устройство для измерения износа боковой поверхности головки железнодорожного рельса

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 - U_{вых 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 х, выходное напряжение этого датчика изменяется на некоторую величину U_х, которая является погрешностью измерения величины износа боковой поверхности головки рельса 7, поскольку результирующее выходное напряжение датчика 2 в этом случае равно: U_вых==U_{вых изн} + U_х.

Для устранения погрешности U_х 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 х=0, напряжение, поступающее с выхода датчика 10 на один вход схемы сравнения 11, равно по величине стабилизированному опорному напряжению U_оп, 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 U_oп 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.