устройство для измерения коэффициента трения колеса рельсового транспортного средства

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента трения колеса рельсового транспортного средства, содержащее механизм вертикального нагружения с тензодатчиками, закрепленный одним концом на раме рельсового транспортного средства, а на другом установлена П-образная рамка с роликом, контактирующим с поверхностью колеса и жестко установленным на оси с возможностью вращения в ветвях П-образной рамки, рычаг и упругую пластину с тензодатчиками, отличающееся тем, что дополнительно введены датчик оборотов, который установлен на оси, закрепленной в ветвях П-образной рамки, фрикционная муфта, состоящая из электромагнитной катушки и диска, который установлен на оси с возможностью одновременного вращения с нею и фрикционно взаимодействует с электромагнитной катушкой муфты, которая, в свою очередь, взаимодействует через рычаг с тензодатчиками упругой пластины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а более конкретно - к устройствам для определения коэффициента трения между колесом и рельсом.

Известно устройство для измерения коэффициента трения колес рельсового транспортного средства, содержащее установленный на П-образной раме измерительный ролик, прижимаемый к рельсу с помощью съемных грузов и кинематически связанный с затормаживающим механизмом, который выполнен в виде упругой пластины, оборудованной тензометрическими датчиками, а по обеим сторонам ролика установлены щечки с желобками, к которым прикреплен своими концами тросик, который осуществляет кинематическую связь измерительного ролика с пластиной [1].

К недостатком данного устройства можно отнести невозможность его установки на движущееся рельсовое транспортное средство и, следовательно, измерения коэффициента трения в процессе движения транспортного средства. К недостаткам также можно отнести необходимость предварительной настройки устройства.

Известно также устройство для измерения коэффициента трения колес рельсового транспортного средства, содержащее ролик, жестко закрепленный на оси с возможностью вращения в ветвях П-образной рамки, связанной с механизмом вертикального нагружения, и закрепленную на П-образной рамке упругую пластину с тензодатчиками, кинематически связанную с осью ролика. При этом ролик установлен с возможностью взаимодействия с поверхностью катания колеса транспортного средства. Механизм вертикального нагружения включает в себя дополнительную упругую пружину с тензодатчиками, жестко закрепленную одним концом на раме рельсового транспортного средства, а другим на П-образной рамке и силовой цилиндр, смонтированный на раме рельсового транспортного средства над одним концом дополнительной упругой пружины и связанный через тяговый элемент с другим концом дополнительной упругой пружины [2].

Недостатком этого устройства является невозможность непрерывного измерения коэффициента трения в процессе движения транспортного средства, связанная с конструктивными особенностями, а именно отсутствием вращения ролика, что позволяет измерять только коэффициент трения скольжения.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Цель изобретения - повышение достоверности непрерывного измерения коэффициента трения (как скольжения, так и качения) в процессе движения рельсового транспортного средства, за счет отсутствия перенастройки устройства и постоянного вращения измерительного ролика, что уменьшает его износ.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее механизм вертикального нагружения с тензодатчиками, закрепленный одним концом на раме рельсового транспортного средства, а на другом оборудованный П-образной рамкой и роликом, контактирующим с поверхностью колеса и жестко установленным на оси с возможностью вращения в ветвях П-образной рамки, рычаг и упругую пластину с тензодатчиками, введены датчик оборотов, который установлен на оси, закрепленной в ветвях П-образной рамки, фрикционная муфта, состоящая из электромагнитной катушки и диска, который установлен на оси с возможностью одновременного вращения с нею и фрикционно взаимодействует с электромагнитной катушкой муфты, которая, в свою очередь, взаимодействует, через рычаг, с тензодатчиками упругой пластины.

В исходном состоянии измерительный ролик свободно вращается на оси в ветвях П-образной рамки, не влияя на состояние тензодатчиков упругой пластины. Изменение электромагнитного поля катушки приводит к тому, что диск, имеющий возможность перемещения вдоль оси, входит во фрикционное взаимодействие с поверхностью катушки. При этом сила, возникающая в результате фрикционного взаимодействия катушки и диска, через ось действует на измерительный ролик, уменьшая скорость его вращения. В точке контакта измерительного ролика и колеса возникает сила трения, пропорциональная коэффициенту трения колеса рельсового транспортного средства и зависящая от силы, прижимающей ролик к колесу (нормальная сила). Сила трения вызывает изгиб упругой пластины с тензодатчиками. В свою очередь, нормальная сила измеряется тензодатчиками, расположенными на механизме вертикального нагружения. Сопоставления данных с этих тензодатчиков со значениями, полученными с тензодатчиков упругой пластины дает коэффициент трения качения колеса рельсового транспортного средства. Трение скольжения (которое, как известно, может существенно отличаться от трения качения) измеряется при отсутствии вращения измерительного ролика, что определяется датчиком оборотов, установленным на оси ролика.

При измерении коэффициента трения, в точке контакта измерительного ролика и колеса рельсового транспортного средства возникает некоторая разность линейных скоростей измерительного ролика и колеса транспортного средства, то есть появляется так называемая скорость упругого скольжения _ск [3]. Эта разность может быть определена, при известной скорости транспортного средства, по данным датчика оборотов оси ролика. Значения V_ск могут быть использованы при работе предлагаемого устройства в составе измерительных комплексов, позволяющих отслеживать максимальное значение коэффициента трения.

Вышеизложенное, по мнению авторов, является необходимым и достаточным для достижения поставленной цели.

На фигуре 1 показано предлагаемое устройство, общий вид,

на фигуре 2 - то же, вид сверху,

на фигуре 3 - сечение А-А на фигуре 1,

на фигуре 4 - график зависимости коэффициента трения от скорости скольжения.

Устройство состоит из упругой планки 1, закрепленной винтами 2 через регулировочные прокладки 3 к несущей рамке 4, которая установлена на раме 5 рельсового транспортного средства и закреплена болтами 6. На планке 1 наклеены тензодатчики 7 и 8, а на свободном (не закрепленном) конце ее установлен измерительный ролик 9, прижатый к колесу 10 рельсового транспортного средства и жестко закрепленный на оси 11, расположенной в подшипниках 12, которые, в свою очередь, установлены в стойках 13.

На оси 11 установлен затормаживающий механизм в виде фрикционной муфты 14, состоящей из электромагнитной катушки 15 и диска 16, и соединенной с рычагом 17, который связан через шарнир 18 с упругой пластиной 19, жестко закрепленной на упругой планке 1. На упругую пластину 19 наклеены тензодатчики 20 и 21. Датчик оборотов 22 измеряет число оборотов оси ролика 9.

Устройство работает следующим образом.

Упругая планка 1, через стойки 13 и подшипники 12 прижимает измерительный ролик 9, жестко сидящий на оси 11, к колесу 10 рельсового транспортного средства. При вращении колеса 10 оно силой трения в контакте измерительного ролика 9 и колеса 10 вращает ролик 9. Тензодатчики 7 и 8 измеряют нормальную силу в контакте ролика 9 и колеса 10 транспортного средства.

При отсутствии тормозящей силы, действующей на ролик 9, т.е. при отсутствии электромагнитного поля в электромагнитной катушке 15, ось 11 свободно вращается внутри катушки 15. При этом диск 16, покрытый материалом с высокими фрикционными свойствами, не взаимодействует с катушкой 15 и, следовательно, ролик 9 не взаимодействует с рычагом 17 (точка I фиг. 4). При нарастающем изменении электромагнитного поля в электромагнитной катушке 15 она начинает фрикционное взаимодействие с диском 16, вращающимся одновременно с осью 11 и имеющим небольшой ход вдоль оси 11, в результате чего в муфте 14 возникает тормозящая сила, которая через рычаг 17, соединенный с осью 11 посредством этой муфты, и через шарнир 18 изгибает упругую пластину 19. На пластине 19 наклеены тензодатчики 20 и 21, измеряющие силу, действующую на упругую пластину 19. Эта сила в данном случае пропорциональна силе трения в контакте ролика 9 и колеса 10.

Коэффициент трения определяется по значениям нормальной силы, определяемой тензодатчиками 7 и 8, и силы трения, действующей в контакте измерительного ролика 9 и колеса 10 рельсового транспортного средства и определяемой тензодатчиками 20 и 21, при различных скоростях взаимного (упругого) скольжения V_ск ролика 9 и колеса 10.

При этом в режиме упругого скольжения колеса 10 и ролика 9 можно получить значение максимального (точка II фиг. 4) коэффициента трения (коэффициент трения качения) на колесе 10 при разных скоростях движения рельсового транспортного средства и состоянии поверхности колеса 10, а также значение минимального (точка III фиг. 4) коэффициента трения (коэффициент трения скольжения) при полной остановке ролика 9 под действием тормозящей силы, создаваемой муфтой 14. Измерение числа оборотов ролика 9 датчиком 22 позволяет определить момент полной остановки вращения ролика.

Применение описанного устройства позволяет осуществлять непрерывное измерение коэффициента трения (как скольжения, так и качения) в процессе движения рельсового транспортного средства и исключить перенастройку, что позволяет эффективно реализовать силу тяги транспортного средства и, следовательно, сэкономить энергию, затрачиваемую на его движение.

Использованная информация

1. А.с. СССР N 492412, кл. В 61 К 13/00, БИ N 43, 1975 г.

2. А.с. СССР N 1426880, кл. В 61 К 13/00; G 01 М 17/00, БИ N 36, 1988 г. (прототип).

3. В.Е. Розенфельд, И.П. Исаев, Н.Н. Сидоров. Теория электрической тяги. М., Транспорт, 1983 г.