АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ КОЛЕС И РЕЛЬСОВ
Васекин А.И., * Ерёмин Н.Н., * Коловский Ю.В., * Тен В.П.
(Красноярская железная дорога, г. Красноярск, РФ,
*КГТУ, г. Красноярск, РФ)
Applying of analogue networks in the input data devices gives creation of the real-time technical diagnostics system of wheel pare of rolling-stock and railway condition.
Проблемы безопасности движения, максимального использования имеющихся ресурсов, минимизации эксплуатационных затрат требуют скорейшего внедрения на железнодорожном транспорте систем активного контроля и диагностики технического состояния подвижного состава и пути.
В настоящее время из десятков геометрических параметров колес и рельсов, предписанных стандартами, выборочно контролируется один – два, при этом точность измерений низкая, затраты времени большие и мала их информативность.
При проведении инициированых Красноярской железной дорогой работ по разработке комплексных средств технической диагностики ходовой части подвижного состава создан опытный вариант адаптивной системы.
Система определяет различные геометрические параметры, преобразуя косвенную информацию о размерах и рельефе исследуемой поверхности.
Система диагностики износа колес и рельсов (см. рис.1.) включает в себя: оптические датчики рельефа рабочих поверхностей, состоящие из излучателей (1), через щелевые диафрагмы и объективы (2), освещающих контролируемую поверхность (3), оптических зеркал (4), приемной оптической системы (5) и позиционно-чувствительного фотоприемника (6), сформированные оптические сигналы от 3-х элементов исследуемой поверхности; устройства базирования и координирования (7); устройств защиты датчиков (8); подсистемы обработки измерительной информации, включающих в себя, автономный источник питания (9), блок усилителей и формирователей (10), блок АЦП (11), устройство встроенного контроля (12), интерфейс (13), нейроускоритель на базе сигнальных процессоров TITMS и нейроплаты ЕМВ Multi-Chip Board (14) и ЭВМ (15).
Реализованная в системе, нейронная сеть "обучалась" на математических моделях объектов диагностики, оптических датчиков, "доучивание" производилось по результатам измерений на реальных изделиях.
Использование в системе контроля нейроускорителя обеспечивает проведение и обработку измерений в реальном режиме времени, благодаря высокому параллелизму вычислений и элементам искусственного интеллекта.
Устройство встроенного контроля отслеживает возможные сбои в отдельных блоках измерительной системы и формирует предупреждающий сигнал для блока 15.
Напольный вариант системы диагностики позволяет осуществить: бесконтактное измерение диаметров колес, отклонений формы рабочих поверхностей колес (высота, остроконечный накат и подрез гребня, прокат, выщерблены и ползуны на поверхности катания), автоматизированный ввод первичной информации и формирование банка данных; прогнозирование динамики износа рабочих поверхностей; определение уточненных тяговых характеристик, согласование норм содержания пути и ходовой части подвижного состава в заданных условиях эксплуатации с минимизацией расходов на их техническое обслуживание.
Технические параметры системы:
n время определения координат элемента поверхности - не более 0.1 мс;
n разрешающая способность по координатам - не хуже 0.3 мм;
n погрешность определения диаметра поверхности катания колеса - не более 0.2 мм;
n определение всей совокупности геометрических параметров рабочей поверхности (диаметры колес по кругу катания и конусность поверхностей, радиусы образующей профиля, отклонения от стандартного профиля и т.п.) с погрешностью 30% от величины допуска на соответствующий параметр;
n масса комплекта оборудования - не более 30 кг.
Дополнительные функции: проведение измерений износа колес без выкатки колесных пар во время движения подвижного состава или при переточке бандажей; непрерывное считывание, анализ и хранение информации как в процессе собственно контроля, так и в процессе обработки колесных пар на специальном оборудовании; тарировка датчиков и измерительных каналов в процессе измерения; отображение и регистрация результатов измерений в любой форме по желанию оператора; выдача рекомендаций по срокам эксплуатации колесных пар, рельсовых путей, технология анализа и прогнозирования ремонта и замены колес и рельсов; выбор оптимального режима обработки изношенных поверхностей, подбора колесных пар для комплектования экипажей и др.; ведение банка данных и статистики износа колесных пар и железнодорожного полотна.
Сделана оценка применимости данной системы для контроля и диагностики технического состояния других объектов. При размещении системы на подвижном составе возможна диагностика состояния колеи и контактной сети.