RU2576648C1

RU2576648C1 - Method for automatic reading of instantaneous values of wheel force applied on rail track during motion and device for its implementation

Info

Publication number: RU2576648C1
Application number: RU2014138089/11A
Authority: RU
Inventors: Сергей Валерьевич Зеленский; Валерий Александрович Зеленский; Станислав Валерьевич Шеповаленко
Original assignee: Сергей Валерьевич Зеленский; Валерий Александрович Зеленский; Станислав Валерьевич Шеповаленко
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2016-03-10

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: invention relates to railway transport. According to the method of automatic reading forces action of railway wheel and rail converts mechanical forces action wheel and rail in fluid pressure. Then liquid pressure is converted, which occurs as a result of interaction with rail in motion into electric signal, which repeats the shape of the resultant signal of instantaneous values of wheel force on rails. After that analysis of received signal is performed for determination of defects in suspension elements. Device for automatic reading of train wheel force applied to railway includes placed under the rail tank with fluid and piston transmitting wheel force onto liquid. Note here that tank with liquid is connected to the pressure sensor. Air-tightness of the tank is provided by means of flexible sealing gasket which is arranged in the tank and in contact with the piston.

EFFECT: higher safety of railway transport owing to timely detection of damaged suspension elements.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к средствам, направленным на обеспечение его безопасности.The invention relates to the field of railway transport, and in particular to means aimed at ensuring its safety.

Обеспечение безопасности железнодорожного транспорта во многом связано с возможностью получения своевременной информации о состоянии колес, а также отдельных элементов подвески вагонов (буксы, пружины и т.д.), находящихся в процессе движения по железнодорожному пути, которая должна указывать на образование их повреждений.Ensuring the safety of railway transport is largely associated with the ability to obtain timely information about the condition of the wheels, as well as individual suspension elements of cars (axle boxes, springs, etc.) that are in the process of moving along the railway line, which should indicate the formation of damage to them.

В патенте RU 2493992 C1 описан способ контроля колесных пар железнодорожного транспорта, согласно которому после наезда колеса на стык в колесе начинает распространяться круговая волна, которая проходя по колесу, вызывает появление акустической волны, исходящей от колеса и регистрируемой датчиком. Датчик преобразует акустическую волну в электрический сигнал. При отсутствии трещин длительность и частота сигнала будут иметь определенное значение. В случае наличия трещины в колесе указанные параметры изменятся - длительность и частота уменьшатся, что будет свидетельствовать о недопустимости дальнейшей эксплуатации этого колеса. Затем колесо начнет катиться по участку, протяженность которого в данном случае равна половине длины окружности колеса, на котором с помощью акустических датчиков осуществляется проверка качества поверхности катания. В результате упрощается конструкция осуществляющего контроль устройства, повышаются эксплуатационные характеристики, снижается энергопотребление, однако такой способ имеет и недостатки, связанные, прежде всего, с невозможностью определения состояния отдельных элементов подвески колес, т.е. такой способ не обладает достаточной информативностью.Patent RU 2493992 C1 describes a method for monitoring wheelsets of a railway vehicle, according to which, after a wheel hits a joint in a wheel, a circular wave begins to propagate, which, passing along the wheel, causes the appearance of an acoustic wave coming from the wheel and detected by the sensor. The sensor converts the acoustic wave into an electrical signal. In the absence of cracks, the duration and frequency of the signal will have a certain value. If there is a crack in the wheel, these parameters will change - the duration and frequency will decrease, which will indicate the inadmissibility of further operation of this wheel. Then the wheel will begin to roll over the section, the length of which in this case is equal to half the circumference of the wheel, on which the quality of the riding surface is checked using acoustic sensors. As a result, the design of the control device is simplified, operational characteristics are improved, energy consumption is reduced, however, this method also has drawbacks associated primarily with the inability to determine the state of individual wheel suspension elements, i.e. this method does not have sufficient information content.

Известны технические решения, в которых предлагается судить о состоянии отдельных элементов подвески вагонов по значениям сил взаимодействия их колес с рельсом железнодорожного пути, см., например, «Путь и путевое хозяйство промышленных железных дорог» под редакцией д-ра техн. наук, проф. В.Ф. Яковлева, М. Транспорт, 1990 г., стр. 120 [1], где описаны различные способы определения мгновенных значений сил взаимодействия колеса с рельсом железнодорожного пути и приведены графики изменения таких сил, полученные как теоретически чисто расчетным путем, так и практически в лабораторных условиях.Known technical solutions in which it is proposed to judge the condition of individual suspension elements of wagons by the values of the forces of interaction of their wheels with the rail of a railway track, see, for example, “The Way and Track Management of Industrial Railways” edited by Dr. Tech. sciences, prof. V.F. Yakovleva, M. Transport, 1990, p. 120 [1], which describes various methods for determining the instantaneous values of the forces of interaction of a wheel with a rail of a railway track and shows graphs of changes in such forces obtained both theoretically by purely calculated way and practically in laboratory conditions.

Недостатком таких известных способов является невозможность измерения сил взаимодействия колес с рельсом в реальных условиях, т.е. в процессе движения вагонов по железнодорожному пути с различными скоростями, что позволило бы своевременно получать информацию о наличии неисправностей и повреждений отдельных элементов подвески вагонов.A disadvantage of such known methods is the inability to measure the forces of interaction of the wheels with the rail in real conditions, i.e. in the process of movement of cars along the railway line at different speeds, which would allow timely information on the presence of malfunctions and damage to individual suspension elements of cars.

Кроме того, указанные известные способы исследования взаимодействия колес с рельсом слишком громоздки и позволяют выявить лишь отдельные виды повреждений элементов подвески объектов железнодорожного транспорта.In addition, these known methods for studying the interaction of wheels with a rail are too cumbersome and allow only certain types of damage to the suspension elements of railway vehicles to be detected.

Однако при всех недостатках указанные известные способы позволяют получать реальные результаты и являются наиболее близкими к заявляемому способу по технической сути.However, with all the shortcomings of these known methods allow you to get real results and are closest to the claimed method in technical essence.

Изобретение направлено на повышение безопасности железнодорожного транспорта за счет обеспечения возможности считывания реальных мгновенных значений сил воздействия колес вагонов на путь в процессе движения на любых реальных скоростях в реальных условиях движения по реальной железнодорожной магистрали.The invention is aimed at improving the safety of railway transport by providing the ability to read the real instantaneous forces of the influence of the wheels of the cars on the track during movement at any real speeds in real traffic conditions on a real railway.

Указанная цель в способе автоматического считывания мгновенных значений сил воздействия колеса в процессе движения на рельс железнодорожного пути достигается путем преобразования этих механических сил воздействия в давление жидкости в закрытом резервуаре и использование для измерения давления внутри этого резервуара датчиков давления (без- или малоинерционных).This goal in a method for automatically reading the instantaneous values of the forces of action of the wheel during movement on the rail of a railway track is achieved by converting these mechanical forces of action into liquid pressure in a closed tank and using pressure sensors (without or low inertia) to measure the pressure inside this tank.

Заявляемый способ автоматического считывания мгновенных значений сил воздействия колеса на железнодорожный путь позволяет объективно оценивать реальные величины мгновенных значений сил воздействия колеса на путь в процессе движения на любых реальных скоростях в реальных условиях движения по реальной железнодорожной магистрали в реальном времени.The inventive method for automatically reading the instantaneous values of the forces of the impact of the wheel on the railway allows you to objectively evaluate the real values of the instantaneous values of the forces of the impact of the wheel on the track during movement at any real speeds in real traffic conditions on a real railway in real time.

Устройство для осуществления способа автоматического считывания мгновенных сил воздействия колеса железнодорожного транспорта на рельс изображено на фиг. 1, где показаны: колесо объекта железнодорожного транспорта 1, рельс 2, винтовой домкрат 3, шаровый силоввод 4, резервуар (металлический цилиндр с жидкостью) 5, поршень 6, отвод 7, датчик давления 8, гибкая герметизирующая прокладка 9.A device for implementing a method for automatically reading the instantaneous forces of a railway wheel on a rail is shown in FIG. 1, which shows: the wheel of the object of railway transport 1, rail 2, screw jack 3, ball valve 4, reservoir (metal cylinder with liquid) 5, piston 6, branch 7, pressure sensor 8, flexible sealing gasket 9.

На фиг. 1 показано, что в заявляемом устройстве резервуар 5 с жидкостью связан с датчиком давления 8, а гибкая герметизирующая прокладка 9, обеспечивающая герметичность резервуара 5, размещена в резервуаре 5 и контактирует с поршнем 6. Между нижней поверхностью рельса 2 и верхней поверхностью поршня 6 последовательно установлены винтовой домкрат 3 и шаровой силоввод 4. Может быть использован безынерционный или малоинерционный датчик давления 8.In FIG. 1 shows that in the inventive device, the reservoir 5 is connected with a liquid with a pressure transducer 8, and the flexible sealing gasket 9, which ensures the tightness of the reservoir 5, is placed in the reservoir 5 and is in contact with the piston 6. Between the lower surface of the rail 2 and the upper surface of the piston 6 screw jack 3 and ball screw 4. An inertialess or low inertia pressure sensor 8 can be used.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При движении по рельсовому пути объекта железнодорожного транспорта, например вагона, различные элементы его подвески находятся в режиме постоянных колебаний (вибраций). При этом каждый элемент подвески вибрирует со своей частотой в зависимости от его массы и влияния соседних элементов. Эти вибрации передаются последовательно через элементы подвески и в результате суммарно воздействуют на колесо 1, а через него на рельс 2 и далее через элементы силоввода 3 и 4 и поршень 6 на жидкость внутри цилиндра 5, а далее через отвод 7 на безынерционный или малоинерционный датчик 8 давления жидкости. Датчик 8 давления воспринимает эти суммарные колебания (вибрации) и превращает их в электрические сигналы. Форма электрического сигнала повторяет форму сигнала результирующих мгновенных значений сил воздействия колеса 1 на рельс, по которым можно судить о состоянии как самого колеса, так и элементов подвески объекта железнодорожного транспорта.When moving along a rail track of an object of railway transport, for example, a car, various elements of its suspension are in constant vibration (vibration) mode. Moreover, each suspension element vibrates with its own frequency depending on its mass and the influence of neighboring elements. These vibrations are transmitted sequentially through the suspension elements and as a result act on the wheel 1 in total, and through it on the rail 2 and further through the power elements 3 and 4 and the piston 6 to the liquid inside the cylinder 5, and then through the branch 7 to the inertialess or low-inertia sensor 8 fluid pressure. The pressure sensor 8 perceives these total oscillations (vibrations) and turns them into electrical signals. The shape of the electric signal repeats the waveform of the resulting instantaneous values of the forces of action of the wheel 1 on the rail, by which it is possible to judge the state of both the wheel itself and the suspension elements of the railway vehicle.

На фиг. 2 показана осциллограмма мгновенных значений силы взаимодействия колеса с рельсом в условиях отсутствия повреждений элементов подвески. При возникновении какого-либо повреждения рельса или элемента подвески частота его колебаний (вибрация) изменяется. В качестве примера на фиг. 3 показана форма сигнала, соответствующая прокатыванию колеса с ползуном глубиной 1 мм, а на фиг. 4 показана форма сигнала, соответствующая перекатыванию колеса через короткую неровность рельса длиной 60 мм и глубиной 3 мм. Показанные примеры наглядно демонстрируют, что появление некоторой неисправности рельса или одного из элементов подвески приводит к изменению формы сигнала взаимодействия колеса с рельсом, анализ которой позволяет определить факт наличия повреждения, а также степень повреждения. Существуют различные известные способы анализа формы сигналов, но в данном случае наиболее предпочтительной является анализ формы сигнала через его спектр.In FIG. Figure 2 shows an oscillogram of instantaneous values of the force of interaction of the wheel with the rail in the absence of damage to the suspension elements. If any damage to the rail or suspension element occurs, its vibration frequency (vibration) changes. As an example in FIG. 3 shows a waveform corresponding to rolling a wheel with a slider 1 mm deep, and FIG. Figure 4 shows the waveform corresponding to the rolling of the wheel through a short uneven rail 60 mm long and 3 mm deep. The examples shown demonstrate that the appearance of some malfunction of the rail or one of the suspension elements leads to a change in the waveform of the interaction of the wheel with the rail, the analysis of which allows us to determine the fact of damage, as well as the degree of damage. There are various known methods for analyzing waveforms, but in this case, waveform analysis through its spectrum is most preferred.

Практические результаты, полученные с помощью устройств, реализующих предлагаемый способ, достаточно хорошо согласуются с результатами, полученными ранее чисто теоретически и в лабораторных условиях, т.е. наглядно показывают обеспечение возможности считывания реальных мгновенных значений сил воздействия колеса на путь в процессе движения на любых реальных скоростях в любых реальных условиях. Практические испытания устройств в условиях Западно-Сибирской железной дороги показали, что они успешно работают в диапазоне температур окружающего воздуха от +40°C до -48°C и на скоростях от 1 км/час до 110 км/час (максимальная скорость ограничена только тем, что на данной магистрали железнодорожные поезда не ходят с большими скоростями). Теоретически снятие информации возможно на любых реальных скоростях, т.к. это обеспечивается быстродействием устройств, у которых время одного измерения составляет всего 16 микросекунд.The practical results obtained using devices that implement the proposed method are in fairly good agreement with the results obtained previously purely theoretically and in laboratory conditions, i.e. clearly show the provision of the possibility of reading real instantaneous values of the forces of the wheel’s influence on the path during movement at any real speeds in any real conditions. Practical tests of the devices in the conditions of the West Siberian Railway showed that they successfully operate in the range of ambient temperatures from + 40 ° C to -48 ° C and at speeds from 1 km / h to 110 km / h (the maximum speed is limited only by that on this highway railway trains do not run at high speeds). Theoretically, information can be taken at any real speed, because this is ensured by the speed of devices in which the time of one measurement is only 16 microseconds.

Следует также отметить, что параметры устройства, описанного в данной заявке, не зависят ни от каких-либо внешних условий, а установка на железнодорожных магистралях не мешает их обслуживанию, в том числе автоматизированным профилактическим работам, включающим подбивку щебня, уборку снега и т.д.It should also be noted that the parameters of the device described in this application do not depend on any external conditions, and installation on railway lines does not interfere with their maintenance, including automated preventive maintenance, including crushing, crushing, snow removal, etc. .

Установка заявляемых описанных в заявке устройств может быть произведена на железнодорожных магистралях через некоторый промежуток, например через 100, или 50, или 25 км.The installation of the claimed devices described in the application can be made on the railroads after a certain interval, for example after 100, or 50, or 25 km.

Claims

1. A method for automatically reading the instantaneous values of the forces of the wheel’s influence on the rail of a railway track during movement, including the conversion of the mechanical forces of the wheel’s influence on the rail to liquid pressure, converting the changing liquid pressure, which occurs as a result of the interaction of the wheels with the rail during movement, into an electrical signal , which repeats the waveform of the resulting instantaneous values of the forces of the wheel on the rails, the analysis of the received signal to determine the defects of the ele ENTOV suspension.

2. A device for implementing a method for automatically reading the instantaneous forces of a railway wheel on a rail, including a tank with a liquid and a piston placed under the rail that transmits the effects of the wheels on the liquid, while the tank with liquid is connected to a pressure sensor, and the tank is sealed by a flexible sealing gaskets located in the reservoir and in contact with the piston.

3. The device according to claim 2, characterized in that between the lower surface of the rail and the upper surface of the piston, a screw jack and a ball drive are sequentially installed.

4. The device according to claim 2, characterized in that an inertialess or low inertia pressure sensor is used.