УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЕЛИЧИНЫ СТЫКОВЫХ ЗАЗОРОВ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТУПЕНЕК ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, к устройствам технической диагностики рельсового пути и может быть использована в компьютеризированных путеизмерительных вагонах-лабораториях.
Известно устройство для технической диагностики рельсового пути (патент РФ №2066646, М. КЛ. 6: В 61 К 9/08, Е 01 В 35/00; 35/04, опубликованный в бюл. №26, 1996 г), содержащее генератор высокой частоты, коммутатор, вихретоковый преобразователь, состоящий из двух пар идентичных катушек индуктивностей, размещенных в параллельных накладных плоскостях ортогонально направленных друг другу, четыре амплитудных детектора, четыре компенсатора напряжений, три сумматора, шесть вычитателей, биполярный детектор, семь масштабных усилителей, двуканальный пиковый детектор, формирователь импульса обнуления и два блока памяти, при этом выходы второго, четвертого, пятого и седьмого усилителей и шестого вычитателя являются информационными выходами устройства. Данное устройство, предназначенное для бесконтактного контроля геометрического положения нити рельсового пути, зазоров стыковых соединений и диагностики головки рельса, принято за прототип.
При всех достоинствах известного устройства следует отметить его ограниченные функциональные возможности по оценке стыковых зазоров в требуемом диапазоне изменения их величины, а также измерения забега стыка одной рельсовой нити относительно стыка другой нити при содержании из по наугольнику.
Поставленный технический результат достигается тем, что устройство для оценки величины стыковых зазоров и вертикальных ступенек, содержащее автогенератор, вихретоковый преобразователь и блок обработки
данных, включает в себя два идентичных первичных вихретоковых преобразователя, каждый из которых имеет в своем составе автогенератор, обмотку возбуждения и измерительную отмотку, два идентичных измерительных канала, каждый из которых содержит соответственно последовательно соединенные блок согласования, смеситель и операционный усилитель, при этом один выход каждого из автогенераторов первичного вихретокового преобразователя соединен с обмоткой возбуждения соответствующего первичного вихретокового преобразователя, а другой выход каждого из автогенераторов подключен к одному из входов смесителя соответствующего измерительного канала, выходы каждой из измерительных обмоток каждого соответствующего вихретокового преобразователя связаны с входом соответствующего блока согласования, выход соответствующего блока согласования подключен к второму входу соответствующего смесителя, выход соответствующего смесителя связан с входом соответствующего операционного усилителя, выходы операционных усилителей соответствующих измерительных каналов подключены к блоку обработки данных. Каждая из обмоток возбуждения соответствующего первичного виретокового преобразователя имеет прямоугольную форму, состоит из нескольких витков, расположенных в плоскости, параллельной плоскости, проходящей через вершины головок рельсов правой и левой колеи, и установлена над рельсом соответствующей колеи симметрично относительно продольной оси соответствующей колеи. Измерительная обмотка каждого первичного вихретокового преобразователя расположена в плоскости, ортогональной по отношению к плоскости расположения соответствующей обмотки возбуждения и проходящей через ось симметрии соответствующей обмотки возбуждения. При этом нижняя ветвь измерительной обмотки размещена в плоскости расположения обмотки возбуждения.
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства;
на фиг.2 представлена конструкция выполнения обмотки возбуждения и измерительной обмотки одного из первичных вихретоковых преобразователей, например первого;
на фиг.3 представлено взаимное расположение обмотки возбуждения и измерительной обмотки, расположенных над рельсом соответствующей рельсовой колеи;
на фиг.4 представлены расчетные зависимости выходных сигналов измерительного канала одного из вихретоковых преобразователей при прохождении его над стыковыми зазорами разной величины;
на фиг.5 представлены экспериментальные записи выходных сигналов измерительного канала одного из вихретоковых преобразователей при прохождении его над стыковыми зазорами той же величины, что и на фиг.4;
на фиг.6 представлены экспериментально полученные зависимости амплитуды выходного сигнала измерительного канала одного из вихретоковых преобразователей от высоты его подвеса h и от величины δ стыкового зазора, над которым он перемещается;
на фиг.7 представлена зависимость величины выходного сигнала измерительного канала одного из вихретоковых преобразователей от величины стыкового зазора, над которым он перемещался;
на фиг.8 представлена форма выходного сигнала одного из вихретоковых преобразователей при прохождении стыкового зазора и при наличии вертикальной ступеньки.
Устройство для оценки величины стыковых зазоров и вертикальных ступенек содержит (фиг.1) два первичных вихретоковых преобразователя 1 и 2, каждый из которых включает в себя соответственно автогенератор 3 и 4, обмотку возбуждения 5 и 6 и измерительную обмотку 7, 8. в устройство введены блок обработки данных 9 и два идентичных измерительных канала, каждый из которых содержит соответственно последовательно соединенные между собой блок согласования 10, 11, смеситель 12, 13 и операционный
усилитель 14, 15. При этом один из выходов автогенераторов 3, 4 подключен к соответствующей обмотке возбуждения 5, 6 каждого из первичных вихретоковых преобразователей соответственно 1, 2 (фиг.1), а каждый второй выход автогенератора 3, 4 подключен к одному из входов соответствующего смесителя 12, 13. Выходы измерительных обмоток 7, 8 каждого из первичных вихретоковых преобразователей 1, 2 соответственно подключены к входу соответствующего блока согласования 10, 11. Выходы блоков согласования 10, 11 соединены соответственно с вторыми входами смесителей 12, 13, выходы которых подключены к входам операционных усилителей соответственно 14, 15. Выходы операционных усилителей 14, 15 соединены с входами блока обработки данных 9. Обмотки возбуждения 5, 6 в каждом из первичных вихретоковых преобразователей и соответствующие измерительные обмотки 7, 8 включены взаимно ортогонально. На фиг.2 показана конструкция, обеспечивающая ортогональное расположение измерительной обмотки 7, 8 относительно обмотки возбуждения 10, 11 соответственно.
На фиг.3 представлено взаимное расположение обмотки возбуждения 5 и измерительной обмотки 7 относительно друг друга и относительно рельсовой колеи, над которой установлен соответствующий первичный вихретоковый преобразователь 1.
Работает устройство следующим образом. Автогенераторы 3 и 4 первичных вихретоковых преобразователей 1, 2 (фиг.1) питают обмотки возбуждения 5 и 6 соответственно током высокой частоты (порядка 200÷300 кГц). В окрестности обмоток возбуждения 5, 6 каждого из первичных вихретоковых преобразователей 1, 2 образуется электромагнитное поле.
Поскольку измерительные обмотки 7, 8 ортогональны относительно соответствующих обмоток возбуждения 5, 6 и в силу симметрии картины электромагнитного полей справа и слева относительно оси симметрии соответствующей катушки возбуждения 5, 6, а следовательно и
1
2
1
2
соответствующей измерительной обмотки 7, 8. В результате э.д.с., возбуждаемая в контуре измерительных обмоток 7, 8 близка к нулевому значению, а следовательно и выходные напряжения соответствующих измерительных каналов, т.е. напряжения на выходе операционных усилителей 13 и 14 также близки к нулевому значению. Сказанное выше справедливо при движении вагона-путеизмерителя по участку пути, где отсутствуют элементы железнодорожного пути, нарушающие симметрию электромагнитного поля в окрестности обмотки возбуждения первичных вихретоковых преобразователей, которыми являются главным образом стыковые зазоры. На фиг.4 представлены формы сигналов на выходе измерительного канала вихретокового преобразователя при прохождении его на высоте h=20 мм над стыковыми зазорами, имеющими величину δ=0,5 мм и δ=3 мм. Представленные зависимости получены расчетным путем при условии отсутствия вертикальных ступенек. На фиг.5 представлены формы сигналов на выходе измерительного канала одного из вихретоковых преобразователей, полученных экспериментально на стенде при условиях подвеса и при величинах зазоров δ и δ, указанных выше. Эти данные позволяют заключить, что расчетные формы выходных сигналов преобразователей согласуются с их экспериментальными значениями. Можно отметить следующие особенности этих сигналов:
1) они кососимметричны относительно оси ординат;
2) величина напряжения на выходе измерительного канала того или другого вихретокового преобразователя зависит как от величины высоты подвеса h, так и от величины стыкового зазора δ.
На фиг.6 представлены эти зависимости величины выходного напряжения вихретокового преобразователя от высоты подвеса h и от величины стыкового зазора δ. Эти зависимости носят нелинейный характер, поэтому оценку величины стыкового зазора целесообразно определять как разность длительности (по пути) значимого значения выходного сигнала
x
0
x
0
x
вихретокового преобразователя для текущего значения стыкового зазора L и длительности значимого значения выходного сигнала L вихретокового преобразователя, соответствующего для слитого стыка. Определение длительности значимого значения L показано на рис.5. Определение длительности значимого значения L возможно либо из статических данных проездов, либо как Lim L при х→0.
На фиг.7 представлена зависимость величины напряжения на выходе измерительного канала одного из вихретоковых преобразователей от величины зазора δ для нескольких значений высоты подвеса. Анализ этой зависимости позволяет заключить, что предложенное устройство для оценки величин стыковых зазоров, характеризуется несущественной чувствительностью к возможным при движении вагона колебаниям высоты подвеса.
Величина забега стыка одной нити относительно стыка другой нити при содержании их по наугольнику может быть оценена как разность (по пути) между прохождениями через нулевое значение выходного сигнала вихретокового преобразователя, установленного над одной из нитей колеи по отношению к аналогичному переходу выходного сигнала вихретокового преобразователя, установленного над другой из нитей колеи.
На фиг.8 представлена форма сигнала на выходе измерительного канала одного из вихретоковых преобразователей при прохождении над стыковым зазором, имеющим вертикальную ступеньку. Наличие вертикальной ступеньки обуславливает появление несимметрии выходного сигнала в виде смещения его в положительную или отрицательную сторону относительно оси абсцисс. Степень асимметрии характеризует высоту ступеньки, а знак смещения (в положительную или отрицательную сторону по отношению к оси абсцисс) характеризует превышение или понижение высоты рельса, на который наезжает колесо вагона.
Таким образом предлагаемое устройство позволяет оценить величину стыкового зазора и оценить величину и знак ступеньки между рельсами в стыковом зазоре.