Устройство для измерения нагрузки колеса на рельс

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАГРУЗКИ КОЛЕСА НА РЕЛЬС(71) Заявитель Объединение Белорусская железная дорога(72) Авторы Шубадеров Валерий Николаевич Дубина Анатолий Владимирович(73) Патентообладатель Объединение Белорусская железная дорога(57) 1. Устройство для измерения нагрузки колеса на рельс, содержащее измерительный рельс с установленным на его шейке чувствительным элементом, состоящим из пассивной и активной частей с возможностью их относительного перемещения, в котором пассивная часть укреплена непосредственно к рельсу, а активная часть укреплена на жесткой балке,установленной на шейке рельса на двух шарнирных опорах, равноудаленных вдоль рельса от пассивной части чувствительного элемента, а также блок обработки сигналов, отличающееся тем, что шарнирные опоры оснащены упругими амортизаторами в виде резиновых втулок, пассивная часть чувствительного элемента выполнена в виде втулки с внутренней и внешней резьбой, которая посредством внешней резьбы и гайки крепится в отверстии в шейке рельса, а по внутренней резьбе втулки фиксируется винт ступенчатой формы из немагнитного материала с резьбой большого и малого диаметров, имеющий на торце, ближнем к активной части чувствительного элемента, паз, заполненный намагниченным материалом, причем активная часть чувствительного элемента включает в себя датчик Холла с усилителем и аналого-цифровой преобразователь. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что винт ступенчатой формы из немагнитного материала с резьбой большого и малого диаметров на торце, удаленном от активной части чувствительного элемента, снабжен сквозным отверстием с резьбой, ось которого параллельна ребрам паза, заполненного намагниченным материалом, а в отверстие с резьбой ввернут юстировочный рычаг.(56) 1. А.с. СССР 221748, МПК В 61 К 9/12, 1968. 2. А.с. СССР 742221, МПК В 61 К 9/12, 1980. 3. Заявка РБ а 20010601, МПК В 61 К 9/12, опубл. 2003. Заявляемое техническое решение относится к железнодорожному транспорту, в частности к методам и устройствам для измерения веса подвижного состава в эксплуатационных условиях, без остановки подвижной единицы. Известно устройство для измерения давления колеса на рельс 1, содержащее установленные на рельсе чувствительные элементы с тензорезисторами и соединенный с ними блок обработки сигналов. Ось деформации тензорезисторов ориентирована вдоль оси рельса. При воздействии нагрузки от колеса происходит деформация тензорезисторов вдоль оси рельса и пропорциональное изменение электрического сигнала. Недостатком устройства является недостаточная точность измерений, так как малые величины линейных деформаций рельса в направлении его продольной оси не позволяют добиться высокой точности измерений весовой нагрузки. Известно устройство для измерения давления колеса на рельс 2, которое включает в себя блок обработки сигнала и установленный на рельсе чувствительный элемент с тензорезисторами, причем 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 заключается 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 является низкая точность измерений, обусловленная тем, что активное плечо измерительного моста, расположенное внутри болта, имеет малую измерительную базу и малую относительную деформацию этой базы. Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототип) является устройство для измерения нагрузки колеса на рельс, описанное в заявке Способ измерения нагрузки колеса на рельс и устройство для его реализации 3, содержащее измерительный рельс и установленный на его шейке чувствительный элемент, который выполнен из пассивной и активной частей с возможностью их относительного перемещения, причем пассивная часть укреплена непосредственно к рельсу, а активная часть укреплена на жесткой балке, установленной на рельсе на двух шарнирных опорах, равноудаленных вдоль рельса от пассивной части чувствительного элемента, а также блок обработки сигналов. Работа устройства заключается в измерении деформации рельса под нагрузкой колес на измерительном участке, в котором измеряют разность одновременных деформационных перемещений в направлении, перпендикулярном упругой оси рельса, трех точек рельса - точки крепления пассивной части чувствительного элемента на рельсе и геометрической полусуммы деформационных перемещений двух точек крепления к рельсу шарнирных опор, на которых укреплена жесткая балка с размещенной на ней активной частью чувствительного элемента, которая пропорциональна нагрузке колеса на рельс. Недостатком описанного устройства является низкая эксплуатационная надежность. Задачей заявляемой полезной модели является повышение эксплуатационной надежности предлагаемого устройства. 2 35422007.04.30 Задача решается следующим образом. Известное устройство для измерения нагрузки колеса на рельс содержит измерительный рельс и установленный на его шейке чувствительный элемент, выполненный из пассивной и активной частей с возможностью их относительного перемещения, в котором пассивная часть укреплена непосредственно к рельсу,а активная часть укреплена на жесткой балке, установленной на шейке рельса на двух шарнирных опорах, равноудаленных вдоль рельса от пассивной части чувствительного элемента, а также блок обработки сигналов. Согласно предлагаемому техническому решению, шарнирные опоры оснащены упругими амортизаторами в виде резиновых втулок, пассивная часть чувствительного элемента выполнена в виде втулки с внутренней и внешней резьбой, которая посредством внешней резьбы и гайки крепится в отверстии в шейке рельса, а по внутренней резьбе втулки фиксируется винт ступенчатой формы из немагнитного материала с резьбой большого и малого диаметров, имеющий на торце, ближнем к активной части чувствительного элемента, паз, заполненный намагниченный материалом, причем активная часть чувствительного элемента включает в себя датчик Холла с усилителем и аналого-цифровой преобразователь. Кроме того, винт ступенчатой формы из немагнитного материала с резьбой большого и малого диаметров на торце, удаленном от активной части чувствительного элемента,снабжен сквозным отверстием с резьбой, ось которого параллельна ребрам паза, заполненного намагниченным материалом, а в отверстие с резьбой ввернут юстировочный рычаг. Предлагаемая конструкция устройства обеспечивает жесткость крепления намагниченного материала по отношению к рельсу, взаимное перемещение и взаимодействие посредством магнитного поля активной и пассивной частей чувствительного элемента, минимальное количество трущихся и изнашиваемых деталей, чем в совокупности обеспечивается повышение его эксплуатационной надежности. На фиг. 1 показан общий вид предлагаемого устройства. На фиг. 2 - поперечный разрез узла крепления жесткой балки на шарнирной опоре. На фиг. 3 - поперечный разрез узла крепления пассивной части чувствительного элемента к рельсу. Устройство для измерения нагрузки колеса на рельс включает в себя измерительный рельс 1, активную часть чувствительного элемента 2, установленную на жесткой балке 3,которая крепится к шейке рельса на двух шарнирных опорах 4, снабженных амортизаторами в виде резиновых втулок 5 (фиг. 1-2). В шейке рельса 1 посредством гайки 7 закреплена металлическая втулка 6 с внешней и внутренней резьбой, по которой гайкой 11 зафиксирован винт 8, выполненный из немагнитного материала, ступенчатой формы с резьбой большого и меньшего диаметров, имеющий на торце паз, заполненный намагниченным материалом 9. Активная часть чувствительного элемента 2 содержит датчик Холла 10 с усилителем и аналого-цифровым преобразователем, блок обработки сигналов 12. Кроме того, винт 8 на торце, удаленном от активной части чувствительного элемента,снабжен сквозным отверстием с резьбой, в отверстие которого при настройке устройства ввертывают юстировочный рычаг 13. Работает устройство следующим образом. При движении колеса подвижного состава по измерительному рельсу 1 происходит его прогиб, жесткая балка 3 благодаря креплению на шарнирных опорах 4 остается прямолинейной, что обеспечивает перемещение активной части чувствительного элемента 2, включающей в себя датчик Холла 10, усилитель и аналого-цифровой преобразователь, по отношению к пазу 9, заполненному намагниченным материалом. Резиновые упругие втулки 5, через которые осуществляется сопряжение жесткой балки 3 с шарнирными опорами 4, обеспечивают передачу деформаций измерительного рельса 1, вызванных весовой нагрузкой колес подвижного состава, и гасят высокочастотные удары от неровностей поверхности катания колес. Это обеспечи 3 35422007.04.30 вает достоверное измерение деформаций, вызванных весовой нагрузкой, и механическую фильтрацию вредных высокочастотных ударов, что одновременно снижает вибрационную нагрузку на электронные узлы активной части чувствительного элемента 2. Датчик Холла 10 вырабатывает сигнал, связанный однозначной зависимостью с расстоянием до паза 9,заполненного намагниченным материалом. Сигнал датчика Холла усиливается и преобразуется в цифровое значение, поступающее в блок обработки сигналов 12. При настройке устройства юстировочным рычагом 13 обеспечивают вращение и установку винта 8 в положение, обеспечивающее оптимальный режим работы устройства. В настоящее время устройство реализовано на Белорусской железной дороге в виде опытного образца следующей конструкции. В измерительном рельсе типа Р 65 на уровне нейтрального волокна просверлены три отверстия, крайние из которых удалены от среднего на равное расстояние. В крайних отверстиях крепятся шарнирные опоры 4, в среднем втулка 6 с внешней и внутренней резьбой пассивной части чувствительного элемента. На шарнирные опоры 4, оснащенные резиновыми упругими втулками 5, установлена жесткая балка 3, изготовленная из стального швеллера высотой 80 мм, на середине которого между полками укреплен корпус активной части чувствительного элемента 2. На плате активной части чувствительного элемента размещены датчик Холла со встроенным усилителем и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с блоком обработки сигналов 12. Испытания опытного образца весомерного устройства вразличных климатических условиях показали высокую эксплуатационную надежность и простоту обслуживания. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4