способ определения силы нажатия тормозной колодки на железнодорожное колесо

Формула изобретения

1. Способ определения силы нажатия тормозной колодки на железнодорожное колесо, при котором размещают на поверхности колеса чувствительный элемент и деформируют его под действием механических усилий, отличающийся тем, что вводят в чувствительный элемент ультразвуковую волну, снимают калибровочную зависимость t₁=f(H) времени распространения ультразвуковой волны t₁ от величины приложенной к чувствительному элементу силы нажатия Н в отсутствие тормозной колодки, регистрируют время распространения t₂ ультразвуковой волны при размещении тормозной колодки на чувствительном элементе и приложении к колодке силы нажатия и определяют действующую силу нажатия по зависимости t₁=f(H) и величине t ₂.

2. Способ определения силы нажатия тормозной колодки на железнодорожное колесо по п.1, отличающийся тем, что осуществляют наклонный ввод ультразвуковой волны в чувствительный элемент.

3. Способ определения силы нажатия тормозной колодки на железнодорожное колесо по п.1, отличающийся тем, что вводят в чувствительный элемент ультразвуковую волну с частотой больше 5 МГц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к способам определения сил нажатия тормозных колодок на колеса железнодорожных вагонов.

Известен способ определения и проверки сил нажатия тормозных колодок на колеса железнодорожных вагонов, заключающийся в том, что сначала определяют для нового стояночного тормоза или берут (принимают) известное значение передаточного числа рычажной передачи стояночного тормоза и передаточное отношение червячной передачи стояночного тормоза железнодорожного вагона, а затем рассчитывают силу нажатия тормозной колодки на колесо от действия стояночного тормоза с учетом большого количества параметров и размерных характеристик кинематических цепей [1].

Однако указанный способ обладает невысокой точностью, так как определение реальной силы нажатия тормозной колодки на колесо ведется чисто расчетным путем и не учитываются все параметры рычажной передачи.

В качестве прототипа заявляемого технического решения выбран способ определения статической силы нажатия тормозной колодки на колесо, заключающийся в том, что действие тормозной колодки на колесо моделируют с помощью измерительного устройства, размещаемого вместо колодки между поверхностью колеса и тормозного башмака и содержащего в качестве чувствительного элемента тензопреобразователи [2]. При приложении к измерительному устройству силы, равной силе нажатия реальной тормозной колодки, происходит деформация тонкой металлической пластины, находящейся в контакте с колесом. Эта деформация регистрируется мостовой схемой, в плечах которой находятся тензопреобразователи, преобразующие возникающие деформации в электрический сигнал, пропорциональный действующей на измерительное устройство силе нажатия.

Недостатком известного способа является высокая трудоемкость в процессе определения сил нажатия большого количества колодок, например комплекта колодок пассажирского или грузового вагона, обусловленная необходимостью демонтажа каждой колодки в процессе определения ее силы нажатия.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, - снижение трудоемкости определения силы нажатия тормозной колодки на железнодорожное колесо.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения силы нажатия тормозной колодки на железнодорожное колесо, в котором размещают на поверхности колеса чувствительный элемент и деформируют его под действием механических усилий, вводят в чувствительный элемент ультразвуковую волну, снимают калибровочную зависимость t₁=f(H) времени распространения t₁ ультразвуковой волны от величины, приложенной к чувствительному элементу силы нажатия Н в отсутствие тормозной колодки, регистрируют время распространения t₂ ультразвуковой волны при размещении тормозной колодки на чувствительном элементе и приложении к колодке силы нажатия и определяют действующую силу нажатия по зависимости t₁=f(Н) и величине t₂. При этом осуществляют наклонный ввод ультразвуковой волны в чувствительный элемент, а ее частоту выбирают больше 5 МГц.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 схематически изображено устройство, при помощи которого реализуется заявляемый способ; на фиг.2 иллюстрируется распространение ультразвуковых (УЗ) волн в чувствительном элементе.

Устройство для реализации заявляемого способа включает чувствительный элемент - акустическую пластину 1 с известными линейными размерами - длиной L и толщиной d, пьезопреобразователь (выполняющий функции излучателя и приемника УЗ-волн) 2, совмещенный с наклонной призмой и расположенный на ненагружаемом торце пластины 1, генератор ультразвуковых волн 3 и вычислительный блок 4. Пластина 1 выполнена из материала с малым акустическим сопротивлением, например стали, толщиной 2-3 мм. Для снижения неоднородности переходов "пластина - колодка" и "пластина - колесо" между пластиной 1 - с одной стороны, и колодкой 5 и колесом 6 - с другой стороны, размещаются изоляторы 7, выполненные, например, в виде резиновой мембраны. Крепление устройства может осуществляться как с помощью магнита на колесо, так и с помощью пружины на колодку.

Измерение усилия прижима тормозной колодки 5 к поверхности железнодорожного колеса 6 осуществляется следующим образом.

Первый этап - калибровка. Пластина 1 размещается на поверхности колеса 6 и в отсутствие тормозной колодки 5 нагружается изменяющейся (например, ступенчато с определенным шагом) нагрузкой, диапазон изменения которой соответствует реальному диапазону силы нажатия колодки 5 к колесу 6 в условиях эксплуатации. Посредством пьезопреобразователя 2 осуществляется наклонный ввод в пластину 1 ультразвуковых колебаний. Частота УЗ-колебаний F выбирается большей 5 МГц, так как при меньшей частоте большая часть энергии УЗ-волны не отражается от деформированных верхних слоев кристаллической решетки пластины 1 и уходит из пластины 1 через ее боковые поверхности.

Характер распространения УЗ-волн в материале акустической пластины 1 показан на фиг.2.

Величина h определяет длину хода фронта волны за один период

Число переотражений n УЗ-волны составит

На практике для измерения силы нажатия колодки L выбирается равной 130 мм, d 1 мм, =30 градусов, тогда h=1,155 мм, n=225. При деформации пластины 1, равной, например, 5 мкм, замедление фронтальной скорости УЗ-волны соответствует пути, проходимому УЗ-волной - 5n=1,125 мм. Эта величина вполне может быть разрешима типичным пьезопреобразователем, что подтверждает возможность практической реализации заявляемого способа.

Измерение силы нажатия основано на том факте, что приложение к пластине 1 силы H, ориентированной перпендикулярно ее боковым поверхностям, приводит к деформации кристаллической решетки верхних слоев пластины 1 и формированию дополнительной границы раздела сред - между напряженной и ненапряженной областями пластины 1, от которой происходит переотражение УЗ-волны. Как следствие, фронтальная скорость УЗ-волны растет. Снятие калибровочной зависимости заключается в измерении времени прихода отраженной УЗ-волны t₁ от величины силы H.

После снятия калибровочной зависимости t₁=f(Н) на пластину 1 устанавливается тормозная колодка 5 и определяется время прихода t₂ отраженной УЗ-волны в условиях реально действующей силы нажатия. Затем по измеренной величине t₂ и калибровочной зависимости t₁=f(Н) определяется действующая сила нажатия.

Таким образом, по сравнению со способом-прототипом заявляемый способ характеризуется значительно меньшей трудоемкостью, так как демонтаж колодки в процессе общего испытания всего комплекта тормозных колодок осуществляется только один раз - на этапе калибровки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ №2097240, кл. В 61 Н 13/34, 1997 г.

2. Патент США №5038605, НКИ 73/129, 1991 г. (прототип).