Устройство для измерения радиуса кривой рельсового пути

 

Использование: в передвижных контрольно-измерительных лабораториях железнодорожного транспорта и в системах его управления. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные генератор опорного напряжения, датчик кривизны пути, выполненный в виде акселерометра вычитатель и регистратор, а также скоростемер, датчик угловой скорости и интегратор. Техническим результатом является измерение радиуса кривой рельсового пути с большим быстродействием. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам измерения радиуса кривой поворота рельсового пути в плане и может быть использовано в передвижных контрольно-измерительных лабораториях железнодорожного и другого транспорта и в его системах управления.

Известны устройства, реализующие способ определения радиуса кривой рельсового пути, содержащие скоростемер и датчик кривизны пути, выполненный в виде акселерометра, установленные на измерительной тележке (авт.свид, СССР N 1049605, 1983).

Известные устройства имеют недостаточные точность и достоверность определения радиуса кривой и низкую производительность контроля, поскольку измерительной тележке необходимо двукратно перемещаться по одному и тому же контролируемому участку пути. Неудовлетворительные точность и достоверность контроля обусловлены тем, что при переменном радиусе кривой рельсового пути, а это практически всегда имеет место, не представляется возможным совместить показания датчика кривизны пути и скоростемера в одних и тех же точках дискретных участков пути при первом и втором перемещениях измерительной тележки с разными скоростями, а следовательно, устранить влияние на результат измерения гравитационной составляющей ускорения, действующего вертикально в поперечном сечении рельсового пути при наклонах или покачиваниях тележки в плоскости этого сечения. Нужна постоянно строгая привязка к местности и необходимость применения фильтра нижних частот, который также вносит дополнительную погрешность. Поэтому известные устройства не нашли широкого применения в технике.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения радиуса кривой рельсового пути, содержащее генератор опорного напряжения, два датчика кривизны пути, установленные на передней и задней тележках вагона, вычитатель и регистратор (авт.свид. СССР N 632605, 1978).

Точность и достоверность контроля этого устройства удовлетворительны лишь тогда, когда величина радиуса кривой поворота пути постоянна, что на практике встречается редко. При неравномерности кривой поворота пути тележки вагона будут поворачиваться относительно кузова вагона несинхронно и на разный угол вследствие значительного расстояния между тележками, а следовательно, помехи с обоих датчиков будут разными не только по величине, но иногда и по знаку, при вычитании которых не будет достигнута полная компенсация помехи (в том числе и гравитационной составляющей полного ускорения), а в худшем случае она удвоится при разных ее знаках.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство, содержащее последовательно соединенные генератор опорного напряжения, датчик кривизны пути, выполненный в виде акселерометра, вычитатель и регистратор, а также скоростемер, введены датчик угловой скорости и интегратор, при этом выход датчика угловой скорости связан через интегратор с вторым входом вычитателя, а выход скоростемера подключен к другому входу регистратора.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является обеспечение безопасности движения железнодорожного транспорта на криволинейных участках пути за счет точной и достоверной информации о радиусе кривой поворота пути, получаемой путем оснащения устройства новыми блоками, позволяющими сначала измерить гравитационную составляющую ускорения и полное ускорение (сумма тангенциальной и гравитационной составляющих), а затем вычесть величину гравитационной составляющей ускорения из полного ускорения.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит размещенные в салоне вагона-путеизмерителя генератор 1 опорного напряжения, датчик 2 кривизны пути, выполненный в виде акселерометра, датчик 3 угловой скорости, интегратор 4, вычитатель 5, регистратор 6 и скоростемер 7. Датчик 2 кривизны пути, к входу которого подключен генератор 1 опорного напряжения, связан с первым входом вычитателя 5, а датчик 3 угловой скорости связан через интегратор 4 с вторым входом вычитателя 5, причем выход вычитателя 5 соединен с одним из входов регистратора 6, а скоростемер 7 с другим входом регистратора 6.

Датчик 2 кривизны пути предназначен для измерения полного ускорения (сумма тангенциальной и гравитационной составляющих), возникающего у движущегося по рельсам вагона на криволинейных участках рельсового пути и преобразования этого ускорения в электрическое напряжение. Датчик 2 собран на основе акселерометра и действует на принципе генерирования электрического сигнала при воздействии на датчик 2 ускорения. В общем случае акселерометр имеет ось чувствительности, однако на его показания влияют и поперечные ускорения, направленные перпендикулярно оси чувствительности.

Датчик 3 угловой скорости предназначен для измерения угловой скорости движущегося по рельсам вагона при его наклонах или покачиваниях в поперечном сечении рельсового пути.

Интегратор 4 предназначен для преобразования угловой скорости, измеряемой датчиком 3, в угловое перемещение в форме электрического напряжения, аналогичного форме напряжения, вырабатываемой датчиком 2, что позволяет осуществлять операции вычитания и обработки сигналов с датчиков 2 и 3.

Регистратор 6 представляет собой, например, компьютер типа IВМ с монитором (на фиг. 8 не показано) и предназначен для вычисления величины радиуса кривой рельсового пути и видеоконтроля результата измерения на экране монитора.

Скоростемер 7 выполнен, например, в виде тахогенератора, соединенного непосредственно или через механический редуктор с осью колесной пары вагона и в зависимости от скорости вращения колеса вырабатывает электрическое напряжение, прямо пропорциональное поступательной скорости движения колеса.

Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасности движения железнодорожного транспорта на криволинейных участках рельсового пути, что достигается совокупностью введенных элементов и их электрическими связями, позволяющими повысить точность и достоверность измерения радиуса кривой поворота пути.

Датчики 2 и 3 устанавливают в салоне вагона горизонтально и ориентируют чувствительными осями в поперечном сечении пути, т.е. перпендикулярно плоскости, проходящей вертикально вдоль рельсового пути.

При движении вагона по прямолинейному участку пути на датчик 2 не будут воздействовать никакие внешние силы, поэтому на его выходе будет уровень напряжения частотой, вырабатываемой генератором 1.

При движении вагона по криволинейному участку пути на датчик 2 будут воздействовать силы, направленные как вдоль радиуса кривой пути, так и вертикально в плоскости поперечного сечения пути, если вагон подвержен наклонам или покачиваниям в этой плоскости независимо от того, прямой или кривой исследуемый участок пути. В этой связи на выходе датчика 2 будет формироваться сигнал в виде напряжения в аналоговой форме, пропорциональный тангенциальной составляющей ускорения a_тV²/R и гравитационной составляющей ускорения a_г= g·sinα,, т.е.

где a полное ускорение, действующее на вагон при его движении на криволинейных участках пути; V скорость движения вагона; R радиус кривой рельсового пути; g ускорение свободного падения; α угол поворота вагона в плоскости поперечного сечения пути.

При наклонах или покачиваниях движущегося вагона в плоскости поперечного сечения пути как на прямолинейных, так и на криволинейных участках пути сигнал на выходе датчика 3 будет меняться от своей начальной величины, соответствующей нулевому значению наклона, пропорционально величине угла a.

На выходе интегратора 4, связанного с выходом датчика 3, будет выделяться сигнал в виде напряжения в аналоговой форме пропорциональный гравитационной составляющей ускорения a_г U₂~ a_г= g·sinα. В вычитателе 5 напряжения U₁ и U₂ вычитаются, и на его выходе получаем напряжение U₃, зависящее только от величины тангенциальной составляющей ускорения a_т Сигналы с выходов вычитателя 5 и скоростемера 7 подаются на входы регистратора 6, в котором осуществляется вычисление значения R из выражения (1). По знаку полярности величины R судят о правом или левом повороте пути.

Техническим результатом предложенного решения является обеспечение безопасности движения железнодорожного транспорта на криволинейных участках пути, достигаемой за счет измерения радиуса кривой рельсового пути с высокими быстродействием, точностью и достоверностью путем выделения тангенциальной составляющей ускорения из полного ускорения с последующим вычислением текущего значения радиуса кривой поворота пути.

Формула изобретения

Устройство для измерения радиуса кривой рельсового пути, содержащее вагон-путеизмеритель, последовательно соединенные генератор опорного напряжения, датчик кривизны пути, выполненный в виде акселерометра, вычитатель, регистратор и скоростемер, отличающееся тем, что в него введены датчик угловой скорости и интегратор, при этом выход датчика угловой скорости через интегратор связан с соответствующим входом вычитателя, а выход скоростемера подключен к другому входу регистратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1