Устройство для бесконтактного измерения износа колес при движении рельсового подвижного состава

П И Ж-"НЗОБРЕТЕНИ Союз Советских Социалистических РеспубликТОРСКОМУ СВИДЕТЕатЬСТВУ нительное к авт. свид-ву М. Кл 2 В 61 К 9/12 22) Заявлено 03,08.72 (21) 1817397/1 вкиисоединени(088.8) авета Министров СССРа делам изобретений убликовапо 30,04.77, Бюллетень1 крытнй ия описания 30.05.7 ата опублико 2) Авторыизобретения1) Заявитель В. Л, Образцов и В. П. МалышевУральское отделение Всесоюзного ордена Трудового Красногомени научно-исследовательского института железнодорожноготранспорта(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ИЗНОСА КОЛЕС ПРИ ДВИЖЕНИИ РЕЛЪСОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА2 Гасударственный комитет (23) Приори Изобретение относится к автоматике железнодорожного транспорта, в частности к автоматическому контролю предельного и неравномерного износа (проката) колес при безостановочном движении поезда,Известны устройства для разбраковки колес, реализующие способ, основанный на применении токовихревых измерительных преобразователей, чувствительных к вертикальному перемещению гребня катящегося по рельсу колеса с износом поверхности катания относительно базовой поверхности отсчета, например поверхности катания рельса.Наиболее близким техническим решением является устройство, содержащее путевые датчики регистрации прохода колес, блок определения скорости перемещения колес и блок управления, связанные с путевыми датчиками, и узел бесконтактного измерения проката, подключенный к блоку принятия решения.Однако известные устройства обеспечивают разбраковку колес только по глубине неравномерного износа, в то время как динамическое воздействие колеса с неравномерным износом на необрессоренные узлы тележек вагонов и рельсовый путь зависят и от относительной протяженности (длины) отдельных неровностей (полуволн). Это является существенным недостатком известных устройств,так как нормирование неравномерного износа колес в эксплуатации производится из условия ограничения динамических сил в контакте колес с рельсом или ускорений необрес соренных масс (буксовых узлов) вагонов.Целью изобретения является повышение достоверности разбраковки колес по универсальному критерию - уклону отдельных неровностей.10 Для этого предложенное устройство содержит узел вычисления уклона неровностей, подключенный своими входами к блоку определения скорости, блоку управления и одному из выходов узла бесконтактного измере ния проката, а выходом - ко второму входублока принятия решения.На фиг. 1 дана блок-схема устройства длябесконтактного измерения износа колес при движении рельсового подвижного состава; на 20 фиг. 2 показаны формы напряжений в отдельных точках схемы и временные диаграммы, характеризующие работу устройства.Устройство содержит путевые датчики 1 - 3регистрации прохода колес, удаленные друг от друга на расстоянии 500 мм, блок 4 определения скорости, связанный с путевыми датчиками 1 и 2, блок 5 управления, связанный с блоком 4 определения скорости и путевыми датчиками 2 и 3, узел 6 бесконтактного изме рения проката, состоящий из высокочастот556073 ного контура 7, в состав которого входит измерительный преобразователь, жестко соединенный с рельсом, связанным с автогенератором 8, который подключен к блоку 9 выделения и центрирования низкочастотной составляющей огибающей амплитудно-изолированного (АИ) напряжения и к блоку 10 измерения среднего значения амплитудно-модулированного (АМ) напряжения несущей частоты, характеризующего общий прокат (износ).Узел 11 вычисления уклона неровностей содержит блок 12 определения экстремальных значений переменной составляющей напряжения огибающей, выполня 1 ощей также функции бинарного квантования производной от напряжения переменной составля 1 ощей, который подключен к блоку 10, последовательно соединенные генератор 13 линейно-изменяющегося напряжения, блок 14 памяти для запоминания амплитуд напряжения и блок 15 деления напряжений, Узел 11 содержит также подключенную к блоку 4 последовательную цепь из генератора 16 линейно-изменяющегося напряжения, блока 17 памяти, блока 15, блока 18 умножения напряжений, который связан с блоком 19 памяти, подключенным к блоку 5 управления. Узел 11 выходом связан с блоком 20 принятия решения, второй.вход которого подключен к блоку 10 измерения среднего значения АМ напряжения несущей частоты.Блоки 14 и 17 памяти служат для запоминания амплитуд напряжений на выходах генераторов 16 и 13, Эти напряжения пропорциональны длине полуволны неровностей и скорости перемещения колес. Блок 19 памяти служит для запоминания напряжения, пропорционального размаху низкочастотного напряжения огибающей, зависящего от глубины неровности.На выходе блока 15 образуется сигнал, пропорциональный длине, а на выходе блока 18 сигнал, пропорциональный уклону измеряемой неровности; Блок 20 вырабатывает диагностический сигнал о соответствии величин общего и неравномерного износа колес допускаемым значениям, Сигнал принятия решения вырабатывается после выхода контролируемого колеса из зоны действия измерительного преобразователя, ограниченного путевыми датчиками 2 и 3.В устройстве используется токовихревой метод, основанный на применении высокочастотных измерительных преобразователей.Устройство работает следующим образом.При отсутствии в зоне действия измерительного преобразователя гребня колеса на. прякение на выходе контура 7 имеет вид:(4) Ув ф Но 81 п 241 нф У,= У, з 1 п 24 вэ где Ув - среднее значение огибающейсрАМ-напряжения за период, характеризующийобщий прокат, а колебание Уо з 1 п(2 л 1+1 р)характеризует неравномерный волнообразныйС 5 износ 6 поверхности катания колес. высокой где У - амплитуда напряжения частоты; 1 в - несУЩаЯ частота; 1 - текущее время.Рассмотрим случай, когда на поверхностикатания колеса имеется неровность синусоидального вида27 Х5 2 Г где Й, х - текущие значения ординаты и абсциссы неровности;1 - длина полуволны неровности;10 Ьо - максимальная амплитуда неровности.При перекатывании колеса с синусоидальной неровностью в зоне чувствительности вихретокового измерительного преобразовате ля расстояние между гребнем колеса и поверхностью высокочастотного контура 7, жестко соединенного с рельсом, изменяется по синусоидальному закону: где Оо - максимальное расстояние между измерительным преобразователем и греонем колеса;скорость движения поезда;р - начальная фаза синусоидальной неровности, с которой колесо зашло в зону чувствительности преобразователя.При уменьшении расстояния Н увеличива 1 отся потери в контуре 7, связанные, главным образом, с уменьшением его добротности, что приводит к соответствующему изменению амЗ 5 плитуды генерируемого напряжения автогенератора 8, т. е. происходит амплитудная модуляция несущей частоты вида (3) низкочастотным напряжением: где У о - амплитуда модулирующего напряжения, определяемого выражениемУо =5 оо,45- условная частота модулирующегоколебания;5 в -чувствительность преобразователяк вертикальным перемещениям50 гребня;Оо - вертикальное перемещение гребняколеса;Т - условный период модулирующегоколебания,Амплитудно -модулированное напряжениена выходе автогенератора 8 имеет вид: Ув = Ув, + Уоз 1 п(2-,+ р) з 1 п 2 тсв (5)Среднее значение проката колеса за условный период Ток можно определить по формуле:тоК(6) кгде Tо-- период усреднения;УЕо - часть длины окружности колеса, наКкоторой производились измерения.Напряжение на выходе автогенератора 8 изменяется по закону амплитудно-модулированного колебания, причем модулирующее напряжение изменяется во времени в соответствии с изменением расстояния Н между гребнем катящегося колеса с неравномерным износом и поверхностью измерительного преобразователя, жестко связанного с базой отсчета на рельсе. Поэтому средний износ колеса можно определить по среднему значению напряжения на выходе генератораГк,пцмакс + умин у (, ) 1у о,к Ам Амо,Для измерения обшего проката колес достаточно к выходу автогенератора 8 подключить вольтметр среднего значения, В формуле (7) Умакс и У- соответственно максимальные АМ АМи минимальные значения АМ-напряжения несущей частоты на выходе автогенератора 8.Из выражения (5) видно, что для определения неравномерного проката необходимо выделить низкочастотное колебание Уо Р, Х Б 1 п (2 т 4 Ф+у), изменяющееся в соответствии с изменением расстояния Н между гребнем колеса и измерительным преобразователем, Для этого на выходе автогенератора 8 включен блок 9 выделения и центрирования низкочастотной составляющей огибающей АМ-напряжения. Размах амплитуд низкочастотной составляющей характеризует глубину неравномерного износа, В рассматриваемом случае размах, определяемый за время Травен 2 Уон (случай синусоидального износа поверхности катания колеса). В общем случае при произвольной форме неравномерного проката размах амплитуд определяется как:и=и,+У, (8) где У 1 и У - соответственно амплитуды положительной и отрицательной полуволн центрированной низкочастотной составляющей на выходе блока 9, Чтобы определить фактический уклоннеровности, необходимо сначала найти границы ее отдельных ветвей, т, е. определить ее протяженность 1. Протяжен ность неровности 1 можно определить путемфиксирования экстремальных значений низкочастотной составляющейУп ( 1) = УоБ 1 и (2 пн 1+ р),т. е. значений Ун(1), равных У и У. Эта операция может выполняться дифференцированием низкочастотной огибающей Ун(1), таккак при Ун(1) = У или У первая производ 10 ная обращается в О,У = - Уо 2-,соя (21+у). (9)Дифференцированный сигнал Ун(1) в блоке12, кроме того, подвергается бинарному квантованию, т, е. на выходе его формируютсядвухполярные импульсы, длительность которых определяется.Б1 фБу 1 ф 20где 1 - длина неровности;Р - скорость поезда;1 - время прохождения неровности в зоне контроля измерительного датчика, 25 Включенный на выходе блока 12 генератор13 линейно изменяющегося напряжения вырабатывает напряжениеУ,=т 1 ЗО где т - коэффициент преобразования генератора 13;1 - темп нарастания напряжения.Подставляя выражение (10) в (11), получим соотношение:35(12) У,=т -Из соотношения (12) видно, что напряжение на выходе генератора 13 находится в обрат ной зависимости от скорости К При определении длины неровности необходимо исключить скорость из выражения (12). Эту операцию осуществляет блок 15 деления напряжения, на входы которого поступают напряжения с 45 блоков 17 и 14.Блок 17 памяти запоминает напряжение,вырабатываемое генератором 16 линейно-изменяющегося напряжения, значение которого определяется выражением50 ау 0(13) где т - коэффициент преобразования генератора 16;1 о - расстояние между датчиками 1 и 2;У. - напряжение, пропорциональное длительности управляющего импульса напряжения на выходе блока 4 определения скорости. 55 о 0 65 60 Промежуточная операция, выполняемая блоком 15, записывается в виде соотношениягде Р - сигнальный импульс на выходе блока 15, пропорциональный длине неровности;1У= -- постоянный коэффициент,ГоКак видно из соотношения (14), отношение У- =Ь,1 не зависит от скорости поезда, и, У 1кроме того, функция отношения напряжений, вырабатываемых блоками 16 и 13, прямо пропорциональна длине неровности.Поскольку уклонопределяется как:о 2 Ь(15)а напряжение Уь зафиксированное в блоке 19памяти, пропорционально величине 2 ЙО=НО,Так как Уа = КВНУ, (16)Уто, разделив Уа на - (или умножив наУуУк), получаем выражениеУ,или, подставляя из выражения (14) значение У отношения , получим Уу 1=1, (18) Из выражения (18) видим, что 1 прямо пропорционально величине уклона , определяе. мого выражением (15), и не зависит от скорости движения поезда на участке контроля. Таким образом, производя операцию УаУу- в блоке 18 умножения напряжений, поУлучаем на выходе последнего напряжение,5 пропорциональное истинному значению уклона неровности на поверхности катания колеса. Последовательности выполнения операцийиллюстрируется на фиг. 2,Токовихревой метод, основанный на приме 10 нении высокочастотных автогенераторных измерительных преобразователей, обеспечиваетпринципиальную возможность осуществлениянепрерывного или кусочно-непрерывного бесконтактного контроля износа по всей длине15 окружности катящегося колеса с высокой точностью. В этом его основное преимуществоперед другими точечными (дискретными) методами контроля.Ф ор мула изобретенияУстройство для бесконтактного измеренияизноса колес при движении рельсового подвижного состава, содержащее путевые датчики регистрации прохода колес, блок опре деления скорости перемещения колес и блокуправления, связанные с путевыми датчиками, узел бесконтактного измерения проката, подключенный к блоку принятия решения, о тл и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения З 0 достоверности разбраковки, устройство содержит узел вычисления уклона неровностей, подключенный своими входами к блоку определения скорости перемещения колес, блоку управления и к одному из выходов узла бесЗ 5 контактного измерения проката, а выходом -ко второму входу блока принятия решения.l2 орректор О, Тю Заказ 1 Изд, М НИИПИ Государств по дел 113035, МоскПодписноеССР актор А. Куприк Составитель И. ГореловаТехред Т, Добровольская 411 Тираж 630енного комитета Совета Министрм изобретений и открытийва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2