СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСТЯГИВАЮЩИХ УСИЛИЙ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА РЕЛЬС, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD TO MEASURE STRETCHING FORCES ACTING AT RAIL AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к измерениям, а точнее - к измерению силы, действующей на железнодорожный рельс, уложенный в пути.
Известны тензометрические системы измерения механических напряжений, воздействующих на рельс, например, патент ЕР 1793211, в которых измерение напряжений в рельсах производится с использованием тензорезистивных датчиков, наклеенных на рельс или шпалы. Недостатком метода является то, что датчики должны быть наклеены на ненапряженный рельс до укладки его в шпальную решетку, а количество датчиков должно быть достаточно большим.
Известны системы измерения механических напряжений, действующих на рельс, например, патент UK 1336311, заключающийся в том, что в рельсе выполняется отверстие, закрепляется датчик с использованием тензорезисторов, реагирующий на изменение геометрических размеров отверстия. Недостатком метода является то, что снижается механическая прочность рельса, а также то, что датчик реагирует только на изменение усилий.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является система измерения усилий (патент US 5386727), действующих на рельс с использованием зависимости скорости распространения ультразвука в рельсе в зависимости от действующих на рельс напряжений. Недостатком системы является слабая зависимость скорости распространения ультразвуковых колебаний от внутренних напряжений рельса, что делает метод недостаточно чувствительным к внутренним напряжениям при изменении геометрических параметров рельса (при износе), температуры и т.п.
Суть предлагаемого способа измерения усилий заключается в следующем (Фиг.1): если рельс 1, растягиваемый силой F, закрепить в двух или более точках 3, на рельс между этими точками установить груз 2 достаточно большой массы М, то полученная система будет обладать свойствами маятника с сосредоточенными параметрами. Частота собственных колебаний такого маятника (груза) в направлениях, перпендикулярных рельсу, будет зависеть от величины растягивающей силы F. Эта частота может являться параметром, по которому можно измерять растягивающую силу.
Также сигналом, зависящим от растягивающей силы, является амплитудно-частотная характеристика колебаний такой системы.
Предлагаемое устройство (Фиг.2) состоит из массивной рамы 4, закрепляемой на рельсах 9 с помощью двух или более захватов 5, одного или более грузов 7, устанавливаемых на рельсах между захватами. Для возбуждения колебаний грузов устанавливается одно или более устройство возбуждения колебаний 6, для регистрации амплитуды и частоты вибрации на грузы устанавливаются датчики вибрации 8.
Датчиками вибрации грузов могут являться пьезоэлектрические датчики вибрации или контактные датчики измерения перемещений, установленные между массивной рамой и грузами.
Устройство может быть установлено на электровоз, тепловоз, мотовоз, самоходную машину для ремонта путей или вагон-лабораторию.
Работает устройство следующим образом. Рама устанавливается на рельсы и с помощью захватов жестко фиксируется на них, тем самым фиксирует рельсы. Также на рельсы устанавливаются грузы и фиксируются на рельсах. Устройство для возбуждения колебаний выдает импульс колебаний, близкий к удару, после которого с помощью датчика вибрации снимается характеристика колебательного процесса. Частота возникших колебаний пересчитывается в растягивающее усилие.
Также устройство для возбуждения вибрации может выдавать синусоидальные колебания, при этом в качестве параметра, связанного с растягивающим усилием, может являться амплитудно-частотная характеристика возникшей колебательной системы.
Технический результат заключается в возможности измерения растягивающих усилий, действующих на рельс, без установки на рельс тензорезистивных или аналогичных датчиков.
Список источников
1. Патент ЕР 1793211.
2. Патент UK 1336311.
3. Патент US 5386727.