RU2778263C1 - Способ определения массоинерционных параметров грузового вагона и устройство для его реализации - Google Patents

Способ определения массоинерционных параметров грузового вагона и устройство для его реализации Download PDF

Info

Publication number
RU2778263C1
RU2778263C1 RU2021130695A RU2021130695A RU2778263C1 RU 2778263 C1 RU2778263 C1 RU 2778263C1 RU 2021130695 A RU2021130695 A RU 2021130695A RU 2021130695 A RU2021130695 A RU 2021130695A RU 2778263 C1 RU2778263 C1 RU 2778263C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
car
mass
parameters
inertia
freight car
Prior art date
Application number
RU2021130695A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергеев Викторович Елисеев
Роман Сергеевич Большаков
Андрей Владимирович Елисеев
Андрей Павлович Хоменко
Артем Сергеевич Миронов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Application granted granted Critical
Publication of RU2778263C1 publication Critical patent/RU2778263C1/ru

Links

Images

Abstract

Группа изобретений относится к области железнодорожного транспорта, в частности, к способам определения массоинерционных параметров грузовых вагонов, а также к устройствам для их осуществления. Устройство содержит рельсы с синусоидальными наплывами, телекамеры, датчики и систему передачи информации в блок управления. При прохождении вагона по участку пути создаются условия возбуждения угловых колебаний. Параметры смещения крайних точек вагона измеряют и фиксируют и определяют момент инерции вагона. Обеспечивается определение массоинерционных параметров грузового вагона. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при оценке параметров груженых вагонов.
Обеспечение безопасности транспортных перевозок в железнодорожной отрасли производственно-технических отношений относится к числу актуальных современных научно-технических проблем, которые нашли отражение в работах отечественных ученых (Махутов Н.А., Лапидус Б.М., Когана А.Я., Ромена Ю.С., Хохлова А.А. и др.).
Особенностью эксплуатации технических средств железнодорожного транспорта является их работа в условиях интенсивного динамического вибрационного нагружения, что инициируется многими факторами внешнего воздействия со стороны контактов «колесо-рельс», динамикой взаимодействия элементов технических объектов (вагоны, локомотивы), а также проявлениями поездной динамики.
Повышение эффективности перевозочных процессов требует повышения скорости движения, увеличения веса поездов, повышения осевых нагрузок, для чего необходим учет многих факторов, отражающих качество загрузки, выполнения условий равномерного распределения нагрузок в составе. Вопросам организации загрузки вагонов уделяется большое внимание, что нашло, в частности, отражение в работах Туранова Х.К. и др., что, в конечном итоге, привело к созданию специальных технических систем, контролирующих веса вагонов, а также ряд других параметров в режимах сопутствующих мероприятий, не препятствующих процессам сортировки вагонов и формирования составов, используя режимы движения вагонов, создаваемые спуском с сортировочной горки. Вместе с тем развитие упомянутых подходов нуждается в расширении представлений о более широком круге параметров, характеризующих свойства подвижных средств, в том числе, о расположении центра масс и момента инерции транспортного средства.
В процессе патентного поиска выявлен ряд изобретений-аналогов.
Известна полезная модель [Лучкин В.А. «Вагонные весы для взвешивания в движении и статике с применением самоустанавливающихся платформ», 98807, МПК G01G 19/04, приоритет 27.10.2010], представляющая собой весы состоят из набора весовых платформ, установленных на самоустанавливающихся узлах встроек тензодатчиков, закрепленных на жестком основании весов и весового контролера, передающего данные на компьютер. В весах используются самоустанавливающиеся узлы встроек тензодатчиков с применением самоустанавливающихся двухопорных тензодатчиков, которые обеспечивают точечную передачу усилия и подвижную связь между весовой платформой и опорным основанием весов. Технический результат: упрощение конструкции железнодорожных весов для взвешивания вагонов в движении и статике, модульное построение весов, простота установки и обслуживания.
К недостаткам данного технического решения можно отнести недостаточную точность проведения измерений по определению расположения центра тяжести вагона не всегда совпадает с положением центра масс порожнего вагона.
Известно устройство [Ададуров С.Е., Розенберг Е.Н., Розенберг И.Н., Иконников Е.А., Миронов B.C., Винокурова Т.А., Колыско А.Ю. «Устройство для контроля нагрузок вагонных осей у проходящих по железной дороге вагонов», 2401996, МПК G01G19/04, приоритет 20.10.2010], содержащее весы в виде грузоприемной платформы, установленной на фундаменте в разрез железнодорожного пути на тензодатчиках, выходы которых подключены к весоизмерительному преобразователю, блок памяти, блок сравнения сигналов с допустимым значением осевой нагрузки, датчик счета осей, блок индикации и регистрации. К процессору подключены блок памяти и выходы реверсивного счетчика, блока сравнения и весоизмерительного преобразователя, к управляющему входу которого подключен выход блока определения скорости, а выход процессора подключен к блоку индикации и регистрации. При этом входы реверсивного счетчика и блока сравнения подключены соответственно к датчику счета осей и выходу весоизмерительного преобразователя. После взвешивания показания массы каждой оси сравнивают с допустимыми значениями осевой нагрузки на железнодорожный путь. В случае их превышения хотя бы одной оси состав вагонов или данный вагон с перегрузом возвращают на весы, повторно взвешивают и полученные результаты взвешивания сравнивают с результатами первого взвешивания. Технический результат заключается в расширении области измерения и повышении точности измерений весов.
Недостатки данного изобретения заключается сложность технологии измерения, а также отсутствие учета положением центра масс грузового вагона.
За прототип принимается способ [Иконников Е.А., Решетникова Е.И. «Способ оценки неравномерности загрузки вагонов с помощью вагонных электронных весов», 2210747, МПК G01G19/04, приоритет 20.08.2003], включающий поколесное измерение массы брутто движущегося вагона. Измерение массы брутто вагона производят путем взвешивания и суммирования отдельных частей масс брутто, распределенных по восьми колесам вагона. Дополнительно производят измерение массы брутто левой и правой сторон вагона путем взвешивания и суммирования соответствующих масс брутто, распределенных по левым и правым колесам. Разность масс груза, распределенных по левой и правой сторонам вагона относительно его колес, определяют путем определения разности масс брутто по боковым сторонам вагона у четырех его осей. После этого определяют разности масс груза по боковым сторонам вагона у двух его тележек, как сумму соответствующих разностей двух попарно установленных на каждой тележке осей с соответствующими левой (+) или правой (-) сторонам вагона знаками. Неравномерность загрузки вагона по его боковым сторонам Δ определяют как сумму соответствующих разностей двух тележек. Технический результат: расширение эксплуатационных возможностей.
К недостаткам прототипа можно отнести погрешность измерений на стандартных вагонных весах и отсутствие учета положением центра масс грузового вагона.
Задачей предлагаемого изобретения является определение массоинерционных параметров грузового вагона в условиях увеличения веса грузовых поездов.
Способ определения массоинерционных параметров грузового вагона, включающий прохождение грузового вагона по участку рельсового пути, измерение и фиксацию его параметров, отличающийся тем, что создаются условия возбуждения угловых колебаний при прохождении вагонными тележками «синусоидальных» прокладок, закрепленных на рельсах измерительной платформы, замеряют смещение крайних точек вагона, после чего определяют момент инерции вагона
Figure 00000001
Устройство для реализации способа по п. 1, отличающееся тем, что рельсы измерительного участка снабжен прокладками в виде «синусоидальных» наплывов на рельсы для обеспечения возбуждения колебаний грузового вагона, содержащее телекамеры, датчики, а также систему передачи информации в блок управления для проведения и фиксации результатов расчета.
Суть изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема, содержащая железобетонный блок 1, рельсовый участок 2, двухосные тележки 3, 4, синусоидальные прокладки 5, вагон 6, телекамеры 7, 8, блок управления 9.
На фиг. 2 представлена расчетная схема грузового вагона при кинематическом возмущении.
На фиг. 3 приведена структурная математическая модель (структурная схема) механической колебательной системы, приведенной на фиг. 2.
Изобретение работает следующим образом.
Принципиальная схема предлагаемого изобретения приводится на фиг. 1а, б, где взаимное расположение элементов показано сверху (фиг. 1а), а также при рассмотрении «сбоку» (рис. 1б).
Измерительная платформа состоит из железобетонного блока 1 и рельсового участка 2. Вагон 6 опирается на двухосные тележки 3, 4. Колесные пары опираются на синусоидальные прокладки 5 (фиг. 1б), закрепленные не жестко на рельсах (с возможностями их замены или введения других параметров внешнего возмущения).
Для фиксации параметров динамического состояния вагона используются телекамеры 7 и 8, соединенные с пультом 9, имеющим соответствующие вычислительные средства для обработки результатов. Для фиксации замеров используются светодиодные датчики, обеспечивающие включение телекамер 7 и 8 при прохождении первой тележки синусоидальной прокладки 5, одновременно включается телекамера 7 с фиксацией в блоке управления параметров смещения углов грузового вагона относительно измерительной базы.
Полученная информация используется для определения параметра J - момента инерции вагона и передается в центр планирования состава поезда.
Теоретическое обоснование возможностей оценки динамических свойств и массоинерционных параметров средств железнодорожного транспорта
Расчетными схемами многих технических объектов, в том числе средств подвижного состава железных дорог, являются механические колебательные системы с несколькими степенями свободы. Вопросам динамики таких систем уделяется достаточно большое внимание, что нашло отражение в работах отечественных ученых (Коган А.Я., Ромен Ю.С., Хохлов А.А., Савоськин А.Н. и др.).
Особенностью транспортных средств является работа в условиях интенсивного динамического вибрационного нагружения, что формирует критические ситуации, оценка, контроль и устранение которых относится к числу важнейших проблем в обеспечении безопасности транспортных процессов.
Динамика взаимодействия технических средств (например, грузовых поездов) отличается большим разнообразием форм динамического взаимодействия элементов системы, что требует учета специфических особенностей технических объектов, оценки значений массоинерционных параметров критических значений внешних воздействий и др.
Рассматривается задач построения математических моделей для оценки динамических свойств груженых вагонов для определения особенностей соотношения таких параметров системы как положение центра масс, значение момента инерции объекта и др., что оказывает влияние на условия безопасного движения.
1. На фиг. 2 приведена расчетная схема вагона, принципиальная схема которого приведена на фиг. 1, может быть рассмотрена в виде механической колебательной системы с двумя степенями свободы.
Технический объект в первом приближении, представляет собой твердое тело, обладающее массой М и моментом инерции J относительно центра масс (точка О, фиг. 3). Система опирается на два упругих элемента с коэффициентами k1 и k2, положение центра масс определяется длинами l1 и l2 (фиг. 3).
Предполагается, что твердое тело (М, J) совершает малые колебания относительно положения установившегося движения в системе координат y1, y2, связанной с неподвижным базисом. Система имеет внешнее кинематическое возмущение z2(t), представленное гармонической функцией.
Математическая модель исходной системы (фиг. 2) может быть рассмотрена на основе методов структурного математического моделирования [1, 2], что определяется следующими уравнениями:
Figure 00000002
Figure 00000003
где р=jω (j=√-1) - комплексная переменная, значок ↔ над переменной означает ее изображение по Лапласу [3].
Используя уравнения (1), (2) в операторной форме, можно ввести в рассмотрение структурную математическую модель в виде структурной схемы эквивалентной в динамическом отношении системы автоматического управления [1,2].
Используя структурную схему (фиг. 4), запишем передаточные функции системы:
Figure 00000004
Figure 00000005
где
Figure 00000006
является частотным характеристическим уравнением;
Figure 00000007
2. Полагая, что положение центра масс известно, найдем значение момента инерции J. Вопрос об оценке значения J возникает при реализации загрузки грузового вагона. Что касается значения массы М, а также значений коэффициентов а и b, то полагаем, что они также известны (либо при расчетах расположения грузов, либо путем определения М, а и b в процессе загрузки или на специальном стенде перед формированием состава).
Определение параметра J представляет интерес, поскольку при выполнении условия
Figure 00000008
«исчезает» инерционная связь между парциальными системами (фиг. 3), что существенным образом оказывает влияние на процессы динамики взаимодействий.
Figure 00000009
i(Jc2 - Mab)р2=(Ma 2+Jc2)p2+k1,
(iJc2 - iMab-Ma 1 - Jc2)p2=k1.
Поскольку i определяется экспериментально, то можно найти частоту колебаний «галопирования».
Figure 00000010
Масса известна из предыдущих экспериментов.
Используя подходы, изложенные в работах [2, 4], запишем передаточную функцию межпарциальных связей, учитывая особенности структурной математической модели, приведенной на фиг. 3
Figure 00000011
Физический смысл передаточной функции
Figure 00000012
заключается в том, что она отображает зависимость отношения амплитуд колебаний двух точек твердого тела. В ряде работ, в том числе в [2, 4], отношение амплитуд (8) интерпретируется как передаточное отношение
Figure 00000013
некоторого виртуального рычага (рычажного механизма первого или второго рода в зависимости от знака i) [5], значение которого зависит от параметров элементов системы и частоты колебаний механической колебательной системы.
Поскольку значение i может быть определенно в рассматриваемом случае не на основе экспериментальных данных, то это позволяет найти частоту угловых колебаний
Figure 00000014
Из следует, что
Figure 00000015
или
Figure 00000016
Поскольку i может быть определено экспериментом, то из (11) следует, что
ω2Jc2 (i - 1)ω2 - ω2Ма(а+bi)=k1,
то
Figure 00000017
Из выражения (13) может быть найдено значение момента инерции груженого вагона J; при этом необходимо учесть, что определяемый параметр i, в силу специфики движений имеет отрицательное значение, тогда окончательно получим
Figure 00000018
На основании приведенных выкладок, используя полученные данные из экспериментальных замеров (i и b), можно найти значение момента инерции J груженого вагона и сопоставить его с условием, определяющим рациональные условия движения вагонов интенсивного динамического нагружения.
Список использованных источников
1. Елисеев С.В. Прикладная теория колебаний в задачах динамики линейных механических систем / С.В. Елисеев, А.И. Артюнин. - Новосибирск: Наука, 2016. - 459 с.
2. Елисеев С.В., Елисеев А.В., Большаков Р.С., Хоменко А.П. Методология системного анализа в задачах оценки, формирования и управления динамическим состоянием технологических и транспортных машин. Новосибирск: Наука, 2021. - 679 с.
3. Лурье А.И. Операционное исчисление и применение в технических приложениях / А.И. Лурье. - М.: Л.: ГИТТЛ, 1961. - 433 с.
4. Елисеев С.В. Прикладной системный анализ и структурное математическое моделирование (динамика транспортных и технологических машин: связность движений, вибрационные взаимодействия, рычажные связи) / С.В. Елисеев. - Иркутск: ИрГУПС, 2018. - 692 с.
5. Крейнин П.Г. Справочник по механизмам. - М.: Машиностроение. 1986. - 512 с.

Claims (3)

1. Способ определения массоинерционных параметров грузового вагона, включающий прохождение грузового вагона по участку рельсового пути, измерение и фиксацию его параметров, отличающийся тем, что создаются условия возбуждения угловых колебаний при прохождении вагонными тележками «синусоидальных» прокладок, закрепленных на рельсах измерительной платформы, замеряют смещение крайних точек вагона, после чего определяют момент инерции вагона
Figure 00000019
2. Устройство для реализации способа по п. 1, отличающееся тем, что рельсы измерительного участка снабжены прокладками в виде «синусоидальных» наплывов на рельсы для обеспечения возбуждения колебаний грузового вагона, содержащее телекамеры, датчики, а также систему передачи информации в блок управления для проведения и фиксации результатов расчета.
RU2021130695A 2021-10-20 Способ определения массоинерционных параметров грузового вагона и устройство для его реализации RU2778263C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2778263C1 true RU2778263C1 (ru) 2022-08-17

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2210747C2 (ru) * 2001-05-30 2003-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта Способ оценки неравномерности загрузки вагонов с помощью вагонных электронных весов
RU2313069C1 (ru) * 2006-02-16 2007-12-20 Юрий Сергеевич Турковский Устройство для взвешивания движущегося рельсового транспорта
RU98807U1 (ru) * 2010-03-10 2010-10-27 Виктор Алексеевич ЛУЧКИН Вагонные весы для взвешивания в движении и статике с применением самоустанавливающихся платформ
US9217691B2 (en) * 2009-08-19 2015-12-22 Frontone Gmbh System for investigating a test body
RU2689566C1 (ru) * 2017-12-05 2019-05-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение "3 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Способ экспериментальной проверки технических условий размещения и крепления грузов в грузовых полувагонах и на железнодорожных платформах

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2210747C2 (ru) * 2001-05-30 2003-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта Способ оценки неравномерности загрузки вагонов с помощью вагонных электронных весов
RU2313069C1 (ru) * 2006-02-16 2007-12-20 Юрий Сергеевич Турковский Устройство для взвешивания движущегося рельсового транспорта
US9217691B2 (en) * 2009-08-19 2015-12-22 Frontone Gmbh System for investigating a test body
RU98807U1 (ru) * 2010-03-10 2010-10-27 Виктор Алексеевич ЛУЧКИН Вагонные весы для взвешивания в движении и статике с применением самоустанавливающихся платформ
RU2689566C1 (ru) * 2017-12-05 2019-05-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение "3 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Способ экспериментальной проверки технических условий размещения и крепления грузов в грузовых полувагонах и на железнодорожных платформах

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xiu et al. Fatigue life assessment methods for railway vehicle bogie frames
CN101865783B (zh) 轨道车辆转向架性能参数综合检测台
CN102874277B (zh) 车轮轨道相互作用力评估
Fomin et al. Research of stability of containers in the combined trains during transportation by railroad ferry
CN109712270B (zh) 一种铁路货运车辆运行安全评估方法及系统
Xia et al. An inverse railway wagon model and its applications
Fomin et al. Determination of dynamic load features of tank containers when transported by rail ferry
CN100489467C (zh) 三台面电子轨道衡称重系统及其数据处理方法
RU2778263C1 (ru) Способ определения массоинерционных параметров грузового вагона и устройство для его реализации
US2716547A (en) In-motion weighing of vehicles and apparatus therefor
RU2731163C1 (ru) Способ оценки динамической жёсткости рельсового пути и устройство для его реализации
RU155518U1 (ru) Рельсовые весы для взвешивания подвижных железнодорожных объектов в движении
RU2784784C1 (ru) Способ и устройство для определения расположения центра тяжести груженого железнодорожного вагона
RU2561245C2 (ru) Вагонные весы
RU2828636C1 (ru) Автоматизированный пост динамического взвешивания железнодорожных составов (АПДВ)
RU2825076C1 (ru) Модульные весы для статического взвешивания вагонов железнодорожного состава
Sekuła et al. In-motion rail scales as a component of the railway bridge diagnostic system
RU206048U1 (ru) Устройство для взвешивания железнодорожного подвижного состава
RU2270774C2 (ru) Способ оценки состояния рельсового пути и устройство для его осуществления
RU2401996C1 (ru) Устройство для контроля нагрузок вагонных осей у проходящих по железной дороге вагонов
Davydov Methodology for determining the weight of a freight car by weighing on crane scales
RU2390735C1 (ru) Способ взвешивания железнодорожных объектов
Fomina et al. An experimental analysis of the forces impact of a new structural design of a three-axle railway bogie to a track
Fomin et al. Reducing the accidental rate of wagons by improving the system for assessing their technical condition: monograph
RU2121138C1 (ru) Компенсационный способ определения веса вагона и устройство для его реализации