ТРИБОМЕТРИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ РЕЛЬСА
TRIBOMETRIC COMPLEX TO MEASURE FRICTION FACTOR ON RAIL SURFACE

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к оборудованию для определения коэффициента трения между колесом и рельсом.
Известны различные трибометрические комплексы для измерения коэффициента трения на поверхности рельса, наиболее близким из которых является трибометрический комплекс компании Diversified Metal Fabricators / GKClem (журнал «Железные дороги мира» №6,1999 г.) - прототип, который включает роликовый трибометр и оборудование для регистрации и обработки данных. Указанный трибометрическиий комплекс установлен впереди транспортного средства на комбинированном автомобильно-железнодорожном ходу. Имеющаяся в этом комплексе бортовая воспроизводящая система позволяет просматривать и анализировать измеряемые параметры. Управление измерительной системой, сбор, хранение и обработка данных осуществляются с помощью портативного компьютера.
Недостатками данного комплекса являются необходимость использования специального транспортного средства (например, автомобиля) для передвижения комплекса по рельсам, низкая мобильность, связанная с необходимостью использования сложной бортовой воспроизводящей системы.
Технический результат заявленного изобретения - упрощение конструкции и повышение мобильности трибометрического комплекса.
Указанный технический результат достигается тем, что трибометрический комплекс для измерения коэффициента трения на поверхности рельса, включающий роликовый трибометр и оборудование для регистрации и обработки данных, дополнительно содержит тележку, выполненную с возможностью передвижения по рельсам, при этом роликовый трибометр выполнен переносным и снабжен тензодатчиками, а оборудование для регистрации и обработки данных содержит ПЭВМ, тензоусилитель, соединенный с ПЭВМ и тензодатчиками роликового трибометра, причем тележка снабжена источником автономного питания и выполнена с возможностью размещения на ней роликового трибометра и оборудования для регистрации и обработки данных.
В качестве источника автономного питания трибометрического комплекса может быть использована аккумуляторная батарея.
В качестве чувствительных элементов тензодатчиков роликового трибометра могут быть использованы тензорезисторы на бумажной основе.
Тензоусилитель подсоединен к ПЭВМ с помощью интерфейса параллельного порта.
Тензодатчики роликового трибометра посредством линейного кабеля подключены к входному разъему тензоусилителя.
Тензоусилитель может быть выполнен со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП).
Упрощение конструкции трибометрического комплекса достигается за счет использования в комплексе серийно-выпускаемого оборудования (рельсовая тележка, тензодатчики, тензоусилитель, кабеля, разъемы и т.д.), возможности его изменения и обеспечения минимального количества промежуточных соединений комплекса.
Аппаратура комплекса обеспечивает также высокую мобильность трибометрического комплекса - предусмотрена возможность изменения базового комплекта тензоусилителей, используемых для регистрации ПЭВМ и т.д., оперативная доставка оборудования комплекса до места проведения работ, а также оперативность и удобство проведения измерений.
В качестве тележки трибометрического комплекса может быть использована, например, дефектоскопная тележка типа АВИКОН. Оборудование комплекса в этом случае может быть устанавлено в дополнение к стандартному оборудованию дефектоскопной тележки на специально обустроенные подставки.
В качестве роликового трибометра может быть использован ручной трибометр с измерительным роликом и тензодатчиками для измерения мгновенных значений силы трения и нормальной силы, действующей на ролик трибометра.
2
Тензодатчики роликового трибометра (первичные преобразователи) представляют собой наклеиваемые специальным образом тензорезисторы, выполненные, например, на бумажной основе (ТУ 16.505.488-78) и имеющие сопротивление 200 Ом. Тензорезисторы для измерения силы трения и нормальной нагрузки сконструированы по принципу полумостового соединения. Для коммутации первичного преобразователя с входом усилителя используется линейный кабель. В качестве линейного кабеля может быть использован экранированный (каждая жила в индивидуальном экране) кабель с девятнадцатью жилами сечением 0,35 мм.
В качестве тензометрического усилителя может быть использован 8-канальный тензоусилитель Spider8 производства Германия (сертифицированный Госстандартом как «Усилитель многоканальный измерительный Spider8» фирмы "НВМ Mess-& Systemtechnik GmbH"). Spider8 - это усилитель несущей частоты (4.8 кГц) для тензорезистивных и индуктивных датчиков. Возможна комплектация модулями SR55 и SR01. В приборе установлены три компенсационных резистора (120 Ом, 350 Ом, 700 Ом), которые активируются путем подключения подводки к соответствующим пинам (pin) разъема.
Spider8 - это цифровой мобильный измерительный усилитель для электрического измерения механических величин, таких как деформация, перемещение, сила, давление, пройденный путь, ускорение, температура. Все элементы, связанные с обработкой сигнала, организацией питания пассивных датчиков (преобразователей), усилением, аналого-цифровым преобразованием, компьютерным интерфейсом для 8-ми каналов, объединены в одном корпусе. Spider8 подключается к компьютеру через порт принтера или через последовательный интерфейс RS232 и сразу же готов к использованию. Все необходимые настройки осуществляются через компьютер посредством команд. Данный прибор не содержит переключателей, потенциометров и перемычек.
Для работы с усилителем Spider8 в качестве регистрирующего устройства может быть использован переносной PC-совместимый компьютер (ноутбук) типа IBM ThinkPad 600Х. Он осуществляет функцию управления тензоусилителем и регистрацию данных в цифровом виде на жестком диске.
Для работы со Spider8 под управлением компьютера можно использовать специальное программное обеспечение (например, Catman фирмы НВМ, Германия) либо поставляемые в комплекте с тензоусилителем программные динамические библиотеки системы MS Windows.
Питание измерительного комплекса может быть осуществлено от аккумулятора YUASA NP7-12. Его выходное напряжение составляет 12 В, а емкость равна 7 A·час.
2
Линейный кабель предназначен для коммутации тензодатчика (первичного преобразователя) со входом соответствующего канала тензометрического усилителя. В качестве линейного кабеля может быть использован кабель КУПВ 19×0,35 с сечением жилы 0,35 мм (ГОСТ 11092-82).
Сущность предлагаемого изобретения разъясняется чертежами, на которых показаны:
на фиг.1 - общий вид трибометрического комплекса для измерения коэффициента трения на поверхности рельса;
на фиг.2 - вариант выполнения ручного трибометра, используемого в трибометрическом комплексе.
Трибометрический комплекс (см. фиг.1) включает тележку 1, выполненную с возможностью передвижения по рельсам 2, роликовый трибометр 3, оборудование для регистрации и обработки данных (измеряемых параметров), которое содержит тензоусилитель 4, персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ) 5. Роликовый трибометр 3 выполнен переносным и снабжен тензодатчиками (на чертеже не показаны). Тензоусилитель 4 соединен с ПЭВМ 5 и тензодатчиками роликового трибометра 3. Тележка 1 снабжена источником автономного питания и выполнена с возможностью размещения на ней роликового трибометра 3 и оборудования для регистрации и обработки данных.
Тензоусилитель 4 со встроенным АЦП устанавливается на специальную подставку 6, монтируемую над резервуаром и ящиком с оборудованием 7 дефектоскопной тележки 1 слева или справа от главного пульта дефектоскопной тележки 1 (на схеме не показан). ПЭВМ 5, например ноутбук, устанавливается сверху на тензоусилитель 4. Возможно и другое расположение конструктивных элементов комплекса. Поскольку тензоусилитель 4 со встроенным АЦП управляется через интерфейс при помощи ПЭВМ 5 и не требует непосредственного доступа, он может устанавливаться на настиле 8 в центральной части дефектоскопной тележки 1, под ее пультом.
Переносная часть измерительного комплекса - роликовый трибометр 3 - закрепляется на настиле с левого или правого края тележки 1 в зависимости от положения тензоусилителя 4 и ПЭВМ 5.
Питание трибометрического оборудования может осуществляться как от стандартных аккумуляторных батарей дефектоскопной тележки 1, обеспечивающих напряжение 12 В, так и от собственных компактных аккумуляторных батарей, которые могут быть установлены на тележку 1.
Тензодатчики роликового трибометра 3 (первичные преобразователи) соединены через разъемы PC 10ТВ (поз.9 на фиг.2) с линейным измерительным кабелем, который другим концом подключается к входному разъему (тип DB15) усилителя 4. Тензоусилитель 4 подсоединяется к ПЭВМ (ноутбуку) 5 с помощью интерфейса параллельного порта.
Трибометрический комплекс работает следующим образом (показана с использованием дефектоскопной тележки АВИКОН-01).
Перед проведением измерений осуществляют настройку оборудования комплекса. Перед включением питания тензометрического усилителя 4 подсоединяют к нему аккумулятор и через интерфейс параллельного порта соединяют тензоусилитель 4 и ПЭВМ 5.
Все операции по настройке тензоусилителя 4 производятся через ПЭВМ 5 с помощью специального программного обеспечения. После включения тензоусилителя 4 запускают данную программу, производят в ней регистрацию подключенных устройств (если она не производилась ранее) и настраивают измерительные каналы. В настройку входят: определение типа датчика, выставление измерительного диапазона, регулировка нуля (возможность балансировки по реактивной составляющей отсутствует), определение типа фильтра низких частот и его частоты среза.
После настройки измерительного оборудования комплекса приступают к измерениям.
Принцип действия установки заключается в измерении силы трения между измерительным роликом 10 трибометра (см. фиг.2) и поверхностью, на которой проводятся измерения (рельсом 2).
Для проведения измерения трения на выбранном участке пути трибометр 3 снимается оператором с тележки 1 и устанавливается на рельс 2 так, чтобы опорные ролики 11 касались его поверхности. После того как устройство устойчиво прижато опорными роликами 11 к рельсу 2, оператор двигает его относительно рельса 2. После начала скольжения измерительного ролика 10 для получения достаточной для обработки записи следует двигать устройство в течение трех-четырех секунд. В это время роликовый трибометр 3 будет фиксировать высокочастотные составляющие импульсов трения и при помощи тензодатчиков получать значения силы трения в виде осциллограммы. Тензодатчики трибометра 3 преобразуют механическую деформацию в электрический сигнал, который проходит через тензоусилитель 4, АЦП и в цифровом виде записывается на ПЭВМ 5. Тензодатчики таким же образом позволяют фиксировать нормальную силу, действующую на измерительный ролик 10. Отношение мгновенных значений силы трения и нормальной силы дает значение коэффициента сцепления.
Далее нагрузка с устройства снимается, и измерение повторяется заново.
Для обеспечения достаточного для статистической обработки количества значений трения необходимо выполнить 10-15 замеров для выбранного участка, что позволит получить от 10 до 20 точек для каждого замера. По ним определяется как математическое ожидание коэффициентов трения, так и их дисперсия.