Способ измерения путеизмерительным вагоном жесткости рельсового пути

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, предназначенной для проверки состояния железнодорожного полотна. При прохождении фиксированных точек пути каждой из четырех колесных пар путеизмерительного вагона измеряют поперечный уровень рельсовой колеи и силы, действующие на левые и правые буксы колесных пар. По полученной информации с использованием аналитических соотношений определяют среднюю жесткость рельсовой колеи в указанных точках и отклонение жесткости рельсовых нитей от среднего значения жесткости колеи. Данный способ позволяет измерять жесткость рельсового пути путеизмерительным вагоном при любых скоростях движения. 3 з.п. ф-лы.

Использование: для измерения жесткости рельсового пути. Сущность изобретения: способ заключается в том, что при прохождении фиксированных точек каждой колесной парой путеизмерительного вагона измеряют поперечный уровень рельсовой колеи, одновременно измеряют силы действующие на каждую из букс, полученные результаты измерения подставляют в систему уравнений взаимодействия путеизмерительного вагона и рельсового пути при измерении поперечного уровня и определяют среднюю жесткость рельсового пути в каждой фиксированной точке и отклонение жесткости каждой из рельсовых нитей от среднего значения в указанной точке.

Изобретение относится к контролю состояния железнодорожного пути и может быть использовано для оценки и прогноза этого состояния.

Известен способ определения коэффициента относительной жесткости основания железнодорожного пути и рельса и устройство для его реализации [1] заключающийся в том, что регистрируют сигналы, характеризующие величину прогиба под каждой тележкой вагонов состава, каждый раз определяют по меньшей мере два расстояния между датчиком и опорной точкой ближнего к датчику колеса тележки, при которых наблюдаются нулевые значения прогиба рельса, и по данным о полученных расстояниях при воздействии всех тележек вагонов состава определяют среднее значение и дисперсию коэффициента жесткости.

Недостатком приведенного способа является локальный характер его использования.

Известен способ определения кривизны рельса под нагруженным колесом, изгибающего момента, напряжений от изгиба рельса, относительной жесткости и модуля упругости подрельсового основания [2], заключающийся в том, что определяют относительное перемещение трех точек, расположенных на рабочей поверхности головки рельса упомянутое перемещение трех точек определяют непосредственно вблизи нагруженного колеса, перемещаемого с заданной скоростью, а кривизну, изгибающий момент и напряжения от изгиба рельса, относительную жесткость и модуль упругости подрельсового основания определяют по соответствующим соотношениям.

Недостатком вышеизложенного способа является низкая точность, обусловленная отсутствием учета динамического взаимодействия пути и подвижного состава (вагона).

Задачей изобретения является измерение жесткости рельсового пути путеизмерительным вагоном при любых скоростях движения.

Для решения поставленной задачи способ измерения путеизмерительным вагоном жесткости рельсового пути, заключается в том, что при прохождении фиксированных точек каждой колесной парой путеизмерительного вагона измеряют поперечный уровень рельсовой колеи, одновременно измеряют силы, действующие на бусы колесной пары, полученные результаты подставляют в систему уравнений взаимодействия путеизмерительного вагона и рельсового пути при измерении поперечного уровня каждой колесной парой и определяют среднюю жесткость рельсовой колеи в указанной фиксированной точке и отклонения жесткости каждой из рельсовых нитей от среднего значения жесткости колеи в этой точке.

Обоснование предложенного способа заключается в следующем. Взаимное положение рельсовых нитей по уровню определяется из выражения

где l - ширина колеи, Θ _р - угол наклона рельсовой колеи относительно горизонта.

В свою очередь наклон рельсовой колеи можно представить

где Θ _г - угол наклона рельсовой колеи определяемый геометрией пути и измеряемый без нагрузки; Θ _ст - изменение наклона пути, вызванное статической нагрузкой; Θ _д - изменение наклона пути, вызванное динамической нагрузкой.

Обозначим жесткость рельсовых нитей (левой и правой)

где средняя жесткость рельсовой колеи, а Δ - отклонение жесткости рельсовых нитей от средней жесткости колеи.

Изменение наклона пути обусловленное суммарной нагрузкой (статической и динамической) можно представить

где ΔZ _л и ΔZ _п - вертикальная деформация рельсовых нитей, вызванная суммарной нагрузкой; F_л и F_п - силы, действующие на левую и правую буксы колесной пары.

При С² _р>>Δ ² из (4) получим

При измерении наклона пути в фиксированной точке при прохождении каждой из колесных пар путеизмерительного вагона (при различных статических нагрузках на тележки и различных фазах колебаний вагона) получим четыре независимых результата измерений

Из (6) видно, что любая разность двух приведенных результатов не содержит геометрической компоненты Θ _г.

С учетом (5) и (6) можно написать два разностных уравнения.

Введем обозначения

[(F_л1-F_п1 )-(F_л3-F_п3)]=a,

[(F_л3+F _п3)-(F_л1+F_п1)]=b,

[(F _л2-F_п2)-(F_л4-F_п4)]=d,

[(F_л4+F_п4)-(F_л2+F_п2 )]=e.

С учетом принятых обозначений из (7) получим

Подставив (9) в (8) получим уравнение

первый корень которого С_р=0 не имеет физического смысла и поэтому исключается из рассмотрения, а второй получаем в виде

Таким образом, решена задача измерения жестокостей рельсовых нитей при прохождении фиксированной точки путеизмерительным вагоном.

Выбор фиксированных точек пути осуществляется при помощи шага датчика пути (одометра) как и при измерении геометрических параметров рельсового пути, а сам шаг (квант) датчика пути выбирается кратным межосевым расстояниям вагона.

Литература

1. Патент №2116400 Россия. Способ определения коэффициента относительной жесткости основания железнодорожного пути и рельса и устройство для его реализации /В.П.Григорьев, Г.Н.Дюков, Н.А.Князев, Л.Е.Шейнман (Россия). - Заяв. №96101917/28; опубл. 27.07.98.

2. Патент №208423 Россия. Способ определения кривизны рельса нод нагруженным колесом, изгибающего момента, напряжений от изгиба рельса, относительной жесткости и модуля упругости подрельсового основания /А.Д.Конюхов, В.А.Рейхард, А.А.Нефедов, В.Л.Порошин (Россия). - Заяв. №94015384/28; опубл. 10.04.98.

Формула изобретения

1. Способ измерения путеизмерительным вагоном жесткости рельсового пути, заключающийся в том, что при прохождении фиксированных точек пути каждой из четырех колесных пар путеизмерительного вагона измеряют поперечный уровень рельсовой колеи и силы F _л1 и F_п1, F_л2 и F_п2, F _л3 и F_п3, F_л4 и F_п4 , действующие на левые и правые буксы колесных пар, а среднюю жесткость С_р рельсовой колеи в указанной фиксированной точке и отклонение Δ жесткости рельсовых нитей от средней жесткости колеи определяют по выражениям:

где l - ширина колеи;

Θ _p1, Θ _p2, Θ _p3, Θ _p4 - углы наклона рельсовой колеи относительно горизонта в фиксированной точке для соответственно первой, второй, третьей и четвертой колесных пар;

[(F_л1-F_п1 ) - (F_л3-F_п3)]=a,

[(F_л3 +F_п3) - (F_л1+F_п1)]=b,

[(F_л2-F_п2) - (F_л4-F_п4 )]=d,

[(F_л4+F_п4) - (F_л2 +F_п2)]=e.

2. Способ по п.1, в котором фиксированные точки определяют с помощью датчика пройденного пути, шаг которого выбирают кратным расстояниям между колесными парами путеизмерительного вагона.

3. Способ по п.1, в котором статическую нагрузку на тележки путеизмерительного вагона принудительно делают различной.

4. Способ по п.1, в котором результаты измерений нормируют по скорости.