Ученые КНИТУ-КАИ запатентовали изобретение для контроля рельсового пути по поперечному уровню РЖД и обособленных путей крупных металлургических и горно-обогатительных комбинатов. 

Информационно-измерительная система поможет безопасности движения поездов при проведении предварительного оперативного контроля.

В рамках диссертационного исследования аспирант кафедры автоматики и управления КНИТУ-КАИ Кирилл Лукин и его научный руководитель доцент Сергей Кривошеев  разработали серию изобретений по построению гиростабилизаторов для малогабаритного путеизмерителя  и в частности запатентовали новую информационно-измерительную систему, предназначенную для точного определения поперечного уровня железнодорожного полотна. То есть  благодаря ней можно выяснить, насколько один рельс выше другого в вертикальной плоскости. Это нужно для обеспечения безопасности движения поездов.

Как это работает? Система устанавливается на специальном  подрессоренном вагоне-путеизмерителе, который ездит по путям. Основной элемент системы - одноосный силовой горизонтальный гиростабилизатор на основе трехстепенного гироскопа в кардановом подвесе, который строит приборную горизонтальную плоскость (стабилизирует наружную рамку)  независимо от колебаний  и ускорений вагона. Система фиксирует отклонения рельсов, привязывает их к пройденному расстоянию и сохраняет данные для ремонта путей.

Отметим, что гироскоп - это устройство, которое помогает определить ориентацию объекта в пространстве. Его ключевая особенность - гироскопическая инерция: ось вращения ротора гиромотора   стремится сохранять свое направление в инерциальной системе координат независимо от угловых поворотов корпуса гироскопа.

Представьте, что поезд мчится по рельсам, вагон подпрыгивает на стыках, но гиросистема действует, как идеальный уровень в руках каменщика, только на скорости 100 км/ч,  –  так можно образно охарактеризовать  суть изобретения.  При этом в гиростабилизаторе, который является «сердцем» системы, рама устанавливается горизонтально с помощью  коррекционного мотора по сигналу специального маятникового чувствительного элемента (МЧЭ) и измеряет угол отклонения вагона от истинного горизонта системным датчиком угла, расположенным на ее оси.  МЧЭ – это специальный поплавковый гиромаятник, у которого угловая скорость вращения ротора гиродвигателя  регулируется пропорционально линейной скорости поезда, что позволяет компенсировать влияние  центробежных сил при движении путеизмерителя на виражах. Для устранения влияния колебаний (качки) подрессоренного вагона на точность измерения поперечного уровня введена электрическая система   компенсации, состоящая из двух датчиков линейных перемещений, кинематически включенных между корпусом вагона и буксами колес (букса - связующее звено между колесной парой и рамой вагона), которые измеряют вертикальные колебания корпуса вагона относительно колесной пары. Их сигналы, плюс сигнал от системного датчика угла, обрабатывает микроконтроллер, который выдает информацию о линейном превышении  рельсовых ниток, не содержащую погрешность от колебаний  вагона.

Микроконтроллер вычисляет пройденный путь и скорость. Так, расстояние равно числу импульсов, помноженных на радиус колеса и на шаг импульса. Микроконтроллер корректирует гиромаятник по скорости, а измерения (угол и превышение рельсов в мм) записывает на USB-флешку с привязкой к километражу. Так, например, «на 1,234 км - левый рельс выше правого на 5 мм». В итоге путейщики получают точные графики отклонений, без влияния качки вагона  и поворотов при на виражах.

В отличие от прототипа, запатентованного несколько десятилетий назад, информационно-измерительная система казанских инженеров не дает искажений в измерении поперечного уровня при движении по любым путям, в том числе с продольными уклонами и поворотами.

В целом, изобретение ученых КНИТУ-КАИ исключает влияние колебаний вагона, повышает точность измерения на 20-50%, делает систему компактной для малогабаритных путеизмерителей.