Устройство регистрации отклонения троса-хорды путевой машины Российский патент 2024 года по МПК B61K9/08 E01B35/08 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и предназначено для контроля и оценки состояния железнодорожного полотна посредством определения параметров геометрии рельсошпальной решетки и их отличий от проектных параметров, а именно к контрольно-измерительным приборам для проверки состояния железнодорожного полотна.

В настоящее время на путевых выправочно-подбивочно-рихтовочных машинах широко используется известный из уровня науки и техники метод измерения положения пути по трем точкам, предполагающий наличие в общем случае следующих элементов [см. Путевые машины: Учебник для вузов железнодорожного транспорта / М.В. Попович, В.М. Бугаенко, Б.Г. Волковойнов и др. Под ред. М.В. Поповича, В.М. Бугаенко. - Москва: Желдориздат, 2007, 756 с.]:

- переднюю концевую точку натяжения троса-хорды;

- заднюю концевую точку натяжения троса-хорды;

- точку измерения стрелы изгиба троса-хорды, размещенную на измерительной тележке путевой машины и оснащенную датчиком стрелы изгиба троса-хорды путевой машины;

- контроллер измерительной системы путевой машины.

Так, известен способ и устройство для сканирования положения пути [патент на изобретение RU 2293154 C1, E01B 27/06^(2006.01), E01B 27/11^(2006.01), E01B 35/12^(2006.01), B61K 9/08^(2006.01), опубл. 10.02.2007]. Путевая измерительная система данного устройства для сканирования положения пути реализует метод измерения положения пути по трем точкам и состоит из измерителя пути, первой измерительной хорды и последующей за ней второй измерительной хорды. Каждая измерительная хорда имеет переднюю концевую точку и заднюю концевую точку. Посередине между концевыми точками измерительных хорд расположены первый и второй датчики высоты стрелки.

Также известен способ для корректировки положения рельсового пути [патент на изобретение RU 2187593 C2, E01B 35/00^(2000.01), опубл. 20.08.2002]. Используемая при этом шпалоподбивочная машина реализует метод измерения положения пути по трем точкам и включает машинную базовую систему, связанную непосредственно с машинной рамой, для регистрации стрелы прогиба или ошибок в уровне пути и его поперечном смещении. Базовая система имеет измерительные оси, которые разнесены между собой в продольном направлении машины, могут катиться по рельсовому пути и служат для копирования положения пути, а также направляющую и нивелирную хорды.

Общим недостатком данных способов и устройств является то, что они не обеспечивают измерение радиуса кривизны пути в зоне выправки по причине отсутствия дополнительной точки измерения в зоне, где ось пути в процессе выправки не смещается.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство регистрации отклонения троса-хорды путевой машины EK-1.1/5LV2-02, входящее в состав нивелировочной системы путевой выправочно-подбивочно-рихтовочной машины Duomatic 09-32 CSM (производитель - Plasser & Theurer, Австрийская Республика).

Известное устройство регистрации отклонения троса-хорды путевой машины реализует метод измерения положения пути по трем точкам и содержит источник электропитания, последовательно соединенные модуль оптоэлектронной развязки измерительного канала, модуль формирования сигнала с измерительной тележки путевой машины, включающий усилитель сигнала и оконный дискриминатор, модуль усилителя-сумматора измерительного канала. Входы питания усилителя сигнала, оконного дискриминатора и модуля усилителя-сумматора измерительного канала связаны с выходами питания источника электропитания.

Недостатком данного устройства регистрации отклонения троса-хорды путевой также является то, что оно не обеспечивает измерение радиуса кривизны пути в зоне выправки по причине отсутствия дополнительной точки измерения в зоне, где ось пути в процессе выправки не смещается.

Техническим результатом заявленного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства регистрации отклонения троса-хорды путевой машины, за счет реализации метода измерения положения рельсошпальной решетки в плане по четырем точкам путем введения дополнительных компонентов формирования и обработки сигналов от датчика отклонения троса-хорды контрольной тележки путевой машины, что способствует повышению сглаживающих свойств выправочной системы путевой машины.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве регистрации отклонения троса-хорды путевой машины, включающем источник электропитания, последовательно соединенные модуль оптоэлектронной развязки измерительного канала, модуль формирования сигнала с измерительной тележки, содержащий усилитель сигнала A и оконный дискриминатор A, модуль усилителя-сумматора измерительного канала, при этом выходы питания источника электропитания связаны с входами питания усилителя сигнала A, оконного дискриминатора A и модуля усилителя-сумматора измерительного канала новым является то, что дополнительно содержит релейный модуль коммутации, последовательно соединенные модуль оптоэлектронной развязки контрольного канала, модуль формирования сигнала с контрольной тележки, содержащий усилитель сигнала B и оконный дискриминатор B, модуль усилителя-сумматора контрольного канала, при этом выходы модуля усилителя-сумматора измерительного канала и модуля усилителя-сумматора контрольного канала соединены с соответствующими входами релейного модуля коммутации, выходы питания источника электропитания связаны с входами питания усилителя сигнала B, оконного дискриминатора B и модуля усилителя-сумматора контрольного канала.

Сущность предлагаемого технического решения показана на структурной схеме заявляемого устройства регистрации отклонения троса-хорды путевой машины, представленной на фиг. 1.

Предлагаемое устройство регистрации отклонения троса-хорды путевой машины включает в себя модуль оптоэлектронной развязки измерительного канала (1), модуль оптоэлектронной развязки контрольного канала (2), модуль формирования сигнала с измерительной тележки (3), включающий усилитель сигнала A (5) и оконный дискриминатор A (6), модуль формирования сигнала с контрольной тележки (4), включающий усилитель сигнала B (8) и оконный дискриминатор B (9), модуль усилителя-сумматора измерительного канала (7), модуль усилителя-сумматора контрольного канала (10), релейный модуль коммутации (11) и источник электропитания (12).

Метод измерения положения рельсошпальной решетки (16) в плане по четырем точкам, обеспечиваемый предлагаемым устройством регистрации отклонения троса-хорды путевой машины, предполагает наличие следующих ключевых точек:

- передняя (I) и задняя (IV) концевые точки натяжения троса-хорды (17), размещенные на передней и задней концевых тележках путевой машины соответственно;

- точка измерения стрелы изгиба троса-хорды (II), размещенная на измерительной тележке путевой машины и оснащенная потенциометрическим датчиком стрелы изгиба троса-хорды измерительной тележки (13) путевой машины;

- контрольная точка (III), в которой через стрелу изгиба троса-хорды производится измерение радиуса кривизны (R) рельсошпальной решетки (16), размещенная на контрольной тележке путевой машины и оснащенная потенциометрическим датчиком стрелы изгиба троса-хорды контрольной тележки (14) путевой машины.

Контроллер измерительной системы (15) путевой машины, потенциометрический датчик стрелы изгиба троса-хорды измерительной тележки (13) путевой машины и потенциометрический датчик стрелы изгиба троса-хорды контрольной тележки (14) путевой машины не входят в состав заявляемого устройства регистрации отклонения троса-хорды путевой машины и показаны на фиг. 1 с целью пояснения сущности предлагаемого технического решения.

Выход модуля оптоэлектронной развязки измерительного канала (1) соединен с входом усилителя сигнала A (5), выход которого соединен с входом оконного дискриминатора A (6). Выходы «Верхняя граница диапазона» (выход 1) и «Нижняя граница диапазона» (выход 2) регистрации изменения контролируемого сигнала оконного дискриминатора A (6) связаны с соответствующими входами модуля усилителя-сумматора измерительного канала (7). Управляющие входы «A₁» (диапазон изменения контролируемого сигнала) и «B₁» (центр диапазона изменения контролируемого сигнала) оконного дискриминатора A (6) связаны с соответствующими выходами «A₁» и «B₁» контроллера измерительной системы (15) путевой машины. Выход модуля усилителя-сумматора измерительного канала (7) связан с первым входом релейного модуля коммутации (11).

Выход модуля оптоэлектронной развязки контрольного канала (2) соединен с входом усилителя сигнала B (8), выход которого соединен с входом оконного дискриминатора B (9). Выходы «Верхняя граница диапазона» (выход 1) и «Нижняя граница диапазона» (выход 2) регистрации изменения контролируемого сигнала оконного дискриминатора B (9) связаны с соответствующими входами модуля усилителя-сумматора контрольного канала (10). Управляющие входы «A₂» (диапазон изменения контролируемого сигнала) и «B₂» (центр диапазона изменения контролируемого сигнала) оконного дискриминатора B (9) связаны с соответствующими выходами контроллера измерительной системы (15) путевой машины. Выход модуля усилителя-сумматора контрольного канала (10) связан со вторым входом релейного модуля коммутации (11).

Третий вход «Селектор сигнала» и выход «Вывод сигнала» релейного модуля коммутации (11) связаны с соответствующими выходом и входом контроллера измерительной системы (15) путевой машины.

Вход модуля оптоэлектронной развязки измерительного канала (1) связан с выходом потенциометрического датчика отклонения троса-хорды измерительной тележки (13) путевой машины, вход модуля оптоэлектронной развязки контрольного канала (2) - с выходом потенциометрического датчика отклонения троса-хорды контрольной тележки (14) путевой машины.

Входы питания следующих компонентов заявляемого устройства связаны с выходами питания (+15 В, -15 В) источника электропитания:

• усилитель сигнала A (5) модуля формирования сигнала с измерительной тележки (3) - входы питания +15 В, -15 В;

• оконный дискриминатор A (6) модуля формирования сигнала с измерительной тележки (3) - входы питания +15 В, -15 В;

• усилитель сигнала B (8) модуля формирования сигнала с контрольной тележки (4) - входы питания +15 В, -15 В;

• оконный дискриминатор B (9) модуля формирования сигнала с контрольной тележки (4) - входы питания +15 В, -15 В;

• модуль усилителя-сумматора измерительного канала (7) - входы питания +15 В, -15 В;

• модуль усилителя-сумматора контрольного канала (10) - входы питания +15 В, -15 В.

Предлагаемое устройство регистрации отклонения троса-хорды путевой машины выполнено в форме сменного модуля в соответствии с конструктивом «Евромеханика» и требованиями ГОСТ Р МЭК 60297-3-101-2006.

Реализация компонентов заявляемого устройства выполнена с использованием пассивных электронных компонентов, дискретных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем низкой степени интеграции и соответствует известным из уровня науки и техники принципам построения схем преобразования аналоговых сигналов на операционных усилителях [см. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств / Г.И. Волович. Москва: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005. 528 с.] и построения вторичных источников электропитания [см. Гейтенко Е.Н. Источники вторичного электропитания. Схемотехника и расчет. Учебное пособие / Е.Н. Гейтенко. Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2008, 448 с.].

Модуль оптоэлектронной развязки измерительного канала (1) и модуль оптоэлектронной развязки контрольного канала (2) реализованы в форме схемотехнической комбинации пассивных электронных компонентов, дискретных полупроводниковых приборов и полупроводниковых оптоэлектронных приборов и представляют собой сдвоенный каскад оптической гальванической развязки сигнальных цепей, реализованный с применением транзисторных оптических пар.

Усилитель сигнала A (5) реализован в форме схемотехнической комбинации пассивных электронных компонентов, дискретных полупроводниковых приборов, операционных усилителей в интегральном исполнении и представляет собой два последовательно соединенных инвертирующих усилителя-сумматора с масштабными коэффициентами.

Усилитель сигнала B (8) реализован в форме схемотехнической комбинации пассивных электронных компонентов, дискретных полупроводниковых приборов, операционных усилителей в интегральном исполнении и представляет собой последовательно соединенные неинвертирующий усилитель сигнала (повторитель) и инвертирующий усилитель-сумматор с масштабными коэффициентами.

Оконный дискриминатор A (6) модуля формирования сигнала с измерительной тележки (3) и оконный дискриминатор B (9) модуля формирования сигнала с контрольной тележки (4) реализованы в форме схемотехнической комбинации пассивных электронных компонентов, дискретных полупроводниковых приборов и оконного дискриминатора в интегральном исполнении, обеспечивающего контроль и селекцию контролируемого сигнала для заданного диапазона изменения контролируемого сигнала.

Модуль усилителя-сумматора измерительного канала (7) и модуль усилителя-сумматора контрольного канала (10) реализованы в форме схемотехнической комбинации пассивных электронных компонентов, дискретных полупроводниковых приборов, операционных усилителей в интегральном исполнении и построены по схеме инвертирующего сумматора с масштабными коэффициентами.

Релейный модуль коммутации (11) включает электромагнитные реле коммутации измерительного и контрольного сигналов с передачей заданного сигнала на выход «Вывод сигнала» релейного модуля коммутации (11) и на соответствующий вход контроллера измерительной системы (15) путевой машины.

Источник электропитания (15) реализован в форме двухполярного преобразователя постоянного напряжения 24 В бортовой сети путевой машины в интегральном исполнении со значениями выходных напряжений питания +15 В и -15 В.

Процесс функционирования предлагаемого устройства регистрации отклонения троса-хорды путевой машины рассмотрим на примере задачи выправки с измерением положения рельсошпальной решетки в плане по четырем точкам, обеспечиваемой путевой выправочно-подбивочно-рихтовочной машины Duomatic 09-32 CSM (производитель - Plasser & Theurer, Австрийская Республика, далее - путевая машина).

При этом заявляемое устройство регистрации отклонения троса-хорды путевой машины обеспечивает прием показаний смещения измерительной и контрольной тележек в точке измерения стрелы изгиба троса-хорды (II) и контрольной точке (III) относительно троса-хорды (17), его преобразование в электрический сигнал, имеющий полярность в соответствии с направлением смещения измерительной и контрольной тележек и величину, пропорциональную измеренной стреле изгиба (h_II, h_III) в точках II и III соответственно.

Процесс приема и обработки сигналов, формируемых потенциометрическим датчиком стрелы изгиба троса-хорды измерительной тележки (13) путевой машины и потенциометрическим датчиком стрелы изгиба троса-хорды контрольной тележки (14) путевой машины выполняется параллельно.

Выходные сигналы, формируемые потенциометрическим датчиком стрелы изгиба троса-хорды измерительной тележки (13) путевой машины поступают на вход сдвоенного каскада оптической гальванической развязки модуля оптоэлектронной развязки измерительного канала (1), обеспечивающего передачу сигнала на вход усилителя сигнала A (5) без непосредственного электрического контакта с потенциометрическим датчиком (13).

Далее осуществляется последовательнее преобразование сигналов компонентами модуля формирования сигнала с измерительной тележки (3):

- усилителем сигнала A (5), обеспечивающим формирование на выходе противофазного сигнала, пропорционального сумме входных сигналов с учетом настраиваемых весовых коэффициентов суммирования;

- оконным дискриминатором A (6), обеспечивающим контроль и селекцию сигнала для заданного диапазона изменения контролируемого сигнала, параметры диапазона изменения контролируемого сигнала определены контроллером измерительной системы (15) путевой машины и переданы на управляющие входы «A₁» (диапазон изменения контролируемого сигнала) и «B₁» (центр диапазона изменения контролируемого сигнала) до начала процедуры преобразования входных сигналов оконного дискриминатора A (6).

Условие формирования сигнала на выходах «Верхняя граница диапазона» (выход 1) и «Нижняя граница диапазона» (выход 2) оконного дискриминатора A (6) определяется соотношением входного сигнала оконного дискриминатора и заданным диапазоном изменения контролируемого сигнала:

- «Верхняя граница диапазона» (выход 1) устанавливается в логическую «1» в том случае, если входной сигнал выходит за верхнюю границу диапазона изменения контролируемого сигнала, иначе выход 1 устанавливается в логический «0»;

- «Нижняя граница диапазона» (выход 2) устанавливается в логическую «1» в том случае, если входной сигнал выходит за нижнюю границу диапазона изменения контролируемого сигнала, иначе выход 1 устанавливается в логический «0».

Сигналы с выхода 1 и выхода 2 оконного дискриминатора A (6) передаются на соответствующие входы модуля усилителя-сумматора измерительного канала (7), обеспечивающего формирование на выходе противофазного сигнала, пропорционального сумме входных сигналов с учетом настраиваемых весовых коэффициентов суммирования. Полученный сигнал передается на первый вход релейного модуля коммутации (11).

Входные сигналы, формируемые потенциометрическим датчиком стрелы изгиба троса-хорды контрольной тележки (14) путевой машины поступают на вход сдвоенного каскада оптической гальванической развязки модуля оптоэлектронной развязки контрольного канала (2), обеспечивающего передачу сигнала на вход усилителя сигнала B (8) без непосредственного электрического контакта с потенциометрическим датчиком (14).

Далее осуществляется последовательнее преобразование сигналов компонентами модуля формирования сигнала с контрольной тележки (4):

- усилителем сигнала B (8), обеспечивающим буферизацию входных сигналов и формирование на выходе противофазного сигнала, пропорционального сумме входных сигналов с учетом настраиваемых весовых коэффициентов суммирования;

- оконным дискриминатором B (9), обеспечивающим контроль и селекцию сигнала для заданного диапазона изменения контролируемого сигнала, при этом параметры диапазона изменения контролируемого сигнала определены контроллером измерительной системы (15) путевой машины и переданы на управляющие входы «A₂» (диапазон изменения контролируемого сигнала) и «B₂» (центр диапазона изменения контролируемого сигнала) оконного дискриминатора B (9) до начала процедуры преобразования входных сигналов.

Условие формирования сигнала на выходах «Верхняя граница диапазона» (выход 1) и «Нижняя граница диапазона» (выход 2) оконного дискриминатора B (9) определяется соотношением входного сигнала оконного дискриминатора и заданным диапазоном изменения контролируемого сигнала:

- «Верхняя граница диапазона» (выход 1) устанавливается в логическую «1» в том случае, если входной сигнал выходит за верхнюю границу диапазона изменения контролируемого сигнала, иначе выход 1 устанавливается в логический «0»;

- «Нижняя граница диапазона» (выход 2) устанавливается в логическую «1» в том случае, если входной сигнал выходит за нижнюю границу диапазона изменения контролируемого сигнала, иначе выход 1 устанавливается в логический «0».

Сигналы с выхода 1 и выхода 2 оконного дискриминатора B (9) передаются на соответствующие входы модуля усилителя-сумматора контрольного канала (10), обеспечивающего формирование на выходе противофазного сигнала, пропорционального сумме входных сигналов с учетом настраиваемых весовых коэффициентов суммирования. Полученный сигнал передается на второй вход релейного модуля коммутации (11).

Релейный модуль коммутации (11) обеспечивает передачу сигнала, сформированного модулем усилителя-сумматора измерительного канала (7) или модулем усилителя-сумматора контрольного канала (10) на выход «Вывод сигнала», связанный с соответствующим входом контроллера измерительной системы (15) путевой машины. При этом режим коммутации релейного модуля коммутации (11) определяется информационным сигналом, полученным от контроллера измерительной системы (15) путевой машины на третий вход «Селектор сигнала» релейного модуля коммутации (11). Далее на основе полученного от релейного модуля коммутации информационного сигнала, контроллером измерительной системы (15) путевой машины формируется сигнал управления подъемно-рихтующим устройством путевой машины, которое производит необходимые перемещения рельсошпальной решетки.

Таким образом, предлагаемое устройство регистрации отклонения троса-хорды путевой машины обеспечивает измерение радиуса кривизны пути в зоне выправки за счет введения дополнительных компонентов формирования и обработки сигналов от датчика отклонения троса-хорды контрольной тележки путевой машины, что способствует повышению сглаживающих свойств выправочной системы путевой машины и повышению эффективности использования путевых выправочно-подбивочно-рихтовочных машин в целом.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и предназначено для контроля и оценки состояния железнодорожного полотна посредством определения параметров геометрии рельсошпальной решетки и их отличий от проектных параметров, а именно к контрольно-измерительным приборам для проверки состояния железнодорожного полотна. Устройство регистрации отклонения троса-хорды путевой машины включает в себя модуль оптоэлектронной развязки измерительного канала, модуль оптоэлектронной развязки контрольного канала, модуль формирования сигнала с измерительной тележки, включающий усилитель сигнала A и оконный дискриминатор A, модуль формирования сигнала с контрольной тележки, включающий усилитель сигнала B и оконный дискриминатор B, модуль усилителя-сумматора измерительного канала, модуль усилителя-сумматора контрольного канала, релейный модуль коммутации и источник электропитания. Технический результат: расширение функциональных возможностей устройства регистрации отклонения троса-хорды путевой машины. 1 ил.

Устройство регистрации отклонения троса-хорды путевой машины, включающее источник электропитания, последовательно соединенные модуль оптоэлектронной развязки измерительного канала, модуль формирования сигнала с измерительной тележки, содержащий усилитель сигнала A и оконный дискриминатор A, модуль усилителя-сумматора измерительного канала, при этом выходы питания источника электропитания связаны с входами питания усилителя сигнала A, оконного дискриминатора A и модуля усилителя-сумматора измерительного канала, отличающееся тем, что дополнительно содержит релейный модуль коммутации, последовательно соединенные модуль оптоэлектронной развязки контрольного канала, модуль формирования сигнала с контрольной тележки, содержащий усилитель сигнала B и оконный дискриминатор B, модуль усилителя-сумматора контрольного канала, при этом выходы модуля усилителя-сумматора измерительного канала и модуля усилителя-сумматора контрольного канала соединены с соответствующими входами релейного модуля коммутации, выходы питания источника электропитания связаны с входами питания усилителя сигнала B, оконного дискриминатора B и модуля усилителя-сумматора контрольного канала.