блок имеет подобную конструкцию за исключени- Рис. 4. оптическая схема сенсорных блоков системы бесконтактного контроля технического состояния колесных пар: вК11, вК12 – видеокамеры; лМ11, лМ12 – лазерные модули 41ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №2 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ ем компонентов, которые не входят в его состав (датчика приближения колеса и блока релейного). Для установки сенсорных блоков на рельсо- вой колее разработана специальная консоль, на которой предусмотрены резьбовые отверстия под винтовые соединения. Консоль крепится к желез- нодорожным рельсам с помощью специальной системы креплений с изолирующими элементами, которые, с одной стороны, обеспечивают фикси- рованное положение сенсорных блоков относи- тельно рельсовых нитей, а с другой – не допуска- ют электрического замыкания рельсов. Математическое обеспечение системы. раз- работано математическое обеспечение для кон- троллеров видеокамер, контроллеров сбора дан- ных и компьютера автоматизированного рабочего места оператора. основное назначение контрол- лера видеокамеры – получение цифровых изобра- жений от матрицы фотоприемника и их обработка для распознавания контура светового следа, кото- рый повторяет рельеф рабочей поверхности ва- гонного колеса. Для нахождения точек светового следа разработан алгоритм обработки изображе- ний, который основан на применении одномерно- го согласованно-избирательного фильтра [8]. ре- зультатом распознавания контура светового следа является массив двухмерных дискретных точек, координаты которых заданы в виде номеров строк и строк изображения (в экранных координатах). Математическое обеспечение контроллера сбора данных выполняет следующие основные функции: формирование сигнала синхронизации видеокамер в момент срабатывания датчика при- ближения колеса, получение контуров от двух контроллеров видеокамер, преобразование экран- ных координат точек контуров в опорную метри- ческую систему координат; обработка контуров для определения геометрических параметров ко- лесных пар и передача результатов обработки на автоматизированное рабочее место оператора. также реализовано выполнение вспомогатель- ных функций, связанных с управлением средства- ми температурной стабилизации и механизмом открывания/закрывание защитных шторок. пре- образование между экранными и метрическими координатами точек контура базируется на при- менении математической модели оптической си- стемы, которая описывает взаимную связь между видеокамерой, объектом и его изображением [9]. Для определения геометрических параметров ко- лесных пар применены алгоритмы поиска коор- динат характерных точек, которые соответствуют принятой методике измерения параметров гребня и обода вагонных колес. основные задачи, которые возложены на ма- тематическое обеспечение автоматизированного рабочего места оператора, состоят в реализации следующих функций: обмен командами и дан- ными с контроллерами сбора данных сенсорных блоков, сохранение, просмотр и анализ получен- ных результатов измерений, визуальное сопро- вождение процесса контроля, управление испол- нительными механизмами сенсорных блоков, мониторинг состояния оборудования и форми- рование отчетных документов. Для выполнения всех необходимых функций создано специали- зированное программное обеспечение арМ, главное диалоговое окно которого имеет три ос- новные области (рис. 6). в верхней области рас- положены две графические панели, предназна- ченные для отображения полученных профилей рабочих поверхностей левого и правого колес. также на панели выводятся найденные характер- ные точки, относительно которых вычисляют- Рис. 5. схема компоновки внутреннего сенсорного блока: 1 – основной корпус; 2 – верхняя защитная панель; 3 – защитная шторка; 4 – лазерно-триангуляционный сенсор; 5 – разъемы; 6 – вентилятор; 7 – нагреватель; 8 – датчик приближения колеса; 9 – блок релейный; 10 – электропривод механизма защитной шторки 42 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №2 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ ся геометрические параметры колес, и имитато- ры шаблона для проверки профилей на наличие дефекта типа «подрез гребня». средняя область предназначена для просмотра и редактирования числовой и символьной информации. панель «поезд» и «вагон» содержат поля, предназначен- ные для индикации и редактирования данных о составе и каждом из его вагонов соответственно. правая панель средней области главного диало- гового окна предназначена для вывода получен- ных геометрических параметров колес в таблич- ном виде. нижняя область диалогового окна предназначена для реализации функций управ- ления режимом работы системы («ожидание» или «Контроль»), просмотра результатов контро- ля, настройки системы и мониторинга состояния оборудования. предусмотрено формирование от- четных документов в виде ведомостей контроля и их вывод на печать или сохранение в файл. Экспериментальное исследование процесса бесконтактного автоматизированного контроля геометрических параметров колесных пар. Для проведения экспериментов в соответствии с разра- ботанной рабочей конструкторской документацией были изготовлены компоненты опытного образца оборудования системы автоматизированного бес- контактного контроля колесных пар. Корпуса ла- зерно-триангуляционных сенсоров и внутренние крепления оптических и электронных компонентов изготовлены из конструкционного алюминиевого сплава с применением фрезерного станка с чис- ловым программным управлением, что позволи- ло получить высокую точность обработки деталей (± 0,1 мм). Изготовлены корпусные элементы четы- рех сенсорных блоков и консоль для их фиксации. основные корпусные детали сенсорных блоков и верхние защитные панели из- готовлены из конструкционной стали толщиной 4 мм, что обе- спечивает высокую прочность корпусов и стойкость к возмож- ным внешним ударам. Для пред- варительного оценивания точно- сти измерения геометрических параметров вагонных колес ис- пользовался тестовый стенд, со- стоящий из полного комплекта оборудования системы и образ- цов частей (секторов) вагонных колес (рис. 7). абсолютные по- грешности серии измерений в статическом режиме определя- лись путем сравнения действи- тельных и измеренных значений геометрических параметров при номинальном положении коле- са относительно сенсорных бло- ков. получено, что в статическом режиме средние погрешности измерения геометрических параме- тров вагонных колес Dст не превышают ± 0,2 мм (рис. 8, а). возникновение динамических погрешностей связано со смещением точки измерения вдоль ко- леи в зависимости от скорости движения поезда. согласно сформированным исходным техниче- ским требованиям максимальная скорость дви- жения через позицию контроля ограничена на уровне 60 км/ч. паспортное время реакции дат- чика приближения колеса не превышает 330 мкс, т.е. при изменении скорости движения от 0 до 60 км/ч точка измерения за 330 мкс может сме- ститься максимум на 5,5 мм. поэтому динамиче- ские погрешности оценивались путем сравнения результатов измерений геометрических параме- тров колеса при его номинальном положении с Рис. 6. главное диалоговое окно программного обеспечения арМ Рис. 7. тестовый стенд: 1 – образец сектора вагонного коле- са; 2 – рельс; 3, 4 – внешний и внутренний сенсорные блоки соответственно; 5 – консоль для фиксации сенсорных блоков; 6 – крепления с изолирующими элементами 43ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2016, №2 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ результатами измерений, полученными при сме- щении колеса на 5,5 мм вдоль колеи. получено, что в динамическом режиме средние погрешно- сти измерений геометрических параметров ва- гонных колес Dд не превышают ± 0,3 мм, причем наибольшие значения погрешностей характерны при измерении параметров, которые относятся к радиальным размерам колеса, т. е. толщины обо- да и высоты гребня (рис. 8, б). Это связано с тем, что при смещении точки измерения плоскость ла- зерного излучения не совпадает с направлением радиуса колеса. таким образом, общие средние погрешности серии измерений Dст + Dд не превы- шают ± 0,5 мм, что соответствует требованиям к необходимой точности измерения геометрических параметров колесных пар (не хуже ± 1 мм). Выводы предложенные технические решения имеют ин- новационный характер для железных дорог Укра- ины, поскольку на сегодня параметры изношенно- сти колесных пар вагонов в основном выборочно контролируются с помощью ручного измеритель- ного инструмента при остановке поездов на стан- циях. внедрение систем автоматизированного бесконтактного контроля технического состояния колесных пар в отечественное путевое хозяйство позволит существенно улучшить количественные и качественные показатели контроля геометриче- ских параметров вагонных колес и даст возмож- ность повысить безопасность движения на желез- ных дорогах за счет своевременного выявления опасных дефектов колесных пар. 1. Буряк с. ю. Диагностирование состояния поверхно- сти катания колеса подвижного состава железных дорог / с. ю. Буряк // наука и прогресс транспорта. вестник Днепропетровского национального университета же- лезнодорожного транспорта им. академика в. лазаряна. – 2013. – вып. 1. – с. 22–29. 2. Інструкція з огляду, обстеження, ремонту та формуван- ня вагонних колісних пар [текст]: цв-цл-0062. – затв. «Укрзалізниця» 01.04.05. – вид. офіц. – К.: тов «нвп поліграфсервіс», 2006. – 102 с. 3. WheelView (S/F/D/I). Accurate, Rugged, Reliable, Automatic Wheel Profile Measurement System [Электрон- ный ресурс]. режим доступа: http://www.beenavision. com/products_wheelview.html#. 4. Measuring Equipment. E.V.A (Artificial Vision Wheelset Parameter Equipment) [Электронный ресурс]. режим до- ступа: http://www.talgo.com/index.php/en/medida.php. 5. Демкин в. н. лазерные методы и средства контроля гео- метрических размеров изделий [текст] / в. н. Демкин, в. а. степанов // Измерительная техника. – 2008. – № 2. – с. 32–35. 6. гост 9238–83, MOD: ДСТУ Б В.2.3-29:2011. габарити наближення будівель і рухомого складу залізниць колії 1520 (1524) мм. – Затверджено: Мінрегіон України, наказ від 30.12.2011 р. № 464. 7. Коляда в. а. трехмерное моделирование как инструмент проектирования систем технического зрения / в. а. Ко- ляда // Электронное моделирование. – 2012 – 34, № 6. – с. 107–114. 8. Фурман я. а. введение в контурный анализ; приложе- ния к обработке изображений и сигналов / я. а. Фурман, а. в. Кревецкий, а. К. передреев [и др.]; под ред. я. а. Фурмана. – [2-е изд., искр.] – М.: ФИЗМат лИт, 2003. – 592 с. 9. Zhang Z. A Flexible New Technique for Camera Calibration / Z. Zhang // IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence. – 2000. – 22, № 11. – P. 1330–1335. Pilot model of a system for automated contract-free examination of technical conditions of railway car wheel pair was developed. The system is designed for laser-triangulation measurement of profiles of working surface of car wheels and estimation of level of their wear-out directly in the process of train movement. The results of testing can be used for decisions on repair of wheel pairs or removing them from operation for safe movement of railway transport. Ref.9, Figures 8. K e y w o r d s : wheel pair, railway cars, automated testing, geometry, laser-triangulation sensor, sensor blocks Поступила в редакцию 23.02.2016 Рис. 8. результаты оценивания статических (а) и динамических (б) погрешностей измерения геометрических параметров гребня вагонного колеса

Автоматизированный контроль технического состояния колесных пар вагонов во время движения поездов

Репозитарії

Схожі ресурси