СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПУТЕИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ВАГОНОМ БОКОВЫХ (ПОПЕРЕЧНЫХ) ЖЕСТКОСТЕЙ РЕЛЬСОВЫХ НИТЕЙ Российский патент 2007 года по МПК B61K9/08 E01B35/00 

Использование: для измерения боковых жесткостей рельсовых нитей.

Сущность изобретения: способ заключается в том, что при прохождении каждой фиксированной точки рельсового пути всеми колесными парами путеизмерительного вагона измеряют рамные силы, действующие на каждую из колесных пар. Одновременно, при помощи бесхордового способа измеряют боковые (поперечные) неровности рельсовых нитей [1].

На основе полученной измерительной информации составляют шесть независимых уравнений вида

С_лбк · Δχ_{лkij +} с_пбк · Δχ_{пkij =} F_pkij

где i=1, 2, 3, 4; i≠j; С_лбк и с_пбк - боковые жесткости левой и правой рельсовых нитей в k-той фиксированной точке рельсового пути; Δχ_лkij=χ_лki-χ_лkj и Δχ_пkij =χ_пki-χ_пkj, где χ_лki и χ_пki - неровности левой и правой рельсовых нитей, измеренные при прохождении k-той фиксированной точки i-той колесной парой; F_pkij=F_pki-F_pkj, где F_pki - рамная сила, действующая на i-ю колесную пару при прохождении k-той фиксированной точки пути. Из шести уравнений выбирают систему, состоящую из двух уравнений, причем так, чтобы система была неоднородной (ΔF_pkij≠0) и определенной (D≠0), а значения С_лбк и с_пбк находят по формуле Крамера.

Изобретение относится к контролю состояния железнодорожного пути и может быть использовано для оценки и прогноза.

Известен способ определения коэффициента относительной жесткости основания железнодорожного пути и рельса и устройство для его реализации [2], способ заключается в том, что регистрируют сигналы, характеризующие величину прогиба под каждой тележкой вагонов состава, каждый раз определяют по меньшей мере два расстояния между датчиком и опорной точкой ближнего к датчику колеса тележки, при которых наблюдаются нулевые значения прогиба рельса, и по данным о полученных расстояниях при воздействии всех тележек вагонов состава определяют среднее значение и дисперсию коэффициента жесткости.

Недостатком приведенного способа является локальный характер его использования.

Известен способ определения кривизны рельса под нагруженным колесом, изгибающего момента, напряжений от изгиба рельса, относительной жесткости и модуля упругости подрельсового основания [3], заключающийся в том, что определяют относительное перемещение трех точек, расположенных на рабочей поверхности головки рельса, упомянутое перемещение трех точек определяют непосредственно вблизи нагруженного колеса, перемещаемого с заданной скоростью, а кривизну, изгибающий момент и напряжения от изгиба рельса, относительную жесткость и модуль упругости подрельсового основания определяют по соответствующим соотношениям.

Недостатком вышеизложенного способа является низкая точность, обусловленная отсутствием учета динамического взаимодействия пути и подвижного состава (вагона).

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ измерения путеизмерительным вагоном жесткости рельсового пути [4], заключающийся в том, что при прохождении фиксированных точек каждой колесной парой путеизмерительного вагона измеряют поперечный уровень рельсовой колеи, одновременно измеряют силы, действующие на буксы соответствующей колесной пары, полученные результаты подставляют в систему уравнений взаимодействия путеизмерительного вагона и рельсового пути при измерении поперечного уровня под каждой колесной парой и определяют среднюю жесткость рельсовой колеи в указанной фиксированной точке и отклонение жесткости каждой из рельсовых нитей от среднего значения жесткости колеи в этой же точке.

Все приведенные способы не могут измерять боковую жесткость рельсовых нитей.

Задачей изобретения является разработка способа измерения путеизмерительным вагоном боковой жесткости рельсовых нитей.

Для решения поставленной задачи в способе измерения путеизмерительным вагоном боковых жесткостей рельсовых нитей при прохождении каждой фиксированной точки рельсового пути всеми колесными парами путеизмерительного вагона измеряют рамные силы и боковые (горизонтальные) неровности рельсовых нитей при помощи бесхордовых способов измерения. На основе полученной информации составляют шесть независимых уравнений вида (1). Из шести уравнений выбирают систему, состоящую из двух уравнений, причем так, чтобы система была неоднородной и определенной. Значения боковых жесткостей рельсовых нитей находят по формуле Крамера.

Обоснование предложенного способа заключается в следующем.

Динамическое взаимодействие рельсового пути и путеизмерительного вагона является сложным многофакторным процессом, в ходе которого происходят следующие динамические деформации: боковой изгиб, кручение, крип, а также отжатие головки и подошвы рельса. Будем считать, что превалирующей деформацией является боковой изгиб, а остальные вносят лишь методическую погрешность. Тогда все боковые (горизонтальные) неровности рельсовых нитей можно представить в виде χ_б=χ_бг+χ_бд, где χ_бг - геометрическая неровность рельсовой нити; χ_бд - динамическая составляющая неровности рельсовой нити.

Равнодействующая всех боковых сил, воспринимаемых колесами одной колесной пары, называют рамной силой [5]. Рамная сила динамического взаимодействия на прямых участках пути в основном определяется извилистым движением, а также боковыми и вертикальными неровностями рельсовых нитей и т.д. При движении на кривых участках определяющими становятся центробежные и центростремительные силы. Если нет касания ребордами колесной пары выкружек рельсовых нитей, то рамная сила равна сумме сил бокового трения по контактным площадкам на поверхности катания рельсовых нитей, причем деформации нитей будут в одном направлении (направлении рамной силы), одной наружу, а второй вовнутрь рельсовой колеи. При этом боковая жесткость колеи равна сумме поперечных жесткостей рельсовых нитей.

После касания ребордой колеса выкружки одной из рельсовых нитей поперечное проскальзывание уменьшается до нуля, при этом рамная сила уравновешивается реакцией упругого взаимодействия только с одной рельсовой нитью и боковая жесткость колеи равна поперечной жесткости контактирующей нити.

Измеренные величины боковых неровностей рельсовых нитей при прохождении k-той фиксированной точки пути можно представить в виде

Выбор фиксированных точек осуществляется с помощью датчика пройденного пути, шаг которого выбирают кратным расстояниям между колесными парами путеизмерительного вагона. Равенство сил при динамическом взаимодействии рельсового пути и путеизмерительного вагона можно выразить через деформации и жесткости в виде

С_лбк · χ_лдki + с_{пбк ·} χ_пдki = F_pki (2)

Так как любая разность соответствующих измерений неровностей не содержит геометрической компоненты, запишем (2) в приращениях (при i≠j)

С_лбк · χ_лkij + с_{пбк ·} χ_пkij = F_pkij (3)

По выражению (3) могут быть получены шесть независимых уравнений. Так как рамные силы являются случайными процессами, то из шести уравнений выбирают систему, состоящую из двух уравнений, причем так, чтобы система была неоднородной (ΔF_pkij≠0) и определенной (детерминант D≠0). При этом условии система имеет единственное решение, а значения жесткостей с_лбк и с_пбк получают по формулам Крамера.

Таким образом решена задача измерения боковых жесткостей рельсовых нитей и рельсовой колеи.

Литература

1. Патент №2242391. Способ инерциальных измерений неровностей рельсового пути. A.M.Боронахин, В.И.Гупалов, А.В.Мочалов. Бюл. №35 от 20.12.2004.

2. Патент №2116400. Россия. Способ определения коэффициента относительной жесткости основания железнодорожного пути и рельса и устройство для его реализации/В.П.Григорьев, Г.Н.Дюков, Н.А.Князев, Л.Е.Шейнман (Россия). - Заяв. №96101917/28. Опубл. 27.07.98.

3. Патент №208423. Россия. Способ определения кривизны рельса под нагруженным колесом, изгибающего момента, напряжений от изгиба рельса, относительной жесткости и модуля упругости подрельсового основания/А.Д.Конюхов, В.А.Рейхард, А.А.Нефедов, В.Л.Порошин (Россия). - Заяв. №94015384/28. Опубл. 10.04.98.

4. Патент РФ №2240244 "Способ измерения путеизмерительным вагоном жесткости рельсового пути" /Боронахин A.M., Гупалов В.И., Мочалов А.В., Казанцев А.В., Бюл. №32 от 20.11.2004.

5. Вериго М.Ф., Коган А.Я. Взаимодействие пути и подвижного состава /Под ред. М.Ф.Вериго. М.: Транспорт, 1986.

Изобретение относится к способу измерения путеизмерительным вагоном боковых (поперечных) жесткостей рельсовых нитей. Способ измерения путеизмерительным вагоном боковых (поперечных) жесткостей рельсовых нитей заключается в том, что при прохождении каждой фиксированной точки рельсового пути всеми колесными парами путеизмерительного вагона измеряют рамные силы, действующие на каждую из колесных пар. Одновременно измеряют бесхордовыми способами боковые (поперечные) неровности рельсовых нитей, далее на основе полученной информации составляют шесть независимых уравнений вида с_лбк·Δχ_лkij+с_пбк-Δχ_пkij=ΔF_pkij, где i, j=1, 2, 3, 4 - колесные пары; i≠j; c_лбк и c_пбк - боковые жесткости левой и правой рельсовых нитей в k-той фиксированной точке рельсового пути; Δχ_лkij=χ_лki-χ_лkj и Δχ_пkij=χ_пki-χ_пkj, где χ_лki и χ_пki - неровности левой и правой рельсовых нитей, измеренные при прохождении k-той фиксированной точки i-той колесной парой; ΔF_pkij=F_pki-F_pkj, где F_pki - рамная сила, действующая на i-ю колесную пару при прохождении k-той фиксированной точки пути. Затем из шести уравнений выбирают систему, состоящую из двух уравнений, причем так, чтобы система была неоднородной (ΔF_pkij≠0) и определенной (детерминант D≠0), a значения жесткостей с_лбк и с_пбк получают по формуле Крамера. В результате появилась возможность измерять боковую жесткость рельсовых нитей путеизмерительным вагоном. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ измерения путеизмерительным вагоном боковых (поперечных) жесткостей рельсовых нитей, заключающийся в том, что при прохождении каждой фиксированной точки рельсового пути всеми колесными парами путеизмерительного вагона измеряют рамные силы, действующие на каждую из колесных пар, одновременно измеряют бесхордовыми способами боковые (поперечные) неровности рельсовых нитей, далее на основе полученной информации составляют шесть независимых уравнений вида

где i, j=1, 2, 3, 4 - колесные пары;

i≠j; с_лбк и с_пбк - боковые жесткости левой и правой рельсовых нитей в k-й фиксированной точке рельсового пути;

Δχ_лkij=χ_лki-χ_лkj и Δχ_пkij=χ_пki-χ_пkj, где χ_лki и χ_пki - неровности левой и правой рельсовых нитей, измеренные при прохождении k-й фиксированной точки i-й колесной парой;

ΔF_pkij=F_pki-F_pkj, где F_pki- рамная сила, действующая на i-ю колесную пару при прохождении k-й фиксированной точки пути,

затем из шести уравнений выбирают систему, состоящую из двух уравнений, причем так, чтобы система была неоднородной (ΔF_pkij≠0) и определенной (детерминант D≠0), а значения жесткостей с_лбк и с_пбк получают по формуле Крамера.