RU2085425C1

RU2085425C1 - Railway vehicle running gear condition diagnosing device

Info

Publication number: RU2085425C1
Application number: RU96118963A
Authority: RU
Inventors: Валерий Григорьевич Запускалов; Валерий Ильич Редькин; Анатолий Ваганович Егиазарян; Валерий Кириллович Рябцев; Борис Валентинович Туробов; Виктор Ошерович Певзнер
Original assignee: Валерий Григорьевич Запускалов; Валерий Ильич Редькин; Анатолий Ваганович Егиазарян; Валерий Кириллович Рябцев; Борис Валентинович Туробов; Виктор Ошерович Певзнер
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 1997-07-27

Abstract

FIELD: railway transport; non-contact checking of parameters of wear of wheel tread and sliding surfaces, distance between sliding surfaces of wheelset flanges and cocking of its axis in gauge in diagnostic centers of locomotives and cars in motion of vehicles. SUBSTANCE: device has four eddy current converters made in form of orthogonal L-shaped electromagnetic matrices, each consisting of three inductance coils one of which is arranged in plane square to plane in which two other inductance coils are mounted. Coils have elongated rectangular and triangular-shape windings. Triangular-shape winding coil is inscribed with vertical in three corners of elongated rectangular winding coil. Line of intersection of planes of first coil and two other coils passes outside their areas and along larger base of elongated rectangular winding coil to which side of inscribed coil adjoins. EFFECT: enlarged operating capabilities. 4 dwg

Description

Изобретение относится к железнодорожной автоматике, в частности, к бесконтактным системам контроля параметров износа рабочих поверхностей катания и скольжения колес, расстояния между поверхностями скольжения гребней колесной пары и перекоса оси колесной пары в колее, и может быть использовано на пунктах диагностики технического состояния ходовых частей локомотивов и вагонов на ходу поезда. The invention relates to railway automation, in particular, to non-contact control systems for the parameters of wear of the working surfaces of the wheels and the wheels, the distance between the sliding surfaces of the ridges of the wheelset and the skew axis of the wheelset in the rut, and can be used at points of diagnosis of the technical condition of the chassis of locomotives and wagons on the go of the train.

Известно устройство для контроля износа гребня колеса подвижного состава, содержащее локализационный оптический датчик, выполненный в виде автономных излучателя и приемника светового потока, матовое стекло и блок обработки с регистратором (SV, авторское свидетельство N 1685774, В 61 K 9/12, 1991 г.). A device for controlling the wear of a flange of a wheel of a rolling stock is known, comprising a localization optical sensor made in the form of an autonomous emitter and a light flux receiver, frosted glass and a processing unit with a recorder (SV, copyright certificate N 1685774, В 61 K 9/12, 1991 )

Функциональные возможности этого устройства ограничены измерением одного параметра, а точность и достоверность его контроля низкие, так как на результат измерения кроме контролируемого износа гребня колеса оказывают влияние износ поверхности катания колеса и перекос оси колесной пары в колее, что приводит к смещению положения гребня, а следовательно к дополнительному отклонению светового потока, отраженного от рабочей поверхности гребня колеса. Более того, эксплуатационная надежность устройства неудовлетворительная, потому что поверхности чувствительных оптических элементов излучателя и приемника подвержены воздействию различных взвесей воздушного потока, возникающего в зоне контроля при движении поезда. The functionality of this device is limited to the measurement of one parameter, and the accuracy and reliability of its control are low, since in addition to the controlled wear of the wheel flange, the wear of the wheel surface and the misalignment of the axis of the wheel pair in the rut influence the measurement result, which leads to a shift in the position of the flange, and therefore to an additional deviation of the light flux reflected from the working surface of the wheel flange. Moreover, the operational reliability of the device is unsatisfactory, because the surfaces of the sensitive optical elements of the emitter and receiver are exposed to various suspensions of the air flow arising in the control zone when the train is moving.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому представляется устройство для диагностики состояния ходовых частей подвижного состава железнодорожного транспорта, содержащее последовательно соединенные высокочастотный генератор, коммутатор, вихретоковый преобразователь, выполненный в виде электромагнитной матрицы, состоящей из трех катушек индуктивности вытянутопрямоугольной и треугольной формы намоток, блок обработки со схемой памяти и регистратор (патент N 2066284, В 61 К 9/12, 1996 г.). The closest technical solution to the claimed one is a device for diagnosing the condition of the running gear of railway rolling stock, containing a series-connected high-frequency generator, commutator, eddy current transducer made in the form of an electromagnetic matrix consisting of three inductors of rectangular and triangular windings, a processing unit with a circuit memory and a registrar (patent N 2066284, 61 K 9/12, 1996).

Это устройство надежно и позволяет контролировать на ходу поезда параметры износа колеса, а также расстояние между поверхностями скольжения гребней колесной пары. This device is reliable and allows you to control on the train the parameters of the wear of the wheel, as well as the distance between the sliding surfaces of the ridges of the wheelset.

Однако точность и чувствительность контроля недостаточные, поскольку о параметрах износа и расстоянии между поверхностями скольжения гребней колесной пары судят по измеряемому интегральному значению зазора между криволинейными поверхностями гребней каждого колеса пары и головок рельсовых нитей, изменяющемуся в плоскости, лежащей между поверхностью катания колеса и поверхностью вершины гребня колеса, т.е. параллельно плоскости чувствительной матрицы преобразователя, и отстоящей от преобразователя как минимум в пять, шесть раз дальше, чем вершина гребня колеса. Перекос оси колесной пары в колее это устройство не контролирует. However, the accuracy and sensitivity of the control are insufficient, since the wear parameters and the distance between the sliding surfaces of the flanges of the wheelset are judged by the measured integral value of the gap between the curved surfaces of the flanges of each wheel of the pair and the heads of the rail threads, changing in a plane lying between the wheel surface and the surface of the crest wheels i.e. parallel to the plane of the sensor matrix of the transducer, and spaced from the transducer at least five, six times further than the top of the wheel flange. The skew axis of the wheelset in a rut this device does not control.

Техническим результатом изобретения является обеспечение высокого качества измерительной информации о параметрах ходовых частей подвижного состава за счет повышения точности и чувствительности определения износа колеса, расстояния между поверхностями скольжения гребней колесной пары и перекоса оси колесной пары в колее. The technical result of the invention is the provision of high quality measurement information about the parameters of the running gear of the rolling stock by increasing the accuracy and sensitivity of determining wheel wear, the distance between the sliding surfaces of the ridges of the wheelset and the skewness of the axis of the wheelset in the rut.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в устройство для диагностики состояния ходовых частей подвижного состава железнодорожного транспорта, содержащее последовательно соединенные высокочастотный генератор, коммутатор, вихретоковый матричный преобразователь, состоящий из трех катушек индуктивности вытянутопрямоугольной и треугольной форм намоток, блока обработки измерительной информации с элементами памяти и регистратора, введены дополнительно три вихретоковых матричных преобразователя, включенных между коммутатором и блоком обработки измерительной информации параллельно первому преобразователю, одна катушка индуктивности электромагнитной матрицы каждого из четырех преобразователей расположена в плоскости, перпендикулярной плоскости, в которой размещены две другие катушки вытянутопрямоугольной и треугольной форм намоток, образуя совместно с первой катушкой ортогональную Г-образную электромагнитную матрицу, при этом катушка треугольной намотки вписана вершинами в три угла внутреннего контура катушки вытянутопрямоугольной намотки, а линия пересечения плоскости первой катушки и двух других катушек проходит за пределами их площадей и вдоль большего основания катушки вытянутопрямоугольной намотки, к которому примыкает катет вписанной катушки треугольной намотки. The essence of the proposed technical solution lies in the fact that the device for diagnosing the state of the running gear of the rolling stock of railway transport, containing a series-connected high-frequency generator, a commutator, an eddy current matrix converter, consisting of three inductors of rectangular and triangular windings, a measuring information processing unit with elements memory and recorder, introduced three additional eddy current matrix transducers included I’m waiting for the switch and the measuring information processing unit parallel to the first converter, one inductance coil of the electromagnetic matrix of each of the four transducers is located in a plane perpendicular to the plane in which the other two coils of elongated rectangular and triangular shapes of windings are placed, forming together with the first coil an orthogonal L-shaped electromagnetic matrix while the triangular winding coil is inscribed with the vertices at three angles of the inner contour of the coil is elongated Amotka, and the line of intersection of the plane of the first coil and two other coils runs outside their areas and along the larger base of the coil is elongated rectangular winding, which adjoins the leg of the inscribed triangular winding coil.

На фиг.1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 конструкция матричного вихретокового преобразователя; на фиг.3 расположение пары преобразователей в поперечном сечении разноуровневых рельсовых нитей участка и колесной пары; на фиг.4 фрагмент положения перекошенной оси колесной пары в плане. Figure 1 shows the structural diagram of the device; figure 2 the design of the matrix eddy current transducer; figure 3 the location of the pair of converters in cross section of multilevel rail threads of the site and the wheelset; figure 4 a fragment of the position of the skew axis of the wheelset in plan.

Устройство содержит последовательно соединенные высокочастотный генератор 1, коммутатор 2, четыре вихретоковых преобразователя 3, 4, 5, 6, включенных между собой параллельно, блок 7 обработки информации, имеющий элементы памяти, и регистратор 8 (фиг.1). The device comprises series-connected high-frequency generator 1, switch 2, four eddy current transducers 3, 4, 5, 6, connected in parallel, an information processing unit 7 having memory elements, and a recorder 8 (Fig. 1).

Каждый преобразователь 3 6 состоит из трех накладных катушек 9, 10, 11 индуктивности, одна из которых, например 9, выполнена произвольной формы намотки, две другие вытянутопрямоугольной и треугольной форм намоток. Катушка 9 расположена в плоскости, перпендикулярной плоскости, в которой расположены две другие катушки 10, 11, образуя совместно с ними ортогональную Г-образную электромагнитную матрицу. Катушка 10 треугольной намотки вписана вершинами в три угла внутреннего контура катушки 11 вытянутопрямоугольной намотки, а линия пересечения плоскостей катушки 9 и катушек 10, 11 проходит за пределами их площадей и вдоль большего основания катушки 11 вытянутопрямоугольной намотки, к которому примыкает катет вписанной катушки 10 треугольной намотки (фиг.2). Each converter 3 6 consists of three overhead coils 9, 10, 11 inductance, one of which, for example 9, is made of arbitrary shape of the winding, the other two are elongated rectangular and triangular in shape of the windings. The coil 9 is located in a plane perpendicular to the plane in which the other two coils 10, 11 are located, forming together with them an orthogonal L-shaped electromagnetic matrix. The triangular winding coil 10 is inscribed with vertices into the three corners of the inner contour of the coil 11 of the elongated rectangular winding, and the line of intersection of the planes of the coil 9 and the coils 10, 11 runs outside their areas and along the larger base of the coil 11 is elongated rectangular winding, to which the leg of the inscribed triangular winding coil 10 is adjacent (figure 2).

Коммутатор 2 предназначен для устранения электромагнитного взаимовлияния катушек 10, 11, лежащих в совмещенной плоскости, что достигается поочередным подключением этих катушек к генератору 1. The switch 2 is designed to eliminate the electromagnetic interference of the coils 10, 11 lying in the combined plane, which is achieved by alternately connecting these coils to the generator 1.

Матричные преобразователя 3, 4, 5, 6 предназначены для преобразования геометрических параметров в электрические сигналы, размещены попарно в разноуровневых поперечных сечениях прямолинейного участка пути и закреплены жестко и нормально к внутренним сторонам шеек рельсовых нитей пути торцами плоскостей, в которых лежат катушки 10, 11, противоположных торцам, к которым примыкают катушки 9, при этом их положение над плоскостями катушек 10, 11 каждого преобразователя 3-6 должно быть таким, чтобы площадь катушки 9 полностью перекрывалась частью поверхности торца колеса (фиг.3). Участок пути, на котором устанавливают преобразователи 3-6, предусматривает наличие перепада уровней поверхностей катания рельсовых нитей в допустимых пределах, обеспечивающих движущейся единице поочередные наклоны в поперечном сечении пути сначала в одну, затем в другую сторону относительно его продольной оси. Наклоны подвижной единицы вызывают ее смещение (сползание) совместно с колесной парой в сторону рельса нижнего уровня до упора в его головку гребнем колеса, что в свою очередь обеспечивает гарантированный контакт криволинейной поверхности скольжения гребня колеса с криволинейной поверхностью головки рельса на нижнем уровне катания, а ортогональное положение катушек 9 относительно катушек 10, 11 преобразователей 3-6 дает возможность измерять линейно изменяющийся зазор между прямолинейными параллельными поверхностями катушек 9 и торцов колес, изменяющийся в нормальном направлении к плоскости катушек 9, что значительно повышает точность и чувствительность контроля. Matrix transducers 3, 4, 5, 6 are designed to convert geometric parameters into electrical signals, placed in pairs in different-level cross sections of a straight section of the track and fixed rigidly and normally to the inner sides of the necks of the rail threads of the paths with the ends of the planes in which the coils 10, 11, opposite the ends to which the coils 9 are adjacent, while their position above the planes of the coils 10, 11 of each transducer 3-6 should be such that the area of the coil 9 is completely overlapped by the surface of the wheel end (Fig.3). The section of the path on which the transducers 3-6 are installed provides for the difference in levels of the rolling surfaces of the rail yarns within acceptable limits, providing the moving unit with alternating inclinations in the cross section of the path, first in one, then in the other direction relative to its longitudinal axis. The slopes of the movable unit cause its displacement (sliding) together with the wheel pair towards the lower level rail against the stop by the wheel flange in its head, which in turn ensures guaranteed contact of the curved sliding surface of the wheel flange with the curved surface of the rail head at the lower level of rolling, and orthogonal the position of the coils 9 relative to the coils 10, 11 of the transducers 3-6 makes it possible to measure a linearly varying gap between the rectilinear parallel surfaces of the coils 9 and the ends to wood, varying in the normal direction to the plane of the coils 9, which greatly increases the accuracy and sensitivity of control.

Расстояние между разноуровневыми поперечными сечениями участка пути устанавливают не менее длины подвижной единицы, исключающей перекос базы подвижной единицы, например, неподрессоренной рамы вагона. The distance between the multi-level cross sections of the track section is set at least the length of the moving unit, excluding the skewing of the base of the moving unit, for example, the unsprung frame of the car.

Блок 7 и регистратор 8 предназначены для анализа, обработки, архивации и представления измерительной информации с преобразователей 3-6 и могут быть выполнены в виде персонального компьютера и монитора. Block 7 and recorder 8 are designed for analysis, processing, archiving and presentation of measurement information from transducers 3-6 and can be made in the form of a personal computer and monitor.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На диагностическом пункте эталонного участка пути, предусматривающем наличие, как минимум, двух сечений разноуровневых поверхностей катания рельсовых нитей, обеспечивающих колесной паре или ее спарке движущейся единицы (вагону) поочередные наклоны в поперечном сечении пути сначала в одну, затем в другую стороны относительно продольной оси пути, заранее размещают в этих сечениях по паре преобразователей 3,4 и 5,6. Катушки 9-11 преобразователей 3-6 запитывают током высокой частоты генератора 1 через коммутатор 2 и пропускают через этот участок пути на фиксированной скорости вагон на колесных парах эталонных размеров. Изучаемые электромагнитные поля катушек 9, 10, 11, возбужденные высокочастотным током, взаимодействуют с электропроводящими колесами эталонных размеров, в результате чего электрические сигналы в виде напряжений U_i на катушках 9-11 изменяются на определенную величину U_∂i, соответствующую эталонным геометрическим размерам колес, где i 1, 2, 3 - число катушек. Значение U_∂i запоминают в схеме памяти блока 7 обработки.At the diagnostic point of the reference section of the track, providing for the presence of at least two cross-sections of different levels of rolling of the rail yarns, providing the wheel pair or its pair of moving unit (car) alternating inclinations in the cross section of the track, first in one, then in the other direction relative to the longitudinal axis of the track , pre-placed in these sections for a pair of transducers 3.4 and 5.6. The coils 9-11 of converters 3-6 are powered by a high-frequency current of the generator 1 through the switch 2 and passed through this section of the track at a fixed speed, the car on wheelsets of standard sizes. The studied electromagnetic fields of coils 9, 10, 11, excited by a high-frequency current, interact with electrically conductive wheels of standard sizes, as a result of which electrical signals in the form of voltages U _i on coils 9-11 change by a certain value U _∂i corresponding to the reference geometric dimensions of the wheels, where i 1, 2, 3 is the number of coils. The value U _{∂i is} stored in the memory circuit of the processing unit 7.

При пропускании через диагностический участок пути вагона или состава с рабочими колесными парами выходные напряжения U_i на катушках 9-11 меняются на величину U_xi, эквивалентную отклонениея геометрических размеров от эталонных значений U_∂i. Полученные изменения U_∂i и U_xi анализируются в блоке 7.When passing through the diagnostic section of the path of the car or train with working wheelsets, the output voltages U _i on the coils 9-11 change by the value U _xi , equivalent to the deviation of the geometric dimensions from the reference values U _∂i . The obtained changes U _∂i and U _{xi are} analyzed in block 7.

Значение напряжения U₁ катушки 9 преобразователей 3-6 зависит только от изменения величины зазора a между параллельными поверхностями катушки 9 и торца колеса:
U₁ k₁•a
Значение выходного напряжения U₂ катушки 10 зависит от толщины t вершины гребня колеса, высоты h между плоскостью катушек 10, 11 и поверхностью вершины гребня колеса и смещения колеса в поперечном сечении пути, т.е. изменения зазора a
U₂ K₂t + K₃•a K₄h
Значение выходного напряжения U₃ катушки 11 зависит от толщины t вершины гребня колеса и высоты h и не зависит от смещения колеса в поперечном сечении пути, вследствие продольной симметрии катушки II:
U₃ K₅t K₆h
где K_j масштабные постоянные коэффициенты, численные значения которых обеспечиваются в блоке 7 обработки;
j 1, 2, 3, 4, 5, 6.The voltage value U _{1 of the} coil 9 of the transducers 3-6 depends only on the change in the gap a between the parallel surfaces of the coil 9 and the wheel end:
U ₁ k ₁ • a
The value of the output voltage U _{2 of the} coil 10 depends on the thickness t of the top of the wheel flange, the height h between the plane of the coils 10, 11 and the surface of the top of the wheel flange, and the displacement of the wheel in the cross section of the path, i.e. clearance changes a
U ₂ K ₂ t + K ₃ • a K ₄ h
The value of the output voltage U _{3 of the} coil 11 depends on the thickness t of the top of the wheel flange and height h and does not depend on the displacement of the wheel in the cross section of the path, due to the longitudinal symmetry of coil II:
U ₃ K ₅ t K ₆ h
where K _j scale constant coefficients, the numerical values of which are provided in the processing unit 7;
j 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Изменение зазора между криволинейными поверхностями гребня колеса и головкой рельса не учитывается в уравнениях (2),(3), из-за малости влияния на выходные напряжения U₂, U₃ катушек 10, 11, так как изменение зазора происходит в плоскости, параллельной плоскости катушек 10, 11, лежащей между поверхностями катания колеса и вершины гребня в зоне его износа (заштрихованная зона бандажа колеса на фиг.3) и отстоящей от плоскости катушек 10, 11 в пять, шесть раз дальше, чем вершина гребня колеса. Знак "-" перед слагаемым K_jh в отличие от положительного знака перед другими слагаемыми уравнениями (2), (3) означает, что абсолютные значения U₂, U₃ уменьшаются от уменьшения высоты h. Решая совместно три уравнения (1), (2), (3) с тремя неизвестными a, t, h, выражения последних примут вид:

По изменению значений a выражения (4), измеренных двумя преобразователями, например 3, 4, на нижнем и верхнем уровнях поверхностей катания рельсовых нитей поперечного сечения пути, и известному эталонному расстоянию между головками рельсовых нитей диагностического участка пути определяют расстояние между поверхностями скольжения гребней колесной пары, а по величине времени сдвига начала взаимодействия колес пары с катушками 9 преобразователей, например, 3, 4, установленных в поперечном сечении пути, и скорости движения подвижной единицы судят о величине перекоса оси колесной пары в колее. По измеренным значениям толщины вершины гребня колеса, находящегося на рельсовой нити, нижнего уровня, и максимального зазора между торцом колеса и катушкой 9 преобразователя, размещенного на рельсовой нити верхнего уровня, определяют износ гребня колеса, катящегося по нити нижнего уровня, т. е. колеса, криволинейная поверхность гребня которого находится в контакте с криволинейной поверхностью головки рельса.The change in the gap between the curved surfaces of the wheel flange and the rail head is not taken into account in equations (2), (3), due to the small influence on the output voltages U ₂ , U _{3 of the} coils 10, 11, since the change in the gap occurs in a plane parallel to the

plane coils

10, 11 lying between the tread surfaces of the wheel and the crest apex in the wear zone (shaded area of the wheel brace in FIG. 3) and five, six times farther from the plane of the

coils

10, 11 than the top of the wheel crest. The sign “-” before the term K _j h, in contrast to the positive sign before the other terms of equations (2), (3) means that the absolute values of U ₂ , U ₃ decrease from decreasing height h. Solving together three equations (1), (2), (3) with three unknowns a, t, h, the expressions of the latter take the form:

By changing the values of a of expression (4), measured by two transducers, for example 3, 4, at the lower and upper levels of the rolling surfaces of the rail threads of the cross section of the track, and the known reference distance between the heads of the rail threads of the diagnostic section of the track, determine the distance between the sliding surfaces of the ridges of the wheelset and according to the magnitude of the shear time of the beginning of the interaction of the wheels of the pair with the coils of 9 converters, for example, 3, 4, installed in the cross section of the path, and the speed of the moving unit with DYT on the amount of skew axis of the wheelset in a rut. The measured values of the thickness of the top of the wheel flange located on the rail thread, the lower level, and the maximum clearance between the wheel end and the spool 9 of the transducer located on the rail thread of the upper level, determine the wear of the wheel flange rolling along the lower level thread, i.e., the wheel , the curved surface of the ridge of which is in contact with the curved surface of the rail head.

По изменению значений определяют износ поверхности катания колеса. By changing the values determine the wear of the surface of the wheel.

На противоположном перепаде уровней поверхностей катания рельсовых нитей участка, где в его другом поперечном сечении установлены преобразователи 5, 6, судят об износе гребня другого колеса этой пары и повторно о расстоянии между поверхностями скольжения гребней колесной пары, перекосе ее оси в колее и износе поверхности катания колес. On the opposite level difference of the rolling surfaces of the rail threads of the section where the transducers 5, 6 are installed in its other cross section, the wear of the flange of the other wheel of this pair is judged and the distance between the sliding surfaces of the flanges of the wheel pair, the skew of its axis in the rut and the wear of the rolling surface are judged wheels.

Процедура вычисления значений по выражениям (4) (6) осуществляется программно в блоке 7 обработки и информация отображается на регистраторе 8. The procedure for calculating values from expressions (4) (6) is carried out programmatically in processing unit 7 and information is displayed on recorder 8.

Таким образом, по измеренным трем параметрам a, t и h определяют износ гребня колеса и его поверхности катания, толщину вершины гребня, расстояние между поверхностями скольжения колесной пары и перекос оси колесной пары в колее. Thus, the measured three parameters a, t and h determine the wear of the wheel flange and its rolling surface, the thickness of the crest apex, the distance between the sliding surfaces of the wheel pair and the skew of the axis of the wheel pair in the rut.

Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой точности и чувствительности измерительной информации по параметрам ходовых частей подвижного состава на ходу поезда. The technical result of the invention is the provision of high accuracy and sensitivity of the measurement information on the parameters of the chassis of the rolling stock on the train.

Claims

A device for diagnosing the state of running gears of rolling stock of a railway vehicle, comprising a series-connected high-frequency generator, a commutator, a matrix eddy current transducer consisting of three inductors of rectangular and triangular windings, a measuring information processing unit with memory elements and a recorder, characterized in that three additional eddy-current matrix transducers are introduced, connected in parallel with the first transducer, one the inductance coil of each of the four converters is located in a plane perpendicular to the plane in which the other two coils are elongated rectangular and triangular in shape of the windings, forming together with the first coil an orthogonal L-shaped electromagnetic matrix, while the triangular winding coil is inscribed with the vertices at the three corners of the elongated rectangular winding coil , the line of these planes is located outside the areas of the coils along the larger base of the coil is elongated rectangular winding, to which th adjacent leg placed inside the last coil winding triangular.