Устройство для измерения вертикальных неровностей железнодорожного пути Советский патент 1985 года по МПК E01B35/06 

СО

со со ю 4

1. ЗТТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ НЕРОВНОСТЕЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ,-содержащее акселерометр j усилитель, интеграторы и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено тремя блоками подавления помех;, а акселерометр установлен на буксе колесной пары. при этом вход первого блока подавления помех подключен к выходу усилителя, а его выход - к входу первого интегратора, вход второго блока подавления помех подключен к выходу первого интегратора, а его выход к входу второго интегратора, вход третьего блока подавления помех подключен к вьпсоду второго интегратора, а его выход - к входу блока регистрации. 2. Устройство по п. 1, о т л и- . чающееся тем, что блок подавления помех содержит два включенных параллельно фильтра с разнеi сенными частотами среза, инвертор, последовательно соединенные с одним фильтром, и сумматор, одпн вход ко-торого подкхпочен к выходу инвертора, с: а другой - к выходу другого фильтра.

Фиг.1

Изобретение относится к устройствам для определений положения железнодорожного пути, в частности к устройствам для измерения его вертикальных неровностей .

Известно устройство для измерения вертикальных неровностей железнодорожного пути, содержащее акселерометр, усилитель, интеграторы и блок регистрации

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения вертикальных неровностей железнодорожного пути.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что устройство для измерения вертикальных неровностей железнодорожного пути, содержащее акселерометр, усилитель, интеграторы и блок регистрации, снабжено тремя блоками подавления помех, а акселерометр установлен на буксе колесной пары, при этом вход первого блока подавления помех подключен к выходу усилителя, а его выход - к входу первого интегратора, вход второго блока подавления помех подключен к выходу первого интегратора, а его выход к входу второго интегратора, вход третьего блока подавления помех подключен к выходу второго интегратора, а его выход - к входу блока регистрации.

Блок подавления помех содержит два включеннь х параллельно фильтра с разнесенными частотами среза, инвертор, последовательно соединенный с одним фильтром, и сумматор, один вход которого подключен к выходу инвертора, а другой - к выходу другого фильтра,

На фиг. 1 изображена блок- схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема блока подавления помех; на фиг. 3 частотная характеристика этого блока.

Устройство для измерения вертикальных неровностей железнодорожного пути состоит из соединенных последовательно вертикального акселерометра 1, установленного на буксе, усилителя 2, первого блока 3 подавления помех, первого интегратора 4, второго блока 5 подавления помех, второго интегратора 6, третьего блока 7 подавления помех и блока 8 регистрации.

Блок подавления помех состоит из включенных параллельно фильтров 9 и 10 с частицами среза соответственно f,

и fср2 3 также включенного

cpi

последовательно с фильтром 9 инвертора 11 и су1-1матора 12; подключенного к выходам инвертора 11.

Устройство работает следующим образом.

При движении колеса по вертикальным неровностям пути вызываемою ими ускорения непосредственно передаются на буксу и воспринимаются акселерометром 1. Измеряемые неровности пути определяются путем двойного интегрирования показаний акселерометра от полезного сигнала. Кроме полезного игнала на акселерометр действуют ысокочастотные вибрации буксы от даров на стыках и от местньж дефеков рельсов, являющиеся помехой,

С выхода усилителя 2 сигнал аксееррметра 1 поступает на первый лок 3 подавления помех, в котором yTeivi активной электронной компенсации подавляется низкочастотная помеха (от ухода нулевых линий, возвышения рельсов в кривых и уклоне;; продольного профиля) и высокоастотная помеха от вибраций, а поезный сигнал от неровностей в полосе частот от fj до f, проходит на вход первого интегратора 4, в котором этот сигнал интегрируется. С аиода первого интегратора сигнал поступает на вход второго блока 5 поавления помех, в котором отфильтровывается постоянная интегрирования, затем на вход второго интегратора 6, после интегрирования в нем. на вход третьего блока 7 подавления помех, в котором вновь отфильтровывается постоянная интегрирования, затем на вход блока 8 регистрации, в котором сигнал записывается или подвергается обработке на ЭВМ, например, для определения спектральной плотности неровностей.

В результате последовательного включения трех блоков подавления помех общая крутизна частотной характеристики этой цепочки приближается к идеальной и благодаря этому осуществляется практически полное подавление всех помех, выходяпщх за пределы частотного диапазона f| - fg полезного сигнала, а поскольку между буксой и точкой колеса с рельсом нет пружин и люфтов, за

исключением пренебрежимо малого зазора в подшипнике, вся конструкция экипажа вниз от буксы практически жесткая, Поэтому траектория буксы в вертикальной плоскости повторяет траекторию точки контакта, т.е. неровность. Следовательно, задача измерения неровностей сводится к измерению траектории движения буксы в вертикальной плоскости.

Наиболее часто встречающаяся неровность на пути с длиной рельсового звена 12,5 м имеет вид полуволны синусоиды с максимумом в середине звена и минимумами по его концам. При скорости движения, например, А6 км/ч, частота неровности составляет примерно Гц. При амплитуде (в середине звена) У(,,10 мм получаем: амплитуда ускорения (максимум показания акселерометра) Уа (217)2 У 160 см/с. Задавая параметры вибрации, которая имеет место в кузове Гц, У(, 1. мм, получаем 900 см/с2.

Следовательно, даже в кузове сигнал, помехи от вибрации в 5-6 раз больше полезного сигнала от неровности. На буксе частоты и амплитуды вибрации намного больше, чем в кузове. Поэтому высокочастотные помехи необходимо подавить.

При движении по уклону продольного профиля или же в кривой с возвышением наружного рельса в сигнале акселерометра появляется квазистатическая составляющая., которая при интегрировании 13 первом интеграторе вызывает его заи1каливание, т.е. поте1310 работоспособности всего устройства. После интегрирования в первом интеграторе появляется постоянная иптегрированкя, которая вызовет зашкаливание второго интегратора - потерю работоспособности устройства. Постоянная интегрирования появляется и на выходе второго интегратора.

Низкочастотные помехи в сигнале акселерометра и постоянные составляющие на выходе интеграторов необходимо подавить. В блок-схеме устройсте на (фиг. 1) блоки подавления помех выполняют следующие функции: блок 3 подавляет низкочастотную помеху, вызываемую отклонениями оси чувствительности акселерометра от вертикали, и высокочастотную помеху от вибраций; блоки 5 и 7 подавляют постоянную интегрирования и усиливают действие блока 3. Последовательное включение трех блоков подавления помех позволяет получить крутые спады частотной характеристики на фиг. 3, т.е. практически П-образную характеристику.

При соединении инвертора блока

0 подавления помех с фильтром 9 и соединении второго входа сумматора с выходом фильтра 10 сигналы низкочастотной помехи в полосе частот от О до f проходят через оба фильтра

5 и благодаря инвертированию в инверторе 11 поступают на входы сумматора 12 в противофазе, где взаимно уничтожаются. Полезный сигнал от неровностей пути в полосе частот от f

Q ДО fg ббз каких-либо искажений проходит только через фильтр 10. Высокочастотные помехи, имеющие частоту вьше fcp2 срезаются этим фильтром. На выход сумматора, являющийся выходом блока, проходит только полезный сигнал.

Устройство для измерения вертикальных неровностей железнодорожного пути обеспечивает повьтение точности измерений и упрощение устройства. Вместо двух приборов - акселерометра и прогибомера, в нем используется один - акселерометр. Отпадают погрешности от суммирования показаний двух приборов, имею11 их фазовый сдвиг, и погрешности от угловых колебаний кузова.

Амплитуда

fcpt fn

Фаг.З

Фаг. 2

Частота

fS fcp2