Применение лазерного дальномера для измерения геометрических параметров расположения проводов контактной подвески.

Рационализаторское предложение относится к области электрического железнодорожного транспорта, а именно к техническому обслуживанию контактной сети. Способ определения геометрических параметров расположения контактного провода и несущего троса относительно железнодорожного пути заключается в том, что в качестве базового измерительного прибора используется серийно выпускаемый промышленностью лазерный дальномер, перемещаемый вручную по горизонтальной направляющей балке устанавливаемой на рельсовую колею в месте проведения измерения. Луч лазерного дальномера, при этом перпендикулярен плоскости проходящей по верху головок рельсов.

На направляющей балке, снизу, закреплены две опорные подставки из диэлектрического материала, для устойчивой опоры на верхнюю поверхность головок рельсов и электрической изоляции балки предотвращающей замыкание ею электрических рельсовых цепей сигнализации и блокировки. У одной из опорных подставок на направляющей балке закреплён упор, который при установке балки на рельсовую колею в месте проведения измерения должен быть прижат к внутренней грани головки рельса. Поверхность направляющей балки должна быть параллельна плоскости проходящей по верху головок рельсов.

На поверхность направляющей балки закреплены два отрезка мерной ленты, служащей для определения величины смещения контактного провода или несущего троса относительно оси пути, с началом отсчёта от середины рельсовой колеи и увеличением отсчёта в противоположные стороны. Так как принятая на сети дорог России ширина рельсовой колеи равна 1520 мм, отсчёт мерной ленты у внутренней грани головки рельса к которой прижимается упор должен быть равен 760 мм.

Для получения возможности измерять разницу высоты подвеса контактных проводов на подхвате воздушной стрелки и в местах прохода токоприёмника под отходящими ветвями контактной подвески с одного места установки направляющей балки, что необходимо для исключения погрешности измерения связанного с перестановкой направляющей балки на другую колею воздушной стрелки, отсчёт на втором отрезке мерной ленты, начинающийся от оси пути, на противоположном упору крае направляющей балки должен быть не менее 1100 мм. Это связано с тем что измерение, в этом случае, должно быть выполнено в том месте где контактный провод примыкающего пути или отходящей ветви контактной подвески смещён от оси пути на который уложена направляющая балка на расстояние от 630 до 1100 мм. Исходя из этого требования общая длинна направляющей балки должна быть не менее 2000 мм.

Для изготовления направляющей балки нами использован промышленно выпускаемый строительный уровень с алюминиевой балкой двутаврового сечения.

Для удобства использования лазерного дальномера, он закреплён на подвижной каретке, имеющей возможность перемещаться по поверхности направляющей балки, в горизонтальном положении, дисплеем вверх. При этом перпендикулярность лазерного луча к плоскости проходящей по верху головок рельсов обеспечивается установленным на его пути зеркалом, закреплённым на каретке под углом примерно 45^О к поверхности направляющей балки.

Применяемый лазерный дальномер оснащён встроенным цифровым визиром, который отображает цель прямо на дисплее. Специальное перекрестье визира позволяет проводить измерения с высокой точностью даже тогда, когда луч лазера невидим. Измерение параметров расположения отдельных деталей на контактном проводе или несущем тросе могут без проблем выполняться даже при ярком солнечном свете. Четырехкратное увеличение позволяет увеличивать изображение, что удовлетворяет различным требованиям при работе. В тёмное время суток наведение на объект измерения производится по хорошо видимому на проводах и деталях контактной подвески световому пятну лазерного луча дальномера. При сильном ветре, вызывающем раскачивание проводов, на некотором удалении от места фиксации, затруднено точное наведение на объект измерения, для измерения высоты подвеса провода, в этом случае вместо одиночного измерения высоты необходимо включить режим непрерывного измерения на лазерном дальномере. Затем медленно перемещать лазерный луч под проводом. При этом значения максимального и минимального расстояния отображаются на дисплее наряду с последним измеренным значением в итоговой строке.

Величина смещения от оси пути положения проводов контактной подвески считывается на мерной ленте по указателю, закреплённому на подвижной каретке напротив точки отражения лазерного луча в зеркале после наведения визира или светового пятна лазерного луча на объект измерения.

Для измерения высоты подвеса проводов от плоскости, проходящей по верху головок рельсов необходимо определить и ввести в меню установок лазерного дальномера величину постоянной поправки, учитывающую разницу между реальной высотой объекта измерения и показаниями лазерного дальномера установленного на подвижной каретке направляющей балки с подставками.

Разница высоты подвеса контактных проводов на подхвате воздушной стрелки и в местах прохода токоприёмника под отходящими ветвями контактной подвески вычисляется лазерным дальномером. Для этого после измерения высоты подвеса одного из проводов необходимо нажать кнопку « - « на панели прибора, после измерения высоты второго провода на дисплее лазерного дальномера будут отображены обе величины высот и в итоговой строке разница между ними.

Погрешность измерения смещения от оси пути положения проводов контактной подвески и высоты подвеса проводов обусловлена несколькими факторами:

- не параллельностью верхней плоскости направляющей балки плоскости проходящей по верху головок рельсов, что может быть частично устранено тщательным подбором высоты опорных подставок, при изготовлении устройства и выбором места установки балки на поверхность рельсов не имеющую неровностей при проведении измерения;

- неперпендикулярностью лазерного луча к плоскости, проходящей по верху головок рельсов, что также устраняется выше описанными действиями, а так же выверкой устройства перед выполнением измерений путём сравнения абсолютных значений смещения положения провода от оси пути в двух положениях, с разворотом устройства на 180^О и при необходимости последующей регулировкой угла наклона зеркала;

- допустимыми Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской федерации отклонениями от номинального размера ширины рельсовой колеи от 1512 мм до 1548 мм, что составляет -8 мм и + 28 мм, попытка устранения этой погрешности может сильно усложнить конструкцию устройства, частично устраняется изменением отсчёта мерной ленты у внутренней грани головки рельса, к которой прижимается упор, вместо 760 мм для номинального размера ширины колеи можно установить 765 мм;

- диаметр светового пятна лазерного луча меньше ширины проводов, на расстоянии до 10 м от лазерного дальномера, диаметр светового пятна не превышает 6 мм при ширине контактного провода 11 мм;

- погрешность измерения самого лазерного дальномера, которая составляет, как правило, 1 мм, может увеличиться в неблагоприятных условиях – при обледенении проводов, при наличии воды на нижней поверхности провода.

Учтя все выше перечисленные погрешности при изготовлении устройства, можно добиться точности измерения 20 мм, при условии качественной выверки неперпендикулярности лазерного луча к плоскости, проходящей по верху головок рельсов перед выполнением измерений, что в большей мере обусловлено конструкцией узла крепления зеркала, обеспечивающего лёгкость изменения угла его наклона и надёжную фиксацию зеркала в выбранном положении.

Рабочий диапазон температуры лазерного дальномера от -10^ОС до +50^ОС. При этом его миниатюрность и возможность быстрой установки на каретке устройства позволяют сохранять дальномер в тепле до начала работы, что позволяет выполнить серию измерений и при более низкой температуре окружающего воздуха. Затруднения в работе лазерного дальномера при низкой температуре обусловлены в основном характеристиками применяемых химических элементов питания. Применив выносной бокс, соединённый проводами с дальномером, можно использовать более ёмкие источники питания или спрятать их под одеждой оператора.

Широко применяемое в настоящее время на сети дорог устройство «Телекс-2» предназначено для бесконтактного измерения высоты подвеса контактного провода относительно уровня головок рельсов (УГР) и его смещения (зигзаг, вынос) относительно оси токоприемника, как в зоне главного пути или пути преимущественного направления, так и в зоне подхвата полозом токоприемника провода примыкающего пути (в зоне подхвата отходящей ветви воздушной стрелки). В основу работы устройства «Телекс-2» положен стереоскопический принцип определения положения объекта в пространстве, основанный на измерении углового положения (угла визирования) объекта относительно осей оптических систем трех разнесенных в пространстве на некоторое базовое расстояние телевизионных (ТВ) камер. Устройства портативные для измерения параметров контактной сети «Телекс-2»

Применяются для измерения: высоты контактного провода над уровнем верха головок рельсов; смещения контактного провода относительно оси токоприемника; смещения отходящей ветви воздушной стрелки относительно оси токоприемника. Применяется на электрифицированных железных дорогах в светлое время суток при отсутствии атмосферных осадков и тумана. Применение данного устройства не позволяет проводить измерения в тоннелях, под мостами, под консолями, жёсткими и гибкими поперечинами на которых подвешена контактная подвеска и под которыми расположены фиксирующие устройства контактных проводов. Оператор лишён возможности выбора точки измерения. Уйдя от субъективной погрешности, вносимой оператором при настройке оптико-механического измерительного устройства и определении результатов измерений считыванием параметров с линейных шкал или проведения расчетов, получили субъективную погрешность связанную с невозможностью выбора точки измерения оператором, который лучше электронного устройства знает что в данный момент он желает измерять. На работоспособность устройства влияет наличие перистых облаков, пасмурная погода, когда низок контраст между тёмным фоном неба и такими же тёмными проводами. Устройство требует очень бережного с собой обращения. Падение устройства на рельс из за излома некачественного карабина плечевого ремня надолго выводит его из работоспособного состояния, так как ремонт и настройка его на месте невозможен и дорогостоящ. Учитывая перечисленные недостатки, а так же неоспоримые достоинства устройства «Телекс-2», необходимо позиционировать его как инспекционный инструмент предназначенный для массового обследования устройств контактной сети специалистом, который на основании сделанных измерений выдаёт задание и рекомендации по устранению выявленных недостатков.

Известен также способ определения параметров расположения контактного провода железнодорожного пути (см. кн.: Фрайфельд А.В. и др. Устройство, сооружение и эксплуатация контактной сети и воздушных линий. Учебник. - М.: Транспорт, 1986, стр. 289), использованный в качестве прототипа, при котором в статическом состоянии контактного провода проводят два измерения в точках, расположенных на одной линии, перпендикулярной геометрической оси пути в плоскости головок обоих рельсов, и определяют от уровня головок рельсов высоту контактного провода и его смещение относительно геометрической оси железнодорожного пути.

Этот способ определения параметров расположения контактного провода основан на использовании оптико-механических устройств, которые не могут обеспечить достаточно высокую точность определения параметров, зависящую от субъективной погрешности, вносимой оператором при настройке оптико-механического измерительного устройства и определении результатов измерений параметров расчетным путем. Хотя при наличии навыка проведения измерений при замерах смещения положения проводов от оси пути зеркальным шаблоном точность измерения сопоставима с точностью выдаваемой прибором «Даль-2» и устройством «Телекс-2», достоинством этого инструмента является его низкая стоимость и возможность кустарного изготовления. Недостатком является сложный процесс определения высоты подвеса проводов от плоскости проходящей по верху головок рельсов. Зеркальный шаблон может позиционироваться как инструмент для измерения смещения положения проводов от оси пути, применяемый опытными электромонтёрами. Применяя зеркальный шаблон совместно с прибором «Даль-2» возможно определить разницу высоты подвеса контактных проводов на подхвате воздушной стрелки и в местах прохода токоприёмника под отходящими ветвями контактной подвески.

Ультразвуковой способ (Патент на изобретение №:2191124 действовал с 4 Декабря, 2000 г. ), на котором основана работа применяемого в настоящее время прибора «Даль-2», позволяет с помощью простых линейных измерений переносными малогабаритными приборами, не требующими настройки, такими, как ультразвуковые средства измерения, и простых геометрических соотношений, с высокой степенью точности определять параметры статического расположения контактного провода - как его смещения относительно геометрической оси железнодорожного пути, так и его высоты относительно поверхности головок рельсов.

Используемая технология проведения измерений и определения параметров статического расположения контактного провода является удобной и простой и позволяет за небольшой период времени обследовать значительные по протяженности участки железнодорожного пути.

В сравнении с другими способами определения параметров контактного провода, используемыми на практике, (как то бросание камушка, завешивание на провод штанги, на глазок) предлагаемый способ позволяет с высокой точностью определять параметры статического расположения контактного провода не только у опоры, но и в любых точках железнодорожного пути. Но при наличии в зоне измерения двух и более проводов находящихся примерно на одной высоте, в ветреную и дождливую погоду невозможно получить достоверные результаты измерения.

Так же как и при работе с устройством «Телекс-2» оператор лишён возможности выбора точки измерения. Уйдя от субъективной погрешности, вносимой оператором при настройке оптико-механического измерительного устройства и определении результатов измерений считыванием параметров с линейных шкал или проведения расчетов, разработчики получили субъективную погрешность, связанную с невозможностью выбора точки измерения оператором, который лучше электронного устройства знает, что в данный момент он желает измерять. Учитывая перечисленные недостатки, а так же неоспоримые достоинства устройства «Даль-2», заключающиеся в его высокой надёжности и компактности, способности проводить измерения в тёмное время суток, необходимо позиционировать его как инструмент для повседневного использования при проведении осмотров контактной сети и воздушных линий, такой же, как бинокль, как обязательный предмет оснащения работающей бригады при выполнении любых видов работ, как обязательный предмет оснащения автолетучек и автомотрис. Основным достоинством этого прибора должно стать то, что он всегда под рукой и готов к работе.

Предлагаемый нами прибор дополняет используемые в настоящее время на сети дорог средства измерения и предназначен для обеспечения измерения геометрических параметров контактной сети бригадой электромонтёров контактной сети при выполнении работ по проверке и регулировке контактной подвески, в том числе при аварийном восстановлении контактной сети после её повреждения, в сложных метеорологических условиях, в любое время суток. Обеспечивает точечную избирательность объекта измерения оператором, что повышает достоверность получаемых результатов измерения.

Возможности предлагаемого прибора могут быть расширены, так выпускаемые промышленностью современные дальномеры бывают оснащены модулем передачи данных по Bluetooth. С этого прибора можно передавать измерения непосредственно на компьютер в Exel, AutoCad или Word с помощью Bluetooth, что позволяет избежать ошибок при записи измерений. С установкой необходимого программного обеспечения может справиться человек с минимальными навыками работы с компьютером. В комплект поставки входят все необходимое программное обеспечение, с помощью которого можно легко и просто передавать и использовать получившиеся измерения.

Тахманов Владимир Николаевич

tahmanow@yandex.ru