УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИКАЦИИ ВОЛНООБРАЗНОГО ИЗНОСА РЕЛЬСОВ

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, к устройствам технической диагностики рельсового пути и может быть использована как ручное диагностическое средство контроля состояния продольного профиля поверхности катания головки рельсов в процессе их эксплуатации, а также для целей планирования объема работ по шлифованию рельсов рельсошлифовальными поездами и последующего контроля качества выполняемых работ.
Известно устройство для индикации волнообразного износа рельсов, например, аппаратно-программный комплекс АПК «Волна» разработки Сибирского государственного университета путей сообщения. Известна также тележка для индикации волнообразного износа рельсов (ТИВИР-1), выпускаемая «Рифтэк-Рельсоизмерительное оборудование». Наиболее близким по технической сущности решением к предлагаемому устройству является тележка ТИВИР-1, имеющая сборно-разборную конструкцию, которая содержит два идентичных измерительных механизма (по одному на каждую колею) и системный вычислительный блок, осуществляющий обработку в реальном масштабе времени информации о неровностях на каждой рельсовой нити, а также согласование, масштабирование, фильтрацию, преобразование и коррекцию сигналов с непрерывной визуализацией на дисплее и регистрацией в функции пройденного пути. При необходимости возможно документирование информации с записью на магнитном носителе. Тележка ТИВИР-1 принята за прототип.
При всех достоинствах известного устройства, принятого за прототип, следует отметить сложность реализации кинематической схемы измерительных механизмов, его низкую надежность, обусловленную наличием в
измерительной цепи трущихся подвижных элементов и ограниченные функциональные возможности устройства по оценке результатов измерения и формированию исходных данных для настройки режимов работы рельсо-шлифовальных механизмов из-за ограниченной длины измерительной базы.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание данной полезной модели, является повышение надежности конструкции устройства за счет упрощения кинематики, а также увеличения функциональных возможностей полезной модели за счет независимости получаемых результатов от величины измерительной базы.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для индикации волнообразного износа рельсов, содержащем сборно-разборную тележку с рукоятью, блок автономного электропитания, блок предварительной обработки данных, вычислительный блок и два идентичных измерительных механизма, соединенных между собой штангой и установленных на головки правого и левого рельсов колеи с возможностью свободного качения по этим рельсам, - в нем каждый измерительный механизм содержит несущую балку, выполняющую функции измерительной хорды и расположенную в плоскости, ортогональной плоскости, лежащей на поверхностях головок рельсов, образующих колею, при этом к одноименным концам несущих балок присоединены горизонтально расположенные оси подшипниковых пар соответственно правого и левого измерительных механизмов, а к двум другим концам балок присоединены горизонтально расположенные оси вращения, на которых установлены по одному колесу, на каждой оси, соответственно относящемуся к правому и левому измерительному механизму, с возможностью свободного качения указанных механизмов по поверхности правой и левой головок рельсов и свободного движения несущих балок вдоль оси головок рельсов с зазором между поверхностями этих головок и частями несущих балок, обращенных к ним, а в установочных отверстиях, выполненных в несущих балках, размещены по три в каждой из них бесконтактные вихретоковые датчики перемещений, оси которых ориентированы
ортогонально относительно плоскости, лежащей на головках контролируемых рельсов, при том на правой несущей балке установлен контейнер с находящимся в нем блоком автономного электропитания, блоком предварительной обработки данных, а с внешней стороны на контейнере размещен холдер с установленным на нем портативным компьютером, причем к закрепленному на правой несущей балке колесу присоединен датчик пути - скорости, осуществляющий привязку по координате пути.
На фиг.1 представлен общий вид устройства для индикации волнообразного износа рельсов в рабочем положении;
на фиг.2 представлен вид А на фиг.1;
на фиг.3 представлен левый измерительный механизм;
на фиг.4 представлен вид В на фиг.3;
на фиг.5 представлена передаточная функция измерительной системы тележки для индикации волнообразного износа рельсов при определенном соотношении плеч трехточечной измерительной схемы;
на фиг.6 представлены экспериментальные данные восстановленной зависимости для коротких, средних и длинных неровностей.
Устройство для индикации волнообразного износа рельсов содержит сборно-разборную тележку (фиг.1), состоящую из съемной рукояти 1, соединительной штанги 2, левого 3 и правого 4 измерительных механизмов и приборного контейнера 5, в котором расположены блок автономного электропитания 6 и блок предварительной обработки данных измерения 7 (фиг.2). Измерительные механизмы 3, 4, соединенные штангой 2, установлены на головки рельсов левого 8 и правого 9 соответственно (фиг.1) с возможностью свободного качения их по соседним нитям вдоль оси колеи. Для этого на каждом из измерительных механизмов горизонтально установлены оси вращения подшипников, объединенных в пары 10, 11 и 12, 13 для левого 3 измерительного механизма (фиг.1, 3), а также 14, 15 и 16, 17 для правого 4 измерительного механизма (фиг.1). На фиг.1 видны лишь по одному из этих подшипников: 10 на левом механизме и 14 на правом механизме. В состав
левого 3 измерительного механизма входит несущая балка 18, выполняющая функции измерительной хорды и установленная в плоскости ортогональной по отношению к плоскости, лежащей на головках рельсов, образующих колею. Такая же несущая балка 19 входит в состав правого 4 измерительного механизма (фиг.2). Несущие балки 18, 19 установлены вдоль оси головок рельсов. При этом для обеспечения надежной работы измерительных механизмов 3, 4 нужен зазор между поверхностями головок рельсов 8, 9 и поверхностями несущих балок, обращенными к этим головкам. Этот зазор получают за счет того, что к одноименным концам несущих балок 18, 19 прикреплены на определенном уровне горизонтально ориентированные и находящиеся в одной плоскости оси вращения подшипников качения 20, 21, для несущей балки 18 и подшипника 22, 23 для несущей балки 19. С другой стороны несущих балок 18, 19 зазор между головками рельсов 8, 9 и поверхностями несущих балок, обращенными к этим головкам рельсов, получают за счет того, что к этим концам несущих балок 18, 19 прикреплены горизонтально ориентированные оси вращения колес 24, 25 определенного диаметра. Колесо 24 установлено на оси, относящейся к несущей балке 18, а колесо 25 установлено на оси, закрепленной к несущей балке 19.
Таким образом, несущая балка 18 левого 3 измерительного механизма выполнена опирающейся на подшипниковую пару 20, 21 и колесо 24 (фиг.2,3), а несущая балка 19 правого 4 измерительного механизма выполнена опирающейся на подшипниковую пару 22, 23 и колесо 25 (фиг.2). Внешние обоймы подшипников качения 20, 21 и поверхность колеса 24 выполнены с возможностью свободного качения по поверхности головки рельса 8 (фиг.1), а внешние обоймы подшипников качения 22, 23 и поверхность колеса 25 выполнены с возможностью качения по поверхности головки рельса 9.
В установочные отверстия 26, 27, 28, оси которых ориентированны ортогонально относительно плоскости, лежащей на поверхностях головок рельсов, установлены бесконтактные вихретоковые датчики перемещений для левого 3 измерительного механизма. В установочные отверстия 29, 30, 31
установлены аналогичные бесконтактные датчики перемещений для правого 4 измерительного механизма.
Несущая балка - 18 (фиг.3, 4) вместе с бесконтактными датчиками, размещенными в установочных отверстиях 26, 27, 28 (фиг.1, 3, 4) образуют трехточечную несимметричную измерительную систему левого механизма 3. Аналогично несущая балка 19 совместно с бесконтактными датчиками перемещений, размещенными в установочных отверстиях 29, 30, 31 (фиг.1), образуют трехточечную несимметричную измерительную систему для правого 4 измерительного механизма.
Вычислительный блок на базе портативного компьютера 32 (фиг.1) размещен на холдере 33, закрепленном к контейнеру 5 (фиг.1, 2), расположенному на правом 4 измерительном механизме. К колесу на правой несущей балке 19 присоединен датчик пути-скорости 34, обеспечивающий привязку по координате пути (фиг.1, 2).
Работает устройство для индикации волнообразного износа рельсов следующим образом.
Тележка вместе с установленными на ней измерительными механизмами, датчиковой аппаратурой, блоком автономного электропитания, блоком предварительной обработки данных и вычислительным блоком размещают на рельсах исследуемого участка пути. С помощью переключателя 34 (фиг.1) осуществляется подключение к автономному источнику электропитания 6 датчиковой аппаратуры и блока предварительной обработки данных, о чем свидетельствует свечение светодиода 35. Сигнал на начало измерения формируется при сенсорном воздействии на портативный компьютер 32 при движении тележки по проверяемому участку пути. При этом происходит обработка измерительной информации в реальном масштабе времени и запись результатов измерения, которую можно наблюдать на экране компьютера. Измерительная информация представляет собой данные о величинах стрел изгиба неровностей на каждой рельсовой нити с привязкой к координате пути. В основу измерения положен хордовый метод на базе несимметричной
трехточечной схемы, образованной для левого 3 и правого 4 измерительных механизмов с помощью соответственно левой 3 и правой 4 несущих балок с установленными на них и размещенными в установочных отверстиях по три на каждую несущую балку бесконтактных вихретоковых датчиков перемещения. В процессе измерения движение несущих балок вдоль оси рельсовых головок происходит без касания балками рельсовых головок потому, что при установке балок предусмотрено наличие зазора между рельсовыми головками и поверхностью несущих балок, обращенными к этим головкам за счет соответствующего крепления осей подшипниковой пары 20, 21 (фиг.2) к одной стороне балки 18 левого 3 измерительного механизма и осей подшипниковой пары 22, 23 (фиг.2) к несущей балке правого 4 измерительного механизма, а также за счет соответствующего крепления осей колес 24, 25 с другой стороны несущих балок 18 и 19 соответственно левого 3 и правого 4 измерительных механизмов.
Таким образом, движение несущих балок 18, 19 происходит бесконтактно относительно рельсовых головок, на которых они установлены, и по которым происходит качение внешних обойм подшипниковой пары 20, 21 и колеса 24 для левого 3 измерительного механизма и внешних обойм подшипниковой пары 22, 23 и колеса 25 для правого 4 измерительного механизма. Это значительно упрощает кинематику устройства и увеличивает его надежность.
Существенно расширить функциональные возможности устройства для индикации волнообразного износа рельсов можно следующим образом. По данным проезда измерительной тележки по исследуемому участку пути определяют передаточную функцию измерительной системы тележки. Вид этой функции зависит от соотношения между размерами плеч трехточечной несимметричной схемы и для некоторого соотношения плеч на фиг.5 представлена соответствующая передаточная функция. По этой функции проводят восстановление параметров неровностей для выбранного значения
λ - длины волны неровностей. На фиг.6 представлены результаты восстановления параметров неровностей в области их коротких и длинных значений.
Таким образом, возможно определение параметров неровностей в любой области их значений, вне зависимости от длины принятой измерительной базы.