способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути
Классы МПК: | B61K9/10 для обнаружения трещин в рельсах или в сварных швах рельсов E01B35/04 передвижная аппаратура |
Автор(ы): | Кашников Владимир Николаевич, Рубан Владимир Михайлович |
Патентообладатель(и): | Кашников Владимир Николаевич, Рубан Владимир Михайлович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-07-21 публикация патента:
27.11.1997 |
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.
Рисунок 1, Рисунок 2
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 колесорельс, 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
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-23t.gif)
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;
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
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:![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-2t.gif)
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;
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
К коэффициент увязки размерности. На фиг. 1 показаны параметры, использованные для расчета фактора
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/966.gif)
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 = У
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097021/183.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097003/945.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097021/183.gif)
где
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/966.gif)
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:
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-3t.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-4t.gif)
Из которой находим значение поперечных составляющих сил трения для первой и второй колесных пар.
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-5t.gif)
С учетом рамных усилий Ур, возникающих от действия центробежных сил и реакций рельса, получим:
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-6t.gif)
Известно, что углы поворотов передней и задней тележек относительно транспортного средства определяются по формуле:
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-7t.gif)
tg
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097164/8776.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097164/8776.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
где
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-8t.gif)
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)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-9t.gif)
Из формулы (8) определим значение:
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-10t.gif)
Подставляя (9) в (10) и упрощая, получим
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-11t.gif)
Из выражения (11) находим радиус круговой кривой
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-12t.gif)
Находим полюсное расстояние для задней тележки
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-13t.gif)
где
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097192/948.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-14t.gif)
Учитывая формулу, определяющую поперечные силы, возникающие между колесом и рельсом,
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-15t.gif)
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
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-16t.gif)
Из выражения (13) находим значение суммарного зазора с учетом уширения в колее.
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-17t.gif)
Подставляя выражение (14) в (18), имеем:
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-18t.gif)
Используя выражение (12) в выражении (19), значение зазора равно:
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097192/948.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
Угол набегания определяется по формуле /8/
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-19t.gif)
Подставляя выражение (13) в (21), получим:
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-20t.gif)
Используя (20) в выражении (22), находим:
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-21t.gif)
Подставляя выражение (12) в (23), получим:
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097242/2097242-22t.gif)
По формулам (16), (17) и (24) получим значения составляющих силового фактора, пропорционального износу, которые зависят от величины углов поворотов тележек
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097003/945.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097021/183.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097003/945.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097021/183.gif)
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 (
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097003/945.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097085/981.gif)
![способ определения параметра, характеризующего взаимодействие в системе колесо - рельс, при движении транспортного средства по криволинейному участку пути, патент № 2097242](/images/patents/375/2097003/945.gif)
Класс B61K9/10 для обнаружения трещин в рельсах или в сварных швах рельсов
Класс E01B35/04 передвижная аппаратура