Способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути

 

Использование: для определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо-рельс при движении транспортного средства по криволинейному участку пути. Сущность изобретения: определяют длину базы тележки, углы поворота передней и задней тележек и рамное усилие, по которым определяют параметр взаимодействия системы колесо-рельс, в качестве которого используют величину силового фактора, пропорционального износу гребней бандажей колесных пар. 2 ил.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к контрольно-регистрирующим приборам для определения состояния подвижного состава и рельсового пути, и предназначено для использования при научных исследованиях процессов взаимодействия пути и подвижного состава, а также оценки ожидаемого износа гребней бандажей колесных пар и рельсов в кривых.

Известен способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо-рельс при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, заключающийся в том, что определяют длину базы транспортного средства, половину длины базы тележки и углы поворота передней и задней тележек, по которым вычисляют параметр, характеризующий взаимодействие в системе колесо-рельс.

Недостатком способа является то, что установленные электрические датчики выдают электрические сигналы-импульсы, которые сравниваются с заранее назначенной градацией на выходе отъюстированного электронно-амплитудного селектора, т. е. полученные сигналы сравниваются с сигналами, полученными установочным путем. Поэтому, после сравнения сигналов получаются электрические сигналы, отражающие реальное силовое воздействие подвижного состава на железнодорожный путь, а не относительное или смоделированное.

Кроме того, электрические сигналы, полученные от датчиков в зависимости от уровня сигнала с электронно-амплитудного селектора, подаются в соответствующий электромагнитный отсетчик, фиксирующий только свой показатель на бумаге. Данная система фильтрации сигнала и разделение его на сильный и слабый отражает примитивную обработку импульсов, которая в конце концов регистрирует на протягиваемой бумаге сигналы, отражающие лишь изменения электрических импульсов неподрессоренной или подрессоренной части экипажа, после усилителя с неоправданными и ненужными разложениями сигнала.

Известный способ также отражает процесс взаимодействия экипажа на путь, фиксированные значения силовых факторов являются отрешенными от действительности. А способ отражает, скорее всего, технологию процесса и регистрацию электрических сигналов с усилением и сравнением с заданными значениями импульсов. Необходимо отметить недостаточную надежность работы устройства, связанную с применением электронно-амплитудного селектора, который не способен обеспечить стабильную работу устройства. Об отсутствии точности измерения говорит и тот факт, что не говорится о положении экипажа в кривой железнодорожного пути. Хотя, как известно, при движении экипажа в кривых участках железнодорожного пути силы динамического взаимодействия резко возрастают, а с увеличением скорости их действия усиливаются. Кроме всего прочего, описываемый прототип отражает способ регистрации силовых факторов динамического взаимодействия экипажа и пути, а не фактор износа системы колесо-рельс, хотя необходимо отметить, что силовые факторы являются составляющими фактора износа.

Цель изобретения повышение точности непрерывного определения износа подвижного состава и пути в кривых участках.

Цель достигается тем, что в предлагаемом способе измеряют длину базы транспортного средства, половину длины базы тележки и углы поворотов передней и задней тележек, рамное усилие, определяют величину трения колес о рельсы и расстояние между кругами катания колес, а в качестве параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо-рельс, используют величину силового фактора, пропорционального износу гребней бандажей колесных пар, которую определяют по соотношению: где Т величина силы трения колес о рельсы; L длина базы транспортного средства; а половина длины базы тележки; Ур рамное усилие; S половина расстояния между кругами катания; з угол поворота задней тележки; п угол поворота передней тележки; К коэффициент увязки размерности.

На фиг. 1 показаны параметры, использованные для расчета фактора ; на фиг.2 устройство для реализации способа.

При этом на фиг.1 обозначены:
Х полюсное расстояние;
W центр поворота тележки;
H1 продольная составляющая сил трения одного колеса 1-й колесной пары о рельсы;
H2 продольная составляющая сил трения одного колеса II-й колесной пары о рельсы;
V1 поперечная составляющая сил трения одного колеса I-й колесной пары о рельсы;
V2 поперечная составляющая сил трения одного колеса II-й колесной пары о рельсы;
Т равнодействующая сила трения колеса о рельсы;
2а база тележки;
У1 направляющее усилие первой колесной пары;
У2 направляющее усилие второй колесной пары;
2S расстояние между кругами катания колес.

Способ имеет математическое обоснование.

Рассмотрим основную формулу износа, которая отражает следующую зависимость.

f = УK,
где силовой фактор, пропорциональный износу гребней бандажей колесных пар;
У направляющее усилие (реакция рельса);
a угол набегания;
К коэффициент увязки размерности (г/кН/рад).

Произведем аналитический расчет величины направляющих усилий.

Учитывая отношение (фиг.1) поперечной составляющей сил трения V1 к равнодействующей сил трения колес о рельсы Т и отношение полюсного расстояния Х к половине длины 2S, из подобия треугольников составим пропорцию:


Из которой находим значение поперечных составляющих сил трения для первой и второй колесных пар.


С учетом рамных усилий Ур, возникающих от действия центробежных сил и реакций рельса, получим:

Известно, что углы поворотов передней и задней тележек относительно транспортного средства определяются по формуле:

tgn n, tg3 3, так как углы поворота не превышают 5o значения и идентичны для различных установок экипажа в кривой,
где n угол поворота передней тележки;
3 угол поворота задней тележки;
половина базы транспортного средства;
а половина базы тележки;
Хn полюсное расстояние первой тележки;
Х3 полюсное расстояние задней тележки;
R радиус кривой.

Рассматривая положение экипажа в кривой в максимальном переносе, допускается, что полюсные расстояния передней и задней тележек равны, т.е. Х3 Хn Х. Находим Х из формулы (7)

Из формулы (8) определим значение:

Подставляя (9) в (10) и упрощая, получим

Из выражения (11) находим радиус круговой кривой

Находим полюсное расстояние для задней тележки

где суммарный зазор с учетом уширения колеи.

Подставляя выражение (12) в (9), получим:

Учитывая формулу, определяющую поперечные силы, возникающие между колесом и рельсом,

где У направляющие усилия при движении экипажа в кривой;
Т сила трения колес о рельсы;
Х полюсное расстояние;
S половина расстояния между кругами катания колесных пар.

Поставляя выражение (14) в (15), получим значения направляющих усилий для первой и второй колесных пар

Из выражения (13) находим значение суммарного зазора с учетом уширения в колее.


Подставляя выражение (14) в (18), имеем:

Используя выражение (12) в выражении (19), значение зазора равно:
= a(3 - n); (20)
Угол набегания определяется по формуле /8/

Подставляя выражение (13) в (21), получим:

Используя (20) в выражении (22), находим:

Подставляя выражение (12) в (23), получим:

По формулам (16), (17) и (24) получим значения составляющих силового фактора, пропорционального износу, которые зависят от величины углов поворотов тележек , базы транспортного средства L, половины базы тележки а, рамных усилий Ур, половины расстояния между кругами S катания и равнодействующей сил трения Т. Учитывая условие, что при движении экипажа вторая колесная пара может занимать различные положения, производим математический расчет только для набегающей колесной пары, т.е. для определения направляющих усилий У1.

F = УK (25)
Блок-схема устройства, реализующего способ содержит:
1 бесконтактный датчик рамных усилий;
2 бесконтактный датчик угла поворота передней тележки;
3 бесконтактный датчик угла поворота задней тележки;
4 блок обработки сигналов направляющих усилий, возникающих между наружным рельсом и колесной парой;
5 блок обработки сигналов узла набегания гребня колесной пары на рельс;
6 блок обработки сигналов фактора износа;
7 регистрирующий прибор.

Датчик рамных усилий 1 устанавливается на раме тележки и с помощью штока соединен с буксой колесной пары, выдает электрический сигнал, пропорциональный давлению рамы тележки на буксовый узел колесной пары. Датчики углов поворотов передней тележки 2 (n) и задней тележки 3 (3) относительно оси рамы транспортного средства, устанавливают непосредственно на рамах тележек и посредством кинематической связи соединяют с рамой транспортного средства, датчики реализуют электрический сигнал, пропорциональный углу поворота тележек.

Электрические сигналы, пропорциональные углу поворота передней тележки n, углу поворота задней тележки 3/ и рамных усилий Ур, поступают в блок обработки сигналов направляющих усилий 4, действующих на колесную пару. Электрический сигнал, отражающий величину направляющего усилия У1, поступает в блок обработки сигналов фактора износа 6, кроме того, в блок 6 поступают электрические сигналы из блока 5, который реализует угол набегания гребня бандажа колесной пары на рельс в функции углов поворотов тележек vn и 3. Блок 6 умножает величины электрических сигналов У1 и с учетом коэффициента увязки размерности К согласно формулы (25).

Электрический сигнал, полученный в блоке 6, фиксируется регистрирующей аппаратурой 7 и является характеристикой динамического взаимодействия подвижного состава и пути, выраженного величиной фактора износа колесных пар транспортного средства и рельсов.


Формула изобретения

Способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, заключающийся в том, что определяют длину базы транспортного средства, половину длины базы тележки и углы поворота передней и задней тележек, по которым вычисляют параметр, характеризующий взаимодействие в системе колесо
рельс, отличающийся тем, что измеряют рамное усилие, определяют величину силы трения колес о рельсы и расстояние между кругами катания колес, а в качестве параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо рельс, используют величину силового фактора, пропорционального износу гребней бандажей колесных пар, которую определяют по соотношению

где Т величина силы трения колес о рельсы;
L длина базы транспортного средства;
a половина длины базы тележки;
Ур рамное усилие;
S половина расстояния между кругами катания;
з - угол поворота задней тележки;
п - угол поворота передней тележки;
К коэффициент увязки размерности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к исследованию состояния рельсового пути для движения транспортных средств, к передвижной измерительной аппаратуре для измерения положения пути

Изобретение относится к устройствам бесконтактного контроля геометического положения нити рельсового пути, зазоров в стыковых соединениях рельсов и диагностики головки рельса и может быть использовано в передвижных контрольно-измерительных лабораториях железнодорожного транспорта как в статике, так и динамике

Изобретение относится к путевым измерителям, предназначенным для выявления истинного состояния пути по отношению к заданному состоянию пути

Изобретение относится к области определения состояния пути для движения транспортного средства, а именно к передвижной измерительной аппаратуре для определения положения пути в плане, поперечном и продольном профилях, преимущественно рельсовых путей слипов

Изобретение относится к железнодорожной автомашине, в частности к системам измерения, контроля и диагностики, и может быть использовано в устройствах для бесконтактного контроля геометрических параметров верхнего строения пути и ходовых частей подвижного состава

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к устройствам для контроля рельсов

Изобретение относится к измерительным устройствам на железнодорожном транспорте , а именно к устройствам для определения дефектов рельсов

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно для обнаружения дефектов в рельсах

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к контрольно-регистрирующим приборам для определения состояния подвижного состава и рельсового пути, и предназначено для использования при научных исследованиях процессов взаимодействия пути и подвижного состава, а также оценки ожидаемого износа гребней бандажей колесных пар и рельсов в кривых

Наверх