RU2430849C2

RU2430849C2 - Method of controlling running locomotive wheel pair wheels

Info

Publication number: RU2430849C2
Application number: RU2009142453/11A
Authority: RU
Inventors: Евгений Сергеевич Ерилин (RU); Евгений Сергеевич Ерилин; Лев Алексеевич Рахманов (RU); Лев Алексеевич Рахманов; Сергей Вениаминович Сорокин (RU); Сергей Вениаминович Сорокин; Дмитрий Сергеевич Доков (RU); Дмитрий Сергеевич Доков
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги"
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2011-10-10
Also published as: RU2009142453A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to railway transport, namely to control over locomotive wheel pair wheels and may be used for flaw detection in all-rolled wheels. Proposed method consists in irradiating wheels by transducer rays and receiving reflected signals by transducer receivers for further combined processing of transducer data and determining wheel diameter by wheel rolling surface and angle of contact between wheel and rail. Said transducers provide two profiles on wheel inner face to determine face position in space and to determine angle of contact between wheel and rail, and three profiles from wheel rolling surface with at least three points located 70 mm from inner face plane. Obtained points are used to calculate diameter of wheel as circumference running through three points in space. Circle chord length between points is considered to be maximum by taking two profiles from wheel rolling surface and third profile from wheel section closest to rail.

EFFECT: better control over wheel wear, higher safety.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, к способам и устройствам технологического контроля, а именно к способам контроля колеса колесной пары локомотива в движении, и может быть использовано для измерения геометрических параметров, выявления износа и дефектов цельнокатаных колес на ходу поезда.The invention relates to the field of mechanical engineering, to methods and devices for technological control, and in particular to methods of controlling the wheels of a locomotive’s wheelset in motion, and can be used to measure geometric parameters, detect wear and defects of solid-rolled wheels on a train.

Наиболее близким по существу и достигаемому эффекту является способ, описанный в патенте РФ №2292284 на изобретение "Способ размеренного контроля деталей подвижного состава на ходу поезда и комплекс для его осуществления", м.кл.6 B61K 9/12, опубл. 27.01.2007 г., который заключается в облучении поверхности колеса лучами от излучателей датчиков и приеме отраженных от этой поверхности сигналов приемными устройствами соответствующих датчиков, расположенных в пространстве по обе стороны колеса, с последующей совместной обработкой данных с датчиков и определением диаметра колеса по поверхности катания колеса и угла набега колеса на рельс.The closest to the essence and the achieved effect is the method described in the patent of the Russian Federation No. 2292284 for the invention "Method of measured control of rolling stock parts on the move of the train and the complex for its implementation", mkl.6 B61K 9/12, publ. 01/27/2007, which consists in irradiating the wheel surface with rays from the emitters of the sensors and receiving signals reflected from this surface by receiving devices of the respective sensors located in space on both sides of the wheel, followed by joint processing of data from the sensors and determining the diameter of the wheel along the rolling surface wheel and wheel raid angle on the rail.

Недостатком известного способа является недостаточная точность определения диаметра колеса, обусловленная заложенным принципом самосканирования двумя датчиками - внутренним и наружным. Точки профиля и сами профили с разных участков колеса получаются в разные моменты времени, в течение которого колесная пара в движении меняет свою пространственную ориентацию относительно направления движения (угол набега колеса на рельс и наклон к вертикали) при наезде гребней на головки рельс, а также из-за деформации рельс. Это вызывает дополнительную погрешность измерений, вызванную погрешностью определения профиля, а также погрешностью определения и учета угла набега колеса на рельс.The disadvantage of this method is the lack of accuracy in determining the diameter of the wheel, due to the inherent principle of self-scanning by two sensors - internal and external. The profile points and the profiles themselves from different sections of the wheel are obtained at different points in time during which the wheelset in motion changes its spatial orientation relative to the direction of movement (angle of incidence of the wheel on the rail and tilt to the vertical) when the flanges hit the rail heads, as well as due to deformation of the rail. This causes an additional measurement error caused by the error in determining the profile, as well as the error in determining and taking into account the angle of incidence of the wheel on the rail.

Другим недостатком является то, что в качестве одной из трех точек вычисления диаметра колеса используется поверхность рельса, прогиб которой отслеживается датчиком прогиба рельса. В результате износа поверхности катания колеса и головки рельса, а также изменения пространственного положения колеса при движении точка контакта колеса с рельсом может меняться и давать погрешность определения координат точки для нахождения диаметра.Another disadvantage is that the rail surface is used as one of the three points for calculating the diameter of the wheel, the deflection of which is monitored by the rail deflection sensor. As a result of wear of the rolling surface of the wheel and the head of the rail, as well as changes in the spatial position of the wheel during movement, the point of contact of the wheel with the rail can change and give an error in determining the coordinates of the point to find the diameter.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности контроля износа колес локомотивов и соответственно повышение безопасности движения.The objective of the present invention is to improve the accuracy of control of wear of the wheels of locomotives and, accordingly, increase traffic safety.

Поставленная задача решается тем, что в способе контроля колеса колесной пары локомотива в движении, заключающемся в облучении поверхности колеса лучами от излучателей датчиков и приеме отраженных от этой поверхности сигналов приемными устройствами соответствующих датчиков, расположенных в пространстве по обе стороны колеса, с последующей совместной обработкой данных с датчиков и определением диаметра колеса по поверхности катания колеса и угла набега колеса на рельс, с помощью датчиков в общей для них трехмерной системе координат одновременно получают как минимум два профиля с внутренней грани колеса, для определения положения плоскости внутренней грани колеса в пространстве и определения угла набега колеса на рельс, и как минимум три профиля с поверхности катания колеса, с нахождением на них как минимум трех точек на круге катания колеса, отстоящих на расстоянии 70 мм от плоскости внутренней грани, по которым вычисляют диаметр колеса как окружности, проходящей через найденные три точки в пространстве, при этом длину хорды окружности между точками берут максимальной, путем снятия двух профилей с поверхности катания колеса с участков рядом с передней и задней тормозными колодками и третьего профиля с участка колеса, максимально приближенного к рельсу.The problem is solved in that in the method of controlling the wheels of a locomotive’s wheelset in motion, which consists in irradiating the wheel’s surface with rays from the sensor emitters and receiving signals reflected from this surface by receiving devices of the respective sensors located in space on both sides of the wheel, followed by joint data processing with sensors and determining the diameter of the wheel on the wheel surface and the angle of incidence of the wheel on the rail, using sensors in their common three-dimensional coordinate system o simultaneously receive at least two profiles from the inner face of the wheel, to determine the position of the plane of the inner face of the wheel in space and to determine the angle of incidence of the wheel on the rail, and at least three profiles from the surface of the wheel, with at least three points on them on the wheel spaced 70 mm from the plane of the inner face, which calculate the diameter of the wheel as a circle passing through the found three points in space, while the length of the chord of the circle between the points is taken as much as possible d, by removing two profiles from the surface of the wheel from sections near the front and rear brake pads and a third profile from the section of the wheel as close as possible to the rail.

Такое выполнение способа, при котором с помощью датчиков в общей для них трехмерной системе координат одновременно получают как минимум два профиля с внутренней грани колеса, для определения положения плоскости внутренней грани колеса в пространстве и определения угла набега колеса на рельс, и как минимум три профиля с поверхности катания колеса, с нахождением на них как минимум трех точек на круге катания колеса, отстоящих на расстоянии 70 мм от плоскости внутренней грани, по которым вычисляют диаметр колеса как окружности, проходящей через найденные три точки в пространстве, при этом длину хорды окружности между точками берут максимальной, путем снятия двух профилей с поверхности катания колеса с участков рядом с передней и задней тормозными колодками и третьего профиля с участка колеса, максимально приближенного к рельсу, позволяет путем одновременного облучения поверхности колеса и одновременного снятия точек профиля и самих профилей с разных участков колеса, а также исключения из расчета точки контакта колеса с рельсом уменьшить погрешности определения профилей и точек на них, тем самым уменьшить погрешности определения угла набега колеса на рельс и вычисления диаметра колеса, а значит, повысить точность контроля износа колес колесных пар локомотивов и соответственно повысить безопасность движения.This embodiment of the method, in which using sensors in a common three-dimensional coordinate system simultaneously receive at least two profiles from the inner face of the wheel, to determine the position of the plane of the inner face of the wheel in space and to determine the angle of incidence of the wheel on the rail, and at least three profiles with the surface of the wheel, with at least three points on it on the wheel, spaced 70 mm from the plane of the inner face, from which the diameter of the wheel is calculated as a circle passing through cut found three points in space, while the length of the chord of the circle between the points is taken as maximum, by removing two profiles from the wheel surface from areas near the front and rear brake pads and the third profile from the wheel section as close to the rail as possible, by simultaneously irradiating the surface of the wheel and the simultaneous removal of profile points and the profiles themselves from different parts of the wheel, as well as the exclusion from the calculation of the point of contact of the wheel with the rail to reduce the errors in determining the profiles dots on them, thereby reducing errors in determining the angle raid wheels on rail and wheel-diameter calculation, and hence improve the accuracy of monitoring the wear of wheel pairs locomotive wheels and thus to increase traffic safety.

На фиг.1 представлено устройство для контроля колеса колесной пары локомотива в движении.Figure 1 shows a device for controlling the wheels of a locomotive’s wheelset in motion.

На фиг.2 представлено устройство для контроля колеса колесной пары локомотива в движении в изометрии.Figure 2 presents a device for monitoring the wheels of a wheelset of a locomotive in motion in isometry.

Способ контроля колеса колесной пары локомотива в движении осуществляют следующим образом.The method of controlling the wheels of a locomotive’s wheelset in motion is as follows.

Колесная пара локомотива при движении, наезде гребней на головки рельс, а также из-за деформации рельс меняет свою пространственную ориентацию относительно направления движения. Это вызывает изменение положения колеса в пространстве и в связи с этим изменение в пространстве круга катания колеса, угла набега колеса на рельс и положения плоскости внутренней грани колеса.A locomotive’s wheel pair during movement, collisions of ridges on the rail heads, and also due to deformation of the rail, changes its spatial orientation relative to the direction of movement. This causes a change in the position of the wheel in space and in this regard, a change in the space of the wheel rolling circle, the angle of incidence of the wheel on the rail and the position of the plane of the inner face of the wheel.

На общем основании (на фиг.1, 2 не показано) с внутренней стороны рельсовой колеи размещают как минимум два лазерных профилометра 1, с наружной стороны колеи размещают как минимум три лазерных профилометра 2. Одновременно с двух сторон облучают поверхности колеса 3 лучами излучателей профилометров 1, 2 и принимают отраженные от этой поверхности сигналы приемными устройствами соответствующих профилометров 1, 2. В общей для профилометров 1, 2 трехмерной системе координат получают как минимум два профиля с внутренней грани колеса 3 (профилометрами 1) и как минимум три профиля с поверхности катания колеса 3 (профилометрами 2). По двум профилям с внутренней грани колеса 3 определяют положение плоскости внутренней грани колеса 3 в пространстве и угол набега колеса на рельс. На трех профилях с поверхности катания находят как минимум три точки на круге катания колеса 3, отстоящие на расстоянии 70 мм от плоскости внутренней грани колеса 3. Вычисляют диаметр колеса 3 как диаметр окружности, проходящей через найденные три точки в пространстве. Для увеличения точности определения диаметра колеса 3 длину хорды окружности между точками берут максимальной. Для этого два профиля с поверхности катания колеса 3 снимают с участка рядом с передней и задней тормозными колодками, третий профиль снимают с участка колеса 3, максимально приближенного к рельсу 3.At least two laser profilometers 1 are placed on the general base (not shown in Figs. 1, 2), at least two laser profilometers 1 are placed on the inside of the rail track, at least three laser profilometers 2 are placed on the outside of the track. At the same time, the surfaces of the wheel 3 are irradiated by the beams of the radiators of the profilometers 1 from both sides , 2 and receive the signals reflected from this surface by the receiving devices of the corresponding profilometers 1, 2. In the common three-dimensional coordinate system for profilometers 1, 2, at least two profiles are received from the inner face of the wheel 3 (profilometers 1) and at least three profiles with rolling surface of the wheel 3 (2 profilometry). Two profiles from the inner face of the wheel 3 determine the position of the plane of the inner face of the wheel 3 in space and the angle of incidence of the wheel on the rail. At least three points on the driving circle of the wheel 3 are found on three profiles from the skating surface, spaced 70 mm from the plane of the inner face of the wheel 3. The diameter of the wheel 3 is calculated as the diameter of the circle passing through the three points found in space. To increase the accuracy of determining the diameter of the wheel 3, the length of the chord of the circle between the points is taken maximum. To do this, two profiles from the surface of the wheel 3 are removed from the area near the front and rear brake pads, the third profile is removed from the site of the wheel 3, as close as possible to the rail 3.

Одновременное снятие как минимум двух профилей лазерными профилометрами 1, 2 с внутренней грани колеса 3 позволяет определить положение плоскости внутренней грани колеса 3 в пространстве и учитывать угол набегания колеса. Нахождение точек на круге катания 3 для вычисления диаметра производится непосредственно профилометрами 1, 2 по полученным профилям с наружной грани колеса 3, что является независимым от геометрии поверхности катания и головки рельса 3. В результате предлагаемый способ, учитывающий угол набегания колеса и положение плоскости внутренней грани колеса 3 в пространстве, позволяет получить значение диаметра колеса 3 с высокой точностью.The simultaneous removal of at least two profiles by laser profilometers 1, 2 from the inner face of the wheel 3 allows you to determine the position of the plane of the inner face of the wheel 3 in space and take into account the angle of incidence of the wheel. Finding points on the wheel 3 for calculating the diameter is carried out directly by profilometers 1, 2 according to the obtained profiles from the outer edge of the wheel 3, which is independent of the geometry of the rolling surface and the head of the rail 3. As a result, the proposed method, taking into account the angle of incidence of the wheel and the position of the plane of the inner edge wheel 3 in space, allows you to get the value of the diameter of the wheel 3 with high accuracy.

Claims

A method of controlling a wheel of a locomotive’s wheel pair in motion, which consists in irradiating the wheel’s surface with rays from the sensor emitters and receiving signals reflected from this surface by receiving devices of the respective sensors located in space on both sides of the wheel, followed by joint processing of the data from the sensors and determining the wheel diameter using the surface of the wheel and the angle of incidence of the wheel on the rail, characterized in that using sensors in a common three-dimensional coordinate system for them simultaneously at least two profiles from the inner face of the wheel to determine the position of the plane of the inner face of the wheel in space and determine the angle of incidence of the wheel on the rail, and at least three profiles from the surface of the wheel with at least three points on the circle rolling wheels spaced 70 mm from the plane of the inner face, which calculate the diameter of the wheel as a circle passing through the found three points in space, while the length of the chord of the circle between the points is taken as maximum by removing two x profiles from the surface of the wheel from sections near the front and rear brake pads, and a third profile from the section of the wheel as close to the rail as possible.