СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ШИРИНЫ КОЛЕИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ Российский патент 1998 года по МПК E01B35/00 B61K9/08 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к методам непрерывного контроля состояния геометрических параметров рельсовой колеи, в том числе при измерении ширины колеи.

Основным средством измерения и регистрации параметров состояния рельсовой колеи на железных дорогах Российской Федерации является путеизмерительный вагон системы ЦНИИ-2, принятый за аналог [1]. Он оснащен устройством для измерения отклонений от фиксированной нормы ширины колеи, включающим в себя два наклонных конических измерительных ролика, которые прижаты к внутренним боковым граням рельсов правой и левой нитей через параллелограммную подвеску двумя пневмоцилиндрами. Перемещения роликов через трособлочную систему передаются на регистрирующий стол с записью отклонений на движущуюся бумажную ленту.

Недостатками устройства являются наличие контактных роликов, наличие высокочастотных колебаний трособлочной системы, расшифровка диаграмм отклонений на бумажной ленте оператором вручную.

Принятый за прототип [2] способ определения положения железнодорожного пути в плане в круговых кривых путем определения колеи зазоров между рельсом и гребнем колеса при вписывании подвижного состава в круговые кривые железнодорожного пути заключается в том, что при перемещении транспортного средства по пути измеряют углы поворота его ходовых тележек относительно оси базы транспортного средства. При этом ходовые тележки без разбегов осей колесных пар самоустанавливаются в положение максимального перекоса в круговых кривых при скорости движения до 40 км/ч под действием момента сил трений между колесами и рельсами, и определяется колея, ограниченная боковой стороной головки наружного рельса и гребнем колеса, величина которой прямо пропорциональна разности углов поворота передней и задней тележек относительно оси базы транспортного средства.

Данный способ имели следующие недостатки:
изменение ширины колеи определяется только в круговых кривых, т.е. исключаются прямые участки пути, переходные кривые и спецчасти, при этом не известны факт и момент нахождения тележек в круговых кривых;
измерения должны производиться при скорости не более 40 км/ч, так как при больших скоростях под действием центробежных и центростремительных сил происходит влияние тележек в колее;
тележки не должны иметь разбегов осей колесных пар.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей с целью определения ширины колеи железнодорожного пути не только в круговых кривых, но и на прямых участках, а также в переходных кривых и спецчастях при установленных скоростях движения.

Это достигается тем, что при движении стандартные ходовые тележки транспортного средства принудительно устанавливают в колее в положение максимального перекоса с помощью дополнительной пригрузки пневмоцилиндрами, при этом, измеряя углы между осями тележек и осью базы транспортного средства, по специальному алгоритму с помощью бортовой ЭВМ определяют изменение ширины колеи железнодорожного пути, равное изменению зазора между гребнем колеса передней тележки, не прижатого к рельсу, и внутренней боковой стороной головки рельса.

На фиг. 1 изображена схема работы устройства; на фиг. 2 - структурная схема измерительной системы.

Для измерения ширины колеи используют четырехосный жесткий бескупейный цельнометаллический пассажирский вагон с челюстными ходовыми тележками, которые принудительно устанавливают в колее в положение максимального перекоса пневмоцилиндрами. Вагон транспортируется отдельным локомотивом или в хвосте поезда. Передняя двухосная поворотная ходовая тележка 1 соединена с аналогичной задней тележкой 2 рамой 3 транспортного средства, имеющего базу длиной B. Тележки 1 и 2 дополнительно соединены с рамой 3 пригрузочными пневмоцилиндрами 4 и 5. На рамах тележек 1 и 2 установлены электромашинные датчики углов (сельсины) типа БД-1404 6 и 7, роторы которых соединены жесткими кинематическими связями 8 и 9 с рамой 3. Электрические выходы датчиков 6 и 7 через фазочувствительные выпрямители 10 и 11 связаны с входами аналого-цифрового преобразователя 12, выполненного на базе микросхемы К1107ПВ4, который преобразует аналоговые сигналы в цифровой код по команде дискретного датчика пути 13, выполненного на базе герконов. Выходы АЦП 12 через стандартный параллельный интерфейс 14 связаны с бортовой ЭВМ 15 типа IBM PC/AT.

В начальном положении тележки 1 и 2 устанавливаются в колее в положение максимального перекоса пневмоцилиндрами 4 и 5, которые создают крутящие моменты М1 и М2, направления которых совпадают относительно вертикальных осей шкворней и прижимают гребни колес по диагонали к внутренним боковым граням рельсов, и далее при движении транспортного средства схемы вписывания тележек в колею не изменяется. Цифровые коды измеренных углов между осями тележек 1 и 2 и осью 3 транспортного средства 3 записываются на жесткий диск ЭВМ 15 и программно обрабатываются.

Способ имеет математическое обоснование. Предположим, что в начальном положении на базе транспортного средства кривизна пути и ширина колеи постоянны, тогда измеряемые датчиками 6 и 7 углы между осями тележек 1 и 2 и осью рамы 3 транспортного средства будут одинаковы
αn1

= αз1. (1)
Далее при движении транспортного средства дискретный датчик пути 13 дает АЦП 12 команды на опрос состояния датчиков углов 6 и 7 через равные промежутки пройденного пути d, кратные базе B транспортного средства, а число измерений m углов при перемещении транспортного средства на расстояние, равное его базе B, определится из выражения

При перемещении по пути транспортного средства на расстояние B угол между осью передней тележки 1 в новом положении на измерении с номером m и осью рамы 3 с учетом изменений кривизны R пути и зазора b в колее можно записать в виде
αnm = αnmR± αnmb, (3)
где
αnmr - угол, вызванный кривизной пути, на измерении с номером m, рад;
αnmb - угол, вызванный выборкой зазора b путем принудительной установки передней тележки в положение максимальной установки передней тележки в положение максимального перекоса, т.е. угол между осью тележки и осью пути, на измерении с номером m, рад.

При этом задняя тележка 2 переместится в положение, в котором находилась тележка 1 в начальном положении, т.е. изменение угла αзm

между осью задней тележки 2 и осью базы 3 на измерении с номером m будет определяться только изменением кривизны пройденного пути. Тогда учитывая (1), можно записать

Подставляя (4) в (3) и преобразуя, получаем

Но так как зазор в колее не зависит от кривизны оси пути и не может быть отрицательным, то выражение (5) можно записать в виде

В общем виде выражение (6) при числе измерений i и при выполнении условия i>m запишется в виде

Величина зазора в колее между гребнем колеса и внутренней боковой гранью рельса на измерении с номером i определяется из соотношения
b_i= a•tgαnib, (8)
где
a - база ходовой тележки;
αnib - угол между осью передней тележки и осью пути, вызванный выборкой зазора b путем принудительной установки передней тележки в положение максимального перекоса на измерении с номером i.

Подставляя (7) в (8) и учитывая малость измеряемых углов, выражение (8) запишется в виде

Ширина колеи железнодорожного пути на измерении с номером i определяется по формуле

где
C - расстояние между рабочими поверхностями гребней колес одной колесной пары передней тележки.

Величина углов между осями тележек 1 и 2 и осью базы 3 при каждом измерении записываются и обрабатываются ЭВМ 15 по выражению (10).

Использование предлагаемого способа обеспечивает достоверное измерение ширины железнодорожного пути не только в круговых кривых, но и на прямых участках, в переходных кривых и спецчастях.

Источники информации:
1. К. С. Исаев и др. Машинизация текущего содержания пути. -М.: Транспорт, 1990, с. 272 - 281.

2. Патент РФ N 2030505, кл. E 01 B 35/00, 1995, БИ N 7.

Использование: для непрерывного контроля состояния геометрических параметров рельсовой колеи, в том числе при определении ширины колеи. Сущность изобретения: способ заключается в том, что при перемещении по пути транспортного средства, включающего в себя две поворотные ходовые тележки, измеряют углы между осями тележек и осью транспортного средства и определяют зазор в колее между гребнем колеса и внутренней боковой стороной головки рельсла, при этом ходовые тележки принудительно устанавливают в положение максимального перекоса пневмоцилиндра, а общее число измерений углов между осями тележек и осью транспортного средства превышает число измерений этих углов при перемещении транспортного средства на расстояние, равное его базе В. Обеспечивается определение ширины колеи на прямых участках пути, а также в переходных и круговых кривых. 2 ил.

Способ определения ширины колеи железнодорожного пути, заключающийся в том, что при перемещении по пути транспортного средства, включающего в себя две поворотные ходовые тележки, которые устанавливают в положение максимального перекоса, измеряют углы между осями тележек и осью транспортного средства и определяют зазор в колее между гребнем колеса и внутренней боковой стороной головки рельса, отличающийся тем, что ходовые тележки принудительно устанавливают в положение максимального перекоса пневмоцилиндрами, при этом общее число измерений i углов между осями тележек и осью транспортного средства превышает число измерений m этих углов при перемещении транспортного средства на расстояние, равное его базе B, а ширину колеи S_i при измерении i определяют в соответствии с соотношением
,
где
C - расстояние между рабочими поверхностями гребней колес одной колесной пары передней тележки;
a - база ходовой тележки;
αni

- угол между осью передней тележки и осью транспортного средства при измерении i, рад;
αзi - угол между осью задней тележки и осью транспортного средства при измерении i, рад;
αni-m- угол между осью передней тележки и осью транспортного средства при измерении i - m, рад.