CZ305902B6

CZ305902B6 - Systém měření úhlu náběhu dvojkolí kolejového vozidla v koleji

Info

Publication number: CZ305902B6
Application number: CZ2014-572A
Authority: CZ
Inventors: Jan ÄŚapek; Petr Bauer
Original assignee: VĂšKV a.s.
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2016-04-27
Also published as: CZ2014572A3

Abstract

Systém je tvořen na rámu (2) podvozku nebo na podvozku kolejového vozidla odpruženě uspořádanými dvěma laserovými optickými snímači (8) pro snímání hlavy kolejnice (1). Jeden laserový optický snímač (8) je uspořádán před kolem prvního dvojkolí (3) ve směru pohybu kolejového vozidla a druhý optický snímač (8) je uspořádán za kolem druhého dvojkolí (4), ve směru pohybu kolejového vozidla, na téže boční straně podvozku. Z naměřených profilů kolejnice (1) je pak výpočtovým programem vyhodnoceno jejich vzájemné příčné posunutí dy. Z posunutí dy a známé vzdálenosti obou laserových optických snímačů (8) v podélném směru koleje (1) dx je vyhodnocen úhel náběhu rámu (2) podvozku dle vztahu .alfa. = arctan(dy/dx). Systém je doplněn snímačem (14) pohybu pro měření podélných pohybů dx1, dx2 ve vedení prvního dvojkolí (3), umístěným z vnější strany každého kola prvního dvojkolí (3), na ose dvojkolí nebo obdobně u druhého dvojkolí (4). Vzdálenost obou snímačů (14) od sebe je dána příčnou roztečí 2w. Z podélných pohybů dx1 a dx2 a příčné rozteče 2w je vyhodnocen úhel dvojkolí vůči rámu (2) podvozku dle vztahu .alfa. = arctan[(dx1+dx2)/(2w)]. Úhel náběhu dvojkolí je vyhodnocen jako součet zjištěných úhlů náběhu rámu (2) podvozku v koleji a dvojkolí vůči rámu (2) podvozku dle vztahu .beta. = .alfa. + .gama. + arcsin (a/R), kde a je polovina rozvoru podvozku, R je poloměr projížděného oblouku. Každý laserový optický snímač (8) je uspořádán v odpruženém krytu (7), který je odpruženě uchycen na rámu (2) podvozku v držáku (6), připevněného konzolou (5) k rámu (2) podvozku, který je odpružený od dvojkolí (3) nebo dvojkolí (4). Odpružení krytu (7) od držáku (6) je realizováno pomocí nejméně jedné sestavy odpružení (11), která je tvořena tělesy odpružení (10), spojovacím prvkem (12), a připojovacími prvky (13).

Description

Systém měření úhlu náběhu dvojkolí kolejového vozidla v koleji

Oblast techniky

Vynález se týká měření úhlu náběhu dvojkolí kolejového vozidla v koleji.

Dosavadní stav techniky

Znalost úhlu náběhu dvojkolí kolejového vozidla v koleji, jeho natočení kolem svislé osy, je důležitým parametrem pro vyhodnocení silových účinků kontaktu kola železničního vozidla s kolejnicí. Existují dvě základní metody zjišťování tohoto úhlu náběhu pomocí snímačů, a to metoda dotyková a bezdotyková. Výhodou dotykového způsobu měření je jeho jednoduchost a cena, nevýhodou je možnost měření pouze za nízkých rychlostí železničního vozidla a možnost měření pouze na vybraném úseku koleje, na kterém se nevyskytují například výhybky či přejezdy, které by byly v kolizi s vlastním snímačem.

Výhodnější je bezdotyková metoda měření úhlu náběhu dvojkolí železničního vozidla na koleji, kterou lze použít pro měření za provozních rychlostí vozidel a u které nejsou výhybky či přejezdy v okolí koleje na závadu.

Z patentu JP 3 148 437, zveřejněného dne 23. 08. 1994, je patrno bezdotykové řešení pro měření úhlu náběhu kola kolejového vozidla v koleji, při pohybu kolejového vozidla, kdy je využívána laserová detekční hlava, která je uspořádána na rámu kolejového vozidla před a za měřeným kolem, která je tvořena jednotlivými zařízeními - zdrojem světla, čočkou vysílače pro úpravu vyslaného světelného paprsku, čočkou přijímače pro soustředění přijatého paprsku, linkovým senzorem, který snímá hlavu kolejnice.

Detekční hlava je uchycena na ložiskové skříni, tedy neodpružené hmotě vůči dvojkolí, a ze spisu není patrné, že by detekční hlava byla na ložiskové skříni připevněna odpružené. V tomto případě se dá předpokládat, že při měření za provozních rychlostí je optický snímač vystaven vysokým úrovním vibrací, což má negativní vliv na přesnost měření a životnost vlastního optického snímače.

Další nevýhodou tohoto řešení je nutnost použití dvou optických snímačů na měření úhlu náběhu každého dvojkolí v podvozku. V případě měření úhlu náběhu obou dvojkolí v podvozku je tak nutné použít čtyř optických snímačů, jejichž pořizovací náklady jsou vysoké.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje systém měření úhlu náběhu dvojkolí v koleji, jehož podstata spočívá v torr^ že na rámu podvozku kolejového vozidla jsou odpružené uspořádané dva laserové optické snímače, přičemž jeden laserový optický snímač je uspořádán před kolem prvního dvojkolí ve směru pohybu kolejového vozidla a druhý optický laserový snímač je uspořádán za kolem druhého dvojkolí, ve směru pohybu kolejového vozidla, na téže straně podvozku, přičemž těmito snímači je snímána hlava kolejnice při jízdě kolejového vozidla z pozic uspořádaných laserových optických snímačů, tedy na dvou místech.

Poloha laserových optických snímačů je stavitelná ve svislém a příčném směru, rovněž je možné měnit úhel natočení jednotlivých laserových optických snímačů kolem podélné osy.

Laserové optické snímače jsou uspořádané na rámu podvozku kolejového vozidla odpružené, například na pryžových prvcích.

- 1 CZ 305902 B6

Při vyšších rychlostech jízdy kolejového vozidla však na laserové optické snímače působí vysoké vibrace, které ovlivňují jejich přesnost a životnost. Tyto negativní vlivy vibrací jsou výrazně sníženy tím, že každý laserový optický snímač je umístěn v odpruženém krytu, který je odpružené uchycen v držáku připevněného konzolou k rámu podvozku, který je zpravidla odpružený od dvojkolí, a odpružení krytu od držáku je realizováno pomocí sestavy odpružení, která je tvořena tělesy odpružení, spojovacím prvkem, například spojovací maticí a připojovacími prvky, například připojovacími maticemi.

Umístěním laserových optických snímačů na rám podvozku kolejového vozidla je zjišťován úhel náběhu rámu podvozku vůči koleji.

Z naměřených profilů kolejnice je pak výpočtovým programem vyhodnoceno jejich vzájemné příčné posunutí dy. Z tohoto posunutí dy a známé vzdálenosti obou laserových optických snímačů v podélném směru koleje, dx je vyhodnocen úhel náběhu rámu podvozku dle vztahu γ = arctan(dy/dx).

Systém je dále doplněn zařízením k měření úhlu dvojkolí vůči rámu podvozku. Tento úhel je vyhodnocován na základě měřených podélných pohybů ve vedení dvojkolí dxl, dx2. Tyto pohyby jsou měřeny lineárním potenciometrickým snímačem pro snímání pohybu, umístěným z vnější strany každého kola prvního dvojkolí, na ose dvojkolí, přičemž vzdálenost obou snímačů pro snímání pohybu od sebe je dána příčnou roztečí 2w nebo obdobně u druhého dvojkolí.

Uhel dvojkolí vůči rámu podvozku je vyhodnocen dle vztahu:

a = arctan[(dxl+dx2)/(2w)].

Výsledný úhel náběhu dvojkolí vůči koleji je pak dán vztahem:

β = ot + γ + arcsin (a/R), kde a je polovina rozvoru podvozku, R je poloměr projížděného oblouku.

Další výhodou navrženého řešení je možnost vyhodnocení úhlu náběhu vůči koleji obou dvojkolí v podvozku za použití pouze dvou optických laserových snímačů.

V tomto případě je postačující podvozek vybavit zařízením pro měření úhlu druhého dvojkolí vůči rámu podvozku druhým potenciometrickým snímačem.

Objasnění výkresů

Vynález je blíže objasněn na přiložených výkresech, kde na obr. 1 jsou znázorněny jednotlivé úhly α, β, γ na obr. 2 je schematicky znázorněno umístění laserových optických snímačů a z naměřených profilů kolejnice vzájemné příčné posunutí, na obr. 3a je boční pohled na podvozek a na něm je znázorněno umístění snímače pohybu, na obr. 3b je v půdorysu znázorněn rám podvozku, dvojkolí a úhel dvojkolí vůči rámu podvozku, na obr. 4 je znázorněna situace při průjezdu oblouku, na obr. 5 je v prostorovém vyobrazení znázorněn podvozek s prvním a druhým dvojkolím a uspořádání snímače před prvním dvojkolím, na obr. 6 je podvozek v prostorovém vyobrazení v pohledu z boku, kdy jsou patrné oba snímače, na obr. 7 v prostorovém vyobrazení konzola s těleso odpružení se snímačem, na obr. 8 vyobrazena sestava konzoly, odpruženého krytu a laserového optického snímače, přičemž na obr. 8a je v pohledu z boku, na obr. 8b v pohledu z opačné strany a na obr. 8c v pohledu shora, a na obr 9. je detail jedné sestavy odpružení, přičemž na obr. 9a v pohledu z boku, na obr. 9b v podélném řezu a na obr. 9c v prostorovém vyobrazení.

-2CZ 305902 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

U příkladného provedení znázorněného na přiložených výkresech, jsou na rámu 2 podvozku, kolejového vozidla odpružené uspořádané dva laserové optické snímače 8, přičemž jeden laserový optický snímač 8 je uspořádán před kolem prvního dvojkolí 3 ve směru pohybu kolejového vozidla a druhý laserový optický snímač 8 je uspořádán za kolem druhého dvojkolí 4, ve směru pohybu kolejového vozidla, na téže straně podvozku, přičemž těmito laserovými optickými snímači 8 je snímána hlava kolejnice při jízdě kolejového vozidla z pozic uspořádaných laserových optických snímačů 8, tedy na dvou místech.

Poloha laserových optických snímačů 8 je stavitelná ve svislém a příčném směru, rovněž je možné měnit úhel natočení jednotlivých laserových optických snímačů 8 kolem podélné osy.

Laserové optické snímače 8 jsou uspořádané na rámu 2 podvozku, kolejového vozidla odpružené, neboť zejména při vysokých rychlostech jízdy kolejového vozidla na laserové optické snímače 8 působí vysoké vibrace, které ovlivňují jejich životnost a přesnost měření.

Negativní vliv vibrací na výsledky měření a životnost laserových optických snímačů 8 je výrazně snížen tím, že každý laserový optický snímač 8 je uspořádán v odpruženém krytu 7, který je odpružené uchycen na rámu 2 podvozku v držáku 6 připevněného konzolou 5 k rámu 2 podvozku, který je zpravidla odpružený od dvojkolí 3 nebo 4, a odpružení krytu 7 od držáku 6 je realizováno pomocí sestavy odpružení U, která je tvořena tělesy odpružení ]0, spojovacím prvkem ]2, například spojovací maticí a připojovacími prvky 13, například připojovacími maticemi.

Umístěním laserových optických snímačů 8 na rám 2 podvozku, kolejového vozidla je zjišťován úhel náběhu rámu 2 podvozku vůči koleji L

Z naměřených profilů kolejnice 1 je pak výpočtovým programem vyhodnoceno jejich vzájemné příčné posunutí dy. Z tohoto posunutí dy a známé vzdálenosti obou laserových optických snímačů 8 v podélném směru kolejnic 1 dx je vyhodnocen úhel náběhu rámu podvozku dle vztahu γ = arctan(dy/dx).

Systém je dále doplněn zařízením k měření úhlu dvojkolí vůči rámu podvozku. Tento úhel je vyhodnocován na základě měřených podélných pohybů ve vedení prvního dvojkolí 3 dxl, dx2. Tyto pohyby jsou měřeny lineárním potenciometrickým snímačem 14 pro snímání pohybu, umístěným z vnější strany každého kola prvního dvojkolí 3, na ose dvojkolí, přičemž vzdálenost obou snímačů 14 od sebe je dána příčnou rozteči 2w. Nebo obdobně u druhého dvojkolí 4.

Úhel dvojkolí vůči rámu podvozku je vyhodnocen dle vztahu:

a = arctan[(dxl+dx2)/(2w)].

Výsledný úhel náběhu dvojkolí vůči koleji je pak dán vztahem:

β = α + γ + arcsin(a/R), kde a je polovina rozvoru podvozku, R je poloměr projížděného oblouku.

Výhodou navrženého řešení je možnost vyhodnocení úhlu náběhu vůči koleji 1 obou dvojkolí v podvozku za použití pouze dvou optických laserových snímačů 8.

-3CZ 305902 B6

V tomto případě je postačující podvozek vybavit zařízením pro měření úhlu druhého dvojkolí vůči rámu podvozku druhým potenciometrickým snímačem 14.

Průmyslová využitelnost

Znalost úhlu náběhu dvojkolí kolejového vozidla v koleji je důležitým parametrem pro vyhodnocení silových účinků kontaktu kola železničního vozidla s kolejnicí, což má velký význam pro životnost dvojkolí kolejových vozidel a bezpečnost provozu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Systém měření úhlu náběhu dvojkolí kolejového vozidla v koleji, vyznačující se tím, že na rámu (2) podvozku nebo na podvozku kolejového vozidla jsou odpružené uspořádané dva laserové optické snímače (8) pro snímání hlavy kolejnice (1), přičemž jeden laserový optický snímač (8) je uspořádán před kolem prvního dvojkolí (3) ve směru pohybu kolejového vozidla a druhý optický snímač (8) je uspořádán za kolem druhého dvojkolí (4), ve směru pohybu kolejového vozidla, na téže straně podvozku, přičemž z naměřených profilů kolejnice (1) je pro výpočet vzájemného příčného posunutí dy použit výpočtový program a z tohoto posunutí dy a známé vzdálenosti obou laserových optických snímačů (8) v podélném směru koleje (1) dx je pro vyhodnocení úhlu náběhu rámu podvozku využit vztah a = arctan(dy/dx).

2. Systém měření úhlu náběhu dvojkolí kolejového vozidla v koleji podle nároku 1, vyznačující se tím, že systém je dále doplněn snímačem pohybu (14) pro měření podélných pohybů dxl, dx2 ve vedení prvního dvojkolí (3), přičemž snímač pohybu (14) je umístěn z vnější strany každého kola prvního dvojkolí (3), na ose prvního dvojkolí (3) a vzdálenost obou snímačů (14) od sebe je dána příčnou roztečí 2w, nebo obdobně u druhého dvojkolí (4), přičemž z podélných pohybů dxl, dx2 a příčnou roztečí 2w je vyhodnocen úhel dvojkolí vůči rámu podvozku podle vztahu:

a = arctan[(dxl+dx2)/(2w)].

3. Systém měření úhlu náběhu dvojkolí kolejového vozidla v koleji podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že úhel náběhu dvojkolí je vyhodnocen jako součet zjištěných úhlů náběhu rámu (2) podvozku v koleji a prvního dvojkolí (3) nebo druhého dvojkolí (4) vůči rámu (2) podvozku dle vztahu:

β = α + γ + arcsin (a/R), kde a je polovina rozvoru podvozku, R je poloměr projížděného oblouku.

4. Systém měření úhlu náběhu dvojkolí kolejového vozidla v koleji podle nároku 1, vyznačující se tím, že laserové optické snímače (8) jsou uspořádané na podvozku nebo na rámu (2) podvozku kolejového vozidla, odpružené na pryžových prvcích.

5. Systém měření úhlu náběhu dvojkolí kolejového vozidla v koleji podle nároků 1, 2, 3, 4, vyznačující se tím, že každý laserový optický snímač (8) je uspořádán v odpruženém kiytu (7), který je odpružené uchycen na rámu (2) podvozku v držáku (6), připevněného konzolou (5) k rámu (2) podvozku, který je odpružený od prvního dvojkolí (3) nebo druhého dvojkolí

-4CZ 305902 B6 (4), a odpružení krytu (7) od držáku (6) je realizováno pomocí nejméně jedné sestavy odpružení (11), která je tvořena tělesy odpružení (10), spojovacím prvkem (12), a připojovacími prvky (13).