СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛЕС РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2009 года по МПК B61K9/12 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для автоматического измерения диаметра поверхности катания колесных пар рельсовых транспортных средств в движении. Известен универсальный прибор для измерения диаметра колесных пар по кругу катания, состоящий из жесткой дугообразной рамы, неподвижного и подвижного измерительных наконечников, а также способ измерения диаметра колесных пар указанным прибором, заключающийся в непосредственной установке универсального прибора на диаметральное сечение поверхности катания колеса (Технологический процесс и организация ремонта колесных пар в вагоноколесных мастерских и вагонных депо. Москва, Транспорт, 1977, с.25).

Недостатками данного способа являются: невозможность измерения диаметра без выкатки колесной пары из-под транспортного средства и невозможность осуществления процесса измерения при движении транспортного средства.

Известно устройство - автоматическая установка для измерения линейных размеров колесных пар (Описание изобретения по а.с. СССР №756195 «Автоматическая установка для измерения линейных размеров колесных пар», опубл. 20.08.80), содержащее базирующий рельс, по которому во время измерений перекатывается контролируемое колесо, измерительную систему, состоящую из осветительного узла, выполненного в виде коллиматора и щелевой диафрагмы, фотоприемника и регистрирующего устройства. Оптическая ось измерительной системы ориентирована параллельно измерительному рельсу, который имеет измерительный горизонтальный участок, смещенный относительно концевых участков в направлении оптической оси измерительной системы.

Указанное устройство реализует способ измерения диаметра, основанный на перекрытии щелевого светового пучка контурами измеряемых поверхностей. При этом величина фототока фотоприемника изменяется пропорционально величине падающего на него светового потока.

Недостатком данного устройства является наличие смещения горизонтального среднего участка измерительного рельса, что не позволяет вести измерения в эксплуатационных условиях и без выкатки колесной пары из-под подвижного состава.

Известно устройство для измерения износа гребня поверхности катания колесных пар, содержащее базирующий рельс для прокатывания колеса, измерительную систему, состоящую из излучателя, направленного на гребень колеса, и фотоприемника, включающего чувствительный элемент и ориентированного по направлению излучения, отраженного от гребня колеса, и связанный с измерительной системой регистрирующий блок, отличающееся тем, что фотоприемник дополнительно содержит объектив и второй чувствительный элемент, а в базирующем рельсе выполнен поперечный паз, в котором установлены излучатель и фотоприемник. (Патент РБ BY 1847, опубл. 30.12.1997).

Однако данная система не позволяет осуществить измерение диаметра поверхности катания колеса, так как степень износа гребня относительно рельса не характеризует диаметр поверхности катания колеса.

Наиболее близкими к заявляемому техническому решению по функциональному назначению, способу действия и конструкции являются способ и устройство для измерения диаметра катящихся колесных пар, реализуемые блоком измерения диаметра колесных пар установки "Инспектомат-510", разработанной фирмой "Хегеншайдт" (Обзорная информация ЦНИИ ТЭИ МПС РФ, Серия "Вагоны и вагонное хозяйство. Ремонт вагонов", выпуск 2, М.; 1995 г., с.6.)

В указанной установке диаметр измеряется способом, заключающимся в прокатывании колеса по базирующему рельсу, освещении поверхности катания колеса системой лазерных излучателей и измерении интервалов времени между моментами, в которые поверхность катания колеса находится в точках пересечения оптических осей лазерных излучателей и оптических приемников, и определении расчетным путем по измеренным интервалам времени и геометрической схеме оптической измерительной системы размеров колеса. Блок измерения диаметров указанной установки включает в себя базирующий рельс, установленные на определенном расстоянии от рельса и между собой излучатели на основе лазерных диодов и устройства для приема светового излучения. Оптические оси излучателей и устройств для приема светового излучения ориентированы под определенным углом к базирующему рельсу и пересекаются на определенной высоте от поверхности катания рельса. Каждый из трех параллельных пучков лазерного света находится на строго определенном расстоянии от соседнего пучка. Каждому лучу соответствует оптическое приемное устройство, которое собирает отраженный от поверхности колеса свет и воспроизводит его с помощью детектора. Устройство-прототип также включает в себя блок обработки информации, защитный корпус, климатическую установку. Для повышения точности измерения производятся три раза, соответственно наличию трех лазерных пар. Окончательный результат определяется расчетным путем по формуле на основе полученных данных измерений.

Недостатком данного способа и устройства являются ограниченные условия применения - малая скорость движения колесных пар, на которой могут производиться измерения 7…10 км/ч, а также сложность обслуживания, связанная с поддержанием работоспособности лазерных осветителей. Необходимость применения лазерных осветителей в способе-прототипе обусловлена требованиями создания достаточной освещенности для регистрации рассеянного отражения от поверхности катания в точке пересечения оптических осей осветителя и приемника.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения автоматизированного измерения параметров колес, а также упрощение конструкции устройства.

Технический результат достигается способом, заключающимся в прокатывании колеса по базирующему рельсу и измерении интервалов времени, за которые колесо проходит отрезки пути между контрольными точками оптической измерительной системы, и определении по геометрической схеме оптической измерительной системы расчетным путем размеров колеса, отличающимся тем, что измеряют время Т между моментами начала перекрытия колесом каждого из двух оптических каналов, расположенных на определенном расстоянии между собой вдоль рельсовой колеи и на одинаковой высоте от рельса, и по этому времени определяют скорость движения колеса, одновременно измеряют продолжительность П перекрытия колесом оптических каналов, по которому определяют длину хорды колеса, для одного и того же колеса определение длины хорды выполняют в двух параллельных горизонтальных плоскостях, удаленных между собой на определенное расстояние Н, получают значения длин хорд а₂ и а₁ и по расчетным формулам определяют значение диаметра поверхности катания колеса Dк и высоты гребня колеса с по отношению к поверхности катания.

Способ реализуют посредством устройства, состоящего из базирующего рельса, установленных на определенных расстояниях от базирующего рельса и между собой оптических пар из излучателей и приемников, блока обработки информации, отличающегося тем, что оптические пары расположены в двух параллельных горизонтальных плоскостях выше поверхности катания рельса и удаленных между собой на определенное расстояние, в оптических парах излучатели и приемники встречно ориентированы по общей оптической оси, перпендикулярной к плоскости колеса, и расположены по разные его стороны. Кроме того, оптические пары сгруппированы по две в конструктивные блоки, обеспечивающие постоянство расстояния от поверхности катания рельса до осей оптических каналов и между осями оптических каналов в конструктивном блоке. Количество конструктивных блоков должно быть не менее двух, и в каждом конструктивном блоке должно быть не менее двух оптических каналов.

Применение указанных измерительных операций вместе с конструктивными элементами устройства и использованием в качестве информативного поля направленного оптического сигнала вместо рассеянного отраженного значительно повышает быстродействие системы и расширяет область ее применения.

На чертеже представлена расчетная схема реализации способа и элементы устройства.

Устройство содержит базирующий рельс 1, конструктивные блоки 2 и 3, удаленные один от другого вдоль рельса на определенное расстояние L, измеряемое колесо 4, оптические пары 5, состоящие каждая из излучателя и приемника, встречно ориентированных на общей оптической оси, перпендикулярной к плоскости измеряемого колеса и расположенных по разные его стороны. Оптические пары расположены в двух горизонтальных плоскостях, удаленных между собой на расстояние Н. Выходы приемников соединены с соответствующими входами блока обработки информации. Нижняя горизонтальная плоскость, в которой расположены оптические пары, удалена от поверхности катания рельса на расстояние b, и от крайней точки гребня колеса на расстояние h. Расстояние от крайней точки гребня колеса до поверхности катания рельса обозначено как с, оно соответствует также высоте гребня колеса.

Зависимость

будет использоваться для определения высоты гребня и диаметра поверхности катания колеса D_к. Радиус максимального диаметра гребня измеряемого колеса R=D/2.

Работает устройство следующим образом. При движении колеса 4 по базирующему рельсу 1 оно последовательно перекрывает оптические каналы в конструктивных блоках 2 и 3. Измеряют время Т между моментами начала перекрытия колесом двух оптических каналов, расположенных в одной плоскости на расстоянии L один от другого. Время Т регистрируется блоком обработки информации и по формуле

автоматически определяется скорость V движения колеса. Одновременно измеряют продолжительность П₁ и П₂ перекрытия колесом оптических каналов конструктивного блока 2, расположенных в нижней и верхней горизонтальных плоскостях, удаленных между собой на расстояние Н.

По продолжительностям П₁ и П₂ по формулам

блоком обработки информации определяются длины хорд одного и того же колеса в двух параллельных плоскостях, удаленных между собой на расстояние Н. По расчетным формулам

блок обработки информации автоматически вычисляет значения h и D.

Из размерной зависимости (1) по формуле с=h-b определяют высоту с гребня над поверхностью катания колеса.

Диаметр поверхности катания D_к определяется по зависимости

Устройство для реализации способа выполнено следующим образом. В качестве базирующего рельса взят стандартный рельс типа Р65 по ГОСТ 8161-63 с износом 3 мм, уложенный на железобетонных шпалах. На расстоянии 600 мм (по осям оптических каналов) один от другого установлены два конструктивных блока, каждый из которых оснащен двумя оптическими парами, расположенными в одной вертикальной плоскости. Верхние и нижние оптические пары обоих конструктивных блоков расположены в общих горизонтальных плоскостях, удаленных одна от другой на расстояние 20 мм и от поверхности катания рельса на 0,5 мм. Выходы приемников оптических пар соединены с входом блока обработки информации, который размещен на расстоянии 3 м от приемников. Блок обработки информации включает в себя удаленный на 50 м компьютер, который производит окончательную обработку и сохранение информации.

Способ реализован следующим образом. Для проверки достоверности способа использована колесная пара типа РУ 1-950 по ГОСТ 4835-87. Диаметр контролируемого колеса по поверхности катания составлял 950 мм, высота гребня над поверхностью катания составляла 28 мм.

При движении колеса 4 по базирующему рельсу 1 оно последовательно перекрывало оптические каналы в конструктивных блоках 2 и 3. Измерялось время Т между моментами начала перекрытия колесом двух оптических каналов, расположенных в верхней плоскости на расстоянии 600 мм один от другого. Дискретность измерения времени составляла 10 мкс. Скорость движения колеса изменялась от 1 м/с до 5 м/с. Итоговая информация в виде протокола измерений выводилась на компьютер блока обработки информации 7. Отклонения от значений диаметра и высоты гребня, измеренных в неподвижных условиях типовыми приборами для линейных изменений, не превышали 0,5 мм.

Колесо (4) прокатывают по базирующему рельсу (1) и измеряют время между моментами начала перекрытия колесом каждого из двух оптических каналов, расположенных на определенном расстоянии между собой вдоль рельсовой колеи и на одинаковой высоте от рельса. По измеренному времени определяют скорость движения колеса, одновременно измеряют продолжительность перекрытия колесом оптических каналов, по которому определяют длину хорды колеса. Для одного и того же колеса определение длины хорды выполняют в двух параллельных плоскостях, удаленных между собой на определенное расстояние. Получают значение двух длин хорд и по расчетным формулам определяют значения диаметра поверхности катания колеса и высоты гребня колеса по отношению к поверхности катания. Устройство содержит сгруппированные в блоки (2, 3) оптические пары (5), расположенные в двух параллельных плоскостях выше поверхности катания рельса и удаленных между собой. В оптических парах излучатели и приемники встречно ориентированы по общей оптической оси. Упрощается конструкция устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения колес рельсового транспорта, заключающийся в прокатывании колеса по базирующему рельсу и измерении интервалов времени, за которые колесо проходит отрезки пути между контрольными точками оптической измерительной системы и определении по геометрической схеме оптической измерительной системы расчетным путем размеров колеса, отличающийся тем, что измеряют время между моментами начала перекрытия колесом каждого из двух оптических каналов, расположенных на определенном расстоянии между собой вдоль рельсовой колеи и на одинаковой высоте от рельса, и по этому времени определяют скорость движения колеса, одновременно измеряют продолжительность перекрытия колесом оптических каналов, по которому определяют длину хорды колеса, причем для одного и того же колеса определение длины хорды выполняют в двух параллельных плоскостях, удаленных между собой на определенное расстояние, получают значение двух длин хорд и по расчетным формулам определяют значения диаметра поверхности катания колеса и высоты гребня колеса по отношению к поверхности катания.

2. Устройство для измерения колес рельсового транспорта, состоящее из базирующего рельса, установленных на определенных расстояниях от базирующего рельса и между собой оптических пар из излучателей и приемников, блока обработки информации, отличающееся тем, что оптические пары расположены в двух параллельных плоскостях выше поверхности катания рельса и удаленных между собой на определенное расстояние, в оптических парах излучатели и приемники встречно ориентированы по общей оптической оси, перпендикулярной к плоскости измеряемого колеса, проходящего отрезок пути между оптическими парами, расположенными вдоль рельсовой колеи, последовательно их перекрывая, причем оптические пары сгруппированы в конструктивные блоки, обеспечивающие постоянство расстояния от поверхности катания рельса до осей оптических каналов и между осями оптических каналов в конструктивном блоке.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что количество конструктивных блоков должно быть не менее двух, и в каждом конструктивном блоке должно быть не менее двух оптических каналов.