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

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;

У_р рамное усилие;

S половина расстояния между кругами катания;

_з - угол поворота задней тележки;

_п - угол поворота передней тележки;

К коэффициент увязки размерности.

Описание изобретения к патенту

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;

У_р 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 У_р, возникающих от действия центробежных сил и реакций рельса, получим:



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



tg_{n n}, tg_{3 3}, так как углы поворота не превышают 5^o 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;

Х_n 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 Х_n 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 У_р, 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 У_р, 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 v_n 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.