УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ НА ГРЕБНЕ КОЛЕСА РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
DEVICE TO MEASURE COEFFICIENT OF FRICTION ON RAILWAY WHEEL FLANGE

Изобретение относится к вспомогательному железнодорожному оборудованию, а именно к устройствам для определения коэффициента трения на гребне колеса.
Известно устройство для измерения коэффициента трения колеса рельсового транспортного средства, содержащее механизм вертикального нагружения с тензодатчиками, закрепленный одним концом на раме рельсового транспортного средства, а на другом установлена П-образная рамка с роликом, контактирующим с поверхностью колеса и жестко установленным на оси с возможностью вращения в ветвях П-образной рамки, рычаг и упругую пластину с тензодатчиками. При этом в устройство введены датчик оборотов, который установлен на оси, закрепленной в ветвях П-образной рамки, фрикционная муфта, состоящая из электромагнитной катушки и диска, который установлен на оси с возможностью одновременного вращения с нею и фрикционно взаимодействует с электромагнитной катушкой муфты, которая, в свою очередь, взаимодействует через рычаг с тензодатчиками упругой пластины. В точке контакта измерительного ролика возникает сила трения, пропорциональная коэффициенту трения колеса рельсового транспортного средства и зависящая от силы, прижимающей измерительный ролик к колесу (патент RU 2173647, МПК В61К 13/00, G01M 17/08, G01M 17/10, опубл. 20.09.2001 г.).
Недостатком данного устройства является невозможность получения достоверного значения коэффициента трения колеса при движении рельсового транспортного средства. Это связано с тем, что при движении из-за работы упругих ступеней подвешивания происходят взаимные перемещения рамы и колеса рельсового транспортного средства, а механизм нагружения измерительного ролика устройства, установленный одним концом на раме рельсового транспортного средства и имеющий на другом конце измерительный ролик, не обеспечивает постоянство местоположения и условия контактирования измерительного ролика по ширине бандажа колеса.
Известно устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом, содержащее рельсовую тележку, состоящую из рамы, двух опорных колес, предназначенных для передвижения по рельсу, на котором производятся измерения, стабилизирующих тележку в горизонтальной и вертикальной плоскостях направляющих роликов, опираемых на противоположный рельс, на которой смонтирована измерительная система с тензометрическим элементом и блоком преобразования электрических сигналов, соединенным проводами с тензометрическим элементом, измерительная система снабжена регулируемым нагружателем, имитирующим давление колеса транспортного средства на рельс. Нагружатель выполнен из полой гильзы, на одном из концов которой закреплен подвижно индентор, выполненный в форме шарика, а с другой ее стороны установлена резьбовая крышка, между которыми внутри гильзы помещена тарированная пружина для прижатия к рельсу индентора. С индентором связан шток, проходящий внутри гильзы через резьбовую крышку, и механизм подвода регулируемого нагружателя к рельсу. Регулируемый нагружатель установлен на раме шарнирно через ось фланца крепления к ней для изменения положения относительно оси фланца крепления с рамой для установки точно в требуемой зоне головки рельса и соединен тягой с тензометрическим элементом. Механизм подвода регулируемого нагружателя к рельсу выполнен в виде отжимного рычага с тросом, который соединен со штоком регулируемого нагружателя (патент RU 2220410, МПК В61К 13/00, G01M 17/08, опубл. 27.12.2003 г.).
Недостатком данного устройства является то, что под действием силы трения шарикового индентора по рельсу возникает параллелограмм сил при повороте нагружателя в шарнире, искажающий результаты измерения силы трения упругим тензометрическим элементом и не позволяющий проводить измерение коэффициента трения по постоянной дорожке трения. Помимо этого, отсутствует возможность измерения фактической мгновенной силы давления шарикового индентора на контактирующее с ним тело, влияющего на величину коэффициента трения.
Известно устройство для измерения коэффициента трения колеса рельсового транспортного средства, содержащее измерительный ролик, жестко закрепленный на оси, установленной на оси, установленной с возможностью вращения в ветвях П-образной рамки, связанной с механизмом вертикального нагружения, и закрепленную на П-образной рамке упругую пластину с тензодатчиками, кинематически связанную с осью ролика таким образом, что с целью повышения достоверности определения коэффициента трения ролик установлен с возможностью взаимодействия с поверхностью катания колеса рельсового транспортного средства, механизм вертикального нагружения включает в себя гибкий тяговый элемент, дополнительную упругую пластину с тензодатчиками, жестко закрепленную одним концом на раме рельсового транспортного средства, а другим - на П-образной рамке, смонтированный на раме рельсового транспортного средства над одним концом дополнительной упругой пластины силовой цилиндр, связанный через гибкий тяговый элемент с другим концом дополнительной упругой пластины, принятое в качестве прототипа (SU, авторское свидетельство №1426880, МПК В61К 13/00, G01M 17/00, опубл. 30.09.1988 г.).
Недостатком данного устройства является то, что крепление механизма нагружения измерительного ролика на раме рельсового транспортного устройства приводит к тому, что при движении рельсового транспортного средства относительные горизонтальные и вертикальные перемещения колеса рельсового транспортного устройства и измерительного ролика, так же как и у аналога, жестко связанного с рамой рельсового транспортного средства, изменяют условия приложения силовых нагрузок к измерительному ролику и достоверное измерение коэффициента трения может производиться только при трогании рельсового транспортного устройства.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение достоверной количественной оценки условий фрикционного взаимодействия гребня колеса рельсового транспортного средства с боковой поверхностью головки рельса в процессе эксплуатации подвижного состава путем измерения коэффициента трения поверхности измерительного ролика, имитирующего боковую поверхность головки рельса, и поверхности трения гребня колеса рельсового транспортного средства, что позволяет по полученным величинам коэффициента трения определить участки железнодорожного пути, требующие проведения их лубрикации, а также определить минимально необходимое количество смазочного материала, необходимого для подачи в зону контакта гребня колеса с боковой поверхностью головки рельсов при лубрикации рельсов.
Указанный технический результат достигается тем, что с помощью устройства для измерения коэффициента трения на гребне колеса рельсового транспортного средства, включающего измерительный ролик, связанный с измерительным торсионным валом датчика крутящего момента, и механизм нагружения измерительного ролика, включающий пружину и датчик давления измерительного ролика на гребень колеса рельсового транспортного средства, измеряется максимальный крутящий момент измерительного ролика, образующийся в моменты срыва фрикционного контакта измерительного ролика и гребня колеса рельсового транспортного средства как при трогании, так и при движении рельсового транспортного средства.
Профиль измерительного ролика идентичен профилю боковой поверхности головки рельса, а удельное давление измерительного ролика на гребень колеса рельсового транспортного средства соответствует удельному давлению гребня колеса рельсового транспортного средства на боковую поверхность головки рельса.
Сохранение постоянного местоположения контакта измерительного ролика и гребня колеса рельсового транспортного средства обеспечивается за счет установки измерительного ролика и механизма нагружения на буксе рельсового транспортного средства.
На фиг.1 показана установка устройства для измерения коэффициента трения на гребне колеса рельсового транспортного средства.
На фиг.2 показано само устройство, вид сбоку.
Устройство 1 для измерения коэффициента трения на гребне 2 колеса 3 рельсового транспортного средства 4, установленное на рельсовом транспортном средстве 4 и производящее измерение коэффициента трения на гребне 2 колеса 3 рельсового транспортного средства 4, содержит измерительный ролик 5, жестко закрепленный на оси 6. Ось 6 измерительного ролика 5 установлена с возможностью вращения в двух ветвях 7, 8 Ш-образной рамки 9, связанной с механизмом нагружения 10. К плечу ветви 11 Ш-образной рамки 9 присоединен одной стороной датчик крутящего момента 12, оснащенный тензометрическими датчиками (на фиг. не показано), а выходящий на другую сторону датчика крутящего момента 12 измерительный торсионный вал 13 соединен с осью 6 измерительного ролика 5, выходящей из ветви 8 Ш-образной рамки 9 так, что измерительный ролик 5 соосно соединен с измерительным торсионным валом 13 датчика крутящего момента 12, установленными вместе с измерительным роликом 5 в ветвях 7, 8,11 Ш-образной рамки 9.
Механизм нагружения 10 измерительного ролика 5 выполнен из составного коаксиального стакана 14, содержащего нагружающую пружину 15 и установленный соосно с ней датчик давления 16, соединенного через шарнир 17 с Ш-образной рамкой 9 и через шарнир 18 с одним плечом 19 Г-образного силового кронштейна 20, другое плечо 21 которого закреплено на буксе 22 колесной пары рельсового транспортного средства 4.
Устройство 1 снабжено управляемым тяговым электромагнитом (гидроцилиндром или пневмоцилиндром) 23, соединенным одной стороной через шарнир 24 с Ш-образной рамкой 9, а другой стороной - через шарнир 25 с плечом 19 Г-образного силового кронштейна 20, к которому присоединен также механизм нагружения 10. Плечо ветви 11 Ш-образной рамки 9 соединено с первым плечом 19 Г-образного силового кронштейна 20 через шарнир 26.
Профиль измерительного ролика 5 выполнен идентично профилю боковой поверхности головки рельса 27, и он имитирует рельс 27, обеспечивая при этом эквивалентные условия контактирования гребня колеса 2 и боковой поверхности головки рельса 27.
Работает устройство для измерения коэффициента трения на гребне колеса рельсового транспортного средства следующим образом.
Нагружение измерительного ролика на поверхность трения гребня колеса рельсового транспортного средства осуществляют с помощью нагружающей пружины 15, установленной соосно с датчиком давления 16, входящей в механизм нагружения 10. Управление режимом снятия нагружения измерительного ролика 5 на контактную поверхность гребня 2 колеса 3 рельсового транспортного средства 4 осуществляют с помощью управляемого тягового электромагнита (гидроцилиндра или пневмоцилиндра) 23, связанного с механизмом нагружения 10.
При нажатии измерительного ролика 5 на поверхность трения гребня 2 вращающегося колеса 3 рельсового транспортного средства 4 с усилием от нагружающей пружины 15 в результате фрикционного взаимодействия измерительного ролика 5 и гребня 2 колеса 3 возникает сила трения, пропорциональная коэффициенту трения гребня 2 колеса 3 рельсового транспортного средства 4 и зависящая от силы, прижимающей с помощью нагружающей пружины 15 измерительный ролик 5 к гребню 2 колеса 3 (нормальная сила). Сила трения вызывает кручение измерительного торсионного вала 13 датчика крутящего момента 12, оснащенного тензодатчиками. Профиль измерительного ролика 5 идентичен профилю боковой поверхности головки рельса 27.
С помощью устройства измеряется максимальный крутящий момент измерительного ролика 5, образующийся в моменты срыва фрикционного контактирования измерительного ролика 5 и гребня 2 колеса 3 рельсового транспортного средства 4, как при трогании, так и при движении рельсового транспортного средства 4.
Определение величины коэффициента трения на гребне 2 колеса 3 рельсового транспортного средства 4 осуществляют по отношению величины сигнала датчика крутящего момента 12 к величине сигнала датчика давления 16, измеренных в момент максимального нагружения измерительного ролика 5 на поверхность трения гребня 2 колеса 3 рельсового транспортного средства 4.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет обеспечить возможность измерения коэффициента трения на гребне колеса рельсового транспортного средства.
Согласно предлагаемому техническому решению совокупность известных и вновь введенных признаков позволяет решить поставленную задачу, обеспечив при этом получение требуемого технического результата.
Технико-экономические преимущества предложенного технического решения в сравнении с прототипом и положительный эффект изобретения проявляется в том, что предлагаемое устройство для измерения коэффициента трения на гребне колеса рельсового транспортного средства позволяет по полученным величинам коэффициента трения определить участки железнодорожного пути, требующие проведения их лубрикации, а также определить минимально необходимое количество смазочного материала, необходимого для подачи в зону контакта гребня колеса с боковой поверхностью головки рельса.