УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1998 года по МПК G01P3/64 

Изобретение касается измерения скорости движения локомотивов, вагонов и других рельсовых транспортных средств.

Широко известно устройство измерения скорости движения электровозов, содержащее червячный редуктор, соединенный с осью вращения колесной пары, и промежуточные механические связи, через которые вращение колесной пары передается на регистрирующее устройство (скоростемер) [1].

Указанное устройство дает большие погрешности измерения скорости транспортного средства при наличии проскальзывания колес. Это обусловлено тем, что при проскальзывании нарушается функциональная зависимость между угловой скоростью вращения колесной пары и линейной скоростью перемещения транспортного средства по рельсам.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство измерения скорости движения рельсового транспортного средства [2].

В этом устройстве в качестве время-импульсного датчика-отметчика моментов времени прохождения транспортным средством начала и конца базового расстояния известной длины использован датчик ударного ускорения, установленный на буксовом узле одного из колес транспортного средства.

На выходе датчика ударного ускорения возникает электрический импульс большой амплитуды A₁t в момент прохождения стыка или другой неровности рельса колесом, на букете которого установлен указанный датчик, а затем импульс меньшей амплитуды A₂t в момент прохождения той же неровности другим колесом, на буксе которого не установлен датчик ударных ускорений.

Электрические импульсы с выхода датчика ударных ускорений поступают на входы амплитудных детекторов. В этих детекторах указанные электрические импульсы A₁t и A₂t сравниваются с априорно установленными уровнями U₁ и U₂. При превышении A₁t > U₁ и A₂t > U₂ с выходов амплитудных детекторов подаются импульсы на входы измерителя временных интервалов.

Устройство позволяет измерять скорость транспортного средства, только в тех случаях когда импульс меньшей амплитуды A₂t и, соответственно, уровень на выходе амплитудного детектора U₂ превышают уровни виброударных помех, непрерывно сопровождающих движение колесных пар по рельсам и регистрируемых датчиком ударным ускорений на буксе колеса.

Эксперименты показывают, что в условиях нестационарных режимов тяги, возникающих, в частности, при движении на криволинейных участках пути и участках с подъемом, уровни виброударых помех существенно возрастают и второй электрический импульс A₂t не выделяется над уровнем этих помех.

В монографии [3] приведены осцилограммы ускорений, измеренные на буксах колес (с. 15-18; рис. 1.4.-схемы крепления датчиков ускорений (ускорениемеров) на буксах колес, рис. 1.5 - осцилограммы ускорений на буксах колес локомотива).

Из осцилограмм видно, что импульсы ударных ускорений при прохождении через стык колеса с датчиком ускорений на буксе существенно больше (не менее чем в 2-3 раза) уровня виброударных помех. При этом импульсы ударных ускорений, возникающих при прохождении того же стыка всех остальных колес локомотива, не выделяются устойчиво по амплитуде над уровнем виброударных помех.

Таким образом, недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость измерения особенно в условиях нестационарных режимов тяги. Поэтому возникает задача создания устройства измерения скорости движения рельсового транспортного средства с повышенной помехоустойчивостью.

Задача решается введением в устройство второго датчика ударного ускорения, установленного на буксе колеса второй колесной пары транспортного средства. При этом выход этого датчика присоединен к входу измерителя временных интегралов.

Введение второго датчика ударных ускорений позволяет получить одинаково большими электрические импульсы A₁t = A₂t в момент прохождения стыка как первой, так и второй колесной парой. Эти импульсы будут существенно превышать уровни виброударных помех даже в нестационарных режимах тяги. Сопоставительный анализ предлагаемого устройства с прототипом показывает, что предлагаемое устройство обладает следующими существенными отличительными признаками:
на буксе колеса второй колесной пары транспортного средства установлен второй датчик ударного ускорения;
выход второго датчика ударного ускорения соединен с выходом измерителя временных интервалов.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для измерения скорости движения рельсового транспортного средства; на фиг. 2 приведены осцилограммы электрических импульсов на выходах датчиков ударных ускорений, установленных на буксах колес при последовательном прохождении ими одного и того же стыка.

Устройство содержит установленные на буксах 1 и 2 соседних колес тележки транспортного средства пьезоэлектрические датчики ударных ускорений 3 и 4. Рабочие оси датчиков ориентированы вертикально. Выходы датчиков ускорений 3 и 4 через согласующие усилители 5 и 6 соединены с входами измерителя временных интервалов 7. Выход измерителя 7 подключен к схеме деления 8 с масштабным размерным коэффициентом, равным известному расстоянию между осями колес b. Выход схемы деления 8 подключен к выходу прибора 9, регистрирующего и(или) показывающего скорость транспортного средства. Рельсовый путь имеет стыки 10.

В устройстве используются известные пьезоэлектрические датчики с согласующими усилителями [4], известные схемы измерителей временных интервалов [4], известные схемы деления [5].

Устройство измерителя скорости движения рельсового транспортного средства работает следующим образом.

При движении транспортного средства по рельсам в направлении стрелки (фиг. 1) колесо с буксой 1 наезжает на рельсовый стык 10. Рельсовое соединение в стыке 10 имеет пониженную жесткость и зазор [6]. Вследствие этого при наезде колеса с буксой 1 на стык 10 на буксе 1 возникает ударное ускорение, преобразуемое датчиком ударного ускорения 3 в электрические импульсы повышенной интенсивности (фиг. 2, участок а). Затем на тот же стык 10 наезжает колесо с буксой 2 и датчиком ударного ускорения 4. При этом также формируются электрические импульсы повышенной интенсивности (фиг. 2, участок б).

Электрические импульсы с выходов датчиков ускорений 3 и 4 усиливаются согласующими усилителями 5 и 6. С выходов этих усилителей электрические импульсы поступают на входы измерителя интервалов времени 7, который измеряет интервал времени Δt между передними фронтами электрических импульсов повышенной интенсивности при достижении ими априорно определенных одинаковых уровней, которые устанавливаются на входах измерителя 7 (фиг. 2). Для обеспечения повышенной помехоустойчивости измерений указанные уровни должны не менее чем в 1,5-2 раза превышать уровни электрических сигналов от виброударных помех, которые всегда присутствуют на буксах 1 и 2 колес движущегося транспортного средства и поэтому регистрируются датчиками 3 и 4.

Электрический сигнал, пропорциональный Δt (фиг. 2), с выхода измерителя временных интервалов 7 поступает на вход схемы деления с масштабным размерным коэффициентом, равным базовому расстоянию между осями колес b (фиг. 1).

На выходе схемы деления 8 формируется электрический сигнал, равный скорости движения транспортного средства V=b/Δt. . Этот электрический сигнал поступает на самописец или показывающий прибор 9. Информация о скорости транспортного средства обновляется после проезда каждого нового стыка колесами с буксами 1 и 2, на которых установлены датчики ударных ускорений 3 и 4.

Источники информации
1. Электровоз ВЛ 80С Руководство по эксплуатации, М.: Транспорт, 1990, с. 21-22.

2. Авторское свидетельство 1541086, B 60 L 15/20, G 01 P 3/64.

3. Мугинштейн Л.А., Лисицын А.Л. Нестационарные режимы тяги, М. 1996, с. 15-18.

4. Приборы и системы для измерения вибраций, шума и удара: Справочник. В 2-х кн. Книга 1/ Под ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1978, с. 223, рис. 77.

5. Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. Практика аналогового моделирования динамических систем: Справочное пособие - М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 125, рис. 2.110 а.

6. Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах.-М.: Транспорт, 1977, с. 223, рис. 77.

Устройство предназначено для измерения скорости рельсовых транспортных средств в условиях интенсивных виброударных помех, возникающих при нестационарных режимах тяги. В качестве отметчика времени прохождения транспортным средством конца базового расстояния известной длины, равного расстоянию между колесами транспортного средства, на буксах колес установлены датчики ударных ускорений. Выходы датчиков соединены с входами измерителя временных интервалов. Измеритель определяет время между электрическими импульсами, возникающими на датчиках ускорений при последовательном прохождении двумя соседними колесами транспортного средства одного и того же стыка рельсов. 2 ил.

Устройство для определения скорости движения рельсового транспортного средства, содержащее датчик ударного ускорения, установленный на буксе колеса транспортного средства, измеритель временных интервалов, выход которого соединен с входом схемы деления, и регистрирующий прибор, вход которого соединен с выходом схемы деления, отличающееся тем, что введен еще один датчик ударного ускорения, установленный на буксе другого колеса транспортного средства, ось вращения которого расположена на известном расстоянии от оси вращения колеса транспортного средства с первым датчиком ударного ускорения, при этом выходы датчиков ударного ускорения соединены со входами измерителя временных интервалов.