Устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия между колесом и рельсом Советский патент 1987 года по МПК G01L1/22 G01L5/16 

16 электронных ключей вертикальной силы, блок 17 электронных ключей боковой силы и блоки 18-20 определения направления действия боковой силы. Введение новых элементов и образова1

Изобретение относится к приборо- строению, в частности к измерительным устройствам для измерения и регистрации сил взаимодействия колеса с рельсом.

Цель изобретения - повышение оперативности измерений и сохранение безопасности движения, а также расширение функциональных возможностей путем проведения спектральног о ана- лиза.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для измерения вертикальных и горизонтальных сил взаимодей- ствия между колесом и рельсом; на фиг. 2 - расположение тензорезисто- роБ схем для измерения вертикальн х и горизонтальных сил; на фиг . 3 и 4 - соединение тензорезисторов в схемы соответственно для измерения вертикальных и горизонтальных сил.; на фиг. 5 и 6 - сигналы схем измерения соответственно.вертикальных и горизонтальных сил; на фиг . 7 - гра фики сигналов вертикальных сил и производимые над ними предлаг аемым устройством операции: а,б,в - сиг - налы вертикальных сил измерительных схем 1,3 и 5 соответственно: г,д,е - информативные значения сиг - налов вертикальных сил;ж - сигнал вертикальных сил на выходе измерителного устройства; з, и - сигналы синхронизирующего и тактового генерато ров соответственно; на фиг,. 8 - графики сигналов горизонтальных сил и производимые над ними устройством операции: а, б, в - сиг налы горизонтальных сил измерительных схем 2,4 к 6 соответственно; г,д,е - информативные значения сиг напов горизонтальных сил; ж - сиг нал горизонтальных сил на выходе измерит.ельного

устройства 3, и - сигналы синхрони

ние новых связей между элементами устройства позволяют расширить функциональные возможности устройства путем проведения спектральнот о анализа. 1 з.п. ф-лы. 8 ил.

5

tO

(5 20 3545

зирующего и тактовог о г енераторов соответственно.

Устройство содержит типовую железнодорожную колесную пару с размещенными на ней полумостовыми схемами 1-6, тензометрические усилители 7-12, синхронизирующий 13 и тактовый 14 генераторы, блок 15 управления, блок 16 электронных ключей вертикальной силы, блок 17 электронных ключей боковой силы, блоки 18-20 определения направления дей-. ствия боковой силы.

Каждая из измерительных схем 1-6 состоит из четырех тензорезисторов, размещенных на концах двух взаимно перпендикулярньсх диаметров и включенных в полумостовую схему. Схемы 3 и 4 размещены на диаметрах повернутых на 30 относительно диаметров, на которых размещены первая и вторая полумостовые схемы. Схемы 5 и 6 размещены на диаметрах, повернутых на 60 относительно диаметров, на которых размещены первая и вторая полумостовые схемы. Схемы 1, 3 и 5 размещены на внутренней стороне диска колеса на окружности, радиус которой составляет 0,6-0,7 радиуса диска колеса, и служат для измерения вертикаль 1ой силы. Схемы 2,4 и 6 размещены на наружной стороне диска колеса на окружности, радиус которой состар ляет 0,6-0,7 радиуса диска колеса, и служат для из- боковой силы.

Синхронизирующий генератор вьтол- нен в виде 12-зубрй шестерни, размещенной на оси колесной пары,взаимодействующей с концевым выключателем, размещенным на буксе колесной пары. Радиусы зубьев шестерни совпадают по направлению с радиусами диска колеса, на которых размещены тен- зорезисторы. Синхронизирующий гене

J1

ратор вырабатывает импульсы, синхронизированные с информативными значениями сигналов измерительных схем (вертикальных и боковых сил).

Тактовый генератор выполнен в ни- дё диска с выступом, размещенным на оси колесной пары, взаимодействующего с концевым выключателем, размещенным на буксе колесной пары. Радиус выступа диска тактового генерато- ра совпадает по направлению с радиусом на котором размещен первый тен- зорезистор первой полумостовой схемы. Тактовый 1 енератор вьфабатывает импульсы, синхронизированные с инфор мативным значением сигнала, вырабатываемого первым тензорезистором первой полумостовой схемы.

Устройство работает следующим образом.

При качении колеса по рельсу сигналы со схем 1,3 и 5 измерения вертикальных сил, подключенных к входам тензометрических усилителей 7-9, поступают на входы блока 16 электронных ключей вертикальной силы. При повороте измерительных диаметров схем перпендикулярно к рельсу с генератора 13 на вход блока 15 управления поступают синхронизиру ющие импульсы, которые управляют его работой.По мере поступления синхронизирующих импульсов блок 15 осуществляет последовательное подключение информативных значений сигна- лов вертикалbHbfx сил с измерительных схем через блок 16 на регисири- рующий канал.

Включение измерительной системы производится синхронизирующим импульсом с генератора 14, когда тензоре- зистор R, находится в нижнем положении на радиусе, перпендикулярном релСУ- .

Сигналы со схем 2,4 и 6 измерения

боковых сил подключенных к входам тензометрических усилителей 10-12, поступают на первые входы блоков определения направления действия бо- ковой силы 18-20, На вторые входы блоков 18-20 поступают сигналы со схем измерения вертикальных сил.Блоки 18-20 работают на совпадение фаз входных сигналов. При отрицательной полярности сигнала вертикальной силы, сигнал боковой силы поступает на вход блока 17 инвертированным, в остальных случаях - без изменения по5

24

5 О -5

0

5

Q 5

0 5

124

лярности. Блок 15 осуществляет последовательное подключение информативных разнополярных значений боковой силы (в зависимости от направления действия боковой силы) с измерительных схем через блок 17 на регистрирующий канал.

Указанный способ размещения и включения тензорезисторов на диске колеса и порядок их включения в измерительные схемы позволяет при измерении вертик:альных сил исключить влияние горизонтальной силы, действующей на колесо, и, наоборот, при измерении горизонтальных сил исключить влияние вертикальной силы и измерять сами силы при углах поворота колеса 30(п-1) ,30(п-1)+ +90°, ЗОСп-О + Тво и 30(п-1)+270 (где п 1,2,3 - число измерительных схем) с наименьшими погрешностями. Ординаты сил, измеренные при указанных углах поворота колеса,являются информативными (правильными).

Введение дополнительных тензорезисторов Ry,R,R-f и Rg в первую и вторую полумостовые схемы позволяет в два раза уменьшить интервал между последовательными измерениями вертикальных и горизонтальных сил.

Введение полумостовых схем 3 и

5для измерения вертикальной силы и подключение их через тензометри- ческие усилители к первому блоку электронньгх ключей позволяет за один оборот колеса получать двенадцать информативных значений вертикальной силы и регистрировать их последовательно на один регистрирующий канал.

I

Введение полумостовых схем 4 и

6для измерения горизонтальной силы

и подключение их через тензометричес- кие усилители и блоки определения направления действия боковой силы по второму блоку электронньгх ключей, позволяет получать за один оборот колеса двенадцать информативных значений горизонтальной силы, автоматически определять направление ее действия и регистрировать эти значения последовательно на один регистрирующий канал.

Радиусы окружностей, на которых расположены тензорезисторы измерительных схем, равные 0,6-0,7 радиуса диска колеса, подобраны экспериментально .

51

Изобретение приближает точечный метод измерений к непрерывному методу, что приводит к повышению достоверности информации при сохранении точности в условиях наличия случайной помехи, расширению частотного диапазона измеряемых сил, делает возможным проведение спектрального анализа сил взаимодействия колеса с рельсом, позволяет автоматизировать обработку экспериментальных данных, повьшает оперативность измерений. Формула изобретени

1. Устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия между колесом и рельсом, содержащее железнодорожную колесную пару, первый и второй тензорезисторы размещены на внутренней стороне диска колеса на одном диаметре по разные стороны от оси и включены в первую полумостовую схему, третий и четвертый тензорезисторы размещены на наружной стороне диска KOj ieca на том же диаметре по разные стороны от оси и включены во вторую полумостовую схему, и первый и второй усилители, соединенные с первой и второй полумостовыми схемами соответственно, отличающее ся тем что, с целью повышения оперативности измерений и сохранения безопасности движения, в нег о введены пятый, шестой, седьмой и восьмой тензорезисторы, при этом пятый и шестой тензорезисторы размещены на внутренней стороне диска на одном диаметре,перпендикулярном диаметру, на котором размещены первый и второй тензорезисторы, первый, второй, пятый и шестой тензорезисторы размещены на окружности, радиус которой составляет 0,6-0,7 радиуса диска колеса, седьмой и восьмой тензорезисторы размещены на наружной стороне диска колеса на одном диаметре,перпендикулярном диаметру, на котором размещены третий и четвертый тензорезисторы, третий, четвертый, седьмой и восьмой тензорезисторы размещены на окружности, радиус которой составляет 0,6-0,8 радиуса диска колеса, пятый и шестой тензорезисторы включены в первую полумостовую схему последовательно с первым и вторым тензоре- зисторами соответственно, а седьмой и восьмой тензорезисторы включены

26

во вторую полумостовую схему последовательно с третьим и четвертым тензорезисторами cootBeTCTBeHHO. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что, с целью расширения функ1щональных возможностей путем проведения спектрального анализа, в нег о введены третья, четвертая, пятая и шестая полумостовые схемы, тактовый и синхронизирующий генераторы, блок управления,

первый и второй блоки электронньрс ключей, каждый из которых снабжен

тремя входами и одним выходом, первый,второй и третий блоки определения направления действия боковой силы,третья и четвертая полумостовые схемы размещены на диаметрах, повернутых на 30 относительно диаметров, на которых

размещены первая и вторая полумостовые схемы, а пятая и шестая полумостовые схемы размещены на диаметрах, повернутых на 60 относительно тех же диаметров, синхронизирующий генератор выполнен в виде двенадцатизу- бой шестерни, размещенной на оси колесной пары и взаимодействуюп1ей с концевым выключателем, размещенным на буксе колесной пары, тактовый

г енератор выполнен в виде диска с выступом, размещенным на оси колесной пары и взаимодействуюЕ1его с концевым выключателем, размещенным на оси колесной пары, причем радиусы зубьев шестерни совпадают по направлению с радиусами диска колеса, на которых размещены тензорезисторы, а радиус выступа диска совпадает по направле1шю с радиусом, на котором

размещен первый тензорезистор первой полумостовой схемы, первая,третья и пятая полумостовые схемы соединены через усилители с первым, вторым и третьим входами первого блока электронных ключей и с первыми входами первого, второго и третьего блоков определения направления действия боковой силы, вторая, четвертая и шестая полумостовые схемы соединены через усилители с вторыми входами пер- Boi o, второго и третьет о блоков определения направления действия боковой силы соответственно, выходы блоков определения направления действия

боковой силы соединены с первым, вторым и третьим входами второг о блока электронных ключей, выход:.ы С1 нхрони- зирующего и тактового генераторов соединены с входом блока управления.

выходы которого соединены с четверты- действия боковой силы вьшолнен в ви- ми входами блоков электронных ключей, а де компаратора фаз сигналов усилите- каждый блок определения направления лей.

1312412

8 .

;(/fJ;

«z(«i,;

)

Rj(«;;

«б(«в/

270

) я

«6(«eV

Фиг. 2

Ry КБ

7

5 R l/ 2

RS RB

R R3 Hi/

Фиг.З

.

0 50

Ш 27

V-V

050 780 27(Г

Nm гкг/ /

А/г.

Фиг.6

а

4- - 11 12 1 2 3 Ч 5 1 8 3 10 ly 12 1

Z W 11 12/ / 2 3 5 5 5 Ю 11 li

б

t . .) XL. -+-

KJ 2 3 5 6 7 Х.

1 П О ( ПП

Q 11 П I 2 :S 5 6 1 в 3 Ю П 12 1

. а

1Г/Г 12 Г 5

р-1L+J1

II|- Л ,.- I I -I I . 5 55789

П , П , П

7 8 9 lb ii f2 У

n

I lM-l1Ю 11 12 1 Z 3 5 6 7 8 9 Ю )J J2 7

1ПпППпППпППпОПп

)

3

Ю 11 12 1 2 3 Ц 56 Т 8 9 W 11 12 1

тшттттж

W 11 12 1 2 7 8 9 Ю 71 12 1

4- - ly 12

1

/i

X

XL. -+-

7 Х.

U

-I I . 89

П

8 9 lb ii f2 У

n

lM-l18 9 Ю )J J2 7

)

и

П

Фиг. 7

tt / f 2 f 5

5 8

/ 2 J / 5 . 8 9 10 / 12.. 2 3 / 7 JJ

.j 1 i Il-- III - -I- .II -Л L

72 7 2 5 5 5

|7| (У 5 )

-IMJ

;2 j

- -I- .II -Л L

|7| (У 5 )

-IMJ

;2 j

I I i| I I it I I . j. I I ill t t 12 1 2 5 б 7 lil 5 io 1 12 1

f1 n

+: 1Иг

Ж

3

w

1 ; 2 1 5 ff 7 Ijl 7 ;/ Ijl ;

пППпППрИПпППп

12 1 9 10 ir 12 J

ПППППППППППППП

ц 1UjjLf

MЦn 1 2 3 5 6 7 8 3 IQ 11 12 1

I . I .1II,I1III I J I

-l-l11(,1H

2 7 2 5 5 6 7 5 g 70 7/ /2 ;

.8

Составитель В.Годзиковский Редактор А.Сабо Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Заказ 1962/39Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужг ород, ул. Проектная, 4

+: 1Иг

ff 7 Ijl

MЦ,I1

,1H

Изобретение относится к приборостроению. Цель изобретения - повышение оперативности измерений и- сохранение безопасности движения..- Устройство содержит типовую железнодорожную колесную пару с размещенными на ней полумостовыми схемами 1-6, тензометрические усилители 7-12, синхронизирующий 13 и тактовый 14 генераторы, блок 15 управления, блок