Устройство для измерения геометрических параметров железнодорожных рельсов
Устройство относится к технике железнодорожного транспорта может быть применено на рельсосварочных и металлургических предприятиях. Сущность предложения заключается в том, что в устройство, включающее рельсовую тележку, в состав которой входят рама со складывающейся ручкой оператора, на которой установлены колеса, узлы прижатия колес, соединенные с блоком предварительной обработки сигналов датчики, в том числе, датчик одометра, вторичный источник питания с электрическим соединителем для подключения к сети электрического тока, который, в свою очередь, подключен к аккумулятору, введена носимая ЭВМ, датчики выполнены в виде датчиков дальности до рельса, колеса установлены у концов рамы так, что оси их ортогональны, первая измерительная ось расположена в первой статически определимой плоскости, проходящей через точки контакта колес с поверхностью катания рельса, и параллельна второй измерительной оси, проходящей через точки контакта других колес с боковой поверхностью головки рельса, которая расположена во второй плоскости, параллельной первой статически определимой плоскости, первый, второй, третий датчики дальности до рельса установлены вдоль первой измерительной оси, четвертый и пятый, шестой и седьмой датчики дальности до рельса симметрично попарно смещены относительно нее, восьмой и девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый датчики дальности до рельса расположены во второй воображаемой плоскости и симметрично попарно смещены относительно друг друга и первой измерительной оси, причем, девятый, десятый, двенадцатый датчики дальности до рельса расположены вдоль второй измерительной оси, узлы прижатия колес выполнены в виде магнитов, а носимая ЭВМ подключена к блоку предварительной обработки сигналов. 1 п.ф., 3 илл.
Устройство относится к технике железнодорожного транспорта и предназначено для измерения геометрических параметров железнодорожных рельсов, например, на рельсосварочных и металлургических предприятиях.
Известны устройства для контроля состояния геометрических параметров железнодорожных рельсов. К ним относятся специальный крупногабаритный стационарный стенд, линейки стальные жесткой конструкции длиной до 3 м, шаблоны, щупы, концевые меры и т.п. (см. "Инструкции по проведению измерений для оценки прямолинейности рельсов в состоянии поставки и сварных стыков рельсов, по оценке свариваемости рельсов для испытаний в условиях высокоскоростного движения на участке С-Петербург - Москва". ВНИИЖТ, 2005 г.)
Главными недостатками этих измерительных устройств являются громоздкость, высокая трудоемкость контроля, низкие производительность труда и достоверность результатов, необходимость персонала высокой квалификации.
Известно устройство для контроля состояния рельсового пути, включающее рельсовую тележку, в состав которой входят рама со складывающейся ручкой оператора, на которой установлены колеса, узлы прижатия колес, соединенные с блоком предварительной обработки сигналов датчики, в том числе, датчик одометра, вторичный источник питания с электрическим соединителем для подключения к сети электрического тока, который, в свою очередь, подключен к аккумулятору, содержащее аккумуляторную батарею, вторичный источник питания с электрическим соединителем для подключения к сети электрического тока, датчик одометра, датчик ширины рельсовой колеи, датчик уровня рельсовых нитей, узел прижатия датчика ширины рельсовой колеи и блок обработки сигналов упомянутых датчиков. Обработка и вывод на печать данных измерений производится с использованием стационарного компьютера и специальной программы (Путевые машины. Труды 1-й научно-практической конференции Министерства путей сообщения РФ, Департамент пути и сооружений, ГУП Калужский завод "Ремпутьмаш". - Калуга: Из-во АКФ "Политоп", 2002, стр.181). Известное устройство принято за прототип.
При всех достоинствах известного устройства следует отметить его главные недостатки - невозможность использовать его для измерения геометрических параметров железнодорожных рельсов, например, на рельсосварочных и металлургических предприятиях, и низкая оперативность контроля.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание предлагаемого устройства, являются автоматизация измерения геометрических параметров железнодорожных рельсов со всеми присущими этому методу достоинствами, например, на рельсосварочных и металлургических и предприятиях, и высокая оперативность контроля.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения геометрических параметров железнодорожных рельсов, включающее рельсовую тележку, в состав которой входят рама со складывающейся ручкой оператора, на которой установлены колеса, узлы прижатия колес, соединенные с блоком предварительной обработки сигналов датчики, в том числе, датчик одометра, вторичный источник питания с электрическим соединителем для подключения к сети электрического тока, который, в свою очередь, подключен к аккумулятору, - введена носимая ЭВМ, датчики выполнены в виде датчиков дальности до рельса, колеса установлены у концов рамы так, что оси их ортогональны, первая измерительная ось расположена в первой статически определимой плоскости, проходящей через точки контакта колес с поверхностью катания рельса, и параллельна второй измерительной оси, проходящей через точки контакта других колес с боковой поверхностью головки рельса, которая расположена во второй плоскости, параллельной первой статически определимой плоскости, первый, второй, третий датчики дальности до рельса установлены вдоль первой измерительной оси, четвертый и пятый, шестой и седьмой датчики дальности до рельса симметрично попарно смещены относительно нее, восьмой и девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый датчики дальности до рельса расположены во второй воображаемой плоскости и симметрично попарно смещены относительно друг друга и первой измерительной оси, причем, девятый, десятый, двенадцатый датчики дальности до рельса расположены вдоль второй измерительной оси, узлы прижатия колес выполнены в виде магнитов, а носимая ЭВМ подключена к блоку предварительной обработки сигналов.
На фиг.1 представлена конструктивная схема устройства (вид снизу), на фиг.2 - его структурная электрическая схема, а на фиг.3 - фотография макетного образца его.
С целью упрощения восприятия графики фиг.1 ряд конструктивных элементов устройства, не имеющие принципиального значения (узлы крепления, кронштейны, ручка оператора и т.п.), условно не показаны.
Устройство состоит (фиг.1) из рельсовой тележки (РТ) 1 и соединенной с ней носимой ЭВМ 2.
Основой РТ 1 является рама 3, на которой установлено необходимое оборудование и ручка оператора (расположена на верхней стороне рамы 3).
На концах рамы 3 установлены колеса 4...8.
Колеса 4, 5, 7 обеспечивают движение РТ 1 по поверхности катания рельса, а колеса 6, 8 - по боковой поверхности головки рельса, причем, их оси ортогональны (перпендикулярны). Через точки контакта колес 4, 5, 7 с рельсом можно провести статически определимые первую плоскость и на ней первую измерительную ось, которая, например, симметрична относительно колес 4, 5 и проходит через колесо 7 (пунктир). Эта ось принадлежит плоскости симметрии рельса. Через точки контакта колес 6, 8 с боковой поверхностью головки рельса проведена вторая измерительная ось (пунктир), которая принадлежит второй плоскости, параллельной первой. Указанные плоскости и оси являются воображаемыми и введены для обеспечения установки других элементов РТ 1.
Для однозначного позиционирования (самоустановки) РТ 1 относительно рельса в непосредственной близости от ходовых колес установлены магниты 9...12, притягивающие РТ 1 к рельсу.
РТ 1 оснащена датчиками дальности до рельса (ДДР) 13...24 и колесным датчиком одометра 25, измерительное колесо которого к рельсу прижимает магнит 26. Все датчики соединены (условно не показано) с блоком предварительной обработки сигналов (БОС) 27, который, в свою очередь, соединен с носимой ЭВМ 2.
ДДР 13 и 15, 22 и 24 обеспечивают измерение ширины головки рельса и поэтому разнесены попарно относительно рельса; ДДР 14, 18, 23 - вертикальных стрел изгиба рельса; ДДР 16 и 17, 20 и 21 - углов скручивания рельса по поверхности его катания и поэтому установлены попарно симметрично относительно первой измерительной оси; ДДР 15, 19, 24 - горизонтальных стрел изгиба. Все ДДР установлены на заданных расстояниях друг от друга.
Первый, второй и третий датчики дальности до рельса (соответственно ДДР 14, 18, 23) установлены на первой измерительной оси. Четвертый и пятый, шестой и седьмой датчики дальности до рельса (соответственно ДДР 16, 17, 20, 21) установлены симметрично относительно нее.
Восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый датчики дальности до рельса (соответственно ДДР 13, 15, 19, 22, 24) установлены во второй воображаемой плоскости, причем, ДДР 15, 19, 24 - вдоль второй измерительной оси.
Для исключения краевых неизмеренных участков железнодорожных рельсов все ДДР (кроме 18, 19) расположены на концах рамы.
БОС 27, вторичный источник питания (ВИП) 28 с установленным на нем электрическим соединителем 30 и аккумулятор 29 расположены на верхней части рамы (на фиг.1 условно смещены с мест установок). Электрические цепи РТ 1 условно не показаны.
Структурную электрическую схему (фиг.2) образуют ДДР 13...24, датчик одометра 25, БОС 27, к которому подключены все датчики (13...25) и носимая ЭВМ 2. ВИП 28 соединен с БОС 27 и аккумулятором 29. ВИП 28 оснащен электрически соединителем 30.
На фиг.3 изображена фотография макетного образца устройства, позволяющего представить его реальную конструкцию и принцип действия. Макетный образец предназначен для отработки конструкции реального устройства, поэтому на фиг.3 отсутствуют ряд элементов реального устройства, в частности, БОС 27, ВИП 28, аккумулятор 29 и т.д., которые расположены вне его.
Устройство для измерения геометрических параметров рельсов работает следующим образом.
Оператор устанавливает, например, в начале рельса РТ 1, обеспечивая ее начальное позиционирование, и включает электропитание, в том числе, носимой ЭВМ 2. Перемещая РТ 1 по рельсу с помощью ручки, оператор выполняет автоматическое измерение и контроль параметров рельса (фиг.1, фиг.3).
В этом процессе первый, второй и третий датчики дальности до рельса (соответственно ДДР 14, 18, 23); девятый, десятый и двенадцатый датчики дальности до рельса (соответственно ДДР 15, 19, 24) обеспечивают измерения отклонений рельса в вертикальной и горизонтальной плоскостях соответственно. Восьмой и девятый датчики дальности до рельса (соответственно ДДР 13 и 15), одиннадцатый и двенадцатый датчики дальности до рельса (соответственно ДДР 22 и 24) обеспечивают измерение ширины головки рельса. Четвертый и пятый датчики дальности до рельса (соответственно ДДР 16 и 17), шестой и седьмой датчики дальности до рельса (соответственно ДДР 20 и 21) обеспечивают измерение скручивания рельса по поверхности катания его головки. Датчик одометра 25 обеспечивает измерение текущего значения длины рельса. БОС 27, обрабатывая данные датчиков 13...25 (фиг.2), выдает "привязанную" к текущей длине рельса первичную информацию в носимую ЭВМ 2, которая, в свою очередь, выполняет окончательную обработку информации, ее хранение, индикацию и вывод, например, в стационарную ЭВМ.
Электропитание устройства осуществляется (фиг.2) через ВИП 28 от аккумулятора 29 или от сети электрического тока через электрический соединитель 30. ВИП 28 также обеспечивает и зарядку аккумулятора 29 от сети электрического тока.
Устройство осуществляет измерение и индикацию всех параметров в реальном времени, что значительно повышает оперативность контроля и производительность труда.
Проведя анализ уровня техники по научно-техническим источникам информации, заявитель не обнаружил аналог с признаками, идентичными существенным признакам заявляемой полезной модели.
Выбранный прототип устройства позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель "Устройство для измерения геометрических параметров железнодорожных рельсов" соответствует критерию новизны.
Критерий промышленной применимости заявляемого устройства подтверждается его потенциальной эффективностью при контроле геометрических параметров железнодорожных рельсов, например, на рельсосварочных и металлургических предприятиях, подтвержденных испытаниями его макетного образца в условиях, близких к реальным.
Устройство для измерения геометрических параметров железнодорожных рельсов, включающее рельсовую тележку, в состав которой входят рама со складывающейся ручкой оператора, на которой установлены колеса, узлы прижатия колес, соединенные с блоком предварительной обработки сигналов датчики, в том числе, датчик одометра, вторичный источник питания с электрическим соединителем для подключения к сети электрического тока, который, в свою очередь, подключен к аккумулятору, отличающееся тем, что в него введена носимая ЭВМ, датчики выполнены в виде датчиков дальности до рельса, колеса установлены у концов рамы так, что оси их ортогональны, при этом первый, второй, третий датчики дальности до рельса установлены вдоль первой измерительной оси, расположенной на первой плоскости, проходящей через точки контакта колес с поверхностью катания рельса и симметрично относительно них, четвертый и пятый шестой и седьмой датчики дальности до рельса симметрично попарно смещены относительно указанной первой измерительной оси, восьмой и девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый датчики дальности до рельса расположены во второй плоскости, параллельной первой плоскости, и проходящей через точки контакта других колес с боковой поверхностью головки рельса, и симметрично попарно смещены относительно друг друга и первой измерительной оси, причем девятый, десятый, двенадцатый датчики дальности до рельса расположены вдоль измерительной оси, узлы прижатия колес выполнены в виде магнитов, а носимая ЭВМ подключена к блоку предварительной обработки сигналов.
