Скоростные погрешности инерциального метода выявления коротких неровностей рельсов

Введение. Для работы системы измерения и расчета коротких и импульсных неровностей на поверхности катания рельсовых нитей необходимо определять длину сигнала, соответствующую прохождению расстояний (нормативная максимальная длина дефекта и расстояние между колесными парами тележки вагона). При записи сигнала от времени из-за влияния скорости длина сигнала, соответствующая этим неизменным в пространственном отношении расстояниям, будет разниться.

Цель работы. Разработка алгоритма поиска дефектов поверхности катания рельса по показаниям акселерометров, установленных на буксовых узлах тележки вагона, при их неэквидистантной пространственной записи.

Материалы и методы. Рассматриваются данные, полученные в результате проезда вагона-лаборатории с установленной на нем системой измерения и расчета коротких и импульсных неровностей на поверхности катания рельсовых нитей. Поиск и определение параметров неровности поверхности катания рельса осуществляются инерциальным методом. Для разработки алгоритма использовались методы нормировки, корреляционный анализ.

Результаты. Разработан алгоритм поиска дефектов поверхности катания рельсовых нитей инерциальным методом с учетом пространственной неэквидистантности сигнала. Внедренный в алгоритм корреляционный анализ позволил скомпенсировать скоростную погрешность определения дефекта. В рассмотренном в статье примере относительная погрешность равна 0.4 %. Компенсация скоростной погрешности в разы снижает вероятность возникновения ошибки первого рода в определении дефекта.

Заключение. Разработанный алгоритм позволяет учесть скоростные погрешности при инерциальном методе выявления коротких неровностей. Использование корреляционного анализа снижает вероятность ошибки первого рода при поиске дефектов поверхности катания рельса.

1. Федотов А. С., Фазилова З. Т. Вагондефектоскоп нового поколения ВД-УМТ-1 // Путь и путевое хозяйство. 2018. № 5. С. 19–22.

2. Марков А. А., Максимова Е. А. Анализ эффективности ультразвуковых и магнитных каналов дефектоскопических комплексов при контроле рельсов // Вестн. ИжГТУ им. М. Т. Калашникова. 2019. Т. 22, № 2. С. 22–32. doi: 10.22213-2413/1172-2019-2-22-32

3. Единый диагностический комплекс – две системы дефектоскопии / В. Ф. Тарабрин, О. Н. Кисляковский, О. Е. Чистякова, Д. А. Кононов // Путь и путевое хозяйство. 2022. № 9. С. 34–37.

4. Самойленко А. Н., Кривошеев И. Н. Вагондефектоскоп как средство первичного контроля // Путь и путевое хозяйство. 2011. № 1. С. 19–20.

5. Марков А. А., Шпагин Д. А., Шилов М. Н. Ультразвуковой многоканальный дефектоскоп для контроля железнодорожных рельсов с регистрацией сигналов // Дефектоскопия. 2003. № 2. С. 24.

6. Шилов М. Н., Мосягин В. В., Козьяков А. Б. О развитии съемных ультразвуковых дефектоскопов // Путь и путевое хозяйство. 2021. № 8. С. 14–17.

7. Innovative Diagnostics of the Railway Track Superstructure / J. Kanis, V. Zitrický, V. Hebelka, P. Lukáč, M. Kubín // Transportation Research Procedia. 2021. Vol. 53. P. 138–145. doi: 10.1016/j.trpro.2021.02.017

8. Ng A. K., Martua L., Sun G. Dynamic modelling and acceleration signal analysis of rail surface defects for enhanced rail condition monitoring and diagnosis // 4th Intern. Conf. on Intelligent Transportation Engineering (ICITE). Singapore, 05–07 Sept. 2019. IEEE, 2019. P. 69–73. doi: 10.1109/ICITE.2019.8880246

9. Yurong Wang. Theoretical investigation into the measurability of rail unevenness and corrugation using the dynamic response of axle box and bogie // Proc. IMechE. Pt. F: J Rail and Rapid Transit. 2020. Vol. 235, iss. 3. P. 1–11. doi: 10.1177/0954409720923213

10. Zhu Feng, Luo Kegan, Zhou Wuxing. Measuring Railway Track Irregularities at high accuracy and efficiency based on GNSS/INS/TS Integration // IEEE Sensors J. 2022. Vol. 22, iss. 15. P. 15334–15344. doi: 10.1109/JSEN.2022.3183433

11. Кирьянов М. Ю., Орлов В. В. Применение инерциальных навигационных систем во внутритрубной диагностике // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2017. Т. 7, № 3. С. 84–95.

12. Ларионов, Д. Ю., Подгорная Л. Н., Шалымов Р. В. Инерциальный метод диагностики пути в условиях его динамического взаимодействия с вагоном // Материалы докл. ХIII конф. молодых ученых "Навигация и управление движением", Санкт-Петербург, 15–30 марта 2011 / ЦНИИ "Электроприбор". СПб., 2011. С. 357–364.

13. Анализ вибраций в системе "вагон–рельсовый путь" / А. В. Большакова, А. М. Боронахин, Д. Ю. Ларионов, Л. Н. Подгорная, А. Н. Ткаченко, Р. В. Шалымов // Приборы. 2022. № 1(259). С. 46–51.

14. Жаворонков А. В., Королев А. Л. Результаты применения коэффициентов корреляции Кендалла для выявления определенных параметров // Модернизация отечественной системы управления: анализ тенденций и прогноз развития: материалы Всерос. науч.-практ. конф. и XII–XIII Дридзевских чтений. Москва, 21–22 нояб. 2013. / Ин-т социологии РАН. М., 2014. С. 191–196.

15. Vibration Analysis of a Railcar/Rail System using Inertial Sensors Mounted on Axle Boxes / N. V. Phap, A. V. Bolshakova, A. M. Boronachin, L. N. Podgornaya, R. V. Shalymov // Proc. of the 2021 IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2021. Moscow, 26–28 Jan. 2021. IEEE, 2021. P. 1659–1662. doi: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396332