Способ определения нагрузки колеса на рельс и устройство для его осуществления

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ КОЛЕСА НА РЕЛЬС И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявители Дубина Анатолий Владимирович Бычек Иван Степанович Степук Владимир Иванович(72) Авторы Дубина Анатолий Владимирович Бычек Иван Степанович Степук Владимир Иванович(73) Патентообладатели Дубина Анатолий Владимирович Бычек Иван Степанович Степук Владимир Иванович(57) 1. Способ определения нагрузки колеса на рельс, при котором измеряют деформацию рельса под воздействием колеса, отличающийся тем, что деформацию рельса измеряют как разность одновременных деформационных перемещений в направлении, перпендикулярном упругой оси рельса, двух частей чувствительного элемента - пассивной части, установленной на рельсе, и активной части чувствительного элемента, закрепленной на жесткой балке, установленной на рельсе на двух шарнирных опорах, равноудаленных вдоль рельса от пассивной части, а нагрузкуколеса на рельс определяют из выражения 9780 1 2007.10.30 где - деформация, регистрируемая чувствительным элементом, см- модуль упругости рельсового основания, кГ/см 2- коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса, см-1- координата опор по отношению к точке крепления пассивной части чувствительного элемента, см. 2. Устройство для определения нагрузки колеса на рельс, содержащее установленный на рельсе чувствительный элемент и блок обработки сигналов, отличающееся тем, что чувствительный элемент выполнен из имеющих возможность относительного перемещения пассивной и активной частей, при этом пассивная часть прикреплена непосредственно к рельсу, а активная часть закреплена на жесткой балке, установленной на рельсе на двух шарнирных опорах, равноудаленных вдоль рельса от пассивной части чувствительного элемента. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что одна из шарнирных опор жесткой балки выполнена с овальным отверстием со сквозным пропилом, стянутым болтами с регулируемой затяжкой. Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к методам и устройствам для измерения воздействия колес подвижного состава на путь в эксплуатационных условиях. Известно устройство для измерения давления колеса на рельс, содержащее установленные на рельсе чувствительные элементы с тензорезисторами и соединенный с ними блок обработки сигналов 1. Ось деформации тензорезисторов ориентирована вдоль оси рельса. При воздействии нагрузки от колеса происходит деформация тензорезисторов вдоль оси рельса и пропорциональное изменение электрического сигнала. Однако малые величины линейных деформаций рельса вдоль его продольной оси не позволяют добиться высокой точности измерений. Известен способ определения нагрузки на ось железнодорожного транспортного средства путем измерения электрического сигнала, соответствующего динамической нагрузке на рельс, в котором измеряют амплитуду электрического сигнала от магнитной волны,возникающей при ударе колесной пары железнодорожного транспортного средства о стык рельса 2. Недостатком указанного способа является изменение магнитных свойств рельсовой стали во время эксплуатации, что не обеспечивает точность измерений. Наиболее близким к заявляемому изобретению по конструктивным признакам и способу работы является устройство для измерения давления колеса на рельс 3, содержащее установленный на рельсе чувствительный элемент с тензорезисторами и блок обработки сигнала, чувствительный элемент выполнен в виде закладываемого в укрепленную в отверстии шейки рельса и выполненную с внутренним конусом втулку болта, в конической части которого расположена упругая перемычка из электроизоляционного материала, на которой закреплены тензорезисторы, а в полости головки клеммная панель, к которой подключены выводы тензорезисторов. Работа устройства-прототипа реализуется способом, заключающимся в том, что при движении над чувствительным элементом колесо деформирует рельс и отверстие в шейке рельса, отверстие передает деформацию через втулку на упругую перемычку и через нее на вертикально расположенные тензорезисторы активного плеча измерительного моста,на выходе блока обработки сигналов измеряют напряжение, амплитуда которого пропорциональна давлению колеса на рельс. Недостатком данного устройства и способа его работы является низкая точность измерений, обусловленная тем, что активное плечо измерительного моста, расположенное внутри болта, имеет малую измерительную базу и малую относительную деформацию этой базы. 9780 1 2007.10.30 Задачей настоящего изобретения является повышение точности определения нагрузки колеса на рельс. Технический результат достигается способом, при котором измеряют деформацию рельса под нагрузкой колеса, отличающимся тем, что деформацию измеряют как разность одновременных деформационных перемещений в направлении, перпендикулярном упругой оси рельса, двух частей чувствительного элемента - пассивной части, установленной на рельсе, и активной части чувствительного элемента, закрепленной на жесткой балке,установленной на рельсе на двух шарнирных опорах, равноудаленных вдоль рельса от пассивной части чувствительного элемента, а нагрузкуколеса на рельс определяют из выражения 2,1 где- деформация, регистрируемая чувствительным элементом, см- модуль упругости рельсового основания, кГ/см 2- коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса, см-1- координата опор по отношению к точке крепления пассивной части чувствительного элемента, см. Устройство для определения нагрузки колеса на рельс, содержащее установленный на рельсе чувствительный элемент и блок обработки сигналов, отличается тем, что чувствительный элемент выполнен из имеющих возможность относительного перемещения пассивной и активной частей, при этом пассивная часть прикреплена непосредственно к рельсу, а активная часть закреплена на жесткой балке, установленной на рельсе на двух шарнирных опорах, равноудаленных вдоль рельса от пассивной части чувствительного элемента. Кроме того, одна из шарнирных опор жесткой балки выполнена с овальным отверстием со сквозным пропилом, стянутым болтами с регулируемой затяжкой. На фиг. 1 показан общий вид конструкции устройства. На фиг. 2 показана измерительная схема, иллюстрирующая способ. Устройство для определения нагрузки от колеса на рельс (фиг. 1) содержит прикрепленную к рельсу 1 пассивную часть чувствительного элемента 2, две шарнирные цилиндрические опоры 3, установленные на шейке рельса на равных расстояниях от пассивной части, на опорах укреплена жесткая балка 4, имеющая по концам прорези для стяжки опорного отверстия стяжными болтами 5. Напротив прикрепленной к рельсу пассивной части чувствительного элемента 2 на балке 4 закреплена активная часть чувствительного элемента 6, которая связана с блоком обработки сигналов 7. Способ реализован следующим образом (см. фиг. 2). Нагрузка от колеса, приложенная к рельсу 1 над точкойкрепления пассивной части чувствительного элемента, воздействует на рельс и деформирует его в направлении, перпендикулярном упругой оси рельса,непосредственно перемещая пассивную часть чувствительного элемента 2, а активная часть чувствительного элемента 6, связанная с положением двух шарнирных опор на шейке рельса жесткой балкой, копирует перемещение точки О жесткой балки, в которой она закреплена, чувствительный элемент регистрирует разность деформацийО в сечении рельса под прилагаемой нагрузкой по отношению к деформации сечений в точках установки шарнирных опор (т. А и т. В). Расстояние между точками установки шарнирных опор (хх) является измерительной базой для определения коэффициента пропорциональности между значением деформациии нагрузкой . При движении колеса на участке рельса, являющемся измерительной базой, деформация, измеряемая чувствительным элементом- (ААВВ)/2. При симметричном расположении опор относительно чувствительного элемента (хх) и положении колеса над пассивной частью чувствительного элемента нагрузка от колеса на рельс , (кГ), определяется по расчетной формуле где - деформация, регистрируемая чувствительным элементом, см- модуль упругости рельсового основания, кГ/см 2- коэффициент относительной жесткости рельсового основания и рельса, см -1 х - координата опор по отношению к точке крепления пассивной части чувствительного элемента, см. Значения , ,обусловлены только конструктивными характеристиками устройства,не зависящими от нагрузки , поэтому описанные устройство и способ его работы обеспечивают пропорциональность нагрузкиизмеряемому значению , а значительный размер измерительной базы (1,3 м) обеспечивает точность измерения. Практическая реализация осуществлена на прямолинейном участке железнодорожного пути, оснащенном рельсами Р 65 на железобетонных шпалах, расстояние между осями шпал 600 мм. Удаление шарнирных опор от оси крепления пассивной части чувствительного элемента составляет 650 мм, общая длина расстояния между опорами - 1300 мм. Одна опора жесткой балки (А) выполнена для удобства сборки с овальным отверстием,плотность посадки балки на опору обеспечивается сквозным пропилом и регулировкой затяжки стяжных болтов 5. Активная часть чувствительного элемента позволяла производить замер деформаций с дискретностью 5 мкм, нагрузки колес изменялись от 3000 кГ до 10500 кГ, скорости движения - от 10 км/час до 30 км/час. В приведенных эксплуатационных условиях при нормативных требованиях к содержанию пути описанное устройство,работающее изложенным способом, позволяло измерять нагрузку колеса на рельс в указанном диапазоне скоростей с погрешностью не более 5 . Источники информации Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.