Способ измерений вертикальной нагрузки от колеса на рельс и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано в сфере железнодорожного транспорта, а именно для измерений вертикальной нагрузки от колеса на рельс при обнаружении дефектов ходовых частей подвижного состава. Способ заключается в том, что при диагностике подвижной состав проходит измерительный участок, на котором регистрируются сигналы с тензорезисторов, установленных в зонах шейки рельса, в двух измерительных сечениях рельса каждого межшпального пролёта по ним определяются поперечные силы, в рельсе и по их разнице постоянно вычисляется вертикальная сила, действующая от колеса на рельсы при прохождении между измерительными сечениями. Технический результат заключается в увеличении статистической достоверности измерений вертикальных сил между колесом и рельсом при проведении диагностики ходовых частей железнодорожных транспортных средств при их движении. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано в сфере железнодорожного транспорта, а именно для измерений вертикальной нагрузки от колеса на рельс, при обнаружении дефектов ходовых частей подвижного состава.

Известен способ обнаружения дефектов поверхности катания колёс железнодорожных транспортных средств в движении (патент России на изобретение №2480711, МПК G01B7/34 от 27.04.2013), заключающийся в том, что тензорезисторы устанавливают симметрично парами на рельс. По сигналам с тензорезисторов определяют симметричные и асимметричные деформации шейки рельса. По превышению симметричными деформациями порога селекции, устанавливаемого в 3–4 раза выше уровня собственных шумов измерительной аппаратуры, задают номер колёсной пары, равный единице. Затем проводят частотную фильтрацию асимметричных деформаций в полосе частот, определяемой частотой свободных колебаний рельса. Регистрируют максимумы асимметричных деформаций на каждой паре тензорезисторов. При совпадении максимумов на соседних парах тензорезисторов их сравнивают с порогом регистрации дефекта, определяемым по максимальной глубине допускаемого дефекта, диаметру колеса и скорости поезда.

Известен способ контроля поверхности катания железнодорожных колёс в движении (патент России на изобретение №2625256, МПК G01B7/34 от 12.07.2017), принятый в качестве прототипа, заключающийся в том, что на участке пути на рельс устанавливают тензорезисторы парами симметрично с двух сторон шейки рельса и ориентируют вертикально. В процессе движения колесной пары по измерительному участку определяют симметричные деформации и проводят их частотную фильтрацию в зависимости от скорости движения. Регистрируют локальные минимумы симметричных деформаций, определяют скорость, момент входа колеса в зону чувствительности пары тензорезисторов, используя фильтрованные симметричные деформации и эталонные деформации, определяют вертикальную силу от колеса на рельс.

Общим недостатком известных способов является то, что оценка возникающих сил фиксируется только в момент прохождения колесом датчиков. При дискретном измерении силы с шагом датчиков 0,544 м (расстояние между шпалами) фиксируется только 1–2 значения сил, и даже при уменьшении расстояния между датчиками до 0,136 м число измерений не превысит 7. В результате ограниченного количества измерений возможен риск пропуска превышения уровня вертикальных сил критического значения в зоне рельса, где показания датчиками не фиксируются, следовательно, итоговые результаты измерений, информирующих о наличии или отсутствии дефекта, статистически недостоверны.

Решаемой технической проблемой является частичное отсутствие статистически достоверных измерений вертикальных сил между колесом и рельсом при проведении диагностики ходовых частей железнодорожных транспортных средств при их движении.

Технический результат заключается в увеличении статистической достоверности измерений вертикальных сил между колесом и рельсом при проведении диагностики ходовых частей железнодорожных транспортных средств при их движении.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Способ измерений вертикальной нагрузки от колеса на рельс заключается в том, что при проведении диагностики вагон проходит измерительный участок, на котором постоянно в каждом межшпальном промежутке в двух измерительных сечениях рельса регистрируются сигналы с тензорезисторов, установленных на шейке рельса под углом 45˚ по отношению к оси в виде двух компонентных розеток, а между собой тензорезисторы имеют угол 90˚ и соединены в два полных измерительных моста, так, что тензорезисторы с одной стороны рельса находятся в параллельных или противоположных плечах мостов, таким образом, чтобы обеспечить сложение и вычитание деформаций и определить одновременно две поперечные силы в рельсе в двух измерительных сечениях, а по их разнице вычислить вертикальную силу от колеса на рельс. При этом для обеспечения фиксации максимальных напряжений тензорезисторы установлены на расстоянии не менее 60 мм и не более 122 мм от вертикальной оси шпалы до вертикальной оси розетки тензорезистора. Установка тензодатчиков на расстоянии, выходящем за пределы указанного диапазона может привести к не выявлению максимальных значений сил, действующих от колеса на рельс при прохождении колеса в межшпальном промежутке, так как напряжения на данном участке не достигают своего максимума.

Нагрузка от колеса на рельс определяется как разность поперечных сил в двух сечениях рельса в межшпальном промежутке и фиксируется измерительными приборами на всём расстоянии между измерительными сечениями.

Сущность заявляемой группы изобретений поясняется графическим материалом.

На фигуре 1 показан рельсошпальный пролет с установленными в сечениях I–I и II–II на шейке рельса тензорезисторами;

На фигуре 2 показана расчетная схема для участка .

На фигуре 3 показана расчетная схема для участка .

На фигуре 4 показана расчетная схема для участка .

На фигуре 5 показана схема соединения тензорезисторов (ТР1-8) в два измерительных моста для измерения поперечной силы.

На фигуре 6 показана общая схема устройства для измерений вертикальной нагрузки от колеса на рельс.

На фигуре 7 показан поперечный профиль рельса с установленными тензорезисторами в параллельных плечах измерительного моста.

На фигуре 8 показан продольный профиль рельса с установленными тензорезисторами в параллельных плечах измерительного моста.

Способ измерений вертикальной нагрузки от колеса на рельс, заключается в том, что при проведении диагностики подвижной состав проходит измерительный участок, на котором в каждом межшпальном промежутке регистрируются сигналы с тензорезисторов, установленных в зонах шейки рельса в двух измерительных сечениях рельса.

Возможность такого определения обосновывается рассмотрением уравнения равновесия для каждого участка (Фиг. 1). Поперечные силы в сечениях I–I и II–II выражаются из условий равновесия через реакции опор и :

Расчетная схема для участка показана на фигуре 2. Разность поперечных сил для участка определяется по формуле:

(1)

Расчетная схема для участка показана на фигуре 3. Разность поперечных сил для участка определяется по формуле:

(2)

Расчетная схема для участка показана на фигуре 4. Разность поперечных сил для участка выражается по формуле:

(3)

здесь учтено, что реакции опор и соответственно равны

,

,

где – длина пролета, то есть расстояние между опорами,

– расстояние от точки приложения силы Р до опор.

Нагрузка от колеса на рельс определяется путём вычитания поперечных сил в двух измерительных сечениях каждого межшпального пролёта, при прохождении колеса между ними, при этом разность значений поперечных сил на расстоянии одного измерительного сечения до второго остаётся постоянной и равной нагрузке от колеса на рельс .

Поперечные силы вызывают в рельсе касательные напряжения , которые прямо пропорциональны поперечной силе:

(4)

где – поперечная сила;

– статический момент нижней части сечения относительно точки, в которой определяются напряжения;

– ширина шейки рельса в измеряемом сечении;

– момент инерции рельса.

Максимального значения касательные напряжения достигают в сечении, проходящем через центральную ось. В этом же сечении нормальные напряжения изгиба равны нулю.

Тензорезисторы не измеряют сдвиговые деформации, следовательно, прямое измерение сдвиговых деформаций невозможно. Поэтому для определения сдвиговых деформаций были применены известные соотношения теории упругости между деформациями и напряжениями на главных площадках.

При действии вертикальной силы в шейке рельса наблюдается плоское напряжённое состояние, то есть и . На центральной оси сечения продольные напряжения равны нулю . Главные напряжения и расположены под углом 90° друг к другу и направлены под углом 45° к продольной оси рельса в противоположные стороны. В данном случае формула для определения касательных напряжений имеет вид:

(5)

или через деформации сдвига:

где и – главные деформации, соответствующие главным напряжениям и .

Теоретическая зависимость поперечной силы от деформаций с учетом, что , где – модуль сдвига, принимает вид:

(6)

где – постоянная, зависящая от характеристик материала и геометрических размеров рельса;

– статический момент нижней части сечения относительно точки, в которой определяются напряжения;

– ширина шейки рельса в измеряемом сечении;

– момент инерции рельса.

Выражение для вертикальной силы через главные деформации тензорезисторов в двух сечениях:

(7)

где – главные деформации, регистрируемые датчиком номер .

Данное суммирование и вычитание можно выполнить с помощью измерительных мостов, пример схемы подключения которых показан на фиг. 2, что позволит существенно сократить количество проводов, ведущих к тензоусилителям.

Изменение выходного напряжения для схемы параллельной работы двух мостов определяют:

(8)

или

где – коэффициент чувствительности тензорезисторов;

– параметр, характеризующий нелинейность измерительного моста (при деформациях менее 104 мкм/н );

– напряжение измерительного моста,

– изменение выходного напряжения измерительного моста;

– сумма главных деформаций сдвига, которую определяют по формуле:

или по формуле: .

Из равенства (7) и (8) получаем формулу для вычисления вертикальной силы по показаниям измерительных мостов:

(9)

Устройство для измерения вертикальной нагрузки от колеса на рельс, содержит измерительный участок рельсового пути Lизм (фиг. 6), два рельса 1, шпалы 2, тензорезисторы 3 в виде двух компонентных розеток для проведения измерений главных напряжений в двух измерительных сечениях I–I и II–II в каждом межшпальном промежутке измерительного участка рельсового пути, измерительные мосты 4, тензоусилители 5 (фиг. 5) и регистрирующие устройства 6. Для компенсации влияния температуры тензорезисторы одной розетки включаются в разные плечи моста. Для исключения влияния боковых и продольных сил тензорензисторы 3 установлены в двух измерительных сечениях А, В (фиг.1) симметрично с обоих сторон рельса 1 на нейтральной оси (фиг. 7), при этом тензорезисторы 3 в виде двух компонентных розеток установлены на шейке рельса 1 на расстоянии не менее 60 мм и не более 122 мм от вертикальной оси шпалы 2 до вертикальной оси розетки тензорезистора. Тензорезисторы установлены под углом 45˚ (фиг. 7, 8) по отношению к оси рельса, а между собой тензорезисторы 3 имеют угол 90˚ и соединены в два полных измерительных моста, так, что тензорезисторы с одной стороны рельса находятся в параллельных плечах измерительного моста или противоположных плечах мостов, таким образом, чтобы обеспечить вычисление деформаций по формуле:

Таким образом достигается технический результат, заключающийся в увеличении статистической достоверности измерений вертикальных сил между колесом и рельсом при проведении диагностики ходовых частей железнодорожных транспортных средств при их движении.

1. Способ измерения вертикальной силы от колёс подвижного железнодорожного состава на рельс, заключающийся в том, что железнодорожный состав проводят по измерительному рельсовому участку, на котором в зонах шейки рельса установлены тензорезисторы, регистрирующие деформации рельса от воздействия колёс, отличающийся тем, что деформации рельса постоянно измеряют в двух измерительных сечениях рельса на участке между соседними шпалами, и по их показаниям вычисляют вертикальную силу действующую от колеса на рельс во время прохождения колеса расстояния между измерительными сечениями, по формуле:

,

где

– постоянная, зависящая от характеристик материала и геометрических размеров рельса,

– модуль сдвига,

– статический момент нижней части сечения относительно точки, в которой определяются напряжения;

– ширина шейки рельса в измеряемом сечении;

– момент инерции рельса;

– коэффициент чувствительности тензорезисторов;

– параметр, характеризующий нелинейность измерительного моста (при деформациях менее 104 мкм/н );

– напряжение измерительного моста,

– изменение выходного напряжения измерительного моста;

– сумма деформаций , определяемая по формуле:

.

2. Устройство для измерения вертикальной силы от колёс на рельс, выполненное в виде измерительного участка рельсового пути, содержащего рельсы, уложенные на шпалы, тензорезисторы, закреплённые в двух измерительных сечениях рельса оппозитно с обеих сторон шейке рельса и на нейтральной его оси, подключённые в измерительные мосты, связанные с усилителями и регистрирующими устройствами, отличающееся тем, что тензорезисторы установлены на шейке рельса попарно под взаимным углом 90° и под углом 45° по отношению к нейтральной оси рельса, образующих измерительные парные розетки, при этом тензорезисторы каждой из измерительных парных розеток соединены в два полных измерительных моста, в один полный мост или четыре полумоста таким образом, что тензорезисторы с одной стороны рельса находятся в параллельных или противоположных плечах измерительных мостов с целью обеспечить сложение/вычитание изменения сопротивления/напряжения тензорезисторов при прохождении колеса по измерительному участку рельсового пути.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что тензорезисторы установлены в измерительных сечениях на шейке рельса на расстоянии не менее 60 мм и не более 122 мм, измеренном от вертикальной центральной оси шпалы до вертикальной центральной оси измерительной розетки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для взвешивания железнодорожных вагонов в процессе их движения. Устройство включает два упругих элемента, выполненных в виде отрезков рельсов со встроенными в них тензорезисторными датчиками силы, приборы весоизмерительные, программно-технический комплекс.

Изобретение относится к устройствам для поколесного взвешивания железнодорожных вагонов в движении. Сущность: весы содержат датчики (2) деформации, датчики температуры (3), скрепленные с рабочими рельсами (1) клеевым способом, полимерные пластины (6), металлические пластины (7), и контроллеры, размещенные вне рельсового пути.

Изобретение относится к устройствам для поколесного взвешивания железнодорожных вагонов в движении. Сущность: весы содержат датчики (2) деформации, датчики температуры (3), скрепленные с рабочими рельсами (1) клеевым способом, полимерные пластины (6), металлические пластины (7), и контроллеры, размещенные вне рельсового пути.

Согласно способу на основании значений объема Vs и массы ms вычисляется плотность сыпучего груза и рассчитывается максимальная высота конуса (14) из сыпучего груза относительно максимально допустимой общей загружаемой массы mmax для железнодорожного вагона (1).

Изобретение относится к области транспорта и может использоваться для определения массы железнодорожного состава или на других видах транспорта, где в качестве тяговых двигателей используются двигатели постоянного тока (трамвай, троллейбус, электромобиль, подъемно-транспортные средства и др.).

Разработаны системы и способы для точного взвешивания железнодорожных вагонов, таких как находящиеся в движении железнодорожные вагоны, в которых переводят материалы, такие как текучие или по-другому смещающиеся материалы.

Изобретение относится к системам взвешивания железнодорожных вагонов. Система измерения веса железнодорожного вагона содержит кузов железнодорожного вагона, опирающийся на колеса, оси и множество тележек, каждая из которых содержит надрессорную балку и две рамные боковины, множество измерительных преобразователей, установленных непосредственно на надрессорной балке или рамных боковинах, и предназначенных для измерения веса кузова железнодорожного вагона, каждый измерительный преобразователь содержит упругий элемент, имеющий выступы, выполненные с возможностью механически усиливать деформацию надрессорной балки или рамной боковины, один или несколько датчиков, связанных с измерительными преобразователями, и предназначенных для сбора, обработки и передачи обработанных данных, полученных с измерительных преобразователей, приемник, обеспечивающий связь с датчиками и передачу обработанных данных о весе кузова железнодорожного вагона.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу и системе для определения магнитной массы железнодорожных вагонов. Способ заключается в том, что для определения магнитной массы железнодорожных вагонов сначала производят калибровку с учетом окружающей температуры, а также насыпной плотности груза в вагонах.

Изобретение относится к весоизмерительной технике и может быть использовано для взвешивания железнодорожного подвижного состава в движении. Способ заключается в следующем.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для взвешивания железнодорожных подвижных составов и их единиц. Способ заключается в использовании взвешивающих участков, содержащих весоизмерительные устройства.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля технического состояния трубопроводов путем пропуска внутритрубного устройства. Технический результат заключается в увеличении срока эксплуатации комплектующих и повышении точности данных.

Использование: в качестве первичного преобразователя для контроля размерных параметров деталей в технологических процессах обработки заготовок и деталей на металлорежущих станках.

Использование: для измерения высоты ступенчатых особенностей на гладких поверхностях. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает проведение в вакууме термоэлектрического отжига подложки твердотельного материала пропусканием электрического тока с резистивным нагревом до температуры активируемой сублимации атомов, отжиг сочетают с подачей потока осаждаемого на поверхность материала подложки, перед отжигом на рабочей поверхности подложки формируют рельеф с геометрией и поперечным размером, определяемыми в оптический микроскоп, в составе рельефа выполняют углубление, в котором боковая часть расположена под углом ±45° относительно нормали к кристаллографической плоскости рабочей поверхности подложки, отжигом в дне углубления и вокруг углубления с примыканием к краю формируют две опорные поверхности, в боковой части углубления получают, сочетая отжиг с подачей потока материала подложки, калибровочную ступень и средство для определения калибровочной высоты калибровочной ступени, из счетного количества моноатомных ступеней, ступенчатый высотный калибровочный эталон содержит на подложке пару опорных поверхностей, расположенных друг относительно друга с образованием калибровочной ступени калибровочной высоты из счетного количества моноатомных ступеней, одна опорная поверхность - в дне углубления, другая - примыкает к краю углубления, в боковой части углубления сформированы калибровочная ступень калибровочной высоты из счетного количества высокой плотности моноатомных ступеней и средство, обеспечивающее определение калибровочной высоты калибровочной ступени, из того же счетного количества моноатомных ступеней, но меньшей плотности, при этом для опорных поверхностей характерна субангстремная шероховатость и достаточные для оптических измерений размеры.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для обнаружения дефектов поверхности катания железнодорожных колес в движении. Сущность: на участке пути на рельс на середине высоты устанавливают тензодатчики парами симметрично с двух сторон шейки рельса и ориентируют вертикально.

Использование: для создания датчиков контроля толщины тонкопленочных диэлектрических материалов. Сущность изобретения заключается в том, что датчик контроля толщины тонкопленочных диэлектрических материалов содержит электроды, выполненные в виде двух плоских гребенок, имеющих зубья и основание в виде плоских прямоугольников, соединенных между собой и нанесенных на плоское диэлектрическое основание датчика, зубья одной гребенки входят в зазоры между зубьями второй гребенки с образованием равномерно чередующихся зубьев и зазоров между ними, ширина зазора между зубьями равна ширине зуба, при этом упомянутые электроды включены в схему измерения емкости между этими электродами, где с двух диаметрально расположенных углов датчика установлены дополнительные электроды таким образом, что на каждом упомянутом углу располагаются, по меньшей мере, два плоских Г-образных электрода, при этом внутренний Г-образный электрод образован зубом и основанием соответствующей плоской гребенки.

Использование: для создания датчиков контроля толщины осадка в осадкообразующих жидкостях. Сущность изобретения заключается в том, что датчик контроля толщины осадка содержит электроды, выполненные в виде двух плоских гребенок, имеющих зубья и основание в виде плоских прямоугольников, соединенных между собой и нанесенных на плоское диэлектрическое основание датчика, зубья одной гребенки входят в зазоры между зубьями второй гребенки с образованием равномерно чередующихся зубьев и зазоров между ними, ширина зазора между зубьями равна ширине зуба, погружаемые в сосуд с жидкостью, образующей осадок, электроды включены в схему измерения емкости между этими электродами, где с двух диаметрально расположенных углов датчика установлены дополнительные электроды таким образом, что на каждом упомянутом углу располагаются по меньшей мере три плоских Г-образных электрода, при этом внутренний Г-образный электрод образован зубом и основанием соответствующей плоской гребенки.

Данное изобретение относится, в целом, к области абразивной подготовки поверхности, а более конкретно к способам и устройству измерения профиля подготовленной поверхности.

Использование: для изготовления иглы кантилевера сканирующего зондового микроскопа. Сущность изобретения заключается в том, что для изготовления иглы кантилевера используют хрупкую прозрачную подложку, которую заполняют оптически прозрачной жидкостью и в горизонтальном положении укладывают в пластическую массу, которую периодически замораживают и размораживают.

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство используют для контроля отклонения от прямолинейности поверхности боковой рабочей грани головки рельса в горизонтальной плоскости и поверхности катания головки рельса в вертикальной плоскости бесконтактным методом.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам изучения процесса износа поверхностей деталей машин. Сущность: подают ток на контактирующие детали, нагруженные в соответствии с реальными условиями эксплуатации.

Изобретение относится к средствам измерения расстояний, размеров и формы объектов. Способ определения высоты подкладки, устанавливаемой между опорными поверхностями механизма: фундамента и, например, лапы, включает в себя введение между опорными поверхностями набора из одной или более плоскопараллельных деталей, и их позиционирование, после чего вводят измерительное устройство, включающее в себя раму, рукоять и индуктивный преобразователь перемещения, и имеющее на своей нижней поверхности направляющий шип, соответствующий кольцевому пазу указанной плоскопараллельной детали, перемещают измерительное устройство по окружности, при этом измерительное устройство измеряет расстояние до поверхности лапы, далее, используя в расчете наименьшее и наибольшее значение зазора между опорными поверхностями механизма, учтя при этом высоту указанного набора плоскопараллельных деталей и измерительного устройства, и выполнив пересчет с учетом пропорциональности диаметра кольцевого паза указанной плоскопараллельной детали диаметру клиновой пригоночной подкладки круглой формы, получают значение наибольшей и наименьшей высоты клиновой пригоночной подкладки.

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано в сфере железнодорожного транспорта, а именно для измерений вертикальной нагрузки от колеса на рельс при обнаружении дефектов ходовых частей подвижного состава. Способ заключается в том, что при диагностике подвижной состав проходит измерительный участок, на котором регистрируются сигналы с тензорезисторов, установленных в зонах шейки рельса, в двух измерительных сечениях рельса каждого межшпального пролёта по ним определяются поперечные силы, в рельсе и по их разнице постоянно вычисляется вертикальная сила, действующая от колеса на рельсы при прохождении между измерительными сечениями. Технический результат заключается в увеличении статистической достоверности измерений вертикальных сил между колесом и рельсом при проведении диагностики ходовых частей железнодорожных транспортных средств при их движении. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Наверх