Устройство для определения положения рельсовых скреплений
Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, к устройствам для определения положения рельсовых скреплений, упорок, рельсовых накладок, крестовин. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для определения положения рельсовых скреплений содержит блок обработки данных, два идентичных измерительных канала, каждый из которых соответственно включает в себя автогенератор, первичный вихретоковый преобразователь, размещенный над соответствующей рельсовой плетью вдоль оси рельса и по наугольнику друг относительно друга и включающий в себя обмотку возбуждения и две измерительные обмотки, каждая из которых выполнена в виде пары последовательно-встречно включенных одинаковых обмоток, при этом каждая из измерительных обмоток соединена с последовательно включенными между собой соответствующими блоком согласования, смесителем, операционным усилителем, при этом один из выходов автогенератора соответствующего измерительного канала подключен к обмотке возбуждения соответствующего первичного вихретокового преобразователя, а другой выход автогенератора соответствующего измерительного канала связан с одними входами соответствующих смесителей, другие входы которых соединены с выходами соответствующих блоков согласования каждого из измерительных каналов, а выходы операционных усилителей обоих измерительных каналов связаны с соответствующими входами блока обработки данных, выход последнего является выходом устройства.
Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, к устройствам определения положения рельсовых скреплений, упорок, рельсовых накладок, крестовин и может быть использована в компьютеризированных путеизмерительных вагонах-лабораториях.
Известно устройство для технической диагностики рельсового пути (патент №2066646, МКИ 6: В 61 К 9/08, Е 01 В 35/00, 35/04, опубликов. в бюл №26, 1996 г.), содержащее генератор высокой частоты, коммутатор, вихретоковый преобразователь, четыре амплитудных детектора, четыре компенсатора, три сумматора, шесть вычислителей, биполярный детектор, семь масштабных усилителей, двухканальный пиковый детектор, компаратор, формирователь импульса обнуления и два блока памяти, при этом преобразователь состоит из двух пар катушек индуктивности, размещенных в параллельных плоскостях и выполненных в форме вытянуто-прямоугольной намотки, причем катушки каждой пары сомкнуты между собой по одному из длинных оснований, образующих продольные оси пар, а пары расположены симметрично-ортогонально и совмещены центрами по вертикальной оси симметрии преобразователя, выходы второго, четвертого, пятого и седьмого усилителей, третьего сумматора и шестого вычитателя являются информационными выходами устройства. Все указанные блоки соответственно связаны друг с другом. Данное устройство принято за прототип.
При всех достоинствах известного устройства следует отметить отсутствие у него возможности определения рельсовых скреплений, что не позволяет определить положение дефектов рельсового пути с тонностью до половины расстояния между шпалами.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание данной полезной модели, является расширение функциональных возможностей устройства, получение достоверной информации о наличии и состоянии рельсовых скреплений, а также других элементов пути, таких как упорок, рельсовых стыковых накладок, крестовин, отходящих рельсов в стрелочных переводах, а также о наличии шпал, подсчет которых позволяет определить положение того или иного дефекта рельсового пути, обнаруженного компьютеризированным вагоном-путеизмерителем с точностью до половины расстояния между шпалами.
Поставленный технический результат достигается тем, что устройство для определения положения рельсовых скреплений, содержащее автогенератор, первичный вихретоковый преобразователь, включает в себя блок обработки данных, два идентичных измерительных канала, каждый из которых соответственно включает в себя автогенератор, первичный вихретоковый преобразователь, размещенный над соответствующей рельсовой плетью вдоль оси рельса и по наугольнику относительно другого идентичного преобразователя аналогично установленного над другой рельсовой плетью и включающий в себя обмотку возбуждения и две измерительные обмотки, каждая из которых выполнена в виде пары последовательно-всречно включенных одинаковых обмоток, при этом каждая из измерительных обмоток соединена с последовательно включенными между собой соответствующими блоком согласования, смесителем, операционным усилителем, при этом один из выходов автогенератора соответствующего измерительного канала подключен к обмотке возбуждения соответствующего первичного вихретокового преобразователя, а другой выход автогенератора соответствующего измерительного канала связан с одними входами соответствующих смесителей, другие входы которых соединены с выходами соответствующих блоков согласования каждого из измерительных каналов, а выходы операционных усилителей обоих измерительных каналов связаны с соответствующими
входами блока обработки данных, выход последнего является выходом устройства.
При этом обмотка возбуждения соответствующего вихретокового преобразователя, состоящая их двух последовательно включенных витков прямоугольной формы, расположена в тени колеса измерительной тележки вагона-путеизмерителя над рельсом соответствующей нити на установочной высоте «а» относительно головки рельса и в плоскости, направленной вдоль рельсовой нити и ортогональной плоскости, проходящей через вершины головок рельсов железнодорожной колеи. При этом один из витков обмотки возбуждения расположен над рельсом соответствующей нити со смещением внутрь колеи относительно продольной оси этой нити, а другой виток обмотки возбуждения установлен над той же рельсовой нитью со смещением к внешней стороне рельса относительно его продольной оси.
Две измерительные обмотки соответствующего вихретокового преобразователя, каждая из которых составлена из пары встречно-последовательно включенных одинаковых катушек, размещены в плоскости витков обмотки возбуждения, при этом каждая из пар, образующих соответствующую измерительную обмотку, расположена с внешней стороны плоскости соответствующего прямоугольного витка обмотки возбуждения вдоль его стороны, обращенной к головке рельса и со смещением продольной оси симметрии измерительной обмотки к той же стороне витка обмотки возбуждения, обращенной к головке рельса.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для определения положения рельсовых скреплений;
На фиг.2 представлено расположение обмотки возбуждения соответствующего вихретокового преобразователя 4 или 5 (фиг1) относительно рельса соответствующей рельсовой нити;
На фиг.3 показано размещение одного из идентичных вихретоковых преобразователей (4 или 5) над рельсом соответствующей рельсовой нити на установочной высоте «а»;
На фиг.4 показано размещение одного из идентичных вихретоковых преобразователей над рельсом соответствующей рельсовой нити на установочной высоте «а» в профиль;
На фиг.5 показано размещение вихретокового преобразователя, 4 или 5, относительно рельса в плане;
На фиг.6 показана топология выполнения одной из четырех идентичных измерительных обмоток, например 8, располагаемых во внешних плоскостях витков обмоток возбуждения вихретоковых преобразователей 4 и 5;
На фиг.7 показано взаимное расположение вихретоковых преобразователей 4 и 5 на соответствующих нитях железнодорожной колеи (преобразователи установлены по наугольнику);
На фиг.8 показана железнодорожная колея с дефектом одного из рельсовых скреплений, со стыковым зазором и установленной упоркой;
На фиг.9 представлены записи выходных сигналов операционного усилителя 23 (фиг.1), подключенного к каналу измерительной обмотки 11, установленной с внешней стороны рельсовой нити, над которой установлен вихретоковый преобразователь 5 (фиг.1);
На фиг.10 представлены записи выходных сигналов операционного усилителя 22 (фиг.1), подключенного к каналу измерительной обмотки 10, установленной с внутренней стороны рельсовой нити, над которой установлен вихретоковый преобразователь 4 фиг.1.
Устройство для определения положения рельсовых скреплений содержит блок обработки данных 1 (фиг.1), два идентичных измерительных канала «х» и «у», каждый из которых соответственно включает в себя автогенератор 2 и 3, первичный вихретоковый преобразователь 4 и 5. При этом каждый из первичных вихретоковых преобразователей 4 и 5 соответствующего измерительного канала «х» и «у» содержит обмотку возбуждения соответственно 6 и 7 и две измерительные обмотки 8, 9 первичного вихретокового преобразователя 4 измерительного канала «х» и
измерительные обмотки 10, 11 первичного вихретокового преобразователя 5 измерительного канала «у».
Каждая из измерительных обмоток 8, 9 вихретокового преобразователя 4 канала «х» измерительных обмоток 10 и 11 вихретокового преобразователя 5 канала «у» соответственно соединены с входами соответствующих блоков согласования 12 и 13 канала «х» и блоков согласования 14 и 15 канала «у».
Блоки согласования 12 и 13 канала «х» и блоки согласования 14 и 15 канала «у» последовательно соединены с одними выходами соответствующих смесителей 16 и 17 канала «х» и 18 и 19 канала «у», которые своими выходами соответственно соединены с входами соответствующих операционных усилителей 20 и 21 канала «х» и 22 и 23 канал «у».
Выходы операционных усилителей 20, 21, 22 и 23 связаны с соответствующими входами блока обработки данных 1, выход последнего является выходом устройства.
Один выход каждого из автогенераторов 2 и 3 соответствующих каналов «х» и «у» подключен к каждой из обмоток возбуждения б и 7 соответствующих вихретоковых преобразователей 4 и 5 соответствующих измерительных каналов «х» и «у». При этом другой выход каждого автогенератора 2 и 3 соответствующего измерительного канала «х» и «у» соединен с другими входами соответствующих смесителей 16, 17 канала «х» и смесителей 18, 19 канала «у».
Каждая обмотка возбуждения 6 и 7 (фиг.2) соответствующих первичных вихретоковых преобразователей 4 и 5 (фиг.1) каналов «х» и «у» соответственно состоит из двух последовательно включенных витков прямоугольной формы и размещена в тени колеса измерительной тележки вагона-путеизмерителя и в плоскости, направленной вдоль рельсовой нити и ортогонально плоскости, проходящей через головки рельсовой колеи (фиг.2, 3, 4, 5). При этом один из витков каждой из обмоток возбуждения 6 и 7 соответственно расположен над рельсом соответствующей нити и смещен
внутрь колеи относительно продольной оси соответствующего рельса, а другой ее виток также расположен над тем же рельсом и той же соответствующей нитью со смещением к внешней стороне того же рельса относительно его продольной оси (фиг.2, 3, 4, 5).
Каждая из измерительных обмоток 8, 9 и 10, 11 (фиг.1) соответствующих первичных вихретоковых преобразователей 4 и 5 соответствующих каналов «х» и «у» представляет собой пару последовательно- встречно включенных одинаковых обмоток, выполненных, например, на фольгированном материале, например стеклотекстолите, фотолитографическим способом.
Обмотки возбуждения 6 и 7 соответствующих первичных вихретоковых преобразователей 4 и 5 каналов «х» и «у» соответственно выполнены из токопроводящей шины, к торцевым сторонам которых прикреплены текстолитовые пластины, на которых размещены соответствующие измерительные обмотки. При этом последовательно-встречно включенные пары обмоток расположены в плоскости соответствующего витка обмотки возбуждения вдоль его стороны, обращенной к головке рельса и смещением профильной оси симметрии измерительной обмотки к той же стороне витка обмотки возбуждения, обращенной к головке рельса.
Работает устройство следующим образом.
Каждый из автогенераторов 2, 3 (фиг.1) питает обмотки возбуждения 6, 7 первичных вихретоковых преобразователей 4, 5 током высокой частоты (порядка 150-200 кГц). Под действием этого тока вокруг обмоток возбуждения 6 и 7 возникает электромагнитное поле, обуславливающее вихретоковый эффект в металлических элементах конструкции соответствующей железнодорожной нити. В результате взаимодействия указанных электромагнитных полей на выходах измерительных обмоток 8, 9, 10, 11 первичного вихретокового преобразователя наводятся э.д.с. той же частоты. Поскольку каждая из измерительных обмоток 8, 9, 10, 11 представляет собой пару встречно включенных обмоток, то величина сигнала
на выходах измерительных обмоток 8, 9, 10, 11 определяется степенью несимметрии расположения металлических элементов конструкции железнодорожной нити относительно пар обмоток, составляющих измерительные обмотки соответственно 8, 9, 10, 11 первичного вихретокового преобразователя 4 и 5. Устройство для определения положения рельсовых скреплений устанавливается первоначально так, чтобы витки обмоток возбуждения 6 и 7 (фиг.1) располагались симметрично относительно рельса соответствующей нити (фиг.2, 3, 5). При этом плоскость, проходящая через вершины головок рельсов колеи, должна быть параллельной плоскости, проходящей через нижние поверхности витков обмоток возбуждения 6 и 7 и на расстоянии «а» от плоскости, проходящей через вершины головок рельсов железнодорожной колеи. Аналогично устанавливается идентичный вихретоковый преобразователь над другой рельсовой нитью, входящей в контролируемую железнодорожную колею. Эти идентичные вихретоковые преобразователи 4 и 5 устанавливаются по наугольнику друг относительно друга, т.е. плоскость, проходящая через торцы преобразователей 4 и 5, установленных на соответствующих нитях, проходит по нормали к боковым сторонам рельсов, образующих рельсовую колею (фиг.7, 8). Настройка вихретоковых преобразователей 4 и 5 (фиг.1) осуществляется таким образом, что нулевые значения выходных сигналов операционных усилителей 20, 21, 22, 23 (фиг.1) должны соответствовать симметричному положению рельсовых скреплений относительно катушечных пар, образующих измерительные обмотки 8, 9, 10, 11 (фиг.1), т.е. вихретоковые преобразователи 4 и 5, расположенные над соответствующими рельсовыми нитями, должны занимать положения, указанные на фиг.8. Практически это осуществить достаточно трудно, поэтому для настройки используется специальное приспособление, позволяющее создать условия симметрии внешней среды относительно измерительных катушек вихретоковых преобразователей 4 и 5, расположенных над соответствующими рельсовыми нитями. В процессе
движения вагона-путеизмерителя с устройством для определения положения рельсовых скреплений вдоль железнодорожной колеи происходят последовательные изменения картины электромагнитного поля из-за наличия рельсовых скреплений, и в результате при прохождении каждой шпалы с рельсовым скреплением на соответствующих выходах операционных усилителей 20, 21, 22, 23 (фиг.1) вырабатываются двуполярные сигналы, формы которых показаны на фиг.9 и фиг.10. Анализ записей (фиг.9, 10) позволяет заключить, что форма и амплитудно-временные соотношения выходных сигналов операционных усилителей 20, 21, 22, 23 (фиг.1), подаваемых на вход блока обработки данных 1 (фиг.1), позволяют определить наличие рельсовых скреплений 24 (фиг.8), количество пройденных шпал 25 (фиг.8), а также идентифицировать место положения стыковых зазоров 26 (фиг.8) и упорок 27 (фиг.8). Кроме этого оказывается возможным идентифицировать положение крестовин, начала и окончания стрелочных переводов, косоугольных пересечений, формы выходных сигналов для которых здесь не приводятся.
1. Устройство для определения положения рельсовых скреплений, содержащее автогенератор, первичный вихретоковый преобразователь, отличающееся тем, что включает в себя блок обработки данных, два идентичных измерительных канала, каждый из которых соответственно включает в себя автогенератор, первичный вихретоковый преобразователь, размещенной над соответствующей рельсовой плетью вдоль оси рельса и по наугольнику друг относительно друга и включающий в себя обмотку возбуждения и две измерительные обмотки, каждая из которых выполнена в виде пары последовательно-встречно включенных одинаковых обмоток, при этом каждая из измерительных обмоток соединена с последовательно включенными между собой соответствующими блоком согласования, смесителем, операционным усилителем, при этом один из выходов автогенератора соответствующего измерительного канала подключен к обмотке возбуждения соответствующего первичного вихретокового преобразователя, а другой выход автогенератора соответствующего измерительного канала связан с одними входами соответствующих смесителей, другие входы которых соединены с выходами соответствующих блоков согласования каждого из измерительных каналов, а выходы операционных усилителей обоих измерительных каналов связаны с соответствующими входами блока обработки данных, выход последнего является выходом устройства.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что обмотка возбуждения соответствующего вихретокового преобразователя, состоящая из последовательно включенных двух витков прямоугольной формы, размещена в тени колеса измерительной тележки вагона-путеизмерителя и в плоскости, направленной вдоль рельсовой нити и ортогональной плоскости, проходящей через головки рельсов железнодорожной колеи, при этом один из витков обмотки возбуждения расположен над рельсом соответствующей нити на установленной высоте «а» и смещен внутрь колеи относительно продольной оси соответствующего рельса, а другой ее виток также расположен над тем же рельсом и на той же установочной высоте «а», со смещением к внешней стороне того же рельса относительно его продольной оси.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительные обмотки соответствующего вихретокового преобразователя размещены в плоскости витков обмотки возбуждения, при этом каждая из встречно включенных пар расположена с внешней стороны плоскости соответствующего прямоугольного витка обмотки возбуждения, вдоль его стороны, обращенной к головке рельса и со смещением продольной оси симметрии измерительной обмотки к той же стороне витка обмотки возбуждения, обращенной к головке рельса.
