устройство для измерения угла набегания на рельс колес подвижных единиц

Формула изобретения

Устройство для измерения угла набегания колеса подвижной единицы на рельс, содержащее рельсовый путь, колесную пару подвижной единицы, напольную систему оптического сканирования, состоящую из светоизлучателей и светоприемников, расположенных с правой и левой стороны рельсовой колеи в габарите приближения подвижного состава, блок обработки измерительных сигналов и регистратор, отличающееся тем, что напольная система оптического сканирования выполнена в виде эталонной и двух измерительных сканирующих пар, каждая из которых состоит из расположенных на противоположных сторонах рельсовой колеи и ориентированных друг на друга точечных светоизлучателя и светоприемника, причем светоизлучатели измерительных сканирующих пар располагаются симметрично относительно рельсовой колеи на линии, перпендикулярной к продольной оси пути, светоприемники измерительных сканирующих пар расположены симметрично относительно рельсовой колеи на линии, перпендикулярной к продольной оси пути и расположенной по ходу движения перед линией нахождения соответствующих светоизлучателей, и светоприемник эталонной сканирующей пары расположен по ходу движения перед светоприемником одной из измерительных сканирующих пар, а соответствующий светоизлучатель эталонной сканирующей пары расположен на таком же расстоянии с противоположной стороны колеи перед светоизлучателем измерительной сканирующей пары, и блок обработки сигналов выполнен в виде формирователя длительности эталонного временного интервала, первый вход которого подключен к светоприемнику эталонной сканирующей пары, второй вход - к соседнему светоприемнику измерительной сканирующей пары, и формирователя длительности измерительного временного интервала, первый и второй входы которого подключены соответственно к правостороннему и левостороннему светоприемникам измерительных сканирующих пар, а также счетного блока, входы которого подключены к выходам эталонного и измерительных формирователей, а выход - к регистратору.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам контроля технического состояния рельсового подвижного состава и предназначено для измерения угла набегания на рельс колес грузовых и пассажирских вагонов и локомотивов в условиях эксплуатации.

Известно устройство, содержащее два прибора для измерения перемещений, которые закреплены на буксе вагона по обе стороны колеса и движки которых прижимаются к рабочей боковой грани головки рельса железнодорожной колеи. Угол набегания колеса на рельс определяется по разности показаний двух приборов. Недостатком такого устройства является низкая надежность и практическая невозможность применения для выявления "перекоса" колесных пар подвижных единиц в эксплуатации, обусловленная необходимостью размещения измерительных датчиков на подвижных единицах (Решетилов С.И. Измерение угла набегания колеса на рельс. Вестник ВНИИЖТ, 1987, N 4, с. 32).

В качестве ближайшего аналога принято устройство, которое включает в себя напольный комплект, содержащий два светоизлучателя, ориентированных в противоположные стороны от продольной оси рельсового пути, два светоприемника, каждый из которых ориентирован на соответствующий светоизлучатель, а также блок обработки измерительных сигналов, подключенный входами к выходам светоприемников, а выходом - к регистратору, и каждый из светоприемников выполнен в виде линейки из расположенных с фиксированным шагом фотоприемников, а блок обработки выполнен в виде счетчика максимальной разности числа затемненных или засвеченных фотоэлементов правой и левой светоприемных линеек (Зыков Ю.В., Глаголев Е.В., Нетеса А.Г. Устройство для определения угла набегания колеса грузового вагона на рельс. Патент РФ N 2108251, БИ N 10, 1998).

Недостатком аналога является ограниченная разрешающая способность при измерении угла набегания, обусловленная тем, что дискретность измерения определяется шагом расположения в линейке элементарных фотоприемников, а минимальное значение шага ограничивается физическими размерами фотоэлементов.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является устранение указанного недостатка. Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве напольная система сканирования выполнена в виде эталонной и двух измерительных сканирующих оптических пар, каждая из которых состоит из расположенных на противоположных сторонах рельсовой колеи и ориентированных друг на друга точечных светоизлучателя и светоприемника, причем светоизлучатели измерительных сканирующих пар располагаются симметрично относительно рельсовой колеи на линии, перпендикулярной к продольной оси пути, светоприемники измерительных сканирующих пар расположены симметрично относительно рельсовой колеи на линии, перпендикулярной к продольной оси пути и расположенной по ходу движения перед линией нахождения соответствующих точечных светоизлучателей, и светоприемник эталонной сканирующей пары расположен по ходу движения перед светоприемником одной из измерительных сканирующих пар, а соответствующий светоизлучатель эталонной сканирующей пары расположен с противоположной стороны колеи на таком же расстоянии перед светоизлучателем измерительной сканирующей пары, и блок обработки выполнен в виде формирователя длительности эталонного временного интервала, первый вход которого подключен к светоприемнику эталонной сканирующей пары, второй вход - к соседнему светоприемнику измерительной сканирующей пары, и формирователя измерительного временного интервала, первый и второй входы которого подключены соответственно к правостороннему и левостороннему светоприемникам измерительных сканирующих пар, а также счетного блока, входы которого подключены к выходам эталонного и измерительного формирователей, а выход - к регистратору.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, содержащая рельсовый путь с рельсами 1-л и 1-п, колесную пару с колесами 2-л и 2-п, светоизлучатели 3-л-1, 3-п-1 и 3-п-2, светоприемники 4-л-1, 4-л-2 и 4-п-1, формирователь длительности эталонного временного интервала 5 и формирователь длительности измерительного временного интервала 6, счетный блок 7 и регистратор 8,

Точечные лазерные светоизлучатели и светоприемники располагаются с двух сторон рельсовой колеи таким образом, что лазеры 3-л-1 и 3-п-2 ориентированы соответственно на светоприемники 4-л-1 и 4-л-2, а лазер 3-л-1 ориентирован на светоприемник 4-п-1, световые траектории "светоизлучатель - светоприемник" находятся в плоскости, параллельной поверхности катания рельсов правой и левой ниток пути, световые траектории лазеров 3-п-1 и 3-п-2 взаимопараллельны, причем пара лазеров 3-л-1 и 3-п-2 и пара светоприемников 4-л-2 и 4-п-1 находятся соответственно на линиях, перпендикулярных оси пути, а линии расположения светоизлучателей и светоприемников с правой и левой стороны пути параллельны оси рельсовой колеи и расположены от нее на одинаковом расстоянии.

На фиг. 2 представлена временная диаграмма формирования измерительных импульсов.

В исходном состоянии при отсутствии колесной пары (до момента времени t1) все светоприемники засвечены от соответствующих светоизлучателей, при этом потенциал на их выходе соответствует уровню логического нуля.

В момент t1 набегающая кромка левого колеса перекрывает траекторию "светоизлучатель 3-п-1 - светоприемник 4-л-1", в результате чего на выходе светоприемника 4-л-1 появляется уровень логической "1". В момент t3 набегающей кромкой левого колеса перекрывается траектория "светоизлучатель 3-п-2 - светоприемник 4-п-2", и уровень логической "1" появляется на выходе светоприемника 4-л-2. Временной интервал между передними фронтами импульсов 4-л-1 и 4-л-2 (то есть длительность t1 ... t3) фиксируется как длительность эталонного импульса ЭТАЛОН.

Светоприемник 4-п-1 затемняется либо в момент t2, если "забегает" правое колесо (переход в состояние логической единицы импульса 4-п-1+), либо в момент t4, если "забегает" левое колесо (переход в состояние логической единицы импульса 4-п-1-). При этом формируется соответственно измерительный импульс ИЗМ МИНУС на выходе формирователя 5 или измерительный импульс ИЗМ ПЛЮС на выходе формирователя 6.

Аналогичный процесс происходит по сбегающей кромке колес колесной пары в моменты времени t5 ... t8.

Вычисление значения угла набегания осуществляется счетным блоком 7 на основании значений длительности импульсов ЭТАЛОН и ИЗМ ПЛЮС или ИЗМ МИНУС с учетом того, что для любой скорости проследования подвижной единицы значение длительности эталонного импульса строго соответствует заранее выбранному значению расстояния между точками расположения светоприемников 4-л-1 и 4-л-2, а значение длительности измерительного импульса - величине перекоса колес колесной пары.

Обозначим:

L_э - расстояние между точечными светоприемниками 4-л-1 и 4-л-2, участвующими в формировании эталонного импульса;

L_изм - перекос колес колесной пары (со знаком "+", если забегает правое колесо, или со знаком "-", если забегает левое колесо);

T_э - длительность эталонного импульса;

T_изм - длительность измерительного импульса (со знаком "+", если забегает правое колесо, или со знаком "-", если забегает левое колесо).

Тогда для любого значения мгновенной скорости

T_э/T_изм = L_э/L_изм, то есть

T_изм = L_э(T_изм/T_э)

Таким образом, при известном значении L_э вычисление величины перекоса колес колесной пары L_изм сводится к определению отношения длительностей импульсов ЭТАЛОН (то есть T_э) и ИЗМ ПЛЮС или ИЗМ МИНУС (то есть T_изм).

Последнее может быть реализовано, например, путем заполнения эталонного и измерительных импульсов более высокочастотными счетными импульсами от внутреннего генератора блока 7 и выполнения арифметических операций подсчета числа счетных импульсов N_э и N_изм, соответствующих длительностям T_э и T_изм, вычисления отношения N_э и N_изм и, наконец, величины перекоса L_изм.

Для регистрации результатов измерения в единицах угла набегания (миллирадианах) достаточно ввести масштабный коэффициент путем выбора расстояния между светоизлучателями (и, следовательно, светоприемниками), участвующими в формировании эталонного импульса.

Диапазон измерения перекоса и/или угла набегания устанавливается выбором геометрии размещения светоизлучателей и светоприемников относительно рельсового пути, а дискретность измерения определяется точностью вычисления соотношения длительности эталонных и измерительных импульсов (в варианте со счетными заполняющими импульсами, частотой счетного генератора).

Предлагаемое устройство позволяет производить измерение перекоса и/или угла набегания на рельс колес подвижных единиц, находящихся в эксплуатации, на ходу поезда или в условиях депо, причем как с исследовательскими, так и эксплуатационными целями.