УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ В РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕЕ И ШИРИНЫ КОЛЕИ Российский патент 1998 года по МПК B61K9/00 B61K9/08 E01B35/04 G01M17/00 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к устройствам для определения положения колесной пары в рельсовой колее, измерения ширины рельсовой колеи непосредственно под подвижным составом (локомотивом, автомотрисой и т.д.), и может быть использовано для проведения исследований кинематического взаимодействия подвижного состава и пути в горизонтальной плоскости.

Известны устройства, позволяющие производить измерения ширины рельсовой колеи с помощью передвижных роликов, скользунов или отклоняющихся колес, расположенных на путеизмерительных мотодрезинах [1]. Недостатком указанного устройства является применение контактных методов измерения, снижающих скорость перемещения мотодрезины.

Известно также устройство для определения положения колесной пары в рельсовой колее [2], принятое за прототип, состоящее из жесткой рамы, предназначенной для крепления к буксам колесной пары и несущей по крайней мере три емкостных бесконтактных преобразователя, два из которых последовательно установлены над одним рельсом, а остальные над другим, а измерительная аппаратура снабжена суммирующе-регистрирующим блоком, фиксирующим боковое смещение колесной пары, угловое перемещение колесной пары в горизонтальной плоскости и ширине колеи.

Для точности регулирования положения преобразователей последние смонтированы в пазах рамы при помощи болтовых соединений. Четыре емкостных преобразователя подсоединены к суммирующе-регистрирующему блоку.

Недостатками известного устройства являются, во-первых, подсоединение жесткой рамы к буксовым узлам, приводящим к дополнительным перемещениям устройства в горизонтальной плоскости, снижающих точность измерения, во-вторых, наличие одной емкостной пластины в каждом преобразователе, что приводит к значительной нелинейности сигнала, и, как следствие, снижению точности измерения, в-третьих, горизонтальное размещение емкостных пластин, что приводит к существенной погрешности измерения из-за изменения емкостного сопротивления, вызванного вибрацией конструкции и вертикальными неровностями рельсового пути.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения путем устранения влияния на основной измерительный сигнал помех от разбега колесной пары в буксах, от вертикальных перемещений емкостных пластин, от нелинейности сигнала.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения положения колесной пары в рельсовой колее и ширины колеи, состоящее из жесткой рамы, несущей, как минимум, три емкостных бесконтактных преобразователя, каждый из которых включает в себя электронный мост с подключенными к нему двумя емкостными пластинами, расположенными у головки рельса и образующими с ней две электрические емкости, снабжено компьютером, жесткая рама закреплена на корпусе тягового электродвигателя или осевого редуктора подвижного состава, емкостные пластины каждого преобразователя размещены с двух сторон от головки рельса под углом к его вертикальной оси, а электронный мост выполнен диодно-емкостным и через усилитель связан с аналоговым входом компьютера с возможностью определения положения колесной пары в рельсовом колее и ширины колеи по напряжению постоянного тока, пропорциональному линейным перемещениям емкостных пластин в горизонтальной плоскости. Две пластины емкостного бесконтактного преобразователя размещены под углом 25 - 45^o.

На фиг.1 изображено устройство, общий вид; на фиг.2 - структурная схема преобразователя устройства; на фиг.3 - установка емкостных пластин преобразователя.

Устройство для определения положения колесной пары в рельсовой колее и ширины колеи (фиг.1,2) состоит из рамы 1, включающей два кронштейна 2, две боковины 3, две поперечины 4, два раскоса 5 и три - четыре бесконтактных преобразователя 6 вместе с двумя емкостными пластинами 7 на каждый бесконтактный преобразователь 6 (фиг.3).

Конструкция рамы 1 устройства позволяет осуществлять регулировку положения емкостных пластин 7 на ней в трех направлениях: вдоль оси пути, поперек оси пути, а также регулировку по высоте относительно головок рельсов.

Бесконтактный преобразователь 6 состоит из генератора высокочастотных колебаний (генератор частоты) 8, формирователя 9, диодно-емкостного моста 10, емкостных пластин 7 и усилителя 11. В состав устройства входит компьютер 12 (фиг.2).

Генератор высокочастотных колебаний 8 собран на интегральных микросхемах.

Емкостные пластины 7 представленны в виде двух пластин из фольгированного стеклотекстолита, которые располагаются с двух сторон от головки рельса 13 под углом α = 25 - 45^o к вертикальной оси рельса (фиг.3).

Сверху над пластинами 7 размещен бесконтактный преобразователь 6. При установке рамы 1 устройства на подвижном составе (на локомотиве, автомотрисе и т.д.) она прекрепляется кронштейнами 2 к корпусу тягового электродвигателя 1 (или осевого редуктора), т.е. к узлу, относительно которого колесная пара 15 обладает минимальным перемещением.

Рама 1 устройства находится в габаритах подвижного состава и поэтому закреплена, например, на корпусе тягового электродвигателя 14 постоянно.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом опытной поездки на раму 1 устанавливаются три-четыре бесконтактных преобразователя 6 и тарируются путем перемещения емкостных пластин 7 в пазах поперечен 4. По окончании тарировки емкостные пластины закрепляются. Генератор высокочастотных колебаний 8 вырабатывает частоту прямоугольной формы порядка 500 кГц. Высокочастотные колебания с генератора высокочастотных колебаний 8 подаются на формирователь 9. Далее частота подается на диодно-емкостной мост 10, на который поступают сигналы с емкостных пластин 7, образующих с головкой рельса две электрические емкости. При перемещении емкостных пластин 7 относительно головки рельса в горизонтальной плоскости значение одной емкости растет, другой емкости уменьшается и, наоборот. Расположение емкостных пластин 7 под углом 25-45^o к вертикальной оси рельса делает устройство нечувствительным к вертикальным перемещениям пластин. При движении подвижного состава, например, со скоростью V из-за (см. фиг. 1) перемещения колесной пары 15 тележки относительно рельса 13 происходит изменение электрических емкостей емкостных пластин 7, включенных в диодно-емкостной мост 10. Сигнал разброса диодно-емкостного моста 10 подается на усилитель 11, на выходе которого после тарировки формируется напряжение постоянного тока, пропорциональное линейным перемещениям емкостных пластин бесконтактного преобразователя 6 в горизонтальной плоскости. Эти напряжения с каждого преобразователя подаются на аналоговый вход компьютера 12.

Сигналы с трех-четырех преобразователей обрабатываются по следующим геометрическим зависимостям:

где ΔS - уширение рельсовой колеи;
h_n - поперечное перемещение правого колеса относительно рельса;
h_л - поперечное перемещение левого колеса относительно рельса;
ϕ - угловое перемещение в плане колесной пары;
l₁ - расстояние от передних преобразователей до оси колесной пары;
l₂ - расстояние от задних преобразователей до оси;
ΔH_лев.п - поперечное смещение относительно рельса левого переднего по ходу движения преобразователя;
ΔH_лев.з - поперечное смещение относительно рельса левого заднего по ходу движения преобразователя;
ΔH_пр.п - поперечное смещение относительно рельса правого переднего по ходу движения преобразователя;
ΔH_пр.з - поперечное смещение относительно рельса правого заднего по ходу движения преобразователя;
Знак при ΔH выбирается в зависимости от направления датчика.

Источники информации
1. Балух Х. Диагностика верхнего строения пути.-М.: Транспорт, 1981, с. 149.

2. Авт. св. СССР N 1176199, кл.G 01 M 17/00, 1985.

Использование: для определения положения колесной пары в рельсовой колее, измерения ширины рельсовой колеи, непосредственно под подвижным составом (локомотивом, автомотрисой и т.д.) и может быть использовано для проведения исследований кинематического взаимодействия подвижного состава и пути в горизонтальной плоскости. Сущность изобретения: устройство состоит из жесткой рамы, несущей как минимум три емкостных бесконтактных преобразователя и закрепленной на корпусе тягового электродвигателя или осевого редуктора подвижного состава, емкостные пластины бесконтактных преобразователей размещены под углом к вертикальной оси рельса и включены в диодно-емкостные мосты, которые через усилители соединены с компьютером. Две пластины емкостного бесконтактного преобразователя размещены под углом 25 - 45^o. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для определения положения колесной пары в рельсовой колее и ширины колеи, состоящее из жесткой рамы, несущей как минимум три емкостных бесконтактных преобразователя, каждый из которых включает в себя электронный мост с подключенными к нему двумя емкостными пластинами, расположенными у головки рельса и образующими с ней две электрические емкости, отличающееся тем, что оно снабжено компьютером, жесткая рама закреплена на корпусе тягового электродвигателя или осевого редуктора подвижного состава, емкостные пластины каждого преобразователя размещены с двух сторон от головки рельса под углом к его вертикальной оси, а электронный мост выполнен диодно-емкостным и через усилитель связан с аналоговым входом компьютера с возможностью определения положения колесной пары в рельсовой колее и ширины колеи по напряжению постоянного тока, пропорциональному линейным перемещениям емкостных пластин в горизонтальной плоскости. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пластины емкостного бесконтактного преобразователя размещены под углом к вертикальной оси рельса 25 45^o.