УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ СИЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ КОЛЕСОМ И РЕЛЬСОМ

Изобретение относится к приборостроению, в частности к измерительным устройствам для измерения и регистрации нескольких составляющих сил взаимодействия колеса с рельсом.

Известно устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия колеса с рельсом, содержащее железнодорожную колесную пару, тензорезисторы, включенные диаметрально в полумостовые тензометрические схемы и размещенные по разные стороны от оси на концентрических диаметрах наружной и внутренней стороны диска колеса, тензометрические усилители, синхронизирующий и тактовый генераторы, блок управления и блок электронных ключей вертикальной и боковой сил, программируемый логический контроллер, блоки определения направления действия боковой силы, тензорезисторы внутренней стороны диска колеса установлены на одном диаметре с радиусом 0,6…0,7 радиуса диска колеса, а тензорезисторы наружной стороны диска колеса установлены на одном диаметре с радиусом 0,6…0,8 радиуса диска колеса (SU, авторское свидетельство №1312412, МПК G01L 1/22, опубл. 1987 г.).

Недостатком указанного устройства является измерение только вертикальных и боковых сил с ошибками при поперечном и угловом смещении колеса относительно рельса и невозможности измерения и регистрации продольных сил, действующих между колесом и рельсом.

Известно устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия между колесом и рельсом, принятое за прототип, содержащее железнодорожную колесную пару, тензорезисторы, включенные диаметрально в полумостовые тензометрические схемы и размещенные по разные стороны от оси на концентричных диаметрах внутренней стороны диска колес, тензометрические усилители, программируемый логический контроллер, датчики регистрации поперечного и углового положения колесной пары относительно рельсов, блок синхронизации, реализующий подачу импульсов для синхронизации данных поперечного и углового положения колесной пары относительно рельсов и вертикальных и боковых сил в момент, когда диаметральные оси с полумостовыми тензометрическими схемами для измерения вертикальных и боковых сил располагаются перпендикулярно рельсам, блок передачи сигналов по радиоканалу, связанный с блоком приемки сигналов и бортовым компьютером (RU, Патент №2441206, МПК G01L 5/16, 2012 г.).

Недостатком указанного устройства является невозможность измерения и регистрации продольных сил взаимодействия между колесом и рельсом, что снижает его технико-экономические показатели и не позволяет эффективно применять при контроле пути. Согласно [1] наиболее точно коэффициент устойчивости колес против схода с рельсов может быть определен при знании трех сил, действующих в зоне контакта колеса с рельсом: в вертикальном, поперечном и продольном направлениях.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности устройства измерения и регистрации сил взаимодействия между колесом и рельсом и технико-экономических показателей устройства за счет дополнительного измерения и регистрации продольных сил взаимодействия между колесом и рельсом.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство измерения и регистрации сил взаимодействия между колесом и рельсом, содержащее железнодорожную колесную пару, тензорезисторы, включенные диаметрально в полумостовые тензометрические схемы и размещенные по разные стороны от оси на концентричных диаметрах внутренней стороны диска колес, тензометрические усилители, программируемый логический контроллер, датчики регистрации поперечного и углового положений колесной пары относительно рельсов, блок синхронизации, блок передачи сигналов по радиоканалу на принимающее устройство и бортовой компьютер, при этом полумостовые тензометрические схемы с тензорезисторами для измерения и регистрации вертикальных и боковых сил соединены соответственно с тензометрическими усилителями, выходы которых соединены с программируемым логическим контроллером, который, в свою очередь, соединен с датчиками регистрации поперечного и углового положения колесной пары относительно рельсов и блоком синхронизации данных поперечного и углового положения колесной пары относительно рельсов, а также с блоком передачи сигналов по радиоканалу на принимающее устройство и бортовой компьютер, дополнительно оборудовано полумостовыми тензометрическими схемами, тензометрическим усилителем и тензорезисторами, расположенными на концентричном диаметре внутренней стороны диска колеса по разные стороны от оси колесной пары под углами 40°÷50° по отношению к диаметральным осям диска колеса и включенные в полумостовые тензометрические схемы для измерения и регистрации продольных сил взаимодействия между колесом и рельсом.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для измерения вертикальных, боковых и продольных сил взаимодействия между колесом и рельсом, на фиг. 2 - железнодорожная колесная пара с тензорезисторами, на фиг. 3 - сечение А-А фиг. 2, на фиг. 4 - распределение вертикальных Р_в, боковых Р_б, продольных Р_пр сил взаимодействия между колесом и рельсом.

Устройство для измерения вертикальных, боковых и продольных сил взаимодействия между колесом и рельсом (фиг. 1-4) содержит железнодорожную колесную пару 1, тензорезисторы 2, включенные диаметрально в полумостовые тензометрические схемы 3, 4, 5, 6 для измерения и регистрации вертикальных сил Р_в, полумостовые тензометрические схемы 7, 8, 9 и 10 для измерения и регистрации боковых Р_б сил и полумостовые тензометрические схемы 11, 12, 13, 14 для измерения и регистрации продольных Р_пр сил, размещенных по разные стороны от оси 15 на концентрических диаметрах 16, 17 и 18 внутренней стороны 19 диска 20 колес 21, тензометрические усилители 22, 23 и 24 программируемый логический контроллер 25, датчики регистрации поперечного 26 и углового 27 положения колесной пары 1 относительно рельсов 28, блок 29 синхронизации, данных поперечного и углового положения колесной пары 1 относительно рельсов 28 и вертикальных Р_в, боковых Р_б и продольных Р_пр сил в моменты, когда диаметральные оси 30 и 31 диска 20 колеса 21 с полумостовыми тензометрическими схемами 3-14 расположены перпендикулярно рельсам 28 и блок 32 передачи сигналов по радиоканалу на принимающее устройство 33 и бортовой компьютер 34. При этом полумостовые тензометрические схемы 3÷6, 7÷10 и 11÷14 с тензорезисторами 2 соединены соответственно с тензометрическим усилителем 22, 23 и 24, выходы которых соединены с программируемым логическим контроллером 25, который, в свою очередь, соединен с датчиками регистрации поперечного 26 и углового 27 положения колесной пары 1 относительно рельсов 28 и блоком 29 синхронизации данных поперечного и углового положения колесной пары 1 относительно рельсов 28 и вертикальных Р_в, боковых Р_б и продольных сил Р_пр, а также с блоком 32 передачи сигналов по радиоканалу на принимающее устройство 33 и бортовой компьютер 34.

Тензорезисторы 2, включенные в полумостовые тензометрические схемы 11, 12, 13 и 14 для измерения и регистрации продольных сил Р_пр, расположены на концентричном диаметре 18 внутренней стороны диска 20 колеса 21 по разные стороны от оси колесной пары под углами 40°÷50° по отношению к диаметральным осям 30 и 31 диска 20 колеса 21 для измерения и регистрации продольных сил взаимодействия между колесом и рельсом.

Устройство измерения и регистрации сил взаимодействия между колесом и рельсом работает следующим образом.

При движении железнодорожной колесной пары 1 по рельсам 28 сигналы от тензорезисторов 2 и полумостовых тензометрических схем 3, 4, 5, 6, регистрирующих вертикальные силы Р_в, полумостовых тензометрических схем 7, 8, 9, 10, регистрирующих боковые силы Р_б, полумостовых тензометрических схем 11, 12, 13, 14, регистрирующих продольные силы Р_пр, подключенных соответственно к выходам тензометрических усилителей 22, 23 и 24, поступают на входы программируемого логического контроллера 25. При повороте концентричных диаметров 16, 17 и 18 с полумостовыми тензометрическими схемами 3-14 внутренней стороны диска 20 колес 21 перпендикулярно к рельсам 28 на вход программируемого логического контроллера 25 поступают синхронизирующие импульсы, которые управляют его работой. По мере поступления синхронизирующих импульсов блок 29 синхронизации осуществляет последовательное подключение информационных значений сигналов вертикальных Р_в, боковых Р_б и продольных Р_пр сил с полумостовых тензометрических схем 3-14 на регистрирующий канал тензометрических усилителей 22, 23, 24. Одновременно блок 29 синхронизации осуществляет последовательное подключение информационных значений сигналов с датчиков регистрации поперечного 26 и углового 27 положения колесной пары 1 относительно рельсов 28 в программируемый логический контроллер 25, реализующий подачу импульсов для синхронизации данных поперечного и углового положения колесной пары 1 относительно рельсов 28, вертикальных Р_в, боковых Р_б и продольных Р_пр сил в моменты, когда диаметральные оси 30 и 31 с полумостовыми тензометрическими схемами 3-10 с тензорезисторами 2 для измерения и регистрации вертикальных Р_в и боковых сил Р_б и полумостовых тензометрических схем 11-14 с тензорезисторами 2, расположенными под углом 40°÷50° диаметрально осям 30 и 31 для измерения и регистрации продольных сил Р_пр, располагаются перпендикулярно рельсам 28 и блок 32 передачи сигналов по радиоканалу производится с колесной пары на неподвижно установленное на раме вагона принимающее устройство 33. От принимающего устройства 33 информационные сигналы передаются на бортовой компьютер 34, установленный в вагоне-путеизмерителе, где по специализированной программе производится расчет фактических значений вертикальных Р_в, боковых Р_б и продольных Р_пр сил с представлением данных в виде таблиц или графиков с выдачей оператору необходимой информации. С использованием специализированной программы производится корректировка зарегистрированных сил с учетом фактического положения колес 21 относительно рельса 28.

По фактическим значениям вертикальных Р_в, боковых Р_б, продольных Р_пр сил в один и тот же момент времени определяется суммарная сила Р_Σ взаимодействия между колесом и рельсом.

При повороте колеса 21 на угол 90° информационные значения снимаются с полумостовых тензометрических схем 5, 6 и 9, 10 соответственно для измерения и регистрации вертикальных Р_в и боковых Р_б сил и с полумостовых тензометрических схем 11-14 с тензорезисторами 2, расположенных под углом 40°÷50° к диаметральным осям 30 и 31, при этом тензометрические схемы 5, 6 и 9, 10 находятся в створе диаметральной оси 31, расположенной перпендикулярно рельсам 28, при этом блок синхронизации 29 посылает синхронизирующие импульсы в программируемый логический контроллер 25 и информационные значения с датчиков регистрации поперечного 26 и углового 27 положения колесной пары 1 относительно рельса 28. Далее процесс измерения повторяется.

Введение дополнительных тензорезисторов 2, включенных в полумостовые тензометрические схемы 11, 12, 13 и 14 для измерения и регистрации продольных сил Р_пр взаимодействия между колесом и рельсом, расположенных на концентричном диаметре 18 внутренней стороны диска 20 колеса 21 по разные стороны от оси колесной пары под углом 40^о÷50^о по отношению к диаметральным осям 30 и 31 диска 20 колеса 21, позволяет повысить эффективность устройства измерения и регистрации сил взаимодействия между колесом 21 и рельсом 28 и технико-экономические показатели устройства и обеспечить его применение для контроля железнодорожного пути. Сигналы от дополнительных тензорезисторов 2, включенных в полумостовые тензометрические схемы 11, 12, 13 и 14, поступают к входам тензометрического усилителя 24, далее на входы программируемого логического контроллера 25 с информационными значениями, когда полумостовые тензометрические схемы 3, 4 и 7, 8 или 5, 6 и 9, 10 для регистрации соответственно вертикальных Р_в и боковых Р_б сил находятся в створах соответственно диаметральных осей 30 или 31, при этом ось 30 расположена перпендикулярно рельсам 28, а ось 31 - параллельно рельсам, далее - к блоку передачи сигналов 32 по радиоканалам на принимающее устройство 33 и бортовой компьютер 34.

Опытное устройство опробовано и показало положительные результаты.

Использованный источник

1. Черкашин Ю.М., Погорелов Д.Ю., Симонов В.А. Сравнение некоторых критериев, оценивающих опасность схода путем вползания колеса на рельс. Вестник Восточно-укр. нац. ун-та им. В. Даля. - Луганск, 2005, №8(90), 4.1. - С. 98-103.