УСТРОЙСТВО БЕЗКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ БУКСЫ

Заявляемое техническое решение относится к области специального контрольно-измерительного оборудования, предназначенного для проверки состояния и оптимизации функционирования железнодорожной техники.
Устройство предназначено также для автоматизированного мониторинга динамики колеса вагона с целью оптимизации взаимодействия колеса и рельсового пути, которое является одной из важнейших составляющих безопасности движения поездов.
Известен способ мониторинга состояния букс движущегося поезда, заключающийся в измерении параметров состояния букс и передаче полученной информации машинисту локомотива для принятия оперативного решения, в котором буксы, подлежащие контролю, снабжены активными приемопередатчиками, расположенными на внешней стороне крышки буксы, в комплекте с источником питания, состоящим из диска с магнитами, размещенного на конце оси колесной пары напротив обмотки проводов, выполненной в виде лепестков на внутренней стороне крышки буксы, с помощью которых считывают и передают информацию о состоянии букс на индикаторное устройство машинисту локомотива по радиоканалу беспроводной связи на протяжении всего времени движения поезда с заданным интервалом времени (заявка RU №2006146775 на изобретение, МПК В61К 9/04, дата подачи заявки 2006.12.26, «Способ мониторинга состояния букс движущегося поезда»).
Недостаток известного способа заключается в том, что он не обеспечивает высокой скорости измерений на высокой скорости движения более 100 км/час, и используемые для его осуществления контрольно-измерительные устройства не являются высокоточным оборудованием.
Известен 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 и осью колесной пары, при этом измерение наружного и внутреннего профилей колеса проводят с использованием не менее чем двух оптических дальномеров, один из которых установлен снаружи рельсового пути, а другой - внутри рельсового пути; измерение величины смещения буксы производят при движении колесной пары на криволинейном участке пути, при этом производят измерение на том колесе колесной пары, которое движется по большему радиусу; а вывод о состоянии буксы колесной пары делают после наложения измеренного профиля внутренней или наружной поверхности колеса на эталонный профиль, при этом отклонение измеренного профиля колеса от эталонного не должно на любом отрезке профиля превышать контрольной величины (патент на изобретение №2258017, RU, дата подачи заявки 2003.04.09, МПК7 В61К 9/00, «Способ мониторинга состояния буксы колесной пары»).
Измерения, осуществляемые данным способом на криволинейном участке пути, имеют узконаправленное применение для определения перемещений буксы относительно лабиринтного кольца уплотнения буксы, причем дальномеры размещены на железнодорожном полотне и предназначены для использования лишь на контрольных участках пути, исключая возможность мониторинга состояния буксы при движении вагона на всем пути следования.
Задача заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности мониторинга динамики буксы путем повышения точности измерений, осуществляемых при движении на высоких скоростях.
Поставленная задача решается благодаря тому, что устройство бесконтактного измерения перемещений буксы содержит, по крайней мере, два дальномера, размещенных на раме ходовой тележки вагона (локомотива) таким образом, что их лучи направлены по совмещенной оси, проходящей через ось колеса, в противоположные стороны до пересечения одного из них с отражателем, размещенным на кузове вагона, и пересечения другого луча с отражателем, закрепленным на буксе.
Размещение на раме ходовой тележки вагона (локомотива) двух дальномеров, лучи которых направлены в противоположные стороны по одной оси, проходящей через ось колеса, обеспечивает возможность измерения величины перемещения буксы относительно кузова вагона (локомотива), которая является важным параметром, определяющим динамические характеристики вагона при движении, отражающим динамическую картину взаимодействия подвижного состава и верхнего строения рельсового пути.
Луч дальномера, направленный до пересечения с отражателем, размещенным на кузове вагона (локомотива), позволяет в процессе движения определять расстояние от ходовой тележки до кузова вагона (локомотива), а луч другого дальномера, направленный до пересечения с отражателем, закрепленным на буксе, позволяет определять расстояние от ходовой тележки до буксы, что обеспечивает отслеживание в динамике технического состояния и взаимного перемещения таких важных конструктивных элементов как колесная пара, букса, рельсы, ходовая тележка, кузов вагона (локомотива).
Использование в устройстве измерения перемещений буксы в качестве бесконтактных оптических дальномеров таких современных высокоточных устройств как лазеры позволяет существенно увеличить точность и скорость измерений, осуществляя их на высоких, более 100 км/час, скоростях движения вагона (локомотива).
Благодаря размещению бесконтактных оптических дальномеров на раме ходовой тележки вагона (локомотива), обеспечивающих высокую точность измерений по совмещенной оси, проходящей через ось колеса, значительно упрощается процесс мониторинга и увеличивается достоверность измерений, осуществляемых на высоких скоростях движения вагона (локомотива).
Перечисленные технические признаки данного устройства обеспечивают высокую эффективность мониторинга вертикальных перемещений буксы колеса, отражающего тем самым динамическое состояние вагона и его взаимодействие с рельсовыми путями, что необходимо для осуществления дальнейшего анализа с целью оптимизации и обеспечения безопасности движения поездов.
Наличие отличительных признаков в заявляемом техническом решении позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления.
Сущность заявляемого технического решения поясняется техническими рисунками, где:
на фиг.1 представлен фрагмент колесной пары,
на фиг.2 представлен вид А на фиг.1.
По рельсовому пути 1 движется вагон (локомотив) 2, снабженный ходовыми тележками 3, колесами 4 с буксами 5. Для измерения вертикальных перемещений буксы 5 при движении вагона, на кронштейне 6, закрепленном на раме ходовой тележки 3, установлены в данном случае оптические дальномеры 7 и 8 с соответствующими лазерными лучами 9 и 10 (фиг.2), направленными по одной оптической оси в противоположные стороны. Совмещенная оптическая ось лучей 9 и 10 совпадает в данном случае с вертикальной осью В-В, проходящей через геометрическую ось колеса 4. При движении вагона 2 возникают взаимные вертикальные перемещения вагона 2, колеса 4, буксы 5, ходовой тележки 3. Для мониторинга динамики колеса 4 вагона (локомотива) 2 производят измерение величины перемещения буксы 5 относительно кузова вагона (локомотива) 2.
Для этого в процессе движения вагона (локомотива) 2 с помощью луча 9 оптического дальномера 7 производят измерения расстояния «С» между отражателем 11, неподвижно связанным с буксой 5, и ходовой тележкой 3, и одновременно с помощью луча 10 оптического дальномера 8 производят измерения расстояния «D» между ходовой тележкой 3 и отражателем 12 кузова вагона (локомотива) 2.
Суммируя совпадающие по времени перемещение буксы 5 относительно ходовой тележки 3 и перемещение ходовой тележки 3 относительно вагона (локомотива) 2 получают величины вертикальных перемещений буксы 5 относительно вагона (локомотива) 2.
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает повышение эффективности мониторинга вертикальной динамики буксы колеса подвижного состава путем повышения точности и скорости измерений, особенно на высоких скоростях движения вагона (локомотива), что достигается применением, по крайней мере, двух дальномеров, с совмещенной оптической осью, направленных в противоположные стороны, один - к оси буксы, а другой - к кузову вагона, размещенных на ходовой тележке вагона и осуществляющих бесконтактный замер перемещений Благодаря данному техническому решению создается необходимая для анализа база данных вертикальных перемещений буксы колеса движущегося на разных скоростях вагона, по различным участкам железнодорожного пути. Получаемая база данных используется как для получения динамических характеристик конструктивных узлов подвижного состава, в частности, колеса с буксой, колесной пары, ходовых тележек и их составных элементов, так и вагона в целом.