Устройство для контроля неровностей рельсового пути

 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта. Устройство содержит для каждой рельсовой нити последовательно соединенные блок датчиков - датчик ускорений и датчик перемещений, масштабные усилители, блок вычисления вертикальных траекторий буксы, блок вычисления вертикальных неровностей рельсового пути, а также датчик скорости, последовательно связанный с цифровым скоростемером. Блок вычисления вертикальных траекторий буксы содержит последовательно соединенные двухвходовой интегратор, трехвходовой интегратор, двухвходовой сумматор и фильтр верхних частот, выходы и входы которых соединены определенным образом. Изобретение решает задачу по созданию устройства, позволяющего определять неровности в широком диапазоне длин. 2 ил.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано для измерения вертикальных неровностей рельсового пути в широком диапазоне их длин.

Известен способ непрерывной регистрации траектории точки контакта колеса подвижного состава с рельсом, сущность которого заключается в том, что для определения траектории буксы регистрируют разность между значением напряжения, пропорционального вертикальному перемещению кузова в абсолютной системе координат, и значением напряжения, пропорционального изменению расстояния между кузовом и буксой.

Измерение расстояния между кузовом и буксой производится при помощи прогибомера (датчика перемещений), а абсолютные перемещения кузова определяют путем двойного интегрирования электрических сигналов, пропорциональных ускорениям кузова.

Известен способ непрерывной регистрации траектории точки контакта колеса подвижного состава с рельсом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, интегрирование сигналов ускорений производят с применением инерционных звеньев. При этом сигналы, пропорциональные перемещению кузова подвижного состава и изменению расстояния между кузовом и буксой до их вычитания сдвигают по фазе так, чтобы фазовые искажения сигналов были одинаковы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство определения траекторий движения ходовых частей пассажирского вагона, содержащее последовательно связанные датчик вертикальных ускорений, усилитель сигналов, сумматор, а также последовательно соединенные датчик перемещений, усилитель сигналов, фильтр верхних частот, выход которого соединен с указанным выше сумматором. Выход сумматора соединен со входом второго фильтра верхних частот, а его выход соединен со входом регистратора.

Недостатками известного устройства (прототипа) являются следующие: 1. Применение в тракте измерения относительных перемещений фильтра верхних частот неоправданно усложняет схему фазовой компенсации сигналов перемещений кузова (Z) и относительных перемещений (Z- η ).

2. В прототипе отсутствует защита входа интегратора от постоянной составляющей сигнала с выхода усилителя ускорения кузова, что приведет к неустойчивой работе и перегрузке операционных усилителей интегратора.

3. Устройство измеряет вертикальные траектории букс. Датчики перемещений находятся на некотором расстоянии от кругов катания колес по рельсам. В то же время, в прототипе отсутствует блок вычисления вертикальных неровностей рельсовых нитей.

Техническим результатом изобретения является создание устройства для измерения вертикальных неровностей рельсового пути в широком диапазоне длин, которые оказывают влияние на динамику вагонов и устойчивость от схода с рельсов.

Для достижения этого технического результата было создано устройство, содержащее два измерительных тракта, которые соответствуют двум рельсовым нитям.

Измерительные тракты содержат последовательно связанные: - блоки датчиков, включающие датчики ускорений и относительных перемещений; - масштабные усилители; - блоки вычисления вертикальных траекторий букс; - блок вычисления вертикальных неровностей рельсовых нитей и их сочетаний; - бортовую ЭВМ.

Устройство содержит цифровой скоростемер - указатель пути, выход которого соединен со входом бортовой ЭВМ.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается отсутствием фильтра нижних частот в трактах измерения относительных перемещений, наличием RC цепочек на входах блока вычисления вертикальных траекторий букс, новым построением схемы компенсации фазы сигналов в блоке вычисления вертикальных траекторий букс, наличием блока вычисления вертикальных неровностей рельсовых нитей и их сочетаний и введением для операции анализа данных и привязки их к пути бортовой ЭВМ. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна", поскольку удовлетворяет критерию "существенные отличия".

На фиг.1 изображена блок-схема устройства.

На фиг. 2 представлена схема блока вычисления вертикальной траектории буксы.

Устройство содержит: - блоки датчиков 1 и 2, установленные на раме тележки вагона, каждый из которых содержит датчик ускорений 3 (5) и датчик перемещений 4 (6).

Датчики ускорений фиксируют вертикальные ускорения рамы тележки над буксами колесной пары, датчики перемещений фиксируют изменение расстояния между буксами и рамой тележки.

- масштабные усилители (ускорений 7, 9 и перемещений 8, 10), которые обеспечивают необходимые масштабы ускорений и относительных перемещений "букса-рама тележки"; - блоки вычисления вертикальных траекторий букс 11 и 12, схема одного блока представлена на фиг. 2, где: а и б - первая и вторая "RC" цепочки с одинаковыми параметрами,
в - двухвходовой интегратор,
г - трехвходовой интегратор,
д - двухвходовой сумматор,
е - фильтр верхних частот.

- блок вычисления вертикальных неровностей рельсовых нитей 13, на основе измеренных траекторий букс.

Помимо вертикальных неровностей рельсовых нитей h₁ и h₂ блок 13 вычисляет симметричные просадки и перекосы рельсовой нити с использованием следующих формул:
- для неровностей рельсов:
h₁ = mη₁+nη₂; h₂ = mη₂+nη₁;
- для симметричных просадок:
h_ср = (h₁+h₂)/2,
- для перекосов пути: Δh = h₁-h₁, где m=(2s+e)/2s+2e, n=e/(2s+2e),
2s - расстояние между кругами катания колес колесной пары;
e - расстояние от датчика перемещений до плоскости круга катания ближайшего колеса;
- датчик скорости 14, выдающий определенное количество импульсов за оборот колеса;
- цифровой скоростемер-указатель пути 15, который выдает импульсы через 0,1 м, 100 м и 1 км;
- бортовую ЭВМ 16, ведущую обработку данных и привязку их к пути.

Схема блока вычисления вертикальной траектории буксы состоит из колебательного звена, образованного операционными усилителями A-1, A-2 и A-З и звена фильтра верхних частот (ФВЧ) второго порядка A-4).

Схема имеет два входа: ускорение рамы и (Z- η ) - относительное перемещение "рама-букса". По входу колебательное звено производит двойное интегрирование ускорений и является звеном фильтра верхних частот второго порядка. Колебательное звено включает в себя сумматор, который суммирует сигналы абсолютных перемещений Z, получаемые с выхода двойного интегрирования с сигналом относительных перемещений, поданных на вход (Z-η).
В результате, на выходе сумматора образуется сигнал траектории буксы η, который поступает на вход фильтра верхних частот (A-4). Он избавляет от постоянных составляющих напряжения на выходе сумматора и увеличивает крутизну спада амплитудно-частотной характеристики в нерабочей зоне нижних частот и расширяет рабочую полосу частот.

Отличительными особенностями схемы блоков 1 1 и 12 являются:
- для входов введены разделительные "RC" цепочки, причем

где ω₀ - собственная частота колебательного звена, которая определяется резистором R₂.

RC цепочки исключают постоянные составляющие напряжений, появляющихся на выходах усилителей 7, 8, 9, 10.

- сигнал с входа (Z- η ) поступает, как на сумматор A-З, причем выполняется условие R₆=R₇=R₈, так и на вход сумматора A-2, причем

где ε - коэффициент затухания колебательного звена.

Указанные условия обеспечивают суммирование сигналов без фазовых и амплитудных искажений.

Устройство работает следующим образом.

На боковой раме тележки пассажирского вагона (путеизмерителя) над буксами одной колесной пары крепят блоки датчиков 1 и 2. Датчики ускорений 3 и 5 блоков 1 и 2 жестко связаны с рамой тележки; их оси чувствительности ориентированы вертикально. Датчики перемещении 4 и 6 блоков датчиков связаны жестким поводком с соответствующей буксой и фиксируют относительные перемещения букс и рамы тележки. При движении вагона по пути, имеющему неровности, возникают ускорения рамы тележки и перемещения букс относительно рамы. Сигналы с датчиков усиливаются и масштабируются усилителями 7 и 8 (первая сторона) и 9 и 10 (вторая сторона). Эти сигналы поступают на входы блоков 11 и 12 вычисления вертикальных траекторий букс. На их выходах образуются сигналы, пропорциональные траекториям движения букс η₁ и η₂ в вертикальной плоскости. С выходов блоков 11 и 12 сигналы поступают на входы блока 13 вычисления вертикальных неровностей рельсового пути. На его выходах образуются сигналы вертикальных неровностей рельсов h₁ и h₂, симметричной просадки рельсовой нити h_ср=(h₁+h₂)/2 и перекоса колеи Δh = h₁-h₂.
Указанные сигналы, наряду с кодовыми сигналами скоростемера 15, поступают в бортовую ЭВМ, которая определяет скорость движения вагона, осуществляет обработку получаемых данных и привязку их к пути.

Экспериментальные исследования заявляемого устройства показали, что оно, в отличие от прототипа, обеспечивает с высокой точностью не только измерение вертикальных траекторий букс, но и вертикальных неровностей рельсовых нитей и их сочетаний в широком диапазоне длин. Это позволило определять неблагоприятные для подвижного состава участки пути и дать соответствующие рекомендации.

Формула изобретения

Устройство для контроля неровностей рельсового пути, содержащее для каждой рельсовой нити последовательно соединенные блок датчиков, включающий датчик ускорений и датчик перемещений, масштабные усилители, блок вычисления вертикальных траекторий буксы, блок вычисления вертикальных неровностей рельсового пути, а также датчик скорости, последовательно связанный с цифровым скоростемером, отличающееся тем, что блок вычисления вертикальных траекторий буксы содержит последовательно соединенные двухвходовой интегратор, трехвходовой интегратор, двухвходовой сумматор и фильтр верхних частот, причем выход масштабного усилителя ускорений через первую RC цепочку соединен с первым входом двухвходового интегратора, а выход двухвходового сумматора соединен со вторым входом двухвходового интегратора, выход которого соединен с первым входом трехвходового интегратора, а его выход соединен с его вторым входом и первым входом двухвходового сумматора, одновременно выход масштабного усилителя перемещений через вторую RC цепочку соединен с третьим входом трехвходового интегратора и со вторым входом двухвходового сумматора, выход которого соединен с входом фильтра верхних частот, при этом выходы фильтров верхних частот обоих блоков соединены со входами блока вычисления неровностей рельсового пути, выходы которого и выходы цифрового скоростемера соединены со входами бортовой ЭВМ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2