УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ БУКСЫ

Полезная модель относится к области контроля состояния железнодорожной техники и может использоваться для автоматизированного мониторинга перемещений букс колесных пар во время движения подвижного состава.
Измерения перемещений буксы относительно кузова вагона осуществляют с целью контроля динамических характеристик колеса вагона (локомотива), отражающего техническое состояние и взаимодействия подвижного состава и верхнего строения рельсового пути. Учитывая, что буксы являются одними из наиболее нагруженных узлов транспортных средств, это является очень важным для обеспечения безопасности движения железнодорожного транспорта. Для измерений перемещений букс используется преимущественно бесконтактный метод.
Известен, например, способ мониторинга состояния буксы колесной пары, включающий измерение величины смещения буксы относительно лабиринтного кольца и определение состояния колесной пары, в котором измерение величины смещения буксы производят при движении колесной пары путем сравнения двух измеренных линейных профилей колеса с заранее известными профилями эталонной колесной пары и по результатам сравнения делают вывод о состоянии буксы колесной буксы, при этом в качестве одного из измеренных профилей используют наружный профиль колеса на уровне расположения буксы, а в качестве другого - профиль внутренней стороны колеса на уровне между рельсом внутреннего профилей колеса (RU 2258017 С2, 2005). Измерение величины смещения буксы проводят с использованием не менее двух оптических, например, лазерных, дальномеров, один из которых установлен на контрольном участке снаружи рельсового пути, а другой - внутри рельсового пути.
Однако такой способ и реализующее его устройство недостаточно эффективны, поскольку оптические дальномеры размешены на железнодорожном пути вне транспортного средства и поэтому измерение смещения буксы обеспечивается только на контрольном участке пути.
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является устройство бесконтактного измерения перемещений буксы, содержащее два размещенных на ходовой тележке транспортного средства активных дальномера, излучение которых направлено в противоположные стороны по одной оси, проходящей через ось одного из колес ходовой тележки, и два отражателя, первый из которых размещен напротив первого активного дальномера на кузове транспортного средства, а второй - напротив второго активного дальномера на буксе соответствующего колеса ходовой тележки (RU 87131 U1, 2009).
В этом устройстве активные дальномеры не защищены от внешней среды, возможно попадание пыли и влаги на оптические элементы активных дальномеров. Возможны также ложные засветки активных дальномеров от солнечных лучей и прожекторов встречных локомотивов. Это не позволяет достичь высоких точности и достоверности измерений. Конструкцией устройства не предусмотрена минимизация погрешностей при определении перемещений между рамой ходовой тележки и буксой и между рамой ходовой тележки и кузовом транспортного средства. Не предусмотрено также выравнивание погрешностей измерений этих перемещений при вычислении перемещений кузова транспортного средства относительно буксы. Это также снижает точность измерений. Точность и достоверность измерений уменьшаются при повышении скорости передвижения транспортного средства. Поэтому это устройство недостаточно эффективно в эксплуатации.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, состоит в создании устройства бесконтактного измерения перемещений буксы, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эксплуатационной эффективности устройства бесконтактного измерения перемещений буксы за счет повышения точности и достоверности измерений, в том числе при высоких скоростях движения транспортного средства и вне зависимости от условий эксплуатации.
Это достигается тем, что в устройстве бесконтактного измерения перемещений буксы, содержащем два размещенных на ходовой тележке транспортного средства активных дальномера, излучение которых направлено в противоположные стороны вдоль одной оси, проходящей через ось одного из колес ходовой тележки, и два отражателя, первый из которых размещен напротив первого активного дальномера на кузове транспортного средства, а второй - напротив второго активного дальномера на буксе соответствующего колеса ходовой тележки, каждый из активных дальномеров размещен в защитном кожухе, защитный кожух с первым активным дальномером расположен между рамой ходовой тележки и кузовом транспортного средства, защитный кожух со вторым активным дальномером расположен между рамой ходовой тележки и буксой, отражатели расположены перпендикулярно оси излучения активных дальномеров, а расстояние между активными дальномерами и отражателями выбрано из условия D=(0,8-1,2)C, где D - расстояние между первыми активным дальномером и отражателем, С - расстояние между вторыми активным дальномером и отражателем, при этом активные дальномеры подключены к соответствующим входам введенного в устройство сумматора. Каждый из активных дальномеров может быть выполнен в виде триангуляционного лазерного датчика перемещений. Защитные кожухи могут быть выполнены из эластичного материала. Защитные кожухи могут быть выполнены гофрированными. Защитные кожухи могут быть закреплены одним из своих торцов на раме ходовой тележки, при этом другим торцом защитный кожух с первым активным дальномером закреплен на кузове транспортного средства, а защитный кожух со вторым активным дальномером - на буксе. Закрепление защитных кожухов может быть выполнено с обеспечением их герметичности.
Указанный технический результат обеспечивается в рамках реализации назначения всей совокупностью существенных признаков, представленной в формуле полезной модели, каждый признак которой необходим, а вместе они достаточны для решения указанной технической проблемы и для достижения указанного технического результата. Заявленное устройство бесконтактного измерения перемещений буксы представляет собой одно устройство, конструктивные элементы которого, характеризуемые соответствующими существенными признаками, находятся в конструктивном единстве и функционально взаимосвязаны (находятся в конструктивно-функциональном единстве). Их совместное использование привело к созданию нового устройства с указанным техническим результатом. Эффекты, создаваемые конструктивными элементами, выполненными в соответствии с отличительными признаками, содержащимися в формуле полезной модели, взаимосвязаны и отсутствие хотя бы одного отличительного признака привело бы к потере технического результата. Все конструктивные элементы устройства объединены в единую конструкцию и при его изготовлении соединяются между собой сборочными операциями.
На чертеже показан фрагмент колесной пары с устройством бесконтактного измерения перемещений буксы, включающим сумматор.
Устройство бесконтактного измерения перемещений буксы содержит первый 1 и второй 2 активные дальномеры, размещенные на ходовой тележке транспортного средства. Каждый из активных дальномеров 1, 2 выполнен преимущественно в виде триангуляционного лазерного датчика перемещений. Излучение активных дальномеров 1 и 2 направлено в противоположные стороны воль одной оси (оптической оси), проходящей через ось одного из колес 3 ходовой тележки. Устройство содержит также первый 4 и второй 5 отражатели. Первый отражатель 4 размещен напротив первого активного дальномера 1 на кузове 6 транспортного средства. Второй отражатель 5 размещен напротив второго активного дальномера 2 на буксе 7 соответствующего колеса 3 ходовой тележки. Отражатели 4 и 5 расположены перпендикулярно оси излучения активных дальномеров 1, 2. Каждый из активных дальномеров 1 и 2 размещен в защитном кожухе 8 и 9 соответственно. Защитные кожухи 8, 9 выполнены преимущественно из эластичного материала, например, резины или полиуретана и имеют форму, например, в виде отрезка трубы. Они выполнены преимущественно гофрированными. Защитный кожух 8 с первым активным дальномером 1 расположен между рамой 10 ходовой тележки и кузовом 6 транспортного средства. Защитный кожух 9 со вторым активным дальномером 2 расположен между рамой 10 ходовой тележки и буксой 7. Защитные кожухи 8, 9 преимущественно закреплены, например, с помощью кронштейнов, одним из своих торцов на раме 10 ходовой тележки, при этом другим торцом защитный кожух 8 с первым активным дальномером 1 закреплен на кузове 6 транспортного средства, а защитный кожух 9 со вторым активным дальномером 2 другим торцом закреплен на буксе 7. Закрепление защитных кожухов 8, 9 выполнено преимущественно с обеспечением их герметичности, например, за счет плотного контакта их торцов с поверхностью, к которой они присоединяются. Расстояние между активными дальномерами 1, 2 и отражателями 4, 5 выбраны из условия D=(0,8-1,2)C, где D - расстояние между первым активным дальномером 1 и первым отражателем 4, С - расстояние между вторым активным дальномером 2 и вторым отражателем 5. Устройство содержит сумматор 11, к соответствующим входам которого подключены активные дальномеры 1 и 2.. Сумматор 11 может быть выполнен, например, в виде электронного информационного логического узла (преимущественно снабженного блоком отображения информации процессора), размещенного на транспортном средстве. Устройство может содержать также связанные с сумматором компьютер и синхронизатор, к которому подключен датчик пути и скорости (на чертеже не показаны).
При движении транспортного средства возникают взаимные вертикальные перемещения его кузова 6, колеса 3, буксы 7 и ходовой тележки. В целях мониторинга динамики колеса 3 в процессе движения транспортного средства измеряют величину перемещения буксы 7 относительно кузова 6 транспортного средства. Для этого посредством первого активного дальномера 1 измеряется расстояние D между ним и первым отражателем 4, неподвижно связанным с кузовом 6 транспортного средства. Одновременно посредством второго активного дальномера 2 измеряется расстояние С между ним и вторым отражателем 5, неподвижно связанным с буксой 7. Суммирование совпадающих по времени перемещений ходовой тележки относительно кузова 6 транспортного средства и перемещений буксы 7 относительно ходовой тележки, дает величины вертикальных перемещений буксы 7 относительно кузова 6 транспортного средства. Суммирование сигналов, несущих информацию об этих перемещениях, осуществляется посредством сумматора 11, который преобразует входящие информационные сигналы в сигнал, эквивалентный сумме этих сигналов. Измерения осуществляются лазерными лучами активных дальномеров 1 и 2, позволяющими определять соответствующие расстояния. Лазерные лучи активных дальномеров 1, 2 направлены вдоль одной оптической оси в противоположные стороны, при этом совмещенная оптическая ось лазерных лучей совпадает с вертикальной осью, проходящую через геометрическую ось колеса 3. Размещение защитных кожухов 8, 9 между рамой 10 и кузовом 6 и буксой 7 создает условия для наиболее эффективной работы активных дальномеров 1, 2 и обеспечивает возможность их надежной защиты от внешней среды. Защитные кожухи 8, 9 позволяют уменьшить или полностью исключить (при их выполнении герметичными) влияние состояния атмосферы, наличия прямого солнечного освещения и света фар встречных локомотивов, что позволяет повысить достоверность и точность измерений и эффективно эксплуатировать устройство. Выполнение защитных кожухов 8, 9 из эластичного материала и гофрированными обеспечивает наиболее оптимальные условия для выполнения их функционального назначения во время движения транспортного средства, испытывающего вертикальные перемещения его узлов, вибрации и толчки, особенно на высоких скоростях. Для обеспечения наименьших погрешностей измерения перемещений буксы 7 отражатели 4, 5 расположены перпендикулярно оси излучения активных дальномеров 1, 2, а погрешности измерений величин D и С должны быть одинаковыми или отличаться на небольшое значение. Последнее условие реализуется связывающим эти величины приведенным выше выражением, в котором минимальное значение 0,8 и наибольшее значение 1,2 определены эмпирическим путем и подтверждены экспериментально. Описанная конструкция устройства обеспечивает наилучшие условия функционирования активных дальномеров 1, 2 с совмещенной оптической осью и минимизирует влияние на результаты измерений скорости передвижения транспортного средства и состояния внешней среды.
Пример реализации. Устройство бесконтактного измерения перемещений буксы выполнено на основе триангуляционных лазерных датчиков перемещений типа РФ 602 (ООО «РИФТЭК», Республика Беларусь). Защитные кожухи 8, 9 выполнены гофрированными из резины и герметичны. Отражатели 4, 5 выполнены в виде плоских пластин из стали с полированной поверхностью. Устройство смонтировано на высокоскоростном вагоне-дефектоскопе СПРИНТЕР-ИНТЕГРАЛ (ООО «Фирма ТВЕМА», г. Москва). Испытания показали высокую эксплуатационную эффективность устройства. Точность измерения перемещений буксы составила 0,05% на скорости передвижения вагона-дефектоскопа 150 км/час вне зависимости от условий эксплуатации.
Устройство бесконтактного измерения перемещений буксы, выполненное в соответствии с полезной моделью, обладает более высокой эксплуатационной эффективностью по сравнению с аналогичными известными. Оно может эксплуатироваться при любых погодных условиях и не подвержено засветке от прожекторов встречных локомотивов, обеспечивает высокую точность и достоверность измерений при высоких скоростях передвижения.