УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ НЕРОВНОСТЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА12 Советский патент 1973 года по МПК B61K9/12 

Изобретение относится к системам автоматического контроля геометрических неровностей на поверхностях катания колесных пар железнодорожного подвижного состава в процессе движения.

Известны устройства для контроля геометрических неровностей на поверхностях катания колесных пар, содержащие коьгтрольный участок пути, равный или несколько больший длины окружности колеса, который разделен точечными путевыми датчиками счета осей на три активные зоны; виброизмерительные преобразователи, подключенные через избирательные усилители, амнлитудные дискриминаторы и переключающие устройства к двоичным ячейкам памяти, выполненным на потенциальных триггерах с раздельными входами; путевые датчики, образующие зоны контроля колес, подключены попарно через триггеры исключения помех к двоичным счетчикам распределителей, а выходы триггеров исключения и счетчиков подключены через диодные дешифраторы к ключевым схемам М коммутаторов записи контрольной информации, поступающей с амплитудных дискриминаторов, причем последний путевой датчик подключен к распределителю и ключам коммутатора считывания, выходы которых через схемы «ИЛИ подключены к шине счета осей и через элементы задержки к выходам возврата триггеров памяти; выходы одноименных ячеек памяти каждой зоны через схемы «ИЛИ соединены с первыми входами схем «И опроса памяти, вторые входы которых соединены с выходами ключей коммутатора считывания, а выходы схем И опроса памяти подключены через схему «ИЛИ к шине регистрации дефектных колесных пар.

Недостатком известных устройств контроля является низкая надежность действия при различных скоростях движения поезда.

Цель изобретения - повышение надежности действия и точности измерения при различных скоростях движения поезда. Это достигается тем, что устройство снабжено схемой определения критических скоростей движения поезда, при которых возникают максимальные инерционные перегрузки рельса,

выполненной на двух селекторах длительностей импульсов, вырабатываемых формирующими триггерами путевых датчиков счета осей, преобразователями длительностей имнульсов на выходе селекторов, выполненные

на генераторах линейно нарастающего положительного - для первого скоростного диапазона и отрицательного для третьего и четвертого скоростных диапазонов - напряжений, аналоговыми конденсаторными ячейками памяти с ключевыми схемами записи

и считывания информации и сумматором для алтебраического сложения максимальных амплитуд напряжений разряда конденсаторов ячеек памяти с постоянным напряжением, равным порогу сра-батываиия нуль-органа (конпаратора) при движении поезда -во втором окороопном диа1па зо1не (25- 60 /еж/час), в котором инерционные перегрузки рельса Практически постоянны и не зависят от скорости, выход суммато-ра подключен ко второму входу нуль-органа для задания сигнала сравнения (уставки) в функция скорости движения лоезда.

На фиг. 1 приведена принципиальная функци0.нальная предлагаемого усТ|рОЙства; ;на фиг. 2 - усредненные кривые зависимости амплитуд сигналов на выходе избирательного усилителя, пропорциональных импульсным ускорениям рельса, от скорости движения поезда, а также пороговая кривая нуль-органа, реализуемая с помощью блока коррекций, введенного в устройство; на фиг. 3 - эпюры напряжений (временные диаграммы), характеризующие особенности ра1боты тстройства п,ри движении поезда в первом и третьем скоростных диаиазонах.

Устройство (см. фиг. 1) содержит контрольный участок пути, образованный точечными путевыми датчиками / счета осей, размещенными попарно, в котором на каждом из рельсо;В, напротив друг друга смонтированы пьезоэлектрические акселерометры 2 - датчики импульсных (ударных) ускорений. Расстояние между путевыми датчиками в парах равно 550-700 мм, а расстояние между парами равно или несколько больще длины окружности колеса максимального диаметра (1050 мм). При этом расстояние между датчиками ,и /3 окааывается заведомо больше, чем .максимально возможное расстояние ..между осями в тележках единиц подвижного состава, но меныще, чем мини.мальное расстояние хмежду тележжами одной единицы подвижного состава (меньще базы двухосного вагона). Поэтому при движении поезда контрольный участок пути с пьезоакселерометрами всегда освобождается под подвижной единицей - когда последняя колесная пара первой тележки минует датчиж /з, а первая колесная пара второй тележки находится еще на некотором расстоянии от датчика /(. Раздельным подсчетом числа осей тележек, прощедших над первой и второй парами путевых датчиков, и сравнением чисел (импульсов), полученных при проходе первой и второй тележек, удается точно регистрировать моменты прохода тележек над первым и третьим путевыми датчиками независиамо от числа осей в тележке и межосевых расстояний. Эти функции выполняет блок регистрации прохода вагонов, подключенный к триггерам 3 формирования счетных сигналов, вырабатываемых путевыми датчиками /. Отметчик вагонов выполнен по известной схеме на трех двоичных реверсивных сче.тчиках 4, триггеры которых подключены к логическим схемам «И-НЕ 5i-58 фиксации их исходного состояния, управляю.щими триггерами реверса и ключами 6. Выходы счетчиков в.месте с выходом формирующего тритгера 5 подключены к распеределителю 7 коммутатора из.мерительного канала, переключающего с помощью ключа 8 выход иабирательного усилителя 9 пьезоакселерометров 2 на аналоговые ячейки па1мяти Юз, fO для запоминания максимальных амплитуд сигналов информации от колесных пар первой и второй тележек вагона (локомотива).

Выходы ячеек памяти через логическую

схему .«ИЛИ } под1ключены к од1но.м)у из входов реверсивного порогового устройства, в качестве которого применен нуль-орган 12, построенный на блокинг-генераторе.

Сигнал сравнения, определяющий порог

срабатываиия нуль-органа 12, автоматически устанавливается блоком коррекции 13 в зависимости от фактической скорости движения поезда. Блок коррекции порога срабатывания содержит два селектора импульсов 14, выполненных на одновнбраторах 15, логических схемах «НЕ 16, «И /7, «И-НЕ 5, два функциональных преобразователя длительностей импульсов селекторов в пропорциональные амплитуды напряжений, вьтолненные на генераторах линейно нарастающего положительного 18 и отрицательного IS напряжений; две аналоговые ячейки памяти Юу и с клЮ|Чевыми схемами записи и считывания информации и сумматор 19 на три входа, подключевный выходом ко второму входу нуль-органа 12.

Селекторы импульсов подключены к выходам формирующего триггера 5; первой пары путевых датчиков. Нулевой выход этого

триггера подключен к перво.му входу и через одновибрато.р ISj, логическую схему «НЕ 16 ко второму входу логической схемы «И 17 селектора импульсов .максимальной длительности, а через одновибратор 152 - ко второму входу схемы «И-НЕ 5 селектора импульсов минимальной длительности, первый вход которой соединен с един ийным выходам формирующего триггера 3i. Временные пороги селекторов определяются постоянными разряда времязадающих цепей одноввбраторов 15. Селектор импульсов максимальной длительности выделяет только те импульсы формирующего триггера 3i, длительность т(У) которых больще некоторой минимальной длительности мин 80 мсек, соответствующей верхней границе первого скоростного диапазона S м/сек или 28,8 км/ч, т. е. (У) const. При движении поезда со скоростью, меньшей 8 м/сек, на выходе схемы сравнения

«И 17 образуются импульсы постоянного тока, длительность которых соответствует формуле Тзмакс (F)(V).

Это значит, что только в период времени

3 макс на входах схемы «И 17 имеет место

совпадение сигналов I. При увеличении скорости движения поезда от I до 8 м1сек длительность импульса, запускающего генератор /8 линейно нарастающего положительного напряжения, уменьшается с 0,57 сек до нуля, что соответствует изменению амплитуд напряжений на выходе генератора с 12 е до )1уля.

Селектор импульсов минимальной длительности, собра.нный на однови браторе 15 и схеме сравнения «И-НЕ 5/ выделяет только импульсы с триггера 5i, меньшие некоторой максимальной длительности макс 40 .и/се/с, соответствующей нижней границе третьего скоростного диапазона (16 м/сек или 57,6 км/час), т. е. )Гмакс если скорость движения поезда соответствует третьему диапазону, то длительность импульсов на выходе схемы «И-НЕ 54, запускающих генератор /§2 линейно нарастающего отрицательного напряжения, определяется формулой

т:зми1 ( Vj - (У)При увеличении скорости поезда от 16 до 30 м/сек длительность запускающих импульсов уве 1ичивается от О до 18,5 м/сек, а амплитуда напряжения на выходе генератора от О до 12 8.

Генераторы линейно нарастающего напряжения 18 представляют собой ждущие генераторы пилообразного напряжения с положительной обратной связью и малым временем восстановления. Длительность развертки (прямого хода) генераторов прямо пропорциональна длительностям запускающих импульсов, форМируемых селекторами. Крутизна выходной характеристики (темп нарастания напряжения-п мв/мсек) (TJ) генератора /5, линейно нарастающего положительного напряжения на порядок меньше крутизны генератора /(§2 линейно нарастающего отрицательного напряжения: я+ (30-40) мв/мсек, п- (300-400) мв/мсек. Крутизна выходной характеристики генератора определяется постоянной времени зарядной цепи и устанавливается подбором величин емкостей конденсаторов или сопротивлений резисторов.

Конструктивно генераторы /5 и iSg выполнены по одной и той же схеме с той лишь разницей, что в генераторе 18i для получения линейно нарастающего положительного напряжения применены транзисторы п-р-п типа. Ячейки памяти 10 представляют собой аналоговые запоминающие устройства, выполненные на .конденсаторах и диодах, с встроенными полупроводниковыми ключам-и записи и считывания информации. При опросе ячеек на их выходах образуются и.мпульсные сигналы, полярность которых обратна полярности сигналов на входе ячеек. Сумматор 19 представляет собой схему алгебраического сложения напряжений, выполненную на резисторах. При движении поезда со скоростью, меньшей граничной скорости первого диапазона, в момент опроса ячейки памяти 10 на выходесумматора 19 образуется сигнал сравнения, задающий порог срабатывания нуль-органа 12. При малых скоростях движения поезда (V м/сек) натряжение на выходе генератора I8i линейно нарастающего положительного напряжения равно или несколько меньще положительного напряжения .источника питания. Поэтому и порог срабатывания нуль-органа остается постоянным.

образом, при изменении скорости поезда от О до 120 км/час блок автоматической коррекции порога сра.батывания формирует напряжение сигнала сравнения, повторяющее усредненную кривую зависи.мости

ускорений рельса от скорости. Пра.ктически реализуемая пороговая кривая представлена на фиг. 2.

При проходе гребней колесных пар первой тележки локомотива или вагона над путевыми .датчиками li и Iz на выходе последни.х кратковременно меняется потенциал с 1 до 0. Укороченные дифференцирующей цепочкой эти полож.ительные импульсы вызывают опро.. .кидывание и возврат в исходное состояние

триггера 3i, формирующего один счетный импульс постоянного тока на каждую колесную пару. Дл.ительность этих импульсов обратно пропорциональна скорости (V) движения поезда. Аналогично работает формирующий

триггер 32, импульсы на выходе которого

с

сдввнуты на время /- , где Si-a - расстояние .между первым и третьим путевыми датчика ми (см. эпюры напряжений на выходе этих элементов на фиг. 3). Счетные импульсы с триггера 3i поступают через ключевую схему 5 на входы сло-жения первого и второго двоичных реверсивных счетчкков осей отметчика вагонов, на вход запуска триггера исключения распределителя 7 коммутатора измерительного канала, на вход одновибратора 15 и схемы сравнения «И 17 селектора

импульсов макси.мальной длительности. При этом счетчике 4 и 42 запоминают количество осей в первой тележке вагона, распределитель 7, воздействуя на ключ 8, подготавливает цепь для заряда конденсаторов памяти lOi первой тележки напряжение сигналов с избирательного усилителя 9 пьезоакселерометров 2, а одновибратор /5i формирует отрицательный импульс постоянного тока стандартной длительности, равной временному порогу, соответствующе1му верхней границе первого скоростного д.иа.пазона. Логическая схема «И 17 сравнивает длительности отрицательных импульсов, поступающих с триггера 3i, и полол ительных импульсов с логической слемы «НЕ 16 одновибратора 15i. Разностный импульс этого селектора запускает генератор /5 линейно .изменяющегося положительного напряжения, амплитуда импульсов на выходе которого обратно пропорциональна скорости движения поезда. 7 Максимальная амплитуда этих пилообразных л.мпульсов запоминается на конденсаторах ячейки памяти 10. При проходе колес -первой тележки вагона над датчиками 1з и Ц, счетные импульсы с5 формирующего TipHrrepa 3 через .ключ 6 поступают на вход вычитания второго 4- и на вход сложения третьего 4 двоичных счетчиКОВ. Как только последняя колесная пара первой тележки минует датчик /з, счетчик 2Ю вернется в исходное состояние, а счетчики и 3 зафиксируют в двоичном коде количество осей первой тележки. При этом включается логическая схема «И-НЕ Bz второго счетчика, сигналы которой, воздействуя на ключи15 6, закрывают входы сложения и открывают входы вычитания счетчиков 4 и Одновременно с этим сигнал «О со схемы «И-НЕ 52 поступает на распределитель 7 и транзисторную задержку 20i. В результате этого снача-20 л а закрывается вход ключа 8, а затем с нежоторой выдержкой времени элемент транзисторной задержки 20 посылает импульс опроса ячеек памяти 10 первой тележки и селектора импульсов максимальной длитель-25 кости. На фи1г. 3 рассмотрена работа функциональных и логических элементов устройства при наличии в первой тележке вагона остродефектной колесной пары. При опросе ячеек памяти на их выходах появляются ко-зо роткие прямоугольные импульсы с экспоненциально убывающим срезом, полярность которых обрдтна полярности импульсов заряда конденсаторов. Поэтаму на выходе ячейки паМ.ят1и 10 об-35 разуется отрицательный импульс напряжения, который уменьшает положительное напряжение Уср поступающее на третий вход сумматора 19, на необходимую величину. Сформированные таким образом положительные на-40 пряжения сигналов информации и сравнения (уставки) поступают на соответствующие входы нуль-органа. Если напряжение сигнала информации больще напряжения сигнала сравнения, то запускается «блокинг-генбратор45 нуль-органа. В результате этого его формирователь-одновнбратор 15 через ключевую схему «И-НЕ 55 посылает сигнал запуска триггера 3з двоичной памяти. При проходе колесных пар второй тележки50 над датчиками li и Iz выход избирательного усилителя 9 подключается к ячейке 10, а счетные импульсы с Tpnirrepa 5 поступают через ключ 6 на вход вычитания первого двоичного счетчика 4. Блок коррекции поро-55 га срабатывания ра1ботает так же, как при проходе колесных пар первой тележки. Счетчик 1 возвратится в исходное состояние, когда последняя колесная пара вагона пройдет над датчиком 1. Сигнал «О, образующийся60 (при этом на выходе схе.мы «И-НЕ 5i, закроет вход вычитания и откроет вход сложения этого счетчика, подготавливая его к подсчету числа осей первой тележки следующего вагока. При проходе последней колесной пары65 8 первого вагона над датчиками УЗ и /4 в исходное состояние возвратится и счетчи-к 4. Сигналом «О, образующимся на выходе схемы «И-НЕ 5з, за.кроется вход вычитания и откроется вход сложения этого счет.чика. Одновременно закроется вход переключающей схемы 8 измерительного канала. Через некоторсе время ti, определяемое пара.метрами транзисторной задержки 2(92. производится опрос ячеек памяти 10, второй тележки и ячейки 10 селектора первого скоростного диапазона. Так как в приведенном на фиг. 3 примере амплитуда сигнала информации меньше напряжения сигнала сравнения, образующегося на выходе су-мматора 19, то пр.и выходе .вагона из зоны контроля сигнал тревоги появится только на выходе схемы «И-НЕ 5т. Сигнал отсчета вагона формируется схемой «И-НЕ 5 с некоторой задержкой во времени, определяемой параметрами схемы транзисторной задержки 2(з, которая возвращает триггер 3з двоичной памяти в исходное состояние. Аналогично работает устройство при движении по контрольному участку пути других вагонов поезда. Если скорость поезда соответствует второму диапазону (8-16 м1сек), то на схемах «И 17 и «И-НЕ 5 совпадения сигналов нет и генераторы 18 не запус1каются. Для этого диапазона скоростей порог срабатыва.ния определяется только положительным напряжением VJp на втором входе сумматора. Если скорость поезда превышает нижнюю границу (16 ж/се/с) третьего диапазона, то в работу вступает селектор импульсов минимальной длительности (см. фиг. 1), собранный на одновибраторе 15 и схеме «И-НЕ 5, генератор 18 линейно нарастающего отрицательного напряжения и ячейки памяти 10. Сигнал сравнения для нуль-органа 12 образуется сложением постоянного положительного напряжения Уср и положительного напряжения разряда конденсатора ячейки памяти 10. Иредмет изобретения Устройство для автоматического контроля геометрических неровностей колесных пар подвижного состава, содержащее размещенные на контрольном участке пути датчики прохода колес, на выходе которых подключены формирующие триггеры, виброизмерительные преобразователи (пьезоакселерометры), подключенные к избирательному усилителю, блок автоматического управления и регистрации прохода вагонов, выполненный на реверсивных счетчиках осей с логическиими схемами «И-.НЕ регистрации их исходного состояняя, коммутатор, -переключающий выход избирательного усилителя на ячейки памяти дефектных тележек, компаратор, соединенный первым входом с выходами ячеек памяти избирательного усилителя, блок записи и воспроизведения, блок коррекции сигнала уставки (порога срабатывания, компаратора), сумматор .которого соединен со вторым входом компаратора, ириемо-передающую аппаратуру, регистратор и источНИ1к питания, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства в широком диапазоне скоростей движения подвижного состава и упрощения, оно снабжено преобразователями длительности имоульсов, ячейками

10

памяти и селекторами длительности счетных имэтульсов, входы которых подключены ,к выходам формирующих триггеров, а выходы соединены со входами преобразователей длительности импульсов, которые своими выходами подключены к одним из входов ячеек памяти, выходы и другие входы которых соединены соответственно со входами сумматора и выходами схемы записи и воспроиз-ведения.

Выход 6

Фиг. 7