Устройство для измерения угла набегания на рельс колес подвижных единиц

 

Изобретение относится к средствам контроля технического состояния рельсового подвижного состава и предназначено для измерения угла набегания колеса подвижной единицы на рельс. Устройство содержит напольную систему оптического сканирования. Светоизлучатели и светоприемники расположены с правой и левой стороны рельсовой колеи в габарите приближения подвижного состава. Напольная система оптического сканирования выполнена в виде эталонной и двух измерительных сканирующих пар. Каждая из сканирующих пар состоит из расположенных на противоположных сторонах рельсовой колеи и ориентированных друг на друга точечных светоизлучателя и светоприемника. Светоизлучатели и светоприемники измерительных сканирующих пар располагаются симметрично относительно рельсовой колеи на линии, перпендикулярной к продольной оси пути. Входы счетного блока подключены к выходам эталонного и измерительных формирователей, а выход - к регистратору. Технический результат заключается в устранении ограничений разрешающей способности при измерении угла набегания. 2 ил.

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.

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2