устройство для измерения износа боковой поверхности головки железнодорожного рельса

Классы МПК:B61K9/12 измерение и осмотр ободьев колес
G01N27/90 с помощью вихревых токов
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Туробов Борис Валентинович (RU),
Дегтярев Олег Юрьевич (RU),
Дрындрожик Дмитрий Эдуардович (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2002-07-16
публикация патента:

Изобретение относится к железнодорожной автоматике, а именно к системам диагностики технического состояния железнодорожной колеи. Устройство для измерения износа боковой поверхности головки рельса железнодорожной колеи устанавливается в вагоне-путеизмерителе с ходовой тележкой, снабженной неподрессоренной рамой. Оно содержит генератор напряжения, вихретоковый датчик износа боковой поверхности головки рельса, установленный над внутренней половиной поверхности контролируемого рельса, входом подключенный к выходу генератора напряжения, измерительный усилитель, входом соединенный с выходом датчика износа боковой поверхности головки рельса, и процессорный узел обработки и регистрации информации, входом подключенный к выходу измерительного усилителя. В устройство введены также подвижная платформа, установленная на неподрессоренной раме ходовой тележки вагона-путеизмерителя с возможностью перемещения по раме в поперечном по отношению к контролируемому рельсу направлении, исполнительный механизм, установленный на неподрессоренной раме ходовой тележки, выходным звеном связанный с подвижной платформой, вихретоковый датчик положения ходовой тележки в колее, установленный на подвижной платформе над наружным краем поверхности контролируемого рельса, входом подключенный к выходу генератора напряжения, схема сравнения, одним входом подключенная к выходу датчика положения ходовой тележки в колее, источник опорного напряжения, выходом соединенный с другим входом схемы сравнения, дискретный источник питания исполнительного механизма, выходом подключенный к входу исполнительного механизма, схема управления, входом подключенная к выходу схемы сравнения, выходом - к входу дискретного источника питания. Датчик износа боковой поверхности головки рельса установлен на подвижной платформе. В результате, за счет более точного измерения величины износа боковых поверхностей головок железнодорожных рельсов повышается безопасность движения поездов. 1 ил.

Рисунок 1

Формула изобретения

Устройство для измерения износа боковой поверхности головки рельса железнодорожной колеи, устанавливаемое в вагоне-путеизмерителе с ходовой тележкой, снабженной неподрессоренной рамой, содержащее генератор напряжения, вихретоковый датчик износа боковой поверхности головки рельса, установленный над внутренней половиной поверхности контролируемого рельса, входом подключенный к выходу генератора напряжения, измерительный усилитель, входом соединенный с выходом датчика износа боковой поверхности головки рельса, и процессорный узел обработки и регистрации информации, входом подключенный к выходу измерительного усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены подвижная платформа, установленная на неподрессоренной раме ходовой тележки вагона-путеизмерителя с возможностью перемещения по раме в поперечном по отношению к контролируемому рельсу направлении, исполнительный механизм, установленный на неподрессоренной раме ходовой тележки, выходным звеном связанный с подвижной платформой, вихретоковый датчик положения ходовой тележки в колее, установленный на подвижной платформе над наружным краем поверхности контролируемого рельса, входом подключенный к выходу генератора напряжения, схема сравнения, одним входом подключенная к выходу датчика положения ходовой тележки в колее, источник опорного напряжения, выходом соединенный с другим входом схемы сравнения, дискретный источник питания исполнительного механизма, выходом подключенный к входу исполнительного механизма, схема управления, входом подключенная к выходу схемы сравнения, выходом - к входу дискретного источника питания, а датчик износа боковой поверхности головки рельса установлен на подвижной платформе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожной автоматике, а именно к системам диагностики технического состояния железнодорожной колеи, и может быть использовано для бесконтактного диагностического контроля величины износа боковой поверхности головки рельсов в железнодорожной колее.

Известны вихретоковые устройства для многопараметрового контроля технического состояния железнодорожного пути, в том числе и величины износа боковой поверхности головки рельса, содержащие генератор напряжения, вихретоковый преобразователь, интерфейс и вычислительную машину [1].

Однако в устройстве [1] не предусмотрен узел компенсации поперечных смещений ходовой тележки вагона – путеизмерителя в движении, вызываемых короткими неровностями железнодорожного пути и непостоянством ширины железнодорожной колеи, что приводит к возникновению существенной погрешности в измерениях величины износа боковой поверхности головки рельса, так как выходной сигнал вихретокового преобразователя, являющегося датчиком износа, зависит не только от величины износа головки рельса, но и от взаимного расположения преобразователя и рельса.

Наиболее близким по сущности к заявляемому техническому решению является вихретоковое устройство для многопараметрового контроля объектов путей сообщения, содержащее генератор, вихретоковый преобразователь контролируемого параметра в электрический сигнал, процессорный узел обработки и регистрации информации [2].

Однако в этом устройстве также не предусмотрен узел компенсации поперечных смещений ходовой тележки вагона-путеизмерителя и жестко установленного на ней преобразователя относительно контролируемого рельса, что приводит к возникновению значительной погрешности и снижению точности измерений по той же причине, что и в устройстве [1].

Техническим результатом изобретения является обеспечение повышения безопасности движения поездов за счет более точного измерения величины износа боковой поверхности головки железнодорожных рельсов.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в устройство для измерения износа боковой поверхности головки рельса железнодорожной колеи, устанавливаемое в вагоне-путеизмерителе с ходовой тележкой, снабженной неподрессоренной рамой, содержащее генератор напряжения, вихретоковый датчик износа боковой поверхности головки рельса, установленный над внутренней половиной поверхности контролируемого рельса, входом подключенный к выходу генератора напряжения, измерительный усилитель, входом соединенный с выходом датчика износа боковой поверхности головки рельса, и процессорный узел обработки и регистрации информации, входом подключенный к выходу измерительного усилителя, введены подвижная платформа, установленная на неподрессоренной раме ходовой тележки вагона-путеизмерителя с возможностью перемещения по раме в поперечном по отношению к контролируемому рельсу направлении, исполнительный механизм, установленный на неподрессоренной раме ходовой тележки, выходным звеном связанный с подвижной платформой, вихретоковый датчик положения ходовой тележки в колее, установленный на подвижной платформе над наружным краем поверхности контролируемого рельса, входом подключенный к выходу генератора напряжения, схема сравнения, одним входом подключенная к выходу датчика положения ходовой тележки в колее, источник опорного напряжения, выходом соединенный с другим входом схемы сравнения, дискретный источник питания исполнительного механизма, выходом подключенный к входу исполнительного механизма, схема управления, входом подключенная к выходу схемы сравнения, выходом - к входу дискретного источника питания, а датчик износа боковой поверхности головки рельса установлен на подвижной платформе.

На чертеже приведена структурная схема устройства. Устройство содержит генератор напряжения 1, вихретоковый датчик 2 износа боковой поверхности головки рельса 7, установленный над внутренней половиной поверхности контролируемого рельса 7, входом подключенный к выходу генератора напряжения 1, измерительный усилитель 3, входом соединенный с выходом датчика износа 2 боковой поверхности головки рельса 7, и процессорный узел 4 обработки и регистрации информации, входом подключенный к выходу измерительного усилителя 3, подвижную платформу 5, установленную на неподрессоренной раме 6 ходовой тележки вагона-путеизмерителя с возможностью перемещения по раме 6 в поперечном по отношению к контролируемому рельсу 7 направлении, исполнительный механизм 8, установленный на неподрессоренной раме 6 ходовой тележки, выходным звеном 9 связанный с подвижной платформой 5, вихретоковый датчик 10 положения ходовой тележки в колее, установленный на подвижной платформе 5 над наружным краем поверхности контролируемого рельса 7, входом подключенный к выходу генератора напряжения 1, схему сравнения 11, одним входом подключенную к выходу датчика 10 положения ходовой тележки в колее, источник опорного напряжения 12, выходом соединенный с другим входом схемы сравнения 11, дискретный источник питания 13 исполнительного механизма 8, выходом подключенный к входу исполнительного механизма 8, схема управления 14, входом подключенная к выходу схемы сравнения 11, выходом - к входу дискретного источника питания 13, а датчик 2 износа боковой поверхности головки рельса установлен на подвижной платформе 5.

Устройство работает следующим образом.

После установки на неподрессоренной раме 6 ходовой тележки вагона-путеизмерителя датчиков 2 и 10 в исходное положение так, чтобы датчик 2 находился над внутренней половиной поверхности контролируемого рельса 7, а датчик 10 - над его наружным краем, и включения питания устройства генератор напряжения 1 начинает вырабатывать высокочастотное напряжение, которое с его выхода одновременно поступает на вход датчика 2 износа боковой поверхности головки рельса 7 и на вход датчика 10 положения ходовой тележки в колее. Возникшее при этом вокруг датчиков 2 и 10 электромагнитное поле взаимодействует с контролируемым рельсом 7, создавая в приповерхностной области его головки вихревые токи, плотность которых зависит от ее геометрических формы и размеров, а также от взаимного расположения датчиков 2, 10 и рельса 7. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на датчики 2 и 10, наводя в них пропорциональную этим токам ЭДС, в результате чего на выходах датчиков 2 и 10 появляется соответствующее выходное напряжение. Выходное напряжение от датчика 2 - Uвых изн - поступает от датчика 2 на вход измерительного усилителя 3 и далее на вход процессорного узла 4 обработки и регистрации информации. Амплитуда этого напряжения зависит в исходном положении датчика 2 от величины износа, т.е. изменения формы и геометрических размеров боковой поверхности головки рельса 7, так как датчик 2 установлен над его внутренней изнашиваемой половиной. При поперечном смещении ходовой тележки, а с ней и датчика 2, в колее во время движения вагона-путеизмерителя на величину, например устройство для измерения износа боковой поверхности головки   железнодорожного рельса, патент № 2236971х, выходное напряжение этого датчика изменяется на некоторую величину Uустройство для измерения износа боковой поверхности головки   железнодорожного рельса, патент № 2236971х, которая является погрешностью измерения величины износа боковой поверхности головки рельса 7, поскольку результирующее выходное напряжение датчика 2 в этом случае равно: Uвых==Uвых изн + Uустройство для измерения износа боковой поверхности головки   железнодорожного рельса, патент № 2236971х.

Для устранения погрешности Uустройство для измерения износа боковой поверхности головки   железнодорожного рельса, патент № 2236971х и таким образом повышения точности измерений в данном устройстве датчик 2 износа боковой поверхности головки рельса установлен не непосредственно на неподрессоренной раме 6 ходовой тележки вагона - путеизмерителя, а на подвижной платформе 5, которая установлена на раме 6 с возможностью перемещения по ней в поперечном по отношению к контролируемому рельсу 7 направлении. На этой же раме 6 установлен исполнительный механизм 8, например, типа “шестерня - рейка” с реверсивным электроприводом шестерни. Рейка механизма 8 соединена с подвижной платформой 5 тягой 9, являющейся в данном примере выходным звеном механизма 8. Питание реверсивного электропривода осуществляется от дискретного источника питания 13, имеющего два состояния: включено и выключено.

В исходном положении, когда датчик 2 износа находится над внутренней половиной контролируемого рельса 7, а датчик 10 положения - соответственно над его наружным краем, т.е. когда устройство для измерения износа боковой поверхности головки   железнодорожного рельса, патент № 2236971х=0, напряжение, поступающее с выхода датчика 10 на один вход схемы сравнения 11, равно по величине стабилизированному опорному напряжению Uоп, поступающему на другой вход схемы сравнения 11 от источника 12. В результате напряжение на ее выходе равно нулю, питающее напряжение реверсивного электропривода исполнительного механизма 8 отсутствует, подвижная платформа 5 остается в исходном положении. Если после начала движения вагона-путеизмерителя в ходе контроля состояния железнодорожной колеи его ходовая тележка, а с ней и неподрессоренная рама 6 с подвижной платформой 5, на которой установлены датчики 2 и 10, начинают смещаться в поперечном по отношению к контролируемому рельсу 7 направлении, напряжение на выходе датчика 10 положения ходовой тележки в колее начинает изменяться: увеличивается, если смещение ходовой тележки происходит в наружную сторону колеи, и уменьшается при смещении тележки во внутреннюю сторону колеи. Так как напряжение Uoп источника опорного напряжения 12 остается неизменным, на выходе схемы сравнения 11 образуется сигнал рассогласования, полярность которого зависит от направления смещения ходовой тележки, а с ней датчика 10, ее положения в колее: сигнал положителен при смещении ходовой тележки и датчика 10 в наружную сторону колеи и отрицателен при смещении ходовой тележки и датчика 10 внутрь колеи. Этот сигнал поступает на вход схемы управления 14, которая включает дискретный источник питания 13 исполнительного механизма 8, и от этого источника питающее напряжение соответствующей полярности поступает на вход исполнительного механизма 8. Полярность этого напряжения такова, что реверсивный исполнительный механизм 8 начинает перемещать выходное звено 9, а с ним подвижную платформу 5 и установленные на ней датчики 2 и 10 в сторону, противоположную смещению ходовой тележки вагона-путеизмерителя. По достижении датчиком 10, а с ним и датчика 2 первоначально установленного исходного положения над контролируемым рельсом 7, сигнал рассогласования уменьшается до нуля, дискретный источник питания 13 переходит в состояние “выключено”, исполнительный механизм 8 останавливается. Таким образом обеспечивается компенсация поперечных смещений ходовой тележки и неизменное, первоначально установленное положение датчика износа 2 над контролируемым рельсом 7, устранение существенной погрешности сигнала, поступающего на вход процессорного узла 4, и повышение точности измерений величины износа боковой поверхности головки рельса 7.

Постоянные времени всех звеньев данной следящей за положением датчика 2 системы и чувствительность электронных схем сравнения 11 и управления 14 выбраны такими, чтобы динамическое отклонение датчика 2 износа боковой поверхности головки рельса от исходного положения не превышало величины, допустимой для достижения требуемой точности измерений.

Таким образом, технический результат, являющийся целью данного изобретения и состоящий в повышении точности измерений величины бокового износа боковой поверхности головки железнодорожных рельсов, в данном устройстве достигается за счет введения в него подвижной платформы, установленной на неподрессоренной раме ходовой тележки вагона-путеизмерителя с возможностью перемещения по раме в поперечном по отношению к контролируемому рельсу направлении, исполнительного механизма, установленного на неподрессоренной раме ходовой тележки, выходным звеном связанного с подвижной платформой, вихретокового датчика положения ходовой тележки в колее, установленного на подвижной платформе над наружным краем поверхности контролируемого рельса, входом подключенного к выходу генератора напряжения, схемы сравнения, одним входом подключенной к выходу датчика положения ходовой тележки в колее, источника опорного напряжения, выходом соединенного с другим входом схемы сравнения, дискретного источника питания исполнительного механизма, выходом подключенного к входу исполнительного механизма, схемы управления, входом подключенной к выходу схемы сравнения, выходом - к входу дискретного источника питания, и установки датчика износа боковой поверхности головки рельса на подвижной платформе.

Класс B61K9/12 измерение и осмотр ободьев колес

устройство и способ измерения профиля железнодорожного колеса -  патент 2500561 (10.12.2013)
способ контроля колесных пар железнодорожного транспорта -  патент 2493992 (27.09.2013)
способ диагностирования рельсового пути и подвижного состава -  патент 2487809 (20.07.2013)
система контроля поверхности катания железнодорожной колесной пары -  патент 2483958 (10.06.2013)
способ диагностики поверхности катания колесных пар подвижного состава железнодорожного транспорта и метрополитена -  патент 2466047 (10.11.2012)
способ диагностики положения колесных пар в раме тележки пассажирских и грузовых вагонов в эксплуатации -  патент 2466046 (10.11.2012)
управление обслуживанием рельсовых колес -  патент 2464192 (20.10.2012)
автоматизированная система контроля ходовых частей вагонов -  патент 2450948 (20.05.2012)
способ контроля колеса колесной пары локомотива в движении -  патент 2430849 (10.10.2011)
система комплексного диагностического контроля ходовых частей поездов -  патент 2428341 (10.09.2011)

Класс G01N27/90 с помощью вихревых токов

устройство и способ измерения индукционным методом -  патент 2527666 (10.09.2014)
устройство и способ измерения индукционным методом -  патент 2527310 (27.08.2014)
способ электромагнитного контроля полой детали типа лопатки газотурбинного двигателя -  патент 2526598 (27.08.2014)
способ и установка для удаления двойной индикации дефектов при контроле труб по дальнему полю вихревых токов -  патент 2523603 (20.07.2014)
установка и способ для неразрушающего контроля дефектов в проверяемом изделии посредством вихревых токов -  патент 2522779 (20.07.2014)
способ обнаружения трещин на деталях вращения -  патент 2517786 (27.05.2014)
комплекс дефектоскопии технологических трубопроводов -  патент 2516364 (20.05.2014)
способ контроля разрушаемых элементов устройства контроля схода подвижного состава -  патент 2516363 (20.05.2014)
способ контроля качества неразъемных соединений -  патент 2515425 (10.05.2014)
способ электромагнитной дефектоскопии в многоколонных скважинах и электромагнитный скважинный дефектоскоп -  патент 2507393 (20.02.2014)
Наверх