RU2441206C1

RU2441206C1 - Apparatus for measuring vertical and lateral forces of interaction between wheel and rail

Info

Publication number: RU2441206C1
Application number: RU2010144830/28A
Authority: RU
Inventors: Олег Геннадьевич Краснов (RU); Олег Геннадьевич Краснов; Александр Леонидович Бидуля (RU); Александр Леонидович Бидуля; Валерий Семенович Коссов (RU); Валерий Семенович Коссов; Николай Николаевич Астанин (RU); Николай Николаевич Астанин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (ОАО "РЖД")
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2012-01-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: apparatus has a railway wheel pair, tensoresistors connected diametrically into half-bridge strain-gauge circuits and placed on different sides of the axis on concentric diameters of the inner side of the wheel disc, strain-gauge amplifiers, a programmable logic controller, sensors for detecting lateral and angular position of the wheel pair relative the rails, a synchronisation unit which transmits a pulse for synchronising data of the lateral and angular position of the wheel pair relative the rails and vertical and lateral forces at moments in time when diametral axes with half-bridge strain-gauge circuits lie perpendicular to the rails and a unit for transmitting signals over a radio channel, connected to a signal reception unit and an on-board computer.

EFFECT: high accuracy of measuring forces of interaction between a wheel and a rail and cost/performance ratio of the device owing to accounting for lateral and angular position of the wheel pair relative the rail.

3 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, в частности к измерительным устройствам для измерения и регистрации сил взаимодействия колеса с рельсом.The invention relates to instrumentation, in particular to measuring devices for measuring and recording the forces of interaction of the wheel with the rail.

Известен метод непрерывной регистрации вертикальных и боковых сил взаимодействия колеса и рельса, включающий в себя цельнокатаную вагонную колесную пару с диаметрами колес 950 или 1050 мм две мостовые схемы, смонтированные независимо друг от друга по кольцевым орбитам, содержащим радиально расположенные на концентрических окружностях поверхностей по обеим сторонам диска с радиусами 180, 217 и 280 мм, тензодатчики и активные тензодатчики с интервалом между ними по 45° для регистрации деформаций и определения по ним величин действующих на колесо вертикальных и горизонтальных сил, возникающих непосредственно в зоне контакта колеса с рельсом, токосъемное устройство, балансировочный блок, усилитель и осциллограф. Метод заключается в выборе комбинаций сумм и разностей показаний отдельных тензодатчиков в разных точках диска и оси, итоговые показания которых зависят только от одной силовой компоненты (А.К.Шафрановский. «Непрерывная регистрация вертикальных и боковых сил взаимодействия колеса и рельса». Труды «ВНИИЖТ», Выпуск 308, Глава I, раздел 2 (схема №2) и Глава II, раздел 9, «Транспорт», Москва, 1965 г.).The known method of continuous registration of vertical and lateral forces of interaction of a wheel and a rail, including a solid-rolled wagon wheelset with wheel diameters of 950 or 1050 mm, two bridge circuits mounted independently from each other in circular orbits containing radially located on concentric circles of surfaces on both sides discs with radii of 180, 217 and 280 mm, strain gauges and active strain gauges with an interval of 45 ° between them to record deformations and determine the values of the wheels acting on them vertical and horizontal forces arising directly in the zone of contact of the wheel with the rail, current collector, balancing unit, amplifier and oscilloscope. The method consists in choosing combinations of the sums and differences of the readings of individual load cells at different points of the disk and axis, the final readings of which depend on only one power component (A.K.Shafranovsky. "Continuous registration of vertical and lateral forces of interaction of the wheel and rail." Proceedings of VNIIZHT ”, Issue 308, Chapter I, section 2 (Scheme No. 2) and Chapter II, section 9,“ Transport ”, Moscow, 1965).

Недостатками указанного метода являются ошибки в определении сил взаимодействия колеса с рельсом при повороте колеса и экстремальных значениях приложенной вертикальной силы, составляющие от 12,2% до 14,6% (суммарная ошибка), и горизонтальной, (боковой) силы, составляющей 8,6%, а также низкая надежность работы токосъемника, не позволяющие широкого применения метода для контроля пути.The disadvantages of this method are errors in determining the forces of interaction of the wheel with the rail when turning the wheel and the extreme values of the applied vertical force, ranging from 12.2% to 14.6% (total error), and horizontal, (lateral) force of 8.6 %, as well as low reliability of the current collector, which does not allow the widespread use of the method to control the path.

Известно устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия межу колесом и рельсом, взятое в качестве прототипа, содержащее железнодорожную колесную пару, тензорезисторы, включенные диаметрально в полумостовые тензометрические схемы и размещенные по разные стороны от оси на концентричных диаметрах наружной и внутренней сторонах диска колеса, тензометрические усилители, синхронизирующий и тактовый генераторы, блок управления и блок электронных ключей вертикальной и боковой сил (программируемый логический контроллер), блоки определения направления действия боковой силы, тензорезисторы внутренней стороны диска колеса установлены на одном диаметре с радиусом 0,6-0,7 радиуса диска колеса, а тензорезисторы наружной стороны диска колеса установлены на одном диаметре с радиусом 0,6-0,8 радиуса диска колеса (SU, авторское свидетельство №1312412, кл. G01L 1/22, G01L 5/16, опубл. 1987 г.).A device for measuring the vertical and lateral forces of interaction between a wheel and a rail, taken as a prototype, containing a railway wheel pair, strain gauges included diametrically in half-bridge strain gauges and placed on opposite sides of the axis on concentric diameters of the outer and inner sides of the wheel disc, strain gauges amplifiers, synchronizing and clock generators, a control unit and a block of electronic keys of vertical and lateral forces (programmable logic controller ), blocks determining the direction of action of the lateral force, strain gauges on the inner side of the wheel disc are mounted on the same diameter with a radius of 0.6-0.7 radius of the wheel disc, and strain gauges on the outside of the wheel disc are mounted on the same diameter with a radius of 0.6-0.8 the radius of the wheel disk (SU, copyright certificate No. 1312412, class G01L 1/22, G01L 5/16, publ. 1987).

Недостатками указанного устройства являются ошибки в определении сил взаимодействия колеса с рельсом при изменении поперечного и углового положения колеса относительно рельса и экстремальных значениях приложенной вертикальной силы, что снижает его технико-экономические показатели и не позволяет широкого применения при контроле пути.The disadvantages of this device are errors in determining the forces of interaction of the wheel with the rail when changing the transverse and angular position of the wheel relative to the rail and the extreme values of the applied vertical force, which reduces its technical and economic indicators and does not allow widespread use in track control.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения сил взаимодействия между колесом и рельсом и технико-экономических показателей устройства за счет учета поперечного и углового положения колесной пары относительно рельса.The technical result of the invention is to increase the accuracy of measuring the forces of interaction between the wheel and the rail and technical and economic indicators of the device by taking into account the transverse and angular position of the wheelset relative to the rail.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия межу колесом и рельсом содержит железнодорожную колесную пару, тензорезисторы, включенные диаметрально в полумостовые тензометрические схемы и размещенные по разные стороны от оси на концентричных диаметрах внутренней стороны диска колес, тензометрические усилители, программируемый логический контроллер, датчики регистрации поперечного и углового положения колесной пары относительно рельсов, блок синхронизации, реализующий подачу импульса для синхронизации данных поперечного и углового положения колесной пары относительно рельсов и вертикальных и боковых сил в моменты, когда диаметральные оси с полумостовыми тензометрическими схемами располагаются перпендикулярно рельсам и блок передачи сигналов по радиоканалу, связанный с блоком приемки сигналов и бортовым компьютером.The specified technical result is achieved in that the device for measuring the vertical and lateral forces of interaction between the wheel and the rail contains a railway wheel pair, strain gauges included diametrically in half-bridge strain gauge circuits and placed on different sides of the axis on concentric diameters of the inner side of the wheel disc, strain gauge amplifiers, programmable logic controller, sensors for registering the lateral and angular position of the wheelset relative to the rails, synchronization unit that implements a pulse to synchronize the data of the transverse and angular position of the wheelset relative to the rails and vertical and lateral forces at the moments when the diametrical axes with half-bridge tensometric schemes are perpendicular to the rails and the signal transmission unit via the radio channel connected to the signal receiving unit and the on-board computer.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия межу колесом и рельсом, на фиг.2 - расположение элементов устройства на железнодорожной колесной паре и на фиг.3 - сечение А-А на фиг 2.Figure 1 shows a block diagram of a device for measuring the vertical and lateral forces of interaction between the wheel and the rail, figure 2 - the location of the elements of the device on a railway wheel pair and figure 3 - section aa in figure 2.

Устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия межу колесом и рельсом (фиг.1, 2 и 3) содержит железнодорожную колесную пару 1, тензорезисторы 2, включенные диаметрально в полумостовые тензометрические схемы 3, 4, 5 и 6 для регистрации вертикальных сил и тензометрические схемы 7, 8, 9 и 10 для регистрации боковых сил и размещенные по разные стороны от оси 11 на концентричных диаметрах 12 и 13 внутренней стороне 14 диска 15 колес 16, тензометрические усилители 17 и 18, программируемый логический контроллер 19, датчики регистрации поперечного 20 и углового 21 положения колесной пары 1 относительно рельсов 22, блок синхронизации 23, реализующий подачу импульса для синхронизации данных поперечного и углового положения колесной пары 1 относительно рельсов 22 и вертикальных Рв и боковых Рб сил в моменты, когда диаметральные оси 24 и 25 с полумостовыми тензометрическими схемами 3-10 располагаются перпендикулярно рельсам 22 и блок 26 передачи сигналов по радиоканалу на принимающее устройство 27 в бортовой компьютер 28.A device for measuring the vertical and lateral forces of interaction between the wheel and the rail (Figs. 1, 2 and 3) contains a railway wheel pair 1, strain gauges 2 included diametrically in half-bridge strain gauges 3, 4, 5 and 6 for recording vertical forces and strain gauges 7, 8, 9 and 10 for registering lateral forces and placed on opposite sides of the axis 11 on concentric diameters 12 and 13 of the inner side 14 of the disk 15 of the wheels 16, strain gauges 17 and 18, programmable logic controller 19, transverse sensors about 20 and angular 21 position of the wheel pair 1 relative to the rails 22, a synchronization unit 23 that implements a pulse to synchronize the data of the transverse and angular position of the wheel pair 1 relative to the rails 22 and the vertical Rb and lateral RB forces at the moments when the diametrical axes are 24 and 25 s half-bridge tensometric circuits 3-10 are located perpendicular to the rails 22 and the block 26 for transmitting signals over the air to the receiving device 27 in the on-board computer 28.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При качении железнодорожной пары 1 по рельсам 22 сигналы от тензорезисторов 2 с полумостовых тензометрических схем 3-10, подключенных к входам тензометрических усилителей 17 и 18 поступают далее на входы программируемого логического контроллера 19. При повороте концентричных диаметров 12 и 13 с полумостовыми тензометрическими схемами 3-10 внутренней стороны 14 диска 15 колес 16 перпендикулярно к рельсам 22 на вход программируемого логического контроллера 19 поступают синхронизирующие импульсы, которые управляют его работой. По мере поступления синхронизирующих импульсов блок синхронизации 23 осуществляет последовательное подключение информативных значений сигналов вертикальных Рв и боковых Рб сил с полумостовых тензометрических схем 3-10 на регистрирующий канал тензометрических усилителей 17 и 18. Одновременно блок синхронизации 23 осуществляет последовательное подключение информационных значений сигналов с датчиков регистрации поперечного 20 и углового 21 положения колесной пары 1 относительно рельсов 22 в программируемый логический контроллер 19, реализующий подачу импульса для синхронизации данных поперечного и углового положения колесной пары 1 относительно рельсов 22 вертикальных Рв и боковых Рб сил в моменты, когда диаметральные оси 24 и 25 с полумостовыми тензометрическими схемами 3-10 располагаются перпендикулярно рельсам 22 и блок 26 передачи сигналов по радиоканалу отправляет сигналы на принимающее устройство 27 в бортовой компьютер 28, где по специальной программе производится расчет истинных значений вертикальных Рв и боковых Рб сил с учетом масштабных коэффициентов и производится их корректировка с учетом фактического положения колес 16 относительно рельсов 22. При повороте колес 16 на угол 90° информационные значения снимаются с полумостовых тензометрических схем 7, 8, 9 и 10, находящихся в створе диаметральных осей 24 и 25, перпендикулярно рельсам 22, при этом блок синхронизации 23 посылает синхронизирующие импульсы в программируемый логический контроллер 19 и информативные значения с датчиков регистрации поперечного 20 и углового 21 положения колесной пары 1 относительно рельсов 22. Далее процесс измерения повторяется.When the railway pair 1 rolls along rails 22, the signals from the strain gauges 2 from the half-bridge strain gauges 3-10 connected to the inputs of the strain gauge amplifiers 17 and 18 are then fed to the inputs of the programmable logic controller 19. When concentric diameters 12 and 13 are rotated with the half-bridge strain gauges 3- 10 of the inner side 14 of the disk 15 of the wheels 16 perpendicular to the rails 22 to the input of the programmable logic controller 19 receives synchronizing pulses that control its operation. Upon receipt of the synchronizing pulses, the synchronization unit 23 sequentially connects the informative values of the signals of the vertical Rb and lateral RB forces from the half-bridge strain gauge circuits 3-10 to the recording channel of the strain gauge amplifiers 17 and 18. At the same time, the synchronization block 23 makes a serial connection of the information values of the signals from the transverse registration sensors 20 and the angular 21 position of the wheelset 1 relative to the rails 22 in the programmable logic controller 19, implements providing a pulse for synchronizing the data of the transverse and angular position of the wheel pair 1 relative to the rails 22 of the vertical PB and lateral forces RB at the moments when the diametrical axes 24 and 25 with half-bridge strain gauges 3-10 are perpendicular to the rails 22 and the signal transmission unit 26 sends over the air signals to the receiving device 27 to the on-board computer 28, where, according to a special program, the true values of the vertical PB and lateral RB forces are calculated taking into account scale factors and adjustment taking into account the actual position of the wheels 16 relative to the rails 22. When the wheels 16 are turned 90 °, the information values are removed from the half-bridge tensometric circuits 7, 8, 9 and 10 located in the alignment of the diametrical axes 24 and 25, perpendicular to the rails 22, while the block synchronization 23 sends synchronizing pulses to the programmable logic controller 19 and informative values from the transverse sensors 20 and angular 21 of the position of the wheelset 1 relative to the rails 22. Next, the measurement process is repeated.

Введение датчиков регистрации поперечного 20 и углового 21 положения колесной пары 1 относительно рельсов 22 и блока синхронизации 23, реализующего передачу импульса для синхронизации данных поперечного и углового положения колесной пары 1 относительно рельсов 22 и вертикальных Рв и боковых Рб сил в моменты, когда диаметральные оси 24 и 25 с полумостовыми тензометрическими схемами 3, 4, 5 и 6 или 7, 8, 9 и 10 располагаются перпендикулярно рельсам 22, и блока передачи сигналов 26 по радиоканалу на принимающее устройство 27 в бортовой компьютер 28 позволяет повысить точность измерения сил взаимодействия между колесами железнодорожного транспорта и рельсами и технико-экономические показатели устройства и обеспечить его применение для контроля железнодорожного пути.The introduction of sensors for recording the transverse 20 and angular 21 position of the wheelset 1 relative to the rails 22 and the synchronization unit 23, which implements the transmission of impulse to synchronize the data of the transverse and angular position of the wheelset 1 relative to the rails 22 and the vertical Rb and lateral RB forces at the moments when the diametrical axes 24 and 25 with half-bridge tensometric circuits 3, 4, 5 and 6 or 7, 8, 9 and 10 are perpendicular to the rails 22, and the signal transmission unit 26 over the air to the receiving device 27 in the on-board computer 28 allows ovysit accuracy of measurement of the interaction forces between the wheels and the rails of a railway transportation and technical and economic indicators of the device and to ensure its use for the control of the railway track.

Claims

A device for measuring vertical and lateral forces of interaction between a wheel and a rail, containing a railway wheel pair, strain gauges included diametrically in half-bridge strain gauge circuits and placed on opposite sides of the axis on concentric diameters of the inner side of the wheel disc, strain gauge amplifiers, programmable logic controller, characterized in that the device is additionally equipped with sensors for recording the transverse and angular positions of the wheelset relative to the rails, the unit synchronization, which implements a pulse to synchronize the data of the transverse and angular positions of the wheelset relative to the rails and the vertical and lateral forces at the moments when the diametrical axes with half-bridge strain gauges are perpendicular to the rails and the signal transmission unit via the radio channel associated with the signal receiving unit and the on-board computer .