УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И БОКОВЫХ СИЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ КОЛЕСОМ И РЕЛЬСОМ
APPARATUS FOR MEASURING VERTICAL AND LATERAL FORCES OF INTERACTION BETWEEN WHEEL AND RAIL

Изобретение относится к приборостроению, в частности к измерительным устройствам для измерения и регистрации сил взаимодействия колеса с рельсом.
Известен метод непрерывной регистрации вертикальных и боковых сил взаимодействия колеса и рельса, включающий в себя цельнокатаную вагонную колесную пару с диаметрами колес 950 или 1050 мм две мостовые схемы, смонтированные независимо друг от друга по кольцевым орбитам, содержащим радиально расположенные на концентрических окружностях поверхностей по обеим сторонам диска с радиусами 180, 217 и 280 мм, тензодатчики и активные тензодатчики с интервалом между ними по 45° для регистрации деформаций и определения по ним величин действующих на колесо вертикальных и горизонтальных сил, возникающих непосредственно в зоне контакта колеса с рельсом, токосъемное устройство, балансировочный блок, усилитель и осциллограф. Метод заключается в выборе комбинаций сумм и разностей показаний отдельных тензодатчиков в разных точках диска и оси, итоговые показания которых зависят только от одной силовой компоненты (А.К.Шафрановский. «Непрерывная регистрация вертикальных и боковых сил взаимодействия колеса и рельса». Труды «ВНИИЖТ», Выпуск 308, Глава I, раздел 2 (схема №2) и Глава II, раздел 9, «Транспорт», Москва, 1965 г.).
Недостатками указанного метода являются ошибки в определении сил взаимодействия колеса с рельсом при повороте колеса и экстремальных значениях приложенной вертикальной силы, составляющие от 12,2% до 14,6% (суммарная ошибка), и горизонтальной, (боковой) силы, составляющей 8,6%, а также низкая надежность работы токосъемника, не позволяющие широкого применения метода для контроля пути.
Известно устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия межу колесом и рельсом, взятое в качестве прототипа, содержащее железнодорожную колесную пару, тензорезисторы, включенные диаметрально в полумостовые тензометрические схемы и размещенные по разные стороны от оси на концентричных диаметрах наружной и внутренней сторонах диска колеса, тензометрические усилители, синхронизирующий и тактовый генераторы, блок управления и блок электронных ключей вертикальной и боковой сил (программируемый логический контроллер), блоки определения направления действия боковой силы, тензорезисторы внутренней стороны диска колеса установлены на одном диаметре с радиусом 0,6-0,7 радиуса диска колеса, а тензорезисторы наружной стороны диска колеса установлены на одном диаметре с радиусом 0,6-0,8 радиуса диска колеса (SU, авторское свидетельство №1312412, кл. G01L 1/22, G01L 5/16, опубл. 1987 г.).
Недостатками указанного устройства являются ошибки в определении сил взаимодействия колеса с рельсом при изменении поперечного и углового положения колеса относительно рельса и экстремальных значениях приложенной вертикальной силы, что снижает его технико-экономические показатели и не позволяет широкого применения при контроле пути.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения сил взаимодействия между колесом и рельсом и технико-экономических показателей устройства за счет учета поперечного и углового положения колесной пары относительно рельса.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия межу колесом и рельсом содержит железнодорожную колесную пару, тензорезисторы, включенные диаметрально в полумостовые тензометрические схемы и размещенные по разные стороны от оси на концентричных диаметрах внутренней стороны диска колес, тензометрические усилители, программируемый логический контроллер, датчики регистрации поперечного и углового положения колесной пары относительно рельсов, блок синхронизации, реализующий подачу импульса для синхронизации данных поперечного и углового положения колесной пары относительно рельсов и вертикальных и боковых сил в моменты, когда диаметральные оси с полумостовыми тензометрическими схемами располагаются перпендикулярно рельсам и блок передачи сигналов по радиоканалу, связанный с блоком приемки сигналов и бортовым компьютером.
На фиг.1 изображена блок-схема устройства для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия межу колесом и рельсом, на фиг.2 - расположение элементов устройства на железнодорожной колесной паре и на фиг.3 - сечение А-А на фиг 2.
Устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия межу колесом и рельсом (фиг.1, 2 и 3) содержит железнодорожную колесную пару 1, тензорезисторы 2, включенные диаметрально в полумостовые тензометрические схемы 3, 4, 5 и 6 для регистрации вертикальных сил и тензометрические схемы 7, 8, 9 и 10 для регистрации боковых сил и размещенные по разные стороны от оси 11 на концентричных диаметрах 12 и 13 внутренней стороне 14 диска 15 колес 16, тензометрические усилители 17 и 18, программируемый логический контроллер 19, датчики регистрации поперечного 20 и углового 21 положения колесной пары 1 относительно рельсов 22, блок синхронизации 23, реализующий подачу импульса для синхронизации данных поперечного и углового положения колесной пары 1 относительно рельсов 22 и вертикальных Рв и боковых Рб сил в моменты, когда диаметральные оси 24 и 25 с полумостовыми тензометрическими схемами 3-10 располагаются перпендикулярно рельсам 22 и блок 26 передачи сигналов по радиоканалу на принимающее устройство 27 в бортовой компьютер 28.
Устройство работает следующим образом.
При качении железнодорожной пары 1 по рельсам 22 сигналы от тензорезисторов 2 с полумостовых тензометрических схем 3-10, подключенных к входам тензометрических усилителей 17 и 18 поступают далее на входы программируемого логического контроллера 19. При повороте концентричных диаметров 12 и 13 с полумостовыми тензометрическими схемами 3-10 внутренней стороны 14 диска 15 колес 16 перпендикулярно к рельсам 22 на вход программируемого логического контроллера 19 поступают синхронизирующие импульсы, которые управляют его работой. По мере поступления синхронизирующих импульсов блок синхронизации 23 осуществляет последовательное подключение информативных значений сигналов вертикальных Рв и боковых Рб сил с полумостовых тензометрических схем 3-10 на регистрирующий канал тензометрических усилителей 17 и 18. Одновременно блок синхронизации 23 осуществляет последовательное подключение информационных значений сигналов с датчиков регистрации поперечного 20 и углового 21 положения колесной пары 1 относительно рельсов 22 в программируемый логический контроллер 19, реализующий подачу импульса для синхронизации данных поперечного и углового положения колесной пары 1 относительно рельсов 22 вертикальных Рв и боковых Рб сил в моменты, когда диаметральные оси 24 и 25 с полумостовыми тензометрическими схемами 3-10 располагаются перпендикулярно рельсам 22 и блок 26 передачи сигналов по радиоканалу отправляет сигналы на принимающее устройство 27 в бортовой компьютер 28, где по специальной программе производится расчет истинных значений вертикальных Рв и боковых Рб сил с учетом масштабных коэффициентов и производится их корректировка с учетом фактического положения колес 16 относительно рельсов 22. При повороте колес 16 на угол 90° информационные значения снимаются с полумостовых тензометрических схем 7, 8, 9 и 10, находящихся в створе диаметральных осей 24 и 25, перпендикулярно рельсам 22, при этом блок синхронизации 23 посылает синхронизирующие импульсы в программируемый логический контроллер 19 и информативные значения с датчиков регистрации поперечного 20 и углового 21 положения колесной пары 1 относительно рельсов 22. Далее процесс измерения повторяется.
Введение датчиков регистрации поперечного 20 и углового 21 положения колесной пары 1 относительно рельсов 22 и блока синхронизации 23, реализующего передачу импульса для синхронизации данных поперечного и углового положения колесной пары 1 относительно рельсов 22 и вертикальных Рв и боковых Рб сил в моменты, когда диаметральные оси 24 и 25 с полумостовыми тензометрическими схемами 3, 4, 5 и 6 или 7, 8, 9 и 10 располагаются перпендикулярно рельсам 22, и блока передачи сигналов 26 по радиоканалу на принимающее устройство 27 в бортовой компьютер 28 позволяет повысить точность измерения сил взаимодействия между колесами железнодорожного транспорта и рельсами и технико-экономические показатели устройства и обеспечить его применение для контроля железнодорожного пути.