устройство для контроля неровностей рельсового пути
Классы МПК: | E01B35/06 для измерения неровностей в продольном направлении |
Автор(ы): | Белоусов В.Н., Кудрявцев Н.Н., Ромен Ю.С., Черкашин Ю.М. |
Патентообладатель(и): | Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-07-18 публикация патента:
10.08.1999 |
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.
Рисунок 1, Рисунок 2
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.Описание изобретения к патенту
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-
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134007/951.gif)
- 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 = m
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134007/951.gif)
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134007/951.gif)
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134007/951.gif)
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134007/951.gif)
- для симметричных просадок:
hср = (h1+h2)/2,
- для перекосов пути:
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134023/916.gif)
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:
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134319/2134319-2t.gif)
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134007/951.gif)
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134319/2134319-3t.gif)
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134007/951.gif)
В результате, на выходе сумматора образуется сигнал траектории буксы
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134007/951.gif)
- для входов
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134319/2134319-4t.gif)
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134319/2134319-5t.gif)
где
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134006/969.gif)
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134007/951.gif)
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134319/2134319-6t.gif)
где
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134007/949.gif)
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134007/951.gif)
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134007/951.gif)
![устройство для контроля неровностей рельсового пути, патент № 2134319](/images/patents/337/2134023/916.gif)
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.
Класс E01B35/06 для измерения неровностей в продольном направлении