СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗНОСА КОЛЕС РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2003 года по МПК B61K9/12 

Изобретение относится к области систем диагностики транспортных средств, в частности рельсового транспорта.

Преимущественное использование предлагаемого изобретения - системы диагностики пассажирского и грузового железнодорожного транспорта, а также трамваев.

В настоящее время в связи с резким возрастанием скоростей движения железнодорожного транспорта к износу поверхности катания колес, в значительной степени определяющему механические возмущения, действующие на узлы тележки и могущие вызвать их разрушение, стали предъявляться значительно более жесткие требования.

В то же время увеличение скоростей движения, а следовательно, и нагрузок на колеса при торможениях стало приводить к повышенному износу поверхностей катания колесных пар.

В настоящее время в железнодорожных депо получили распространение стационарные стенды, на которые устанавливается колесная пара. При этом построение геометрического образа проверяемого колеса производится с помощью специального щупа при прокручивании колесной пары. Однако данный способ измерения износа колес связан со значительными материальными и временными затратами, связанными с необходимостью демонтажа тележки и установки проверяемой колесной пары на стенд, что приводит к значительному простою транспортного средства и не позволяет производить оперативный контроль износа колес.

Для определения износа колес в депо также используется метод, основанный на взвешивании вагона на специальных домкратах, принудительной прокрутке колес и измерении износа с помощью специального щупа. Однако данный способ связан с необходимостью расцепления состава и установки каждого вагона на специальный стенд, что также требует больших материальных и временных затрат и не обеспечивает оперативность проведения контроля.

В связи с этим в настоящее время в железнодорожных депо получил распространение метод определения износа, основанный на измерении в 3 точках профиля поверхности колеса с помощью специального шаблона. Однако данный способ, основанный на допусковом принципе, не позволяет построить геометрический образ поверхности катания колеса и не обеспечивает оперативность проведения контроля во время движения транспортного средства, что делает невозможным построение оперативной системы управления движением транспортного средства [1, 2].

Известны также способы измерения износа колес, позволяющие производить измерение их геометрических размеров без демонтажа тележек (например, способ по патенту 2085424 от 23.07.96 [3] - выбранный в качестве прототипа настоящего изобретения). Данные способы основаны на пропускании подвижного состава по прямолинейному эталонному участку пути с жестко закрепленными на рельсах измерителями, определяющими геометрические размеры прокатываемых колес. Это позволяет ускорить процесс измерения износа колес, но не обеспечивает возможности его оперативного измерения при движении транспортного средства и требует больших материальных затрат.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности оперативного контроля износа колесных пар при нахождении транспортного средства в рейсе без использования специальных стендов.

Данный способ основан на измерении механических возмущений (линейных ускорений), возникающих при качении изношенного колеса по рельсу. При этом уровень механических возмущений будет определяться уровнем неровностей поверхности катания колеса на каждом его угле поворота и скоростью движения транспортного средства. Однако, кроме перечисленных выше факторов, уровень механических возмущений зависит также и от состояния пути (рельс), по которому движется транспортное средство.

Сущность данного изобретения заключается в том, что для исключения влияния состояния пути в заявляемом изобретении предлагается вычислять на каждом угле поворота колеса дисперсию механических возмущений, возникающих при соприкосновении данного участка поверхности катания колеса с рельсом σ_i = Σa2i

/(N-1), где a_i - линейные ускорения на i-м угле поворота колеса, N - число оборотов колеса (N≥50), в течение которых рассчитывалась σ_i, и определять наименьшую из них (σ_min). При этом, поскольку за время определения σ_i все точки поверхности катания колеса неоднократно пройдут как по "хорошим" так и "плохим" участкам пути, то значение σ_min будет соответствовать наименее изношенному участку поверхности катания колеса и характеризовать качество пути на участке измерения дисперсий. Вычитая значение σ_min из всех значений σ_i, можно получить значения σ, зависящие только от параметров износа колес и скорости движения транспортного средства. Поэтому, имея ранее экспериментально определенную функциональную связь между износом поверхности катания колеса, дисперсией σ и скоростью движения транспортного средства V(Δ = F(σ,V)), можно построить геометрический образ проверяемого колеса.

Таким образом, измерение параметров износа колес в соответствии с заявляемым способом происходит в следующей последовательности:
в течение периода вычисления износа определяют скорость движения транспортного средства V;
для каждого i-го угла поворота колеса измеряют линейные вертикальные ускорения над осью колеса (линейные ускорения на буксе) и вычисляют их дисперсии σ_i;
вычисляют минимальную дисперсию σ_min и определяют разность между σ_i и σ_min;
по ранее определенной функциональной зависимости Δ = F(σ,V) вычисляют фактические геометрические размеры колеса, характеризующие износ его поверхности катания.

Устройство, реализующее данный способ измерения параметров износа колеса, представлено на чертеже.

Оно включает импульсный датчик угла поворота колеса 1, связанный с устройством определения окружной скорости колеса 2, и датчик линейных ускорений на буксе 3, последовательно соединенные умножитель 4, компаратор 5 и устройство вычисления среднеквадратического значения ускорений на каждом i-м угле поворота колеса 6 и устройство вычисления количества оборотов колеса 7.

Оба входа умножителя 4 связаны с выходом датчика линейных ускорений 3, а второй вход компаратора 5 связан с выходом датчика 1. Входы устройства 7 соответственно соединены с выходами датчика угла поворота 1 и устройства задания интервала расчета 8.

Кроме того, оно включает устройство выбора i-го среднеквадратического значения 9, последовательно соединенные устройство определения минимума 10, устройство определения разности 11, функциональный преобразователь 12 и запоминающее устройство 13. При этом входы устройства определения минимума 11 и устройства выбора i-го среднеквадратического значения 9 связаны с соответствующими выходами устройства вычисления среднеквадратического значения 6, второй вход которого соединен с выходом устройства вычисления количества оборотов колеса 7, а его третий вход с выходом устройства задания интервала расчета 8.

Второй вход устройства определения минимума 10 связан с выходом устройства определения количества оборотов 7, второй вход устройства выбора i-го среднеквадратического значения 9 связан с выходом устройства определения минимума 10, выход которого связан со вторым входом устройства определения разности 11. Второй вход функционального преобразователя 12 соединен с выходом устройства определения окружной скорости 2.

Устройство работает следующим образом.

При движении транспортного средства датчик угла поворота колеса 1 вырабатывает сигнал, каждый импульс которого соответствует повороту колеса на определенный угол (α), а на выходе датчика линейных ускорений 3 непрерывно формируется сигнал, пропорциональный уровню механических возмущений над осью колеса (А_б).

Сигнал угла поворота α поступает на входы устройства определения окружной скорости колеса 2 и устройства вычисления количества его оборотов 7, представляющее собой счетчик количества импульсов.

Сигнал, пропорциональный линейным ускорениям на буксе А_б, поступает на оба входа умножителя 4, на выходе которого формируется сигнал А_б ², поступающий на первый вход компаратора 5, второй вход которого связан с выходом датчика 1. При повороте колеса на очередной i-й угол, что соответствует приходу на компаратор 5 очередного импульса α, компаратор 5 подключает очередное i-е суммирующее устройство, входящее в состав устройства вычисления среднеквадратического значения 6, на вход которого поступает сигнал А_бi ², при этом на выходе суммирующих устройств формируются сигналы, равные ΣА_бi ².

Когда количество оборотов колеса станет равным заданному значению (N_зад - вырабатываемому устройством 8), устройство вычисления количества оборотов 7 выработает сигнал U_ynp, который поступает на второй вход устройства 6. По этому сигналу прекращается расчет ΣА_бi ² и вычисляются дисперсии линейных ускорений на каждом i-м угле поворота колеса

значение которых поступает на соответствующие входы устройства вычисления минимума 10 и устройства выбора i-го среднеквадратического значения 9.

Устройство определения минимума, запускаемое сигналом U _ynp, выбирает из всех σ_i минимальное значение и σ_min, которое соответствует наименее изношенному участку поверхности катания колеса и характеризует качество пути на участке измерения. Сигнал σ_min, формируемый на выходе устройства 10, поступает на соответствующий вход устройства выбора 9, которое начинает последовательно формировать на своем выходе сигналы σ_i, которые поступают на вход устройства вычисления разности 11. На второй вход устройства 11 поступает сигнал σ_min, в результате чего на его выходе формируются сигналы σ = σ_i-σ_min, характеризующие износ поверхности колеса на i-м угле поворота и поступающие на первый вход функционального преобразователя 12.

На второй вход преобразователя 12 поступает поступает сигнал V с выхода устройства определения скорости 2, что позволяет по ранее определенной функциональной зависимости Δ_i = F(σ_i,V) вычислить на каждом i-м угле фактические геометрические размеры колеса, характеризующие износ его поверхности катания, которые и записываются в запоминающем устройстве 13.

Данные о фактическом износе поверхности катания колеса сохраняются в запоминающем устройстве 13 до конца рейса (до приезда транспортного средства в депо), где они считываются и по результатам их анализа принимается решение о необходимости исправления изношенных колес.

Источники информации
1. Л. В. Гуткин, Ю.Н. Дымант, А.И. Иванов . Электропоезд ЭР 200. - М.: Транспорт, 1981, 192с.

2. Инструкция по освидетельствованию, ремонту и формированию колесных пар ЦТ/2306.

3. Патент 2085424 от 23.07.96 - прототип.

Изобретение относится к средствам для измерения величины износа колес в процессе движения транспортного средства. Способ состоит в измерении вертикальных линейных ускорений оси колеса, возникающих при качении изношенного колеса по рельсу, запоминании массива этих ускорений, вычислении дисперсии для каждого i-го положения колеса и вычислении по ранее определенной функциональной зависимости геометрического образа поверхности катания колеса. Устройство содержит датчик угла поворота колеса, датчик линейных ускорений на буксе колеса, последовательно соединенные умножитель, компаратор, устройство вычисления дисперсии ускорений. Технический результат - расширение эксплуатационных возможностей. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения параметров износа колес рельсового транспортного средства, заключающийся в построении геометрического образа проверяемого колеса в процессе движения транспортного средства, отличающийся тем, что определяют скорость движения транспортного средства, для каждого i-го угла поворота колеса измеряют линейные вертикальные ускорения оси колеса, запоминают массив этих ускорений на заданном интервале наблюдения, вычисляют их дисперсии и определяют наименьшую из них, затем для каждого i-го угла вычисляют разность каждой вычисленной дисперсии и минимальной и по определенной ранее функциональной зависимости геометрических характеристик дефекта поверхности колеса от дисперсии линейных ускорений и скорости транспортного средства определяют фактические геометрические характеристики колеса, по которым судят о параметрах износа. 2. Устройство измерения параметров износа колес рельсового транспортного средства, содержащее импульсный датчик угла поворота колеса, связанный с устройством определения окружной скорости колесами датчик линейных ускорений на буксе, отличающееся тем, что оно включает последовательно соединенные умножитель, компаратор и устройство вычисления среднеквадратического значения ускорений на каждом i-м угле поворота колеса, причем оба входа умножителя связаны с выходом датчика линейных ускорений, а второй вход компаратора связан с выходом датчика угла поворота, устройство вычисления количества оборотов колеса, входы которого соответственно соединены с выходами датчика угла поворота и устройства задания интервала расчета, устройство выбора i-го среднеквадратического значения, последовательно соединенные устройство определения минимума, устройство определения разности, функциональный преобразователь и запоминающее устройство, при этом входы устройства определения минимума и устройства выбора i-го среднеквадратического значения связаны с соответствующими выходами устройства вычисления среднеквадратического значения, второй вход которого соединен с выходом устройства вычисления количества оборотов колеса, а его третий вход - с выходом устройства задания интервала расчета, второй вход устройства определения минимума связан с выходом устройства определения количества оборотов, второй вход устройства выбора i-го среднеквадратического значения - с выходом устройства определения минимума, выход которого связан со вторым входом устройства определения разности, второй вход функционального преобразователя соединен с выходом устройства определения окружной скорости.