ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК G01N19/02 

Изобретение относится к измерительной технике и применяется для определения коэффициента трения, возникающего при торможении железнодорожного вагона, между колесами и вагонным замедлителем, во время спуска вагона с сортировочной горки.

Вот что говорится об этом процессе относительно известного вагонного замедлителя, приведенного в лит.: Варфоломеев В.В., Колодий Л.П., Устройство пути и станций, стр. 220-221, 1992 г.:
"Основным недостатком замедлителей нажимного типа, приводящим к погрешностям в скорости выхода отцепов из замедлителей, являются зависимости их мощности от коэффициента трения шины о колесо. Значение этого коэффициента сильно меняется из-за замасленности колес, наличия колес с окрашенными ободьями, выпадания дождя во время торможения, попадания на колеса угольной, цементной и другой пыли или наличия наледа, создающих как бы слой смазки между шиной и колесом".

Коэффициент трения между двумя соприкасающимися телами /предметами/ определяется исходя из следующего выражения

где F - сила, прижимающая трущиеся поверхности тела, т.е. сила давления;
f - сила трения /сила тяги/ измеряется динамометром при перемещении тела /см. лит.: Л. Эллиот, У. Уилкокс; Физика, стр. 51, 1975 г. и Буховцев Б.Г. и др., Физика. Механика, стр. 111-112, 1971 г./.

По приведенному выражению коэффициент трения определяется косвенно, расчетами, а не прямым отсчетам по измерительному прибору.

Указанная цель достигается тем, что в начале подвижной части сортировочной горки, с наружной стороны рельса, между шпалами, на железнодорожном полотне установлена стойка, в верхней части которой, сквозь отверстия проходит вал, на котором закреплено горизонтально расположенное двухкрылое коромысло с укороченным одним крылом, а сам вал с противоположной стороны, через мультипликатор соединен с датчиком преобразователя углового перемещения механических величин, кроме этого между стойкой и пружиной помещен датчик давления механических величин, при этом оба датчика проводами через усилители электрических сигналов подключены к соответствующим электроизмерительным приборам, находящимся на пульте управления.

На фиг. 1 изображен определитель коэффициента трения, в трех проекциях;
На фиг. 2 - взаимное расположение обода колеса и согнутого крыла коромысла;
На фиг. 3 - разное положение коромысла, при прохождении колеса через него;
На фиг. 4 - электрическая схема определителя коэффициента трения;
На фиг. 5 - фотографии модели определителя коэффициента трения.

Определитель коэффициента трения состоит из стойки 1 /см. фиг. 1/, закрепленной нижней частью с осью 2, на ушки 3, находящиеся на верхней половине основания 4, которое винтами 5, проходящими через его пазы 6, закреплены на вторую половину основания 7, имеющую удлиненную полую часть 8; двухкрылое коромысло 9 прямоугольной формы, изготовленное из легированной стали, для увеличения стойкости к стиранию от трения с колесом 10 вагона, и расположенного горизонтально относительно железнодорожного полотна 11, причем укороченное крыло 12 коромысла согнуто под определенным углом; вала 13 коромысла, проходящего через отверстия 14, в верхней части стойки 1; мультипликатора 15, соединенного непосредственно с валом 13; возвратной пружины 16; ограничителя 17; датчика 18, реагирующего на угловое перемещение механизма мультипликатора 15; кронштейна 19, закрепленного на стойке 1 и удерживающего на себе датчик 18, с мультипликатором 15; передней панели 20; V-образной пружины 21; задней планки 22; регулирующего винта 23; датчика 24; давления механических величин /тензодатчик/; усилителей электрических сигналов 25-26 /см. фиг. 4/; электроизмерительных приборов 27-28; источника электропитания 29; проводов 30-31; пульта управления 32.

Определитель коэффициента трения устанавливается путем зарытия /см. фиг. 3/ нижней его части 8, основания 7 в грунт 33, находящийся под железнодорожным полотном 11, между шпалами 34, с наружной стороны рельса 35, высотой до нижней кромки 36, тележки 37, вагона 38.

Определитель коэффициента трения первоначально устанавливается так, чтобы согнутое крыло 12 коромысла упиралось в обод 39 колеса /см. фиг. 2/, не касаясь при этом его гребня 40, этим исключается наезд колеса на коромысло. После этого производится регулировка точки соприкосновения обода 39 колеса с поверхностью согнутого крыла 12 по ее длине 41 движением перпендикулярно к рельсу 35, верхней половине основания 4, по второй половине основания 7. При регулировке винты 5, проходящие сквозь пазы 6, не должны быть затянуты, и после нахождения приемлемой точки соприкосновения между поверхностью согнутого крыла и ободом колеса винтами 5, основание 4 стягивается к основанию 7.

Окончательная регулировка определителя коэффициента трения производится установлением давления коромысла 9 на обод 39 колеса, путем изменения силы давления пружины 21 на стойку 1 регулирующим винтом 23, находящимся на задней планке 22; планка 20 удерживает в неизменном положении стойку 1, когда она коромыслом 9 не имеет соприкосновения с колесом 10.

Стойка 1 во время регулировки и при ее работе поворачивается на малых углах вокруг оси 2. Давление коромысла на колесо должно быть постоянным для всех колес и выраженное в кгс/см или в Н.

Определитель коэффициента трения действует следующим образом. Для этого необходимо предварительно в предыдущем выражении

придать его членам выполнения следующих функций:
F - сила, прижимающая коромысло к колесу вагона;
f - сила трения, возникающая между колесом и коромыслом, при прохождении вагона через сортировочную горку, и она во всех случаях всегда меньше силы давления, т. е. сохраняется условие f<F /см. лит. А.А. Силин, Трение и мы, стр. 37, 1987 г./.

Сила трения измеряется динамометром, в котором измерительным механизмом является спиральная пружина /см. лит. Буховцев Б.Г. и др., Физика. Механика, стр. 111-11-, 1971 г./, в данном устройстве эту функцию выполняет возвратная пружина 16, закрепленная между коромыслом 9 и ограничителем 17.

Необходимо заметить, что сила трения не зависит от площадей соприкасающихся поверхностей коромысла и колеса, так и от скорости перемещения колеса, если она мала в данном случае 7 км/ч /см. лит.: Л. Эллиот, У. Уилкокс, Физика, стр. 51, 1975 г. и В.С. Сагаитис, В.Н. Соколов, Устройства механизированных и автоматизированных сортировочных горок, стр. 77, 1979 г./.

Допустим, что состав вагонов на сортировочную горку подается слева направо /указана стрелкой 42/ /см. фиг. 3/, тогда при подходе вагона 38 к стойке 1 его каждое колесо 10 последовательно будет соприкасаться с коромыслом 9, от которого между ними возникает сила трения, поворачивая при этом коромысло с валом 13 в отверстие 14, вверх или вниз, в зависимости от направления вращения колеса. Ввиду того, что вагон 38 двигается слева направо, а его колеса вращаются по часовой стрелке и, если мысленно, в таком случае, колесо поделим вертикальной линией 43 на две части 44 и 45, то тогда касательная 46, 44 части колеса будет направлена вверх, а касательная 47, 45 части - вниз. При соприкосновении 45 части колеса с коромыслом 9, между ними возникает сила трения, которая должна отклонить коромысло вниз, к рельсу 35, но оно не произойдет, так как этому будет препятствовать ограничитель 17 /положение вагона 48/.По мере продвижения вагона вперед его 45 часть колеса выйдет из соприкосновения с коромыслом, и на ее место станет 44 часть колеса, касательная 46, которой направлена вверх, и от силы трения коромысла с колесом коромысло поднимется вверх /положение вагона 49/, поворачивая за собой вал 13, на некоторый угол и вслед за этим поворачивается присоединенный к нему через мультипликатор 15 датчик 18; этим мультипликатор увеличивает угол поворота датчика /см. лит.: Ю.Н. Березовский и др., Детали машин, стр. 257, 1983 г. /, что необходимо для расширения пределов измерения, электроизмерительного прибора 27.

Величина поворота коромысла зависит не от площадей соприкосновения между ним и колесом, как уже говорилось /см. стр.4/, а от физического состояния самого колеса, влияющего в дальнейшем на коэффициент трения между колесом и коромыслом.

При продолжающемся движении вагона коромысло 9 целиком выходит из соприкосновения с колесом 10, и оно примет от воздействия возвратной пружины 16 первоначальное горизонтальное положение до подхода следующего колеса и при его соприкосновении с очередным колесом предыдущий процесс повторится заново.

Сила давления F /см. стр. 4/ коромысла 9 на колесо 10 фиксируется датчиком давления 24, помещенном между стойкой 1 и пружиной 21; возникшие в нем электрические сигналы после их усиления усилителем 26 подаются на электроизмерительный прибор 28, находящийся на пульте управления 32, шкала которого отрегулирована в кг/см² или в Н, и этим контролируется постоянство давления коромысла на колесо.

Пример: допустим, что на датчик 24 и стойку 1 винтом 23 без соприкосновения коромысла 9 с колесом 10 по электроизмерительному прибору 28 установлено давление 10 кгс/см² (100 Н), и при соприкосновении коромысла с колесом, между ними возникает усилие, поворачивая стойку 1, на оси 2 в сторону задней планки 22, оказывая дополнительное давление на датчик 24 и, если электроизмерительный прибор 28 покажет давление 15 кгс/см² (150 Н), а это означает, что давление на коромысло будет 5 кгс/см² (50 Н).

Сила трения f коромысла 9 о колесо 10 определяется датчиком 18, представляющим собой как бесконтактный преобразователь механических величин в электрические сигналы /см. лит.: В.Н. Логинов, Электрические измерения механических величин, стр. 49, 1970 г./, и после усиления сигналов усилителем 25 они по проводам 30 подаются в пульт управления 32 на электроизмерительный прибор 27, шкала которого отградуирована в коэффициенты трения. Градуировка производится методом сравнения: силы трения колеса о коромысло, когда поверхность колеса подверглась различным физическим воздействиям во время эксплуатации подвижного состава, с силой трения с колесом, не испытавшим никаких воздействий, т. е. нормальное колесо. Допустим, что сила трения нормального колеса f₁ = 3 кгс/см² (30 Н), тогда коэффициент трения при давлении коромысла на колесо силой F = 10 кгс/см² (100 Н), будет

А при колесе, подвергшемся различным физическим воздействиям, сила трения f₂ = 2 кгс/см², тогда коэффициент трения будет

здесь разница в коэффициенте трения составляет 0,1, поэтому при торможении вагона с такими колесами необходимо усилие вагонного замедлителя увеличить на 0,1.

Все эти манипуляции предпочтительны, если они будут проделываться на счетно-вычислительной машине и отображаться на дисплее.

Принцип действия определителя коэффициента трения наглядно можно представить на модели, изображенной на фотографических снимках в двух видах /см. фиг. 5/, в которых 50 - основание, отображающее земляное полотно; 51 - стержни, выполняющие роль рельсов; 52 - колесо, представлено как колесо вагона; 53 - электродвигатель, вращающееся колесо; 54 - тумблер, при переключении изменяющий вращение колеса; 55 - платформа, служащая как основание в определителе коэффициента трения и, в свою очередь, состоящая из циферблата 56, стрелки 57, коромысла 58, возвратной пружины 59.

Для упрощения действия конструкции модели в ней колесо 52 находится в неподвижном положении, а платформа 55 с расположенной на ней коромыслом 58 надвигается на колесо 52, перемещаясь при этом по стержням 51, и при соприкосновении коромысла с колесом между ними возникнет сила трения, от которой коромысло со стрелкой 57 повернется по оси, указывая по шкале циферблата 56 величину условной силы трения между колесом 52 и коромыслом 58.

Изобретение относится к измерительной технике и применяется в железнодорожном транспорте при роспуске вагонов с сортировочной горки. Определитель коэффициента трения между колесом вагона и замедлителем состоит из стойки, установленной в начале подвижной части сортировочной горки. Стойка установлена на железнодорожном полотне с наружной стороны рельса, между шпалами. В стойке расположено отверстие, через которое проходит вал. На валу горизонтально закреплено двухкрылое коромысло с возможностью взаимодействия с колесом. С противоположной стороны вал соединен с мультипликатором и датчиком преобразователя углового перемещения механических величин, фиксирующим угловое перемещение мультипликатора при возврате коромысла в исходное состояние. А между стойкой и V-образной пружиной размещен датчик давления, который фиксирует давление коромысла на обод колеса. Техническим результатом данного изобретения является возможность определить коэффициент трения между каждым колесом вагона и вагонным замедлителем, чтобы в дальнейшем внести поправку в силе торможения вагона при спуске его с сортировочной горки. 5 ил.

Определитель коэффициента трения между колесом вагона и замедлителем, состоящий из стойки, установленной в начале подвижной части сортировочной горки, с наружной стороны рельса, между шпалами на железнодорожном полотне, причем в отверстие стойки, расположенное в верхней части, проходит вал, на котором закреплено горизонтально расположенное двукрылое коромысло с укороченным одним крылом, с возможностью взаимодействия с колесом, а сам вал с противоположной стороны через мультипликатор соединен с датчиком преобразователя углового перемещения механических величин, возвратной пружины, возвращающей коромысло в исходное положение, датчика давления механических величин, помещенного между стойкой и V-образной пружиной, фиксирующего давление коромысла на обод колеса, при этом оба датчика проводами через усилители электрических сигналов подключены к соответствующим электроизмерительным приборам, находящимся на пульте управления.