УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
DEVICE FOR MEASURING THE SPEED OF A RAIL VEHICLE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скорости рельсового транспортного средства.
Известно устройство измерения скорости движения электровозов, содержащее червячный редуктор, соединенный с осью вращения колесной пары, и промежуточные механические связи, через которые вращение колесной пары передается на регистрирующее устройство (скоростемер) [Электровоз ВЛ80С Руководство по эксплуатации, М.: Транспорт, 1990, с. 21-22].
Недостатком указанного устройства являются большие погрешности измерения скорости рельсового транспортного средства при наличии проскальзывания колес. Это обусловлено тем, что при проскальзывании колес относительно рельса нарушается функциональная зависимость между угловой скоростью вращения колесной пары и линейной скоростью перемещения рельсового транспортного средства.
Известна локомотивная система определения скорости движения и пройденного пути, которая содержит три приемо-излучающих устройства, каждое из которых включает блок СВЧ излучателя с передающей антенной и блок приемника отраженного СВЧ излучения с приемной антенной и усилителем, и программируемый микропроцессор с двумя блоками корреляционно-экстремальной обработки, два блока расчета текущей скорости, блок определения направления движения, блок селекции выходной скорости, блок ввода базовых значений и начальных условий и интегратор. Программируемый микропроцессор включает два блока корреляционно-экстремальной обработки, два блока расчета текущей скорости, блок определения направления движения, блок селекции выходной скорости, блок ввода базовых значений и начальных условий и интегратор. Все приемно-излучающие устройства расположены на локомотиве последовательно вдоль оси рельса и излученные сигналы отражаются от подстилающего балласта, воспринимаются и анализируются специальным программным обеспечением (патент RU 2378654 С1, МПК G01P 3/64, опубликовано 10.01.2010).
Недостатком данного изобретения является сложное схемное решение. Кроме этого неоднородность и нестабильность структуры балласта, а также зависимость от погодных условий приводят к неточности измерений.
Известен способ путевой навигации и измерения скорости локомотива по геометрии железнодорожного пути, в котором используется РЛС малой дальности с высоким разрешением по дальности за счет использования широкополосных зондирующих сигналов, а в качестве реперов отражающей поверхности используется подкладки с болтами для крепления рельсов к шпалам или к специальному основанию по всей длине пути (патент RU 2679268 С1, МПК G01P 3/64, опубликовано 06.02.2019).
Недостатком данного изобретения является невозможность измерения отраженного сигнала в условиях полного покрытия снежным покровом элементов рельсового крепления.
Известно устройство для измерения скорости рельсового транспортного средства, принятое за прототип, в котором в качестве отметчика времени прохождения рельсовым транспортным средством начала и конца базового расстояния известной длины, равного расстоянию между осями колес рельсового транспортного средства, на буксах колес установлены датчики ускорений. Выходы датчиков соединены с входами измерителя временных интервалов, измеритель определяет промежутки времени между электрическими импульсами, возникающими на датчиках ускорений при последовательном прохождении двумя соседними колесами транспортного средства одного и того же стыка рельсов (заявка на патент RU 96100645 А, МПК G01P 3/42, опубликовано 10.04.1998).
Недостатком данной заявки на изобретение является низкая помехоустойчивость измерения, особенно в условиях нестационарных режимов тяги, а также невозможность использования на бесстыковых участках пути.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности измерений путевой скорости, повышение помехоустойчивости измерений, возможность определения скорости при нестационарных режимах тяги, определение скорости на бесстыковом пути или на участке пути между рельсовыми стыками, а также независимость работы устройства от погодных условий.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения скорости движения рельсового транспортного средства, включающем приемно-излучающее устройство, установленное на буксах колесных пар железнодорожной тележки, на одну из букс одной колесной пары установлен механизм задания высокочастотных импульсных сигналов и опорный вибропреобразователь для их регистрации, находящийся в непосредственной близости от механизма задания высокочастотных импульсных сигналов, а на одну из букс другой колесной пары установлен принимающий вибропреобразователь с возможностью регистрации высокочастотных импульсных сигналов и передачи их на устройство обработки с узкополосным фильтром, установленное на рельсовом транспортном средстве, для определения времени от момента регистрации высокочастотных импульсных сигналов опорным вибропреобразователем до момента их регистрации принимающим вибропреобразователем и расчета скорости движения рельсового транспортного средства.
На фиг. 1 схематически изображено устройство для измерения скорости движения рельсового транспортного средства.
На фиг. 2 изображен вид сверху фиг. 1.
На фиг. 3 изображена одна из форм высокочастотного импульсного сигнала, реализуемая механизмом задания высокочастотных импульсных сигналов.
Устройство для измерения скорости движения рельсового транспортного средства установлено на буксах колесных пар 1 и 2 железнодорожной тележки 3. На одну из букс 4 одной колесной пары 1 установлен механизм 5 задания высокочастотных импульсных сигналов и опорный вибропреобразователь 6 для их регистрации, находящийся в непосредственной близости от механизма 5 задания высокочастотных импульсных сигналов. На одну из букс 7 другой колесной пары 2 установлен принимающий вибропреобразователь 8 с возможностью регистрации сигналов и передачи их на устройство 9 обработки с узкополосным фильтром, установленное на рельсовом транспортном средстве 10, для определения времени от момента регистрации высокочастотных импульсных сигналов опорным вибропреобразователем 6 до момента их регистрации принимающим вибропреобразователем 8 и расчета скорости движения рельсового транспортного средства.
Изобретение работает следующим образом. Механизм 5 задания высокочастотных импульсных сигналов (далее по тексту - сигналов) непрерывно реализует сигналы (например, по форме, представленной на фиг. 3), регистрируемые опорным вибропреобразователем 6, находящимся в непосредственной близости от механизма 5 задания высокочастотных импульсных сигналов. Далее сигналы распространяются от механизма 5 задания сигналов по пути букса-ось-колесо-рельс-колесо-ось-букса. Принимающий вибропреобразователь 8 регистрирует данные сигналы, при этом устройство 9 обработки сигналов отфильтровывает их узкополосным фильтром, и регистрирует время (t) от момента регистрации сигналов опорным вибропреобразователем 6 до момента регистрации сигналов принимающим вибропреобразователем 8.
расп
Для неподвижного транспортного средства время распространения (t) сигнала от момента регистрации сигнала опорным вибропреобразователем 6 до момента регистрации сигнала принимающим вибропреобразователем 8 составит:
где: ∑l - сумма всех расстояний по пути передачи сигнала между опорным 5 и принимающим 8 вибропреобразователями
n
∑l=l+…+l, (постоянная величина), например:
1
2
3
4
5
6
7
∑l=l+l+l+l+l+l+l (фиг. 1), где;
1
l - расстояние от механизма 5 задания высокочастотных импульсных сигналов до внутреннего кольца буксового подшипника;
2
l - расстояние от внутреннего кольца буксового подшипника до ступицы колеса (фиг. 2);
3
l - расстояние от ступицы колеса до точки контакта колеса колесной пары 1 с рельсом;
4
l - расстояние между точками контакта колес колесных пар 1 и 2 с рельсом;
5
l - расстояние от точки контакта колеса колесной пары 2 с рельсом до ступицы колеса;
6
l - расстояние от ступицы колеса до внутреннего кольца буксового подшипника (фиг. 2);
7
l - расстояние от внутреннего кольца буксового подшипника до принимающего вибропреобразователя 8.
- скорость распространения сигнала по пути букса-ось-колесо-рельс-колесо-ось-букса (постоянная величина), которая будет определяться для режима движения и стоянки:
где: х - расстояние, которое проедет рельсовое транспортное средство от момента регистрации сигнала опорным вибропреобразователем 6 до момента регистрации сигнала принимающим вибропреобразователем 8.
стоянки
t - промежуток времени между регистрацией сигнала опорным 6 и принимающим 8 вибропреобразователями при стоянке рельсового транспортного средства;
движ
t - промежуток времени между регистрацией сигнала опорным 6 и принимающим 8 вибропреобразователями во время движения рельсового транспортного средства.
Из формулы 2:
стоянки
Для рельсового транспортного средства, находящегося на стоянке, время (t) от момента регистрации сигнала опорным вибропреобразователем 6 до момента регистрации сигнала принимающим вибропреобразователем 8 составит:
где:  - абсолютное время регистрации сигнала принимающим вибропреобразователем 6 на стоянке;
- абсолютное время регистрации сигнала опорным вибропреобразователем 8 на стоянке.
стоянки
движ
Время (t) будет постоянной величиной. Для рельсового транспортного средства, находящегося в движении, время (t) от момента регистрации сигнала опорным вибропреобразователем 6 до момента регистрации сигнала принимающим вибропреобразователем 8 составит:
где:  - абсолютное время регистрации сигнала принимающим вибропреобразователем 6 при движении;
- абсолютное время регистрации сигнала опорным вибропреобразователем 8 при движении.
Затем устройство обработки сигнала с узкополосным фильтром передает информацию о скорости в систему управления рельсового транспортного средства. Скорость рассчитывается по формуле:
При этом когда рельсовое транспортное средство движется таким образом, что принимающий вибропреобразователь 8 находится перед механизмом 5 задания высокочастотных импульсных сигналов, значение х будет положительным, а когда принимающий вибропреобразователь 8 находится за механизмом 5 высокочастотных импульсных сигналов, значение х будет отрицательным.
Предлагаемое устройство для измерения скорости движения рельсового транспортного средства позволит более точно определять скорость при нестационарных режимах тяги, на бесстыковом пути или на участке пути между рельсовыми стыками, не будет зависеть от погодных условий.