Устройство для автоматического контроля геометрических неровностей колесных пар подвижного состава12

 

3847ll

ОПИСАНИЕ

Союз Советских

Социалистииеских

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

М Кл. В 61k 9/12

Заявлено 17.1V.1971 (№ 1649446/27-11) с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет

Совета Министров СССР ао делам иеооретений и открытий

Приор итет—

Опубликовано 29.V.1973. Бюллетень ¹ 25

Дата опубликования описания 19.Х.1973

УДК 625.2.012.1 (088,8) Авторы изобретения

В. Л. Образцов и О. А. Данченко

Заявитель

Уральское отделение Всесоюзного ордена Трудового Красного

Знамени научно-исследовательского института железнодорожного транспорта

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ НЕРОВНОСТЕЙ КОЛЕСНЫХ ПАР

ПОДВИ)КНОГО СОСТАВА

Изобретение относится к системам автоматического контроля геометрических неровностей на поверхностях катания колесных пар железнодорожного подвижного состава в процессе движения.

Известны устройства для контроля геометрических неровностей на поверхностях катания колесных пар, содер>кащие контрольный участок пути, равный или несколько больший длины окружности колеса, который разделен точечными путевыми датчиками счета осей на три активные зоны; виброизмерительные преобразователи, подключенные через избирательные усилители, амплитудные дискриминаторы и переключающие устройства к 15 двоичным ячейкам памяти, выполненным на потенциальных триггерах с раздельными входами; путевые датчики, образующие зоны контроля колес, подключены попарно через триггеры исключения помех к двоичным счет- 2О чикам распределителей, а выходы триггеров исключения и счетчиков подключены через диодные дешифраторы к ключевым схемам И коммутаторов записи контрольной информации, поступающей с амплитудных дискрими- 25 наторов, причем последний путевой датчик подключен к распределителю и ключам коммутатора считывания, выходы которых через схемы «ИЛИ» подключены к шине счета осей и через элементы задержки к выходам возврата триггеров памяти; выходы одноименных ячеек памяти каждой зоны через схемы

«ИЛИ» соединены с первыми входами схем

«И» опроса памяти, вторые входы которых соединены с выходами ключей коммутатора считывания, а выходы схем И опроса памяти подключены через схему «ИЛИ» к шине регистрации дефектных колесных пар.

Недостатком известных устройств контроля является низкая надежность действия при различных скоростях дви>кения поезда.

Цель изобретения — повышение наде>кности действия и точности измерения при различных скоростях движения поезда. Это достигается тем, что устройство снабжено схемой определения критических скоростей движения поезда, HpH KQTopblx возникают мак— си мыльные инерционные перегрузки рельса, выполненной на двух селекторах длительностей импульсов, вырабатываемых формирующими триггерами путевых датчиков счета осей, преобразователями длительностей импульсов на выходе селекторов. выполненные на генераторах линейно нарастающего положи ельного — для первого скоростного диапазона и отрицательного для третьего и четвертого скоростных диапазонов — напряжегп1й, аналоговыми конденсаторными ячейками памяти с ключевыми схемами записи

384711 и считывания иноформации и сумматором для алгебраического сложения максимальных амплитуд напряжений разряда конденсаторов ячеек памяти с постоянным напряжением, равным порогу срабатывания нуль-органа (конпаратора) при движении поезда:во второ м скоростном диапазоне (25—

60 км час), в котором инерционные перегрузки рельса пра ктически .постоянны и не за вHcHT от скорости, выход сумматора подключен ко второму входу нуль-органа для задания сигнала сравнения (уставки) в функции с<орост и движения, поезда.

На фи г. 1 приведена принципиальная функциональная схема предлагаемого устройства; .на фиг. 2 — усредненные кривые зависимости амплитуд сигналов на выходе избирательного усилителя, пропор циональных импульсным ускорениям рельса, от скорости движения поезда, а также пороговая кривая нуль-органа, реализуемая с помощью блока коррекций, введенного в устройство; на фиг. 3 — эпюры напряжений (временные диаграммы), характеризующие особенности работы устройства при движении поезда в первом,и третьем скоростных диапазонах.

Устройство (см. фиг. 1) содержит контрольный участок пути, образованный точечными путевыми датчиками 1 счета осей, размещенными попарно, в котором на каждом из рельсов, напротив друг друга с монтированы пьезоэлектрические акселерометры 2 датчики импульсных (ударных) ускорений.

Расстояние между путевыми датчиками в парах равно 550 — 700 мм, а расстояние между парами равно или несколько, больше длины окружности колеса ма ксимального диаметра (1050 мм). При этом расстояние между датчиками 1,,и 1» оказывается заведомо болыше, чем,максимально возможное расстояние между осями в тележках единиц подвижного состава, но меньше, чем минимальное расстояние между тележками одной единицы подвижного состава (меньше базы двухосного вагона). Поэтому при движении поезда контрольный участок пути с. пьезоакселерометрами всегда освобождается под подвижной единицей — когда последняя колесная пара первой тележки минует датчвк1>, а первая колесная пара второй тележки находится еще на некотором расстоянии от датчика 1l. Раздельным подсчетом числа осей тележек, прошедших над первой и второй парами путевых датчиков, и сравнением чисел (импульсоB), полученных,при проходе первой и второй тележек, удается точно регистрировать моменты прохода тележек над первым и третьим путевыми датчиками независимо от числа осей в тележке и межосевых расстояний. Эти функции выполняет блок регистрации прохода вагонов, подключенный .к триггерам 8 формирования счетных сигналов, вырабатываемых путевыми датчиками 1. Отметчик вагонов вььполнен по известной схеме на трех двоичных реверсивных счетчиках 4, триггеры кото р ых,подключены к логическим схем а м

«И-НЕ» 5l — 58 фиксации их исходного состояния, управляющими триггерами реверса н ключами б. Выходы счетчиков вместе с выходом формирующего три пгера 31 подключены к распеределителю 7 коммутатора измерительного канала, .переключающего с помощью ключа 8 выход избирательного усилителя

9 пьезоакселерометров 2 на аналоговые ячей10 ки памяти 10з, f04 для .запоминания максимальных амплитуд сигналов информации от колесных пар первой и второй тележек вагона (локомотива).

Выходы ячеек памяти через логическую

15 схему,«ИЛ И» 11 подключены к од ном у из входов,реверсивного порогового устройства, в качестве которого применен нуль-орган 12, построенный на блокинг-генераторе.

Сигнал сравнения, определяющий порог с рабатыва ния нуль-органа 12, автоматически устанавливается блоком коррвкции 18 в зависимости от фактической скорости движения поезда. Блок коррекции порога срабатывания содержит два селектора импульсов 14, выполненных на одновибраторах 15, логических схемах «НЕ» 1б, «И» 17, «И-НЕ» 54, два функциональных преобразователя длительностей импульсов селекторов в пропорциональные амплитуды на пряжений, выполненные на генераторах линейно нарастающего положительного 181 и отрицательного 18, напряжений; две аналоговые ячейки памяти 10 и 104 .с ключевыми схемами записи и считывания информации и сумматор 19 на три входа, подключенный вы ходом ко второму входу .нуль-органа 12.

Селекторы импульсов подключены к выходам формирующего трипгера 8, первой пары путевых датчиков. Нулевой выход этого

4О трипгера подключен,к первому входу и через одновибратор 15ь логическую схему «НЕ» 1б ко второму входу логической схемы «И» 17 селектора импульсов максимальной длительности, а через одновибратор 15> — ко второ45 му входу схемы «И-НЕ» 54 селектора импульсов минимальной длительности, первый вход которой соединен с единичным выходом формирующего триггера 3ь Временные пороги селекторов определяются постоянными разряда времязадающих цепей однови|браторов 15.

Селектор импульсов максимальной длительности выделяет только те импульсы форми рующего трипгера 8ь длительность (V) которых больше некоторой минимальной дли55 тельности i,„„„= 80 мсек, соответствующей верхней границе нерезвого скоростного диапазона 8 м!сек или 28,8 км(ч, т. е. <(V)) „„, =const. При дви|жении поезда со скоростью, меньшей 8 м/сек, на,выходе схемы сравнения бо «И» 17 образуются импульсы постоянного тока, длительность которых соответствует формуле «3 макс (1 ) =«(1 ) «мии .

Это значит, что только в период времени з „„-, на входах схемы «И» 17 имеет место

65 совпадение сигналов 1. При увеличении ско384711

»змии (1 ) — "иаис» (U) рости движения поезда от 1 до 8 м/сек длительность импульса, запускающего генератор

18, лине";åëüíîãî напряжения, уменышается с 0,57 сек до нуля, что соответствует изменению амплитуд напряжений на выходе генератора с 12 в до ну -чя.

Селектор импульсов минимальной длительности, собранный на одновибраторе 15 и схеме сравнения «И-НЕ» 54 выделяет толыко импульсы с триггера 8ь меньшие некоторой максимальной длительности» „, =40 м/сек, соответствующей нижней границе третьего скоростного диапазона (16 м/сек или 57,6 км/час), т. е. «(V)(».,.„åñëH скорость движения поезда соответствует третьему диапазону, то длительность импульсов на выходе схемы «И-НЕ» 54, запускающих генератор

182 линейно нарастающего отрицательного напряжения, определяется формулой

При увеличении скорости поезда от 16 до

30 м/сек длительность запускающих импуль- 25 сов увеличивается от О до 18,5 м/сек, à BMIIIHтуда напряжения на выходе генератора от О до 12 в.

Генераторы линейно нарастающего напряжения 18 представляют собой ждущие генераторы пилообра зного напряжения с положительной обратной связью и малым временем восстановления. Длительность развертки (прямого хода) генераторов прямо пропорциональна длительностям запускающих импуль- 35 сов, форамируемых селекторами. Крутизна выходной характеристики (темп нарастания напряжения — и мв! ясек) v =/ (»3) генератора 18, линейно нарастающего положительного напряжения на порядок меньше крутизны гене- 40 ратора 18, линейно нарастающего отрицательного напряжения: п „=- (30 — 40) мв/мсек, n = (300 — 400) мв!мсек. Крутизна выходной хара ктеристики генератора определяется постоянной времени зарядной цепи и устанав- 45 ллвается подбором величин емкостей конденсаторов или сопротивлений резисторов.

Конструктивно генераторы 18, и 18, выполнены по одной и той же схеме с той лишь разницей, что в генераторе 18 для получения 50 линейно нарастающего положительного напряжения применены транзисторы n-p-и типа.

Ячейки памяти 10 представляют сооой аналоговые запоминающие устройства, выполненные на .конденсаторах и диодах, с встроенными полупроводниковыми ключами записи и считывания информации. При опросе ячеек на их выходах образуются импульсные сигналы, полярность которых обратна полярности сигналов на входе ячеек. Сумматор 19 пред- 50 ставляет -обой схему алгебраического сложения напряжений, выполненную на резисторах.

При движении поезда со скоростью, меньшей граничной скорости первого диапазона, в момент опроса ячейки памяти 10, .на выходесум- 65 матора 19 образуется сигнал сравнения, задающий порог срабатывания нуль-ор гана 12.

При малых скоростях движения поезда (V(1 м/сек) на пряжение на выходе генератора 18> линейно нарастающего .положительного на пряжения равно или несколько меньше положительного напряжения .источника питания. Поэтому и порог срабатывания нуль-органа остается постоянным.

Таким образом, при изменении скорости поезда от О до 120 км/час блок автоматической коррекции поро1га срабатывания формирует напряжение сигнала сравнения, повторяющее усредненную кривую зависимости ускорений рельса от скорости. Практически реализуемая пороговая кривая представлена на фиг. 2.

При проходе гребней колесных пар первой тележки локомотива или вагона над путевыми датчиками 1, и 1> на выходе последних кратковременно меняется потенциал с 1 до О.

Укороченные диф ференцирующей цепочкой эти положительные импульсы .вызывают опро .кидыванле и возврат в исходное состояние триггера 8ь формирующего оди н счетный импульс постоянного тока на каждую колесную пару. Длительность этих импульсов обратно пропорциональна скорости (V) движения поезда. Аналогично работает формирующий триггер 8;, импульсы на выходе которого сдвинуты на время l =- — — где SI — з — pacSI-З

) стояние между первым и третьим путевыми датчиками (см. эпюры напряжений на выходе этих элементов на фиг. 3). Счетные импульсы с триггера 8, поступают через ключевую схему áI на входы сложения первого и второго двоичных реверсивных счетчиков осей отметчика вагонов, на вход за пуска триггера исключения распределителя 7 коммутатора измерительного канала, на вход одновибратора 15, и схемы сравнения «И» 17 селектора

HM11) Ib00H %13KCHIIBJIbH0I4 JJIHTEJIbH0CTH. HPH этом счетчике 4, и 4 запоминают количество осей в первой тележке вагона,,распределитель 7, воздействуя на ключ 8, подготавливает цепь для заряда конденсаторов памяти 10, первой тележки напряжение сигналов с изоирательного усилителя 9 пьезоаксслерометров 2, а одновибратор 15, формирует отрицательный импульс постоянного тока стандартной длительчости, равной временному порогу, соответствующему верхней границе первого скоростного диапазона. Логическая схема «И» 17 сравнивает длительности отрицательных импульсов, поступающих с трипгера 80 и положительных импульсов с логической схемы «НЕ» 15 одновибратора 15ь Разностный,импульс этого селектора запускает генератор 18, линейно изменяющегося положительного напряжения, амплитуда импульсов на выходе которого обратно пропорциональна скорости движения поезда.

384711

Максимальная амплитуда этих, пилообразных ,импульсов запоминается на конденсаторах ячейки памяти 10З. .При проходе колес, первой тележки вагона над датчиками 1, и 14, счетные импульсы с формирующего триггера 8 через, ключ б2 поступают на вход вычитания второго 4> и на вход сложения третьего 4> двоичных счетчиков. Как только, последняя колесная пара первой тележки минует датчик 1>, счетчик 42 вернется в исходное состояние, а счетчики 4 и 4З зафиксируют в двоичном коде количество осей первой тележки. При этом включается логическая схема «И-НЕ» 52 второго счетчика, сигналы которой, воздействуя на ключи б, закрывают входы сложения и открывают входы вычитания счетчиков 4! и 4З. Одновременно с этикам сигнал «О» со схемы «И-НЕ» 52 поступает на,распределитель 7 и транзисторную задержку 20ь В результате этого сначала закрывается вход ключа 8, а затем с некоторой выдержкой времени элемент тра нзисторной задержки 20, посылает импульс опроса ячеек памяти 10, первой тележки и 103 селектора импульсов максимальной длительности. На фиг. 3 расомотрена,работа функц иональных .и логических элементов устройства при наличии в,первой тележке вагона остродвфектной колесной пары. При опросе ячеек памяти на их выходах появляются короткие прямоугольные импульсы с экспоненциально убывающим срезом, полярность;которых обратна полярности импульсов заряда конденсаторов.

Поэтаму на .выходе ячейки памяти 10З об.разуется отрицательный импульс напряжения, который уменьшает положительное напряжение V,I, поступающее на третий вход сумматора 19, на необходимую величину. Сформированные таким образом положительные напряжения сигналов иноформации и сравнения (уставки) поступают на соответствующие входы нуль-органа. Если на пряжение сигнала информации больше напряжения сигнала сравнения, то запускается блокинг- генератор нуль-органа. В результате этого его формирователь-однови братор 15З через ключевую схему «И-НЕ» 55 посылает сигнал запуска триггера 8з двоичной памяти.

При проходе колесных пар второй тележки над датчиками 1, и 1, выход избирательного усилителя 9 подключается к ячейке 102, а счетные .импульсы с триггера 8> поступают через ключ б, на вход вычитания первого двоичного счетчика 4!. Блок коррекции порога срабатывания ра ботает так же, как при проходе колесных пар первой тележки. Счетчик 4, возвратится в исходное состояние, когда последняя, колесная лара вагона пройдет над датчиком 1!. Си гнал «О», образующийся при этом на выходе схемы «И-НЕ» 5„закроет вход вычитания и откроет вход сложения этого счетчика, подготавливая его к подсчету числа осей первой тележки следующего вагона. При проходе последней колесной пары

З0

45 первого вагона над датчиками 1З и 14 в исход.ное состояние возвратится и счетчик 4,. Сигналом «О», образующимся на выходе схемы

«И-НЕ» 5З, закроется вход вычитания и откроется вход сложения этого счетчика. Одновременно закроется вход переключающей схемы 8 измерительного канала. Через некоторое время 4, определяемое параметрами транзисторной задержки 202, производится опрос ячеек памяти 102, второй тележки и ячейки 10, селектора первого скоростного диапазона. Так ка к в приведенном на фиг. 3 примере а мплитуда сигнала информации меньше напряжения сигнала сравнения, образующегося на выходе сумматора 19, то при выходе вагона из зоны контроля сигнал тревоги появится только на выходе схемы

«И-НЕ» 57. Сигнал отсчета вагона формируется схемой «И-НЕ» 56 с некоторой задержкой во времени, определяемой параметрами схемы транзисторной задержки 20>, которая возвращает триггер 8q двоичной памяти в исходное состояние.

Аналогично работает устройство при движении по контрольному участку пути других вагонов поезда. Если скорость поезда соответствует второму диапазону (8 — 16 мlсек), то на схемах «И» 17 и «И-НЕ» 54 совпадения сигналов нет и генераторы 18 не запускаются.

Для этого диапазона с корыстей!!oipor срабатывания апределяется только положительным напря жением V," на втором входе сумматора. Если скорость поезда превышает нижнюю границу (16 м/сек) третьего диапазона, то в работу вступает селектор импульсов ми.нимальной длительности (см. фиг. 1), собранный на однов ибраторе 15> и схеме «И-НЕ» 5», генератор 182 линейно нарастающего отрицательного на пряжения и ячейки памяти 104.

Сигнал сравнения для нуль-органа 12 образуется сложением постоянного положительного напряжения V,ð и положительного напряжения разряда конденсатора ячейки памяти

104.

Предмет изобретения

Устройство для автоматического контроля геометрических неровностей колесных пар .подвижного состава, содержащее размещенные на контрольном участке пути датчики прохода колес, на выходе которых подключены формирующие триггеры, виброизмерительные .преобразователи (пьезоакселерометры), подключенные к избирательному усилителю, блок автоматического управления и регистрации прохода вапонов, выполненный на реверсивных счетчиках осей с логическими схемами «И-,НЕ» регистрации их исходного состояния, коммутатор, переключающий выход изби,рателыного усилителя на ячейки памяти дефектных тележек, компаратор, соединенный первым входом с выходами ячеек памяти избирательно го усилителя, блок записи и воспроизведения, блок, коррекции сигнала уста384711

10 вки (порога срабатывания, компаратора), сумматор, которого соединен со вторым входом компаратора, приемо-передающую аппаратуру, регистратор и источник питания, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства в широком диапазоне скоростей движения подвижного состава и упрощения, оно снабжено преобразователями длительности импульсов, ячейками памяти .и селекторами длительности счетных импульсов, входы которых подключены к выходам формирующих триггеров, а выходы соединены со входами преобразователей дли5 тельности и мпульсов, которые своими выходами подключены к одним из входов ячеек памяти, выходы и другие входы которых соединены соответственно со входами сумматора и выходами схемы записи и воспроизведения.