устройство для измерения коэффициента трения колеса рельсового транспортного средства

Классы МПК:B61K13/00 Прочие вспомогательные устройства для железных дорог
G01M17/08 железнодорожного транспорта
G01M17/10 подвесок, осей или колес
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта
Приоритеты:
подача заявки:
1999-11-26
публикация патента:

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а более конкретно - к устройствам для определения коэффициента трения между колесом и рельсом. Устройство для измерения коэффициента трения колеса рельсового транспортного средства содержит механизм вертикального нагружения 1 с тензодатчиками 7, 8, закрепленный одним концом на раме 5 рельсового транспортного средства. На другом конце механизма установлена П-образная рамка с роликом 9, контактирующим с поверхностью колеса 10. Ролик 9 установлен на оси с возможностью вращения в ветвях П-образной рамки. Устройство также содержит упругую пластину 19 с тензодатчиками, датчик оборотов 22, который установлен на оси ролика 9, фрикционную муфту, содержащую электромагнитную катушку 15 и фрикционный диск 16, который установлен на оси ролика 9 с возможностью одновременного вращения с нею. Катушка 15, в свою очередь, взаимодействует через рычаг 17 с тензодатчиками упругой пластины. Технический результат: повышение достоверности измерений, уменьшение износа ролика. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

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 Vск 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 Vск 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.

Класс B61K13/00 Прочие вспомогательные устройства для железных дорог

колейное транспортное средство с сенсорным устройством -  патент 2498918 (20.11.2013)
устройство для осмотра вагонов -  патент 2487034 (10.07.2013)
устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом -  патент 2472660 (20.01.2013)
способ удаления льда и/или предотвращения его образования на ходовых частях поезда и устройство для его реализации -  патент 2466895 (20.11.2012)
устройство для измерения коэффициента трения на гребне колеса рельсового транспортного средства -  патент 2452642 (10.06.2012)
железнодорожное транспортное средство, оборудованное контакторами, способ управления и применение этих контакторов -  патент 2437790 (27.12.2011)
способ удаления льда и/или предотвращение его образования на ходовых частях поезда и устройство для его реализации -  патент 2407666 (27.12.2010)
устройство для измерения коэффициента трения между колесом и рельсом -  патент 2395422 (27.07.2010)
устройство для проверки надежности креплений груза в железнодорожном вагоне -  патент 2385812 (10.04.2010)
устройство автоматической проверки сцепления вагонов поезда -  патент 2372233 (10.11.2009)

Класс G01M17/08 железнодорожного транспорта

комплексный испытательный стенд для корпуса транспортного средства -  патент 2497093 (27.10.2013)
катковый стенд -  патент 2488800 (27.07.2013)
способ контроля технологического процесса опробования тормозов подвижного состава железных дорог -  патент 2487025 (10.07.2013)
катковый стенд -  патент 2484444 (10.06.2013)
устройство для измерения вертикальной нагрузки от кузова на тележку железнодорожного подвижного транспортного средства -  патент 2481566 (10.05.2013)
устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом -  патент 2472660 (20.01.2013)
устройство для крепления к вращающейся части вагонной оси -  патент 2472130 (10.01.2013)
способ диагностики технического состояния автотормозной системы электросекции мотор-вагонного подвижного состава -  патент 2457966 (10.08.2012)
стенд для испытаний на сопротивление усталости надрессорных балок тележек грузовых вагонов -  патент 2415395 (27.03.2011)
устройство для измерения коэффициента трения между колесом и рельсом -  патент 2395422 (27.07.2010)

Класс G01M17/10 подвесок, осей или колес

способ автоматизированного магнитолюминесцентного контроля железнодорожных колес и устройство для его осуществления -  патент 2518954 (10.06.2014)
способ определения аэродинамических коэффициентов cx и сy на основе определения суммарной тяги двигательной установки по результатам летных испытаний летательного аппарата -  патент 2503941 (10.01.2014)
стенд для исследования взаимодействия колеса с рельсом железнодорожных транспортных средств -  патент 2469287 (10.12.2012)
устройство для измерения коэффициента трения на гребне колеса рельсового транспортного средства -  патент 2452642 (10.06.2012)
стенд испытаний колесных пар и их элементов -  патент 2436061 (10.12.2011)
стенд для диагностики тележек пассажирских вагонов -  патент 2315276 (20.01.2008)
универсальный стенд для вывешивания, раскрутки с реверсированием колесной пары при виброакустической диагностике буксовых подшипников подвижного состава -  патент 2310182 (10.11.2007)
стенд для моделирования технологии лубрикации стержневыми гребнерельсосмазывающими системами -  патент 2278367 (20.06.2006)
стенд для ультразвуковых испытаний колесных пар рельсового подвижного состава -  патент 2243532 (27.12.2004)
стенд для исследования взаимодействия ходового колеса с рельсом железнодорожного транспорта -  патент 2232380 (10.07.2004)
Наверх