УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ ТРЕНИЯ МЕЖДУ КОЛЕСОМ И РЕЛЬСОМ Российский патент 2003 года по МПК G01M17/08 B61K13/00 

Устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к устройствам для определения сил трения и коэффициента трения между колесом и рельсом.

Известно устройство для измерения коэффициента трения между колесом и рельсом, связанное с определением сил трения, включающее установленный на П-образной раме измерительный ролик, который имитирует колесо транспортного средства, прижимаемый к рельсу с помощью съемных грузов с определенным усилием, т. е. позволяет обеспечить различное давление от колеса на рельс, и кинематически связанный с затормаживающим механизмом, где с целью повышения точности измерения затормаживающий механизм выполнен в виде упругой пластины, оборудованной тензометрическими датчиками, а по обеим сторонам ролика установлены щечки с желобами, к которым прикреплен своими концами тросик, осуществляющий кинематическую связь измерительного ролика с пластиной.

Устройство имеет измерительный ролик, выполненный цилиндрическим (SU, авторское свидетельство 492412, кл. В 61 К 13/00, опубл. 1975).

Недостатком этого устройства является ограниченная возможность измерения коэффициента трения и сил трения только на поверхности катания рельса.

Известно устройство для измерения величины коэффициента сцепления, связанное с определением коэффициента трения и сил трения, принятое за прототип, представляющее собой небольшую тележку, опирающуюся на 2 колеса, следующие по одному рельсу, и имеющую направляющие ролики для удержания колес на другом рельсе. Перед тележкой на раме расположено цилиндрическое колесо ⊘ 75 мм из стали, которое может быть установлено так, что оно катится по любой части головки рельса. Со стальным колесом с помощью регулируемой электрической муфты соединен шкив, по которому проходит провод весоизмерительного устройства со стрелочным указателем, представляющего собой измерительную систему с тензометрическим элементом и блоком преобразования электрических сигналов, связанных между собой проводами. Шкала весоизмерителя отградуирована в значениях коэффициента сцепления и может быть отградуирована в величинах сил трения. Величина коэффициента сцепления определяется при перемещении тележки по рельсу и при регулировании работы электрической муфты с помощью потенциометра на ручке тележки до тех пор, пока стальное колесо не начнет скользить по рельсу. При этом стрелка прибора покажет значение коэффициента сцепления ("Rail paver", 1982, 42, 5).

Недостатком известного устройства является невозможность измерения коэффициента сцепления, коэффициента трения и сил трения под воздействием различного давления нагружающего устройства, ограниченная возможность точного измерения коэффициента сцепления, коэффициента трения и сил трения при прокате цилиндрического колеса по криволинейной поверхности изношенной боковой грани рельса.

Техническим результатом изобретения является создание устройства для измерения сил трения между колесом и рельсом, дающего возможность измерять силу трения под колесом в любой зоне головки рельса как на поверхности катания, так и на боковой грани, независимо от формы износа головки рельса с имитацией контактного давления от колеса транспортного средства на рельс.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения сил трения между колесом и рельсом, содержащем рельсовую тележку, состоящую из рамы, двух опорных колес, предназначенных для передвижения по рельсу, на котором производятся измерения, стабилизирующих тележку в горизонтальной и вертикальной плоскостях направляющих роликов, опираемых на противоположный рельс, на которой смонтирована измерительная система с тензометрическим элементом и блоком преобразования электрических сигналов, соединенным проводами с тензометрическим элементом, измерительная система снабжена регулируемым нагружателем, имитирующим давление колеса транспортного средства на рельс, выполненным из полой гильзы, на одном из концов которой закреплен подвижно индентор, выполненный в форме шарика, а с другой ее стороны установлена резьбовая крышка, между которыми внутри гильзы помещена тарированная пружина для прижатия к рельсу индентора, с которым связан шток, проходящий внутри гильзы через резьбовую крышку, механизмом подвода регулируемого нагружателя к рельсу, а регулируемый нагружатель установлен на раме шарнирно через ось фланца крепления к ней для изменения положения относительно оси фланца крепления с рамой для установки точно в требуемой зоне головки рельса и соединен тягой с тензометрическим элементом. Кроме этого, механизм подвода регулируемого нагружателя к рельсу выполнен в виде отжимного рычага с тросом, который соединен со штоком регулируемого нагружателя.

На фиг. 1 изображен схематически общий вид устройства для измерения сил трения между колесом и рельсом в плане;
на фиг.2 - нагружатель устройства с рельсом;
на фиг.3 - нагружатель в соединении с тензометрическим элементом;
на фиг.4 - то же в момент срыва индентора;
на фиг.5 - нагружатель на поверхности катания рельса.

Устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом содержит (фиг. 1 и 3) ручную рельсовую тележку 1, состоящую из рамы 2, двух опорных колес 3, предназначенных для передвижения по рельсу 4, на котором производятся измерения, стабилизирующих тележку в горизонтальной и вертикальной плоскостях направляющих роликов 5, опираемых на противоположный рельс 4, на которой смонтирована измерительная система устройства, которая выполнена в виде колебательной системы с одной степенью свободы и содержит регулируемый нагружатель 6, имитирующий давление колеса транспортного средства на рельс 4, механизм подвода регулируемого нагружателя 6 к рельсу 4 в виде троса 7 и отжимного рычага 8, смонтированного на ручке 9 для передвижения тележки, тензометрический элемент 10 и блок 11 преобразования электрических сигналов в считываемую информацию, который соединен проводами 12 с тензометрическим элементом 10, и шарнир 13 на раме 2 для установки нагружателя 6 в исходное положение.

Регулируемый нагружатель 6 (фиг.2) выполнен из полой гильзы 14 с кронштейном 15, на одном из концов которой закреплен подвижно с помощью цангового патрона 16 индентор 17, выполненный в форме шарика, а на другой ее стороне установлена резьбовая крышка 18, между которыми внутри гильзы включена тарированная пружина 19 для прижатия к рельсу 4 индентора 17, с которым через цанговый патрон 16 связан шток 20, проходящий внутри гильзы 14 через резьбовую крышку 18. Резьбовая крышка позволяет регулировать имитирующее нажатие индентора 17 на рельс 4.

Характеристика тарированной пружины 19 и размеры индентора 17 выбираются таким образом, чтобы можно было сымитировать контактное давление гребней колес подвижного состава как на боковую грань, так и на поверхность катания головки рельса. С нагружателем 6 связан рычаг 8 с тросом 7, который соединен со штоком 20 нагружателя 6. Нагружатель 6 (фиг.3) соединен тягой 21 с тензометрическим элементом 10. На раме 2 тележки 1 установлен фланец 22, с которым через шарнир 13 и кронштейн 15 соединен нагружатель 6.

Нагружатель 6 установлен на раме 2 шарнирно через ось фланца 22 крепления к ней для установки точно в требуемой зоне головки рельса и за счет поворота вокруг оси фланца 22 шарнира 13 имеет возможность регулироваться на тележке 1 в вертикальной плоскости (фиг.5), а также ориентироваться перпендикулярно боковой грани рельса 4 в зависимости от формы ее износа (фиг.2).

Для исключения замыкания рельсовых цепей рама 2 разделена на две части изолятором 23.

Устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом работает следующим образом.

В местах измерения устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом устанавливается операторами на рельсы 4. Нагружатель 6 устанавливается за счет изменения его положения относительно оси фланца 22 крепления с рамой 2 перпендикулярно изношенной боковой грани рельса 4 точно в зону явно выраженного контакта с гребнями колес рельсового транспортного средства (фиг.2) или поверхности катания рельса (фиг.5).

На рельсах устройство передвигается оператором примерно со скоростью 1 м/с.

В месте измерения оператор отпускает отжимной рычаг 8 механизма подвода нагружателя 6, который под действием силы установленной в ней тарированной пружины 19 поджимает индентор 17 к рельсу 4. Индентор 17 увлекается за счет сил трения с рельсом 4, вызывая поворот нагружателя 6 в шарнире 13 на угол α, при этом нагружатель 6 через тягу 21 деформирует упругий тензометрический элемент 10 (фиг.4), и механическая деформация тензометрического элемента 10 преобразуется в сигналы электрического тока, пропущенного через него, а электрические сигналы преобразуются в блоке 11 в считываемую информацию о силе трения между индентором 17 нагружателя 6 и рельсом 4. По достижении некоторой деформации, когда сила натяжения тензометрического элемента 10 уравняет силу трения, после достижения максимального отклоненного положения нагружателя 6 происходит срыв индентора 17 и возврат нагружателя 6 в исходное положение, и вновь колебательный процесс повторяется. Регулировка нагружателя 6 осуществляется затягиванием или ослаблением затяжки крышки 18 или установкой другой тарированной пружины 19.

Применение на устройстве для измерения коэффициента трения между колесом и рельсом регулируемого нагружателя с индентором в форме шарика позволяет определять силы трения на рельсе в конкретном месте контакта колеса с рельсом как на боковой грани рельса, так и на поверхности катания и в условиях, имитирующих давление колеса любого транспортного средства на рельс.

Устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к устройствам для определения сил трения и коэффициента трения между колесом и рельсом, позволяет сымитировать различное контактное давление от колеса транспортного средства на рельс. Техническим результатом изобретения является создание устройства для измерения сил трения между колесом и рельсом, дающего возможность измерять силу трения под колесом в любой зоне головки рельса как на поверхности катания, так и на боковой грани, независимо от формы износа головки рельса с имитацией контактного давления от колеса транспортного средства на рельс. Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения сил трения между колесом и рельсом, содержащем рельсовую тележку, состоящую из рамы, двух опорных колес, предназначенных для передвижения по рельсу, на котором производятся измерения, стабилизирующих тележку в горизонтальной и вертикальной плоскостях направляющих роликов, опираемых на противоположный рельс, на которой смонтирована измерительная система с тензометрическим элементом и блоком преобразования электрических сигналов, соединенным проводами с тензометрическим элементом, измерительная система снабжена регулируемым нагружателем, имитирующим давление колеса транспортного средства на рельс. Нагружатель выполнен из полой гильзы, на одном из концов которой закреплен подвижно индентор, выполненный в форме шарика, а с другой ее стороны установлена резьбовая крышка, между которыми внутри гильзы помещена тарированная пружина для прижатия к рельсу индентора. С индентором связан шток, проходящий внутри гильзы через резьбовую крышку, и механизм подвода регулируемого нагружателя к рельсу. Регулируемый нагружатель установлен на раме шарнирно через ось фланца крепления к ней для изменения положения относительно оси фланца крепления с рамой для установки точно в требуемой зоне головки рельса и соединен тягой с тензометрическим элементом. Механизм подвода регулируемого нагружателя к рельсу выполнен в виде отжимного рычага с тросом, который соединен со штоком регулируемого нагружателя. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом, содержащее рельсовую тележку, состоящую из рамы, двух опорных колес, предназначенных для передвижения по рельсу, на котором производятся измерения, стабилизирующих тележку в горизонтальной и вертикальной плоскостях направляющих роликов, опираемых на противоположный рельс, на которой смонтирована измерительная система с тензометрическим элементом и блоком преобразования электрических сигналов, соединенным проводами с тензометрическим элементом, отличающееся тем, что измерительная система снабжена регулируемым нагружателем, имитирующим давление колеса транспортного средства на рельс, выполненным из полой гильзы, на одном из концов которой закреплен подвижно индентор, выполненный в форме шарика, а с другой ее стороны установлена резьбовая крышка, между которыми внутри гильзы помещена тарированная пружина для прижатия к рельсу индентора, с которым связан шток, проходящий внутри гильзы через резьбовую крышку, механизмом подвода регулируемого нагружателя к рельсу, а регулируемый нагружатель установлен на раме шарнирно через ось фланца крепления к ней для изменения положения относительно оси фланца крепления с рамой для установки точно в требуемой зоне головки рельса и соединен тягой с тензометрическим элементом.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм подвода регулируемого нагружателя к рельсу выполнен в виде отжимного рычага с тросом, который соединен со штоком регулируемого нагружателя.