Оптическая система для измерения взаимного положения подрессоренной тележки и кузова вагона

Оптическая система измерения взаимного положения подрессоренной тележки и кузова вагона относится к области измерительной техники и может быть использована в железнодорожном хозяйстве для регистрации линейных и угловых перемещений плоскостей вагона и кузова тележки друг относительно друга. Устройство состоит из трех пар излучатель-приемник. Излучатели крепятся на подрессоренной тележке 4, приемники - на днище кузова вагона - 8. Достигаемым техническим результатом является упрощение конструкции за счет конструктивного расположения трех оптических каналов, позволяющих одновременно определять трехмерную угловую ориентацию плоскостей и линейный перемещения подрессоренной тележки относительно кузова вагона, а также повышение вибро и ударо устойчивости за счет отсутствия подвижных механических частей.

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в железнодорожном хозяйстве для измерения взаимного положения подрессоренной тележки и кузова путеизмерительного вагона,

Известно устройство для определения взаимного положения подрессоренной тележки и кузова вагона в процессе движения, содержащее четыре идентичных комплекта, в состав каждого из которых входит трос пропущенный через ролик и соединяющий кузов вагона и буксовый узел. Измерение линейных перемещений - либо датчиком линейных перемещений, либо датчиком типа СКВТ, установленным на кузове вагона. Натяжение тросов обеспечивается пружинами. [Архангельский С.В., Гунин В.А., Компьютеризированный вагон-лаборатория для диагностики железнодорожного пути (КВЛ-П1МП), НПЦ ИНФОТРАНС, г.Самара, РФ)].

К недостаткам известного аналога относятся: сложность реализации, необходимость использования сложных механических устройств (системы блоков, тросов, пружин), сложность в настройке и эксплуатации, ограничение на скорость движения (до 180 км/ч) железнодорожного состава из-за неустойчивости системы к вибрациям и ударам, а также невозможность, в силу принятой измерительной схемы, разделения трех угловых и трех линейных характеристик перемещений. Значительное влияние на точность измерений оказывает качество используемых тросов (жесткость, температурная зависимость).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является устройство для определения взаимного положения подрессоренной тележки и кузова вагона [Kaufmann FH Christoff Hemmrich, Ingenieur Jrg Schmeister, Heinz-Georg Thies, «Gleismessfahrzeuge der DB Netz AG: Weiterentwicklung der Mess- und Auswertetechnik», Hemmerich Schmeister ua, JUNI 2007 NR. 06], состоящее из трех идентичных оптических каналов, состоящих из излучателя, к примеру, лазерного диода, смонтированного со стороны кузова вагона и приемника, например, ПЗС-матрицы, смонтированной со стороны подрессоренной части тележки. При этом, благодаря использованию шарнира, приемник вместе с тележкой перемещается относительно линии излучения (таким образом измеряются угловые перемещения), а линейные перемещения фиксируются емкостным датчиков (по степени заглубления штока амортизатора в его корпусе). Устройство позволяет измерять взаимное положение кузова вагона и подрессоренной тележки на рабочих скоростях до 300 км/ч.

К недостаткам устройства относятся: сложность изготовления и адаптации механической части системы к условиям повышенных ударный и вибрационных воздействий при движении по стыковому рельсовому пути.

Задачей, решаемой полезной моделью, является упрощение конструкции устройства для измерения взаимного положения подрессоренной тележки и кузова вагона в процессе движения в условиях повышенных ударных и вибрационных воздействий.

Предлагаемая оптическая система для измерения взаимного положения подрессоренной тележки и кузова вагона в процессе движения, так же, как и известная, содержит оптические каналы: три приемника, которые расположены на днище кузова вагона, и три излучателя, расположенные на подрессоренной тележке. Но, в отличие от известного устройства, оптические каналы расположены таким образом, что проекции их оптических осей на подрессоренную тележку пересекаются в одной точке, расположенной в ее центре.

Достигаемым техническим результатом является упрощение конструкции за счет конструктивного расположения трех оптических каналов, проекции оптических осей которых пересекаются в геометрическом центре подрессоренной тележки, отказ от использования сложных механических систем позволяет обеспечить большую вибро и ударо устойчивость предлагаемой измерительной системы.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 представлена принципиальная схема оптической системы, вид спереди, фиг.2 - вид слева, на котором изображена принципиальная схема оптической системы для определения взаимного положения подрессоренной тележки и кузова вагона.

Устройство включает излучатели 1, 2, 3, которые крепятся на подрессоренной тележке - 4 и приемники 5, 6, 7 которые крепятся на днище кузова вагона - 8. Соответствующие приемники и излучатели (1-5,2-6, 3-7) располагаются так, что бы проекции визирных осей оптических каналов пересекались в геометрическом центре подрессоренной тележки.

Устройство работает следующим образом: первоначально, происходит выставка системы на ровном (эталонном) участке дороги, излучатели (например, лазерные диоды) направляются на соответствующие приемники (используются, к примеру, КМОП-матрицы) и проекции визирных осей оптических каналов пересекаются на подрессоренную тележку пересекаются в одной точке. При этом, приемник фиксирует излучение и его изображение должно находиться в центре поля КМОП-матрицы. В процессе движения взаимное положение вагона и подрессоренной тележки изменяется и изменяются все шесть координат характеризующие положение подрессоренной тележки в пространстве. В соответствии с этим изменяется позиция отклика излучателя на КМОП матрице. Приемник (КМОП-матрица) фиксирует изображение отклика и вычисляется центр тяжести светового пятна. По величине смещения центра тяжести светового пятна от первоначального положения можно судить о линейном смещении и угловом положении подрессоренной тележки и кузова вагона друг относительно друга.

В железнодорожном хозяйстве предлагаемое устройство может быть использовано для определения взаимного положения подрессоренной тележки и вагона.

Выходные данные приемного канала направляют в устройство хранения информации или устройство обработки, которое впоследствии выдает информацию о линейных смещениях и угловом положении плоскостей. Предлагаемое устройство позволяет производить запись и хранение выходных сигналов. Это дает возможность осуществлять постобработку измерений.

Предложенное устройство не содержит каких-либо механических связей между контролируемыми поверхностями, что позволяет однозначно разделить шесть пространственных характеристик и выполнить измерения в условиях повышенных вибраций и ударов.

Описание предложенного устройства доказывает возможность достижения технического результата - упрощение конструкции за счет использования исключительно оптического метода измерений, без применения подвижных механических частей (систем тросов и блоков, емкостных датчиков для измерения линейных перемещений) и тем самым позволяет повысить вибро и ударо устойчивость измерительной системы.

Оптическая система для измерения взаимного положения подрессоренной тележки и кузова вагона в процессе движения, содержащая оптические каналы: три приемника, которые расположены на днище кузова вагона, и три излучателя, расположенные на подрессоренной тележке, отличающаяся тем, что оптические каналы расположены таким образом, что проекции их оптических осей на подрессоренную тележку пересекаются в одной точке, расположенной в ее центре.