Размещено на http://www.allbest.ru/

СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

05.22.07 - рухомий склад залізниць і тяга поїздів

ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ БЕЗАВАРІЙНОГО РУХУ ВИСОКОШВИДКІСНОГО ПОТЯГА НА ОСНОВІ БЕЗПЕРЕРВНОГО МОНІТОРИНГУ СТАНУ РЕЙКОВОГО ШЛЯХУ

Войтенко Володимир Панасович

Луганськ - 2006

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Вступ. На шляху Євроатлантичної інтеграції Україна залучається до світових процесів інтенсифікації всіх сфер людської діяльності включаючи економіку, промисловість і соціальну сферу. Різке підвищення темпів економічного і промислового росту держави тісно пов'язано зі збільшенням обсягів і швидкостей вантажних і пасажирських перевезень, основну частину яких здійснює залізничний транспорт. Тяговий рухомий склад, що випускається на території України, за всіма показниками забезпечує підвищення швидкостей руху потягів до 120-200 км/год. Найважливішим критерієм можливості підвищення швидкостей руху до зазначених значень є дотримання умов безпеки руху. Припустимі швидкості руху потягів, що забезпечують безпеку, визначаються, в основному, технічним станом рухомого складу і шляху.

Моніторингу технічного стану рухомого складу під час руху, а також моніторингу стану рейкового шляху приділяється особлива увага. Для цього розроблені й експлуатуються бортові системи збору інформації про поточний стан рухомого складу, а також системи періодичного контролю технічного стану рейкового шляху. Пристрої і системи періодичного контролю стану рейкового шляху менш надійні і функціональні в порівнянні із системами безперервного моніторингу стану рухомого складу і мають ряд істотних недоліків, головним з яких є періодичність контролю, що не забезпечує своєчасне виявлення перешкод руху потяга і несправностей шляху. Існуючі системи контролю стану рейкового шляху неоперативні і недостатньо надійні за складних погодних умов і за умов обмеженої видимості. Таким чином, одним зі шляхів підвищення безпеки високошвидкісних залізничних перевезень є безперервний моніторинг технічного стану рейкового шляху. Перспективним є застосування акустичних хвиль для здійснення контролю стану рейкового шляху, включаючи несправності шляху і перешкоди руху локомотива.

Існуючі методи акустичного неруйнівного контролю застосовуються на залізничному транспорті в основному для виявлення внутрішніх дефектів рейок і реалізовані у вигляді пристроїв для ручного контролю рейок і вагонів-дефектоскопів для автоматичного контролю стану рейкового шляху. Використання акустичних хвиль для здійснення безперервного контролю стану рейкового шляху при високошвидкісному русі вимагає проведення додаткових поглиблених досліджень, необхідних для створення систем забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга на основі безперервного моніторингу стану рейкового шляху за рахунок використання акустичних методів неруйнівного контролю і вживання заходів із запобігання виникненню аварійної ситуації. Проведенню досліджень і створенню таких систем присвячено дану роботу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами й темами. Дисертаційна робота виконувалася у рамках держбюджетної теми “Створення перспективних конструкцій засобів рейкового транспорту і обґрунтування їх ефективності на підставі модульної інформаційної системи” (ДР №0103У000422).

Мета й задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга на основі аналізу результатів безперервного моніторингу технічного стану рейкового шляху методами акустичного контролю і вживання заходів із запобігання виникненню аварійної ситуації.

Досягнення поставленої мети вимагає вирішення наступних задач:

· аналіз існуючих методів виявлення об'єктів, що можуть бути застосовані при високошвидкісному русі для безперервного моніторингу стану рейкового шляху;

· теоретичні та експериментальні дослідження впливу фізичних властивостей перешкод руху високошвидкісного потяга та несправностей шляху на умови розповсюдження акустичних хвиль в рейці;

· математичне моделювання процесу акустичного контролю стану рейкового шляху й оцінка адекватності моделі та вірогідності отриманих результатів та визначення раціональної робочої частоти для виявлення перешкод руху високошвидкісного потяга;

· вибір методу виділення сигналів серед акустичних перешкод техногенного походження та засобів забезпечення необхідної чутливості і відношення сигнал - шум приймача акустичних сигналів;

· розробка комплексу для забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга на основі безперервного моніторингу стану рейкового шляху із застосуванням автоматичного керування рухомим складом у разі небезпеки виникнення аварійної ситуації.

Об'єкт дослідження. Процес безперервного моніторингу стану рейкового шляху.

Предмет дослідження. Комплекс для забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга на основі безперервного моніторингу стану рейкового шляху.

Методи дослідження. При рішенні поставлених задач використовувалися: теорія розповсюдження пружних хвиль; методи моделювання фізичних процесів, систем керування і керуючих пристроїв; методи планування експерименту і методи статистичної обробки експериментальних даних; методи аналогової і цифрової фільтрації корисних сигналів; методи кодування акустичних сигналів; методи проведення вимірювань; методи аналізу радіотехнічних ланцюгів та сигналів; методи проведення неруйнівного контролю та діагностики; фізичні експерименти в лабораторних умовах, а також безпосередньо на трамвайній і залізничній коліях.

Наукова новизна отриманих результатів:

· вперше обґрунтовано використання акустичних ефектів взаємодії хвиль Релея з перешкодами для безперервного контролю стану рейкового шляху на наявність перешкод руху високошвидкісного потяга;

· вперше за допомогою математичної моделі процесу поширення акустичних хвиль в рейці при наявності на її поверхні перешкод руху з різними фізичними властивостями встановлено можливість виявлення та ідентифікації типу перешкоди за ступенем небезпеки для руху високошвидкісного потяга;

· встановлено, що опади не погіршують вимірювальних характеристик акустичних пристроїв для моніторингу стану рейкового шляху завдяки ефекту поліпшення акустичного контакту між рейкою і перешкодою, що підвищує імовірність виявлення перешкод руху потяга за цих умов;

· вперше отримано параметри акустичного відклику системи “рейка - перешкода”, що дозволяють визначити поріг спрацьовування аварійного гальмування в залежності від ступеня небезпеки перешкоди для руху високошвидкісного потяга.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Математична модель процесу акустичного контролю стану рейкового шляху, що встановлює залежність між амплітудою акустичної хвилі, щільністю матеріалів, швидкостями поширення хвиль в рейці та перешкоді, дозволяє отримати раціональні параметри процесу в залежності від характеристик контрольованої ділянки рейкового шляху.

2. Методика виявлення та ідентифікації типу перешкоди або несправності рейкового шляху за ступенем небезпеки для руху високошвидкісного потяга дозволяє отримати величину порогу спрацьовування аварійного гальмування.

3. Випробування комплексу для забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга, заснованого на використанні поверхневих акустичних хвиль Релея, підтвердили можливість своєчасного виявлення та ідентифікації перешкод руху потяга та несправностей рейкового шляху за будь-яких погодних умов.

4. Рекомендації з використання комплексу для забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга та технічні умови на комплекс прийняті до впровадження при проектуванні нових моделей тепловозів на ВАТ ХК “Луганськтепловоз”.

Особистий внесок автора:

- визначено задачу наукових досліджень, проведено аналіз методів виявлення об'єктів та дефектів рейкового шляху стосовно до задачі досліджень [1-3];

- сформульовано теоретичні положення роботи [4];

- проведено планування наукового експерименту [5];

- проведено моделювання процесу безперервного моніторингу стану рейкового шляху [6];

- проведено експериментальні дослідження впливу фізичних властивостей перешкод і погодних умов на можливість виявлення перешкод руху потяга на поверхні рейки акустичними методами за допомогою хвиль Релея [7, 8];

- досліджено можливість виявлення перешкод руху потяга та дефектів рейкового шляху за допомогою акустичних методів “на проходження” і “на відбивання” [9-12];

- досліджено можливість підвищення надійності виявлення перешкод руху потяга, що знаходяться на потенційно небезпечних ділянках рейкового шляху, за допомогою акустичних методів в умовах сильних перешкод техногенного походження [13];

- досліджено можливість комплексної діагностики ділянки рейкового шляху на наявність перешкод руху потяга та несправностей рейкового шляху за допомогою акустичних хвиль Релея [14,15];

- досліджено схемні рішення вхідних ланцюгів акустичного пристрою, що забезпечують необхідну чутливість, відношення сигнал-шум, узгодження з п'єзоелектричним перетворювачем для надійного прийому акустичних сигналів [16];

- досліджено можливість виявлення великих перешкод руху на шляху залізничних транспортних засобів, а також можливість їх зважування [17];

- досліджено можливість створення автоматичної системи керування новими моделями магістральних тепловозів, яка забезпечує автоматичне гальмування рухомого складу при наявності перешкод руху потяга [18-19];

- розроблено конструкції акустичних пристроїв для забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга [20, 21].

Автор взяв участь у впровадженні результатів досліджень у виробництво та навчальний процес.

Апробація результатів дисертації. Дисертаційна робота доповідалася, обговорювалася і була схвалена на спільному засіданні кафедр “Фізика” і “Залізничний транспорт” Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля, на ІХ-й Міжнародній науково-практичній конференції “Університет і регіон: Науковці - підприємствам і установам регіону” (Луганськ, 2005), на ІІІ-й науково-практичній конференції “Проблеми і перспективи розвитку транспортних систем: техніка, технологія, економіка і управління” (Київ, 2005).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 21 наукова праця, у тому числі 16 статей, 2 патенти, 3 тез доповідей на науково-технічних конференціях.

Структура й обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел. Повний обсяг дисертаційної роботи складає 232 сторінки, у тому числі 149 сторінок основного тексту, 22 сторінки списку використаних літературних джерел (201 найменування), 56 повних сторінок з ілюстраціями і таблицями (70 ілюстрацій і 2 таблиці).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

потяг рейковий моніторинг акустичний

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету і задачі дослідження, викладено наукову новизну, практичне значення, інформацію про апробацію і публікацію основних положень і результатів роботи.

У першому розділі здійснено огляд робіт, спрямованих на зниження відмов та забезпечення безаварійного високошвидкісного руху на залізничнім транспорті. Встановлено, що значні резерви зниження відмов містяться в розвитку теорії та технічних засобів комплексної діагностики системи “рухомий склад - рейковий шлях”. Виконано огляд теоретичних робіт, технічних засобів і методів виявлення об'єктів та дефектів рейкового шляху стосовно до задачі досліджень.

Перспективи забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга пов'язані зі створенням і впровадженням комплексу сучасних технічних засобів контролю і діагностування технічного стану системи “рухомий склад - рейковий шлях” й елементів інфраструктури при технічному обслуговуванні, ремонті і під час руху потягу. В останні роки були розроблені і впроваджені на мережі залізниць інструкції і технічні засоби з ручного, механізованого й автоматизованого ультразвукового, магнітопорошкового, вихрострумового, ферозондового й акустико-емісійного методів контролю. Створені і впроваджуються на залізницях (замість ручних засобів дефектоскопії) дефектоскопічні автомотриси і вагони-дефектоскопи, що одночасно реалізують магнітний і ультразвуковий методи контролю.

З впровадженням високошвидкісного руху все більшого значення набуває забезпечення надійності взаємодії в системі “рухомий склад - рейковий шлях”. Були проведені теоретичні дослідження і розроблені бортові пристрої для безперервної діагностики найбільш відповідальних параметрів рухомого складу, що дозволяють запобігти сходу рухомого складу з рейок. Для постів контролю технічного стану рухомого складу під час руху розроблена система контролю деталей, що волочаться й провисають. Розроблені системи зайнятості шляху і залізничних переїздів, автоматизована система контролю нижнього габариту і сходу колісної пари. Впроваджуються методи технічного зору, що дозволяють контролювати процеси взаємодії екіпажа і шляху.

Підвищенню надійності і безаварійності роботи залізничного транспорту сприяли теоретичні роботи О.Л. Голубенка, Ю.В. Дьоміна, О.І. Крайнюка, М.Л. Коротенка, Ю.А. Куликова, О. В. Малахова, В.І. Мойсеєнка, Ю.І. Осеніна, А.П. Павленка, В.В. Рибкіна, Е.Д. Тартаковського, А.Г. Теслика, В.П. Ткаченка, А.Ю. Черняка.

Разом з тим, огляд робіт показав, що означену задачу не можна визнати вирішеною, тому що в даний час немає достатньої теоретико-експериментальної розробки питання, яка б забезпечувала створення пристроїв, здатних з високою надійністю виявляти перешкоди руху високошвидкісного потяга, у тому числі невеликих розмірів, і приймати рішення з керування рухомим складом, що наближається. З огляду на це в роботі сформульовані і вирішені задачі дослідження, що сприяють досягненню поставленої мети.

Другий розділ присвячений розробці методики акустичного контролю стану рейкового шляху на наявність перешкод руху потяга та несправностей рейкового шляху.

Досліджуються акустичні властивості системи “рейка - перешкода”, умови поширення акустичних хвиль у якій відрізняються від умов їхнього поширення в рейці, що граничить з повітрям. Наявність на поверхні рейки перешкоди руху потяга приводить до появи відбитих від межі розподілу рейка - перешкода і переломлених хвиль, кути віддзеркалення і переломлення, а також коефіцієнти віддзеркалення і переломлення яких залежать від фізичних властивостей контактуючих середовищ.

Напрямок поширення акустичних хвиль на межі розподілу двох середовищ визначається акустичними властивостями матеріалів рейки і перешкоди:

(1)

де - швидкості поширення подовжніх і поперечних хвиль у матеріалі рейки щільністю ;

- швидкість поширення подовжніх хвиль у матеріалі перешкоди руху потяга щільністю ;

- кут переломлення в друге середовище;

- кут падіння поперечної хвилі на межу розподілу двох середовищ, відлічуваний від нормалі до неї;

- кут поширення трансформаційної подовжньої хвилі.

Згідно (1) закони зміни кутів і :

де - діапазон зміни кута падіння акустичної хвилі на межу розподілу двох середовищ.

Коефіцієнт віддзеркалення поперечної хвилі

(2)

а коефіцієнт віддзеркалення з трансформацією поперечної хвилі в подовжню

 (3)

Згідно (2,3) коефіцієнти віддзеркалення за енергією:

(4)

(5)

Сумарний коефіцієнт віддзеркалення за енергією

(6)

Змінюючи значення кута падіння від 0 до , одержимо значення коефіцієнтів віддзеркалення за енергією (4,5) для різних матеріалів другого середовища (перешкоди на поверхні рейки), а також сумарного коефіцієнта віддзеркалення за енергією (6).

Аналіз графіків показує, що при куті падіння (- третій критичний кут) сумарний коефіцієнт віддзеркалення за енергією хвилі, відбитої від межі розподілу двох середовищ, зменшується при збільшенні імпедансу навантаження. Це пояснюється відтоком частини пружної енергії хвилі в демпфер (перешкоду руху потяга) за рахунок збудженої в ньому подовжньої хвилі. Таким чином, поява на поверхні рейки перешкоди руху потяга приводить до відтоку частини енергії акустичної хвилі, що поширюється в рейці, у перешкоду, що викликає зменшення амплітуди акустичного сигналу, зареєстрованого перетворювачем.

Запропонована методика розрахунку акустичних властивостей системи “рейка - перешкода”, що враховує вплив акустичних властивостей перешкоди руху потяга на умови поширення пружних хвиль у матеріалі рейки, дозволяє розрахувати зменшення амплітуди акустичного сигналу в залізничній рейці, викликане наявністю перешкоди на її поверхні. Отже, за зменшенням амплітуди хвилі і за появою відбитої хвилі, що поширюється в зворотному напрямку, можна визначити наявність перешкод руху потяга.

Поверхнева акустична хвиля Релея, що поширюється по поверхні рейки, чуттєва до геометрії поверхні, поверхневих дефектів і неоднорідностей поверхневого шару матеріалу рейки. При аналізі перерозподілу потужності акустичної хвилі враховано її поглинання і розсіювання в матеріалі рейки, на елементах кріплень рейки і часткове віддзеркалення від перешкоди, що знаходиться на поверхні рейки, в залежності від якості акустичного контакту рейки з перешкодою, акустичних властивостей перешкоди, величини контактної поверхні.

Початкова амплітуда акустичного тиску в рейці

, (7)

де - частота акустичної хвилі, що поширюється в матеріалі рейки;

- щільність матеріалу рейки;

- швидкість поширення акустичних хвиль в матеріалі рейки;

А₀ - середня амплітуда коливань часток пружного середовища.

Амплітуда акустичного тиску хвиль невеликої інтенсивності, які поширюються в ізотропному середовищі і відбиваються від перешкоди, що знаходиться на поверхні рейки,

,

де - коефіцієнт пропорційності.

,

де1…6 ;

- коефіцієнт, що враховує втрати потужності акустичної хвилі при поглинанні і розсіюванні на елементах кріплень рейки;

- коефіцієнт, що враховує втрати потужності акустичної хвилі при поглинанні і розсіюванні в матеріалі рейки;

- коефіцієнт віддзеркалення поверхневої акустичної хвилі від перешкоди, що знаходиться на поверхні рейки;

- коефіцієнт, що враховує розходження акустичних властивостей матеріалу рейки і перешкоди, що знаходиться на поверхні рейки ( і - відповідно, питомі акустичні опори матеріалів рейки і перешкоди, - щільність матеріалу перешкоди руху потяга, - швидкість поширення акустичних хвиль у матеріалі перешкоди руху потяга);

- коефіцієнт, що враховує розміри контактної площадки перешкоди з рейкою ( - поперечний розмір контактної площадки, - довжина акустичної хвилі);

- коефіцієнт, що враховує акустичний контакт перешкоди з рейкою (залежить від стану поверхні перешкоди і рейки).

Таким чином, формула для обчислення амплітуди акустичного тиску прийме вигляд:

. (8)

Третій розділ присвячений математичному моделюванню процесу акустичного контролю стану рейкового шляху.

На основі експериментальних даних побудовано модель, що зв'язує вхідні незалежні перемінні з вихідною залежною перемінною , що є амплітудою сигналу. Для побудови математичної моделі використано метод найменших квадратів.

Незалежною вхідною перемінною є частота акустичної хвилі Релея, а - характеристичний імпеданс матеріалу перешкоди руху потяга. Вихідна залежна змінна пропорційна амплітуді акустичного сигналу, прийнятого п'єзоелектричним перетворювачем. На підставі аналізу апріорних даних обрано діапазон зміни частоти акустичних хвиль 50…450 кГц, а діапазон зміни характеристичного імпедансу матеріалу перешкоди кг/(м²с).

Нормованими змінними є

.

Математична модель має вигляд квадратичного рівняння

При довірчій імовірності і з 90%-ною надійністю маємо:

; ; ;

; ; .

Аналіз отриманого полінома дозволив отримати раціональне значення робочої частоти акустичних пристроїв, що становить кГц для перешкод з характеристичним імпедансом кг/(мс).

При визначенні виду функції розподілу інтенсивності акустичної хвилі, що поширюється в рейці і падає під деяким кутом на межу розподілу рейка - перешкода, враховуємо сумарний коефіцієнт віддзеркалення за енергією від межі розподілу, що залежить від акустичних властивостей перешкод руху потяга і кута падіння акустичної хвилі. Якщо від межі розподілу рейка - перешкода відбивається -а частина падаючого випромінювання, коефіцієнт ослаблення акустичної хвилі в рейці, пропорційний частоті, а коефіцієнт ізотропного розсіювання , тоді закон зміни інтенсивності падаючої на межу розподілу середовищ акустичної хвилі

, (9)

а закон зміни інтенсивності відбитої акустичної хвилі

. (10)

Перша умова крайової задачі виражає відому величину інтенсивності на лівій границі при : у відносних одиницях, а друга гранична умова виражає закон віддзеркалення за енергією на межі розподілу рейка - перешкода: , де - шлях, пройдений акустичною хвилею в рейці до межі розподілу двох середовищ.

Розв'язуючи систему двох однорідних диференціальних рівнянь (9), (10), що описують процес акустичного контролю стану рейкового шляху на наявність перешкод руху потяга, для розглянутих граничних умов одержимо графіки, що відображають закон зміни інтенсивності акустичного сигналу в рейці на ділянці шляху до межі розподілу рейка - перешкода і після відбивання з урахуванням сумарного коефіцієнта віддзеркалення за енергією для матеріалів перешкод, імовірність знаходження яких на рейковому шляху є великою.

Зіставлення результатів моделювання з експериментальними даними показує, що розбіжність значень не перевищує 9% для перешкод з характеристичним імпедансом, більшим кг/(м²с) і 12% для перешкод з характеристичним імпедансом, меншим зазначеного значення.

Четвертий розділ присвячений розробці акустичного пристрою для безперервного моніторингу стану рейкового шляху і його розрахунково-експериментальним дослідженням.

В результаті досліджень було розроблено і досліджено в лабораторії і на трамвайному й залізничному рейкових шляхах конструкції пристроїв для забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга.

В акустичному пристрої випромінююча в безперервному режимі частина пристрою встановлюється з одного боку ділянки, контрольованої на наявність перешкод руху потяга та несправностей рейкового шляху, а прийомна частина пристрою - з іншого боку такої ділянки.

З метою поліпшення вимірювально-технічних характеристик акустичного пристрою він був доповнений блоками синхронізації випромінюючої і приймальної частин по живильній мережі промислової частоти 50 Гц, крім цього була додатково застосована статистична обробка масиву послідовних вимірювань. Подальше підвищення надійності роботи пристрою в умовах потужних акустичних перешкод було досягнуто шляхом кодування сигналів.

У пристрої, принцип дії якого заснований на реєстрації відбитих від перешкоди руху потяга поверхневих хвиль Релея, перетворювач використовується як для випромінювання, так і для прийому акустичних хвиль.

Поточні виміри акустичного профілю рейки усереднюються й обробляються статистичними методами, після чого результуючий профіль порівнюється з еталонним профілем рейки, записаним у флеш-пам'яті.

У результаті порівняння акустичних профілів виявляються місця перебування перешкод руху потяга, тріщин, ослаблення кріплення рейки до шпал.

Було встановлено, що підвищити вимірювально-технічні характеристики розглянутого пристрою можна шляхом застосування для запису акустичного профілю рейки аналогово-цифрового перетворювача, включеного після підсилювача.

Комплекс для забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга на основі безперервного моніторингу стану рейкового шляху забезпечує зниження аварійності рухомого складу шляхом своєчасного виявлення перешкод руху потяга та несправностей рейкового шляху й автоматичного гальмування рухомого складу у разі небезпеки виникнення аварійної ситуації.

Підвищити надійність акустичних пристроїв, призначених для роботи в умовах неконтрольованих акустичних перешкод, що поширюються в рейці, можна шляхом адаптації до даних умов. Для цього комплекс аналізує спектр акустичної перешкоди й автоматично змінює робочу частоту акустичного пристрою таким чином, щоб вона приходилася на область спектра, максимально вільну від перешкоди.

Аналізувати спектр акустичної перешкоди зручно за допомогою одного з інтегральних перетворень. Для цього за допомогою аналогово-цифрового перетворювача сигнал від акустичної перешкоди перетворюється в масив даних , що містить елементів.

Доцільно у якості випромінюючих перетворювачів використовувати електромагнітоакустичні або магнітострикційні, що дозволяють випромінювати в рейку хвилі великої потужності, а у якості прийомних - п'єзоелектричні перетворювачі, що мають, у середньому, на порядок більшу чутливість в порівнянні з електромагнітоакустичними.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга на основі безперервного моніторингу стану рейкового шляху із застосуванням автоматичного керування рухомим складом у разі небезпеки виникнення аварійної ситуації.

Виконані дослідження дозволяють зробити наступні висновки:

1. Аналіз існуючих методів виявлення перешкод руху високошвидкісного потяга та несправностей рейкового шляху показав, що вони не відповідають сучасним вимогам по функціональних можливостях та надійності, не враховують зміну погодних умов, а також не забезпечують автоматичного керування рухомим складом у разі небезпеки виникнення аварійної ситуації.

2. Обґрунтовано новий принцип виявлення перешкод руху потяга та несправностей рейкового шляху, заснований на використанні поверхневих хвиль Релея, що забезпечує безаварійний рух високошвидкісного потяга за рахунок безперервного моніторингу стану рейкового шляху.

3. Доведено можливість використання ефектів взаємодії акустичних хвиль з перешкодою руху потяга для забезпечення виявлення та ідентифікації перешкод за ступенем небезпеки для руху високошвидкісного потяга.

4. Запропонована методика розрахунку акустичних властивостей системи “рейка - перешкода”, що враховує вплив характеристичного імпедансу, щільності, маси перешкоди руху потяга на умови поширення пружних хвиль у рейці, дозволяє виявити та ідентифікувати тип перешкоди або несправності рейкового шляху за ступенем небезпеки для руху високошвидкісного потяга. Встановлено, що з ростом характеристичного імпедансу матеріалу перешкоди кг/(мс) підвищується надійність її виявлення на поверхні рейки .

5. Порівняння розрахункових та експериментально одержаних значень коефіцієнтіів віддзеркалення та проходження акустичної хвилі довели адекватність отриманої математичної моделі процесу контролю стану рейкового шляху на наявність перешкод руху потяга та несправностей шляху. Розбіжність результатів склала 3% для перешкод з кг/(мс) та 5% для перешкод з кг/(мс).

6. Теоретичні дослідження процесу акустичного контролю стану рейкового шляху за допомогою розробленої математичної моделі дозволили встановити раціональні параметри комплексу для забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга: робочу частоту акустичної хвилі 250 кГц; тривалість акустичної посилки 50 мкс; відношення сигнал - шум прийомного тракту 40 дБ; коефіцієнт підсилення прийомного тракту 80 дБ; діапазон регулювання підсилення системи часового керування посиленням 60 дБ.

7. Надано перевагу схемі Уайта, яка, завдяки зменшенню ефекту Малера, забезпечує раціональні амплітудно-частотні характеристики пристроїв для безперервного моніторингу стану рейкового шляху: крутість характеристики підсилювача в робочій точці 30 мА/В; коефіцієнт підсилення за напругою 60 дБ; власну середньоквадратичну напругу шумів 1,5 мкВ із закороченим входом та 2 мкВ з датчиком із п'єзокераміки ЦТС-19 у діапазоні частот 0,02…2,0 МГц та діапазоні температур С.

8. Встановлено, що крім перешкод руху потяга, що знаходяться на поверхні рейки, за допомогою поверхневих акустичних хвиль можуть бути виявлені нещодавно утворені дефекти рейки, тріщини, ослаблення кріплення рейки та інші дефекти, що не виявляються при візуальному огляді.

9. Дослідження роботи акустичних пристроїв для контролю стану рейкового шляху за різних погодних умов показали, що опади, поліпшуючи у 3-5 рази акустичний контакт між перешкодою і рейкою, підвищують імовірність виявлення перешкод руху потяга до для перешкод з характеристичним імпедансом кг/(мс).

10. Експериментально підтверджено високу ефективність комплексу для забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга, який дозволяє запобігти виникненню аварійних ситуацій на криволінійних ділянках, залізничних переїздах, стрілочних переводах, мостах, тунелях та інших потенційно небезпечних ділянках рейкового шляху за рахунок безперервного моніторингу стану рейкового шляху на наявність перешкод руху потяга та несправностей рейкового шляху за складних погодних умов та своєчасного автоматичного гальмування рухомого складу завдяки автоматичному керуванню контролером та краном машиніста.

11. Встановлено, що для забезпечення зв'язку між локомотивним та напільним блоками комплексу для забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга раціональним є використання радіозв'язку з частотною модуляцією сигналу та двійковим кодуванням інформації (частота несучої 142 МГц, потужність передавача 1…2 Вт, чутливість приймача 5…10 мкВ).

12. Технічні умови на комплекс для забезпечення безаварійного руху високошвидкісного потяга на основі безперервного моніторингу стану рейкового шляху знайшли промислове впровадження при проектуванні нових моделей тепловозів на ВАТ ХК “Луганськтепловоз”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Войтенко В.А., Осенин Ю.И. Применение эффекта Доплера для предотвращения столкновений железнодорожных составов // Праці Луганського відділення Міжнар. Акад. інформатизації. - №2(9). Луганськ: вид-во Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. - 2004. - С. 147-149.

2. Войтенко В.А., Осенин Ю.И. Обнаружение препятствий на железнодорожном пути // Вісник Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. - 2005. - №3(85). - С. 54-60.

3. Войтенко В.А., Осенин Ю.И. Применение кольцевого акустического метода для обнаружения предметов на железнодорожном пути // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2006. - №2/2(20). - С. 43-44.

4. Войтенко В.П., Осенін Ю.І. Методика розрахунку акустичних властивостей системи рейка - сторонній предмет // Вісник Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. - 2005. - №10 - С. 32-35.

5. Войтенко В.П., Осенін Ю.І. Моделювання процесу діагностування залізничного рейкового шляху та аналіз результатів дослідження // Вісник Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. - 2005. - №6(88). - С. 244-254.

6. Войтенко В.П., Осенін Ю.І. Моделювання процесу діагностування системи “рухомий склад - рейковий шлях” на наявність сторонніх предметів // Вісник Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. - 2006. - №3(97). - С. 182-186.

7. Войтенко В.А., Осенин Ю.И. Оценка возможности обнаружения посторонних предметов на поверхности рельса при помощи акустических методов // Підйомно-транспортна техніка. - 2005. - №4. - С. 61-67.

8. Войтенко В.А., Осенин Ю.И. Применение волн Релея для обнаружения предметов на железнодорожном пути // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2006. - №1 - С. 151-156.

9. Войтенко В.П., Осенін Ю.І. Пристрій для виявлення сторонніх предметів на залізничній колії // Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. - 2005. - №8(90), ч. 2. - С. 118-123.

10. Войтенко В.П., Осенін Ю.І. Підвищення надійності роботи залізничного транспорту шляхом акустичного діагностування потенційно небезпечних ділянок рейкового шляху // Зб. наук. праць Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля (матеріали ХI Міжнар. наук.-практ. конф. з проблем вищої освіти “Університет і регіон”). - Луганськ: вид-во Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля, 2005. - С. 83.

11. Войтенко В.А., Осенин Ю.И. Обнаружение препятствий на железнодорожном пути // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2005. - №6 - С. 111-119.

12. Войтенко В.П. Діагностика технічного стану рейкового шляху за допомогою акустичних методів // Збірник наукових праць Київського ун-ту економіки і технологій трансп-ту. Серія “Транспортні системи і технологія”. Вип. 5. - Київ: КУЕТТ. - 2005. - С. 45-60.

13. Осенін Ю.І., Войтенко В.П. Пристрій для діагностування рейкової колії з адаптацією до умов неконтрольованих акустичних перешкод // Вісник Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. - 2005. - № 11 - С. 31-35.

14. Войтенко В.П., Осенін Ю.І. Діагностування технічного стану рейкового шляху за допомогою акустичних методів // Вісник Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. - 2005. - №5(87). - С. 272-278.

15. Войтенко В.П., Осенін Ю.І. Діагностика напруженого стану металевих елементів екіпажної частини рухомого складу // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2006. - №3(21). - С. 76-82.

16. Войтенко В.П., Осенін Ю.І. Дослідження можливості застосування схемних рішень широкосмугових підсилювачів в акустичних пристроях для діагностування залізничного рейкового шляху // Вісник Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. - 2005. - №6(88). - С. 255-260.

17. Войтенко В.П., Осенін Ю.І. Визначення ваги залізничних транспортних засобів // Вісник Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. - 2005. - №8(90). - С. 124-127.

18. Войтенко В.П., Осенін Ю.І. Комплекс для акустичного діагностування системи “рухомий склад - рейковий шлях” на наявність сторонніх предметів // Вісник Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. - 2006. - №2(96). - С. 215-219.

19. Локотош Б.Н., Войтенко В.А. Проблемы создания системы автоматического управления современного магистрального тепловоза // Вісник Східноукр. нац. ун-ту ім. В. Даля. - 2004. - №8(78). - С. 256-264.

20. Деклараційний патент на корисну модель №13023 МПК В61К9/08. Пристрій для виявлення предметів на залізничній колії / Войтенко В.П., Осенін Ю.І. - Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля. Заявл. 22.08.2005. Опубл. 15.03.2006. Бюл. № 3.

21. Деклараційний патент на корисну модель №12622 МПК В61К9/08 A61B6/00. Спосіб виявлення предметів на залізничній колії / Войтенко В.П., Осенін Ю.І. - Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля. Заявл. 22.08.2005. Опубл. 15.02.2006. Бюл. № 2.

Размещено на Allbest.ru

...