RU2066283C1 - Device for measuring rail track curvature radius - Google Patents

Abstract

FIELD: railway transport; movable test laboratories and control systems. SUBSTANCE: device has series-connected reference voltage generator, track curvature pickup made in form of accelerometer, subtracter and recorder and speed meter, angular velocity pickup and integrator. EFFECT: higher speed response in measuring radius of track curvature. 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам измерения радиуса кривой поворота рельсового пути в плане и может быть использовано в передвижных контрольно-измерительных лабораториях железнодорожного и другого транспорта и в его системах управления. The invention relates to devices for measuring the radius of the curve of the rotation of the rail track in the plan and can be used in mobile control laboratories of railway and other vehicles and in its control systems.

Известны устройства, реализующие способ определения радиуса кривой рельсового пути, содержащие скоростемер и датчик кривизны пути, выполненный в виде акселерометра, установленные на измерительной тележке (авт.свид, СССР N 1049605, 1983). Known devices that implement the method of determining the radius of the curve of the rail track, containing a speed meter and a curvature sensor, made in the form of an accelerometer mounted on a measuring trolley (autosvid, USSR N 1049605, 1983).

Известные устройства имеют недостаточные точность и достоверность определения радиуса кривой и низкую производительность контроля, поскольку измерительной тележке необходимо двукратно перемещаться по одному и тому же контролируемому участку пути. Неудовлетворительные точность и достоверность контроля обусловлены тем, что при переменном радиусе кривой рельсового пути, а это практически всегда имеет место, не представляется возможным совместить показания датчика кривизны пути и скоростемера в одних и тех же точках дискретных участков пути при первом и втором перемещениях измерительной тележки с разными скоростями, а следовательно, устранить влияние на результат измерения гравитационной составляющей ускорения, действующего вертикально в поперечном сечении рельсового пути при наклонах или покачиваниях тележки в плоскости этого сечения. Нужна постоянно строгая привязка к местности и необходимость применения фильтра нижних частот, который также вносит дополнительную погрешность. Поэтому известные устройства не нашли широкого применения в технике. Known devices have insufficient accuracy and reliability of determining the radius of the curve and low productivity of the control, since the measuring trolley must be moved twice on the same controlled section of the track. Poor accuracy and reliability of control are due to the fact that with a variable radius of the rail track curve, and this almost always takes place, it is not possible to combine the readings of the track curvature sensor and the speed meter at the same points of discrete track sections during the first and second movements of the measuring trolley with different speeds, and therefore, eliminate the influence on the measurement result of the gravitational component of the acceleration acting vertically in the cross section of the rail track at Pull carts or rocking in this sectional plane. We need a constantly strict reference to the terrain and the need to use a low-pass filter, which also introduces an additional error. Therefore, the known devices have not found wide application in technology.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения радиуса кривой рельсового пути, содержащее генератор опорного напряжения, два датчика кривизны пути, установленные на передней и задней тележках вагона, вычитатель и регистратор (авт.свид. СССР N 632605, 1978). The closest technical solution to the proposed one is a device for measuring the radius of the curve of the rail track, containing a reference voltage generator, two track curvature sensors mounted on the front and rear bogies of the car, a subtractor and a recorder (autoswitch USSR No. 632605, 1978).

Точность и достоверность контроля этого устройства удовлетворительны лишь тогда, когда величина радиуса кривой поворота пути постоянна, что на практике встречается редко. При неравномерности кривой поворота пути тележки вагона будут поворачиваться относительно кузова вагона несинхронно и на разный угол вследствие значительного расстояния между тележками, а следовательно, помехи с обоих датчиков будут разными не только по величине, но иногда и по знаку, при вычитании которых не будет достигнута полная компенсация помехи (в том числе и гравитационной составляющей полного ускорения), а в худшем случае она удвоится при разных ее знаках. The accuracy and reliability of the control of this device is satisfactory only when the radius of the curve turning the path is constant, which is rare in practice. If the rotation curve is uneven, the wagon trolleys will turn relative to the wagon body asynchronously and at different angles due to the significant distance between the trolleys, and therefore, the interference from both sensors will be different not only in magnitude, but sometimes in sign, when subtracting which will not achieve full compensation for interference (including the gravitational component of full acceleration), and in the worst case, it will double with different signs.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство, содержащее последовательно соединенные генератор опорного напряжения, датчик кривизны пути, выполненный в виде акселерометра, вычитатель и регистратор, а также скоростемер, введены датчик угловой скорости и интегратор, при этом выход датчика угловой скорости связан через интегратор с вторым входом вычитателя, а выход скоростемера подключен к другому входу регистратора. The essence of the invention lies in the fact that in the device containing a series-connected reference voltage generator, a path curvature sensor, made in the form of an accelerometer, a subtractor and a registrar, as well as a speed meter, an angular velocity sensor and an integrator are introduced, while the output of the angular velocity sensor is connected through an integrator with the second input of the subtractor, and the output of the speed meter is connected to another input of the recorder.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является обеспечение безопасности движения железнодорожного транспорта на криволинейных участках пути за счет точной и достоверной информации о радиусе кривой поворота пути, получаемой путем оснащения устройства новыми блоками, позволяющими сначала измерить гравитационную составляющую ускорения и полное ускорение (сумма тангенциальной и гравитационной составляющих), а затем вычесть величину гравитационной составляющей ускорения из полного ускорения. The technical result of the proposed technical solution is to ensure the safety of railway traffic on curved sections of the track due to accurate and reliable information about the radius of the curve of the turn of the track, obtained by equipping the device with new units that first allow you to measure the gravitational component of acceleration and total acceleration (the sum of the tangential and gravitational components) and then subtract the magnitude of the gravitational component of the acceleration from full acceleration.

На чертеже приведена структурная схема устройства. The drawing shows a structural diagram of the device.

Устройство содержит размещенные в салоне вагона-путеизмерителя генератор 1 опорного напряжения, датчик 2 кривизны пути, выполненный в виде акселерометра, датчик 3 угловой скорости, интегратор 4, вычитатель 5, регистратор 6 и скоростемер 7. Датчик 2 кривизны пути, к входу которого подключен генератор 1 опорного напряжения, связан с первым входом вычитателя 5, а датчик 3 угловой скорости связан через интегратор 4 с вторым входом вычитателя 5, причем выход вычитателя 5 соединен с одним из входов регистратора 6, а скоростемер 7 с другим входом регистратора 6. The device comprises a reference voltage generator 1, a path curvature sensor 2 made in the form of an accelerometer, an angular velocity sensor 3, an integrator 4, a subtractor 5, a recorder 6 and a speed meter 7. A path curvature sensor 2, to the input of which a generator is connected, located in the cabin of the tracker car 1 of the reference voltage is connected to the first input of the subtractor 5, and the angular velocity sensor 3 is connected through an integrator 4 to the second input of the subtractor 5, and the output of the subtractor 5 is connected to one of the inputs of the recorder 6, and the speed meter 7 is connected to the other input of the register ora 6.

Датчик 2 кривизны пути предназначен для измерения полного ускорения (сумма тангенциальной и гравитационной составляющих), возникающего у движущегося по рельсам вагона на криволинейных участках рельсового пути и преобразования этого ускорения в электрическое напряжение. Датчик 2 собран на основе акселерометра и действует на принципе генерирования электрического сигнала при воздействии на датчик 2 ускорения. В общем случае акселерометр имеет ось чувствительности, однако на его показания влияют и поперечные ускорения, направленные перпендикулярно оси чувствительности. The curvature sensor 2 is designed to measure the total acceleration (the sum of the tangential and gravitational components) that occurs in a car moving along the rails in curved sections of the rail track and converts this acceleration into electrical voltage. Sensor 2 is assembled on the basis of an accelerometer and acts on the principle of generating an electrical signal when the acceleration sensor 2 is affected. In the general case, the accelerometer has an axis of sensitivity, however, its readings are also affected by lateral accelerations directed perpendicular to the axis of sensitivity.

Датчик 3 угловой скорости предназначен для измерения угловой скорости движущегося по рельсам вагона при его наклонах или покачиваниях в поперечном сечении рельсового пути. The angular velocity sensor 3 is designed to measure the angular velocity of a car moving along the rails with its inclinations or swaying in the cross section of the rail track.

Интегратор 4 предназначен для преобразования угловой скорости, измеряемой датчиком 3, в угловое перемещение в форме электрического напряжения, аналогичного форме напряжения, вырабатываемой датчиком 2, что позволяет осуществлять операции вычитания и обработки сигналов с датчиков 2 и 3. The integrator 4 is designed to convert the angular velocity measured by the sensor 3 into angular displacement in the form of an electrical voltage similar to the voltage generated by the sensor 2, which allows the operation of subtracting and processing signals from sensors 2 and 3.

Регистратор 6 представляет собой, например, компьютер типа IВМ с монитором (на фиг. 8 не показано) и предназначен для вычисления величины радиуса кривой рельсового пути и видеоконтроля результата измерения на экране монитора. The registrar 6 is, for example, an IBM computer with a monitor (not shown in FIG. 8) and is designed to calculate the radius of the curve of the rail track and video control the measurement result on the monitor screen.

Скоростемер 7 выполнен, например, в виде тахогенератора, соединенного непосредственно или через механический редуктор с осью колесной пары вагона и в зависимости от скорости вращения колеса вырабатывает электрическое напряжение, прямо пропорциональное поступательной скорости движения колеса. The speedometer 7 is made, for example, in the form of a tachogenerator connected directly or through a mechanical gearbox to the axle of the car’s wheel pair and, depending on the speed of rotation of the wheel, generates an electric voltage directly proportional to the translational speed of the wheel.

Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасности движения железнодорожного транспорта на криволинейных участках рельсового пути, что достигается совокупностью введенных элементов и их электрическими связями, позволяющими повысить точность и достоверность измерения радиуса кривой поворота пути. The technical result of the invention is to ensure the safety of railway traffic on curved sections of the rail track, which is achieved by the combination of the introduced elements and their electrical connections, which can improve the accuracy and reliability of measuring the radius of the curve of the turn of the track.

Датчики 2 и 3 устанавливают в салоне вагона горизонтально и ориентируют чувствительными осями в поперечном сечении пути, т.е. перпендикулярно плоскости, проходящей вертикально вдоль рельсового пути. Sensors 2 and 3 are installed horizontally in the car compartment and are oriented with sensitive axes in the cross section of the path, i.e. perpendicular to a plane that runs vertically along the track.

При движении вагона по прямолинейному участку пути на датчик 2 не будут воздействовать никакие внешние силы, поэтому на его выходе будет уровень напряжения частотой, вырабатываемой генератором 1. When the car moves along a straight section of the track, no external forces will act on sensor 2, therefore, its output will have a voltage level with the frequency generated by generator 1.

При движении вагона по криволинейному участку пути на датчик 2 будут воздействовать силы, направленные как вдоль радиуса кривой пути, так и вертикально в плоскости поперечного сечения пути, если вагон подвержен наклонам или покачиваниям в этой плоскости независимо от того, прямой или кривой исследуемый участок пути. В этой связи на выходе датчика 2 будет формироваться сигнал в виде напряжения в аналоговой форме, пропорциональный тангенциальной составляющей ускорения a_тV²/R и гравитационной составляющей ускорения a_г= g•sinα,, т.е.When the car moves along a curved section of the track, the sensor 2 will be affected by forces directed both along the radius of the curve of the track and vertically in the plane of the cross section of the track, if the car is subject to inclinations or swaying in this plane, regardless of whether the track section under study is straight or curved. In this regard, at the output of sensor 2, a signal will be generated in the form of a voltage in an analog form proportional to the tangential acceleration component a _t V ² / R and the gravitational acceleration component a _g = g • sinα ,, i.e.

где a полное ускорение, действующее на вагон при его движении на криволинейных участках пути;
V скорость движения вагона;
R радиус кривой рельсового пути;
g ускорение свободного падения;
α угол поворота вагона в плоскости поперечного сечения пути.

where a is the full acceleration acting on the wagon during its movement on curved sections of the track;
V car speed;
R is the radius of the curve of the rail track;
g acceleration of gravity;
α the angle of rotation of the car in the plane of the cross section of the path.

При наклонах или покачиваниях движущегося вагона в плоскости поперечного сечения пути как на прямолинейных, так и на криволинейных участках пути сигнал на выходе датчика 3 будет меняться от своей начальной величины, соответствующей нулевому значению наклона, пропорционально величине угла a. When the carriage is tilted or swayed in the plane of the cross-section of the track in both straight and curved sections of the track, the signal at the output of the sensor 3 will change from its initial value, corresponding to the zero value of the slope, in proportion to the value of the angle a.

На выходе интегратора 4, связанного с выходом датчика 3, будет выделяться сигнал в виде напряжения в аналоговой форме пропорциональный гравитационной составляющей ускорения a_г
U₂~ a_г= g•sinα.
В вычитателе 5 напряжения U₁ и U₂ вычитаются, и на его выходе получаем напряжение U₃, зависящее только от величины тангенциальной составляющей ускорения a_т

Сигналы с выходов вычитателя 5 и скоростемера 7 подаются на входы регистратора 6, в котором осуществляется вычисление значения R из выражения (1). По знаку полярности величины R судят о правом или левом повороте пути.At the output of the integrator 4, associated with the output of the sensor 3, a signal in the form of a voltage in analog form proportional to the gravitational component of acceleration a _g
U ₂ ~ a _g = g • sinα.
In the subtractor 5, the voltages U ₁ and U ₂ are subtracted, and at its output we obtain the voltage U ₃ , which depends only on the value of the tangential component of the acceleration a _t

The signals from the outputs of the subtractor 5 and the speed meter 7 are fed to the inputs of the recorder 6, in which the value of R is calculated from the expression (1). By the sign of polarity, the values of R judge the right or left turn of the path.

Техническим результатом предложенного решения является обеспечение безопасности движения железнодорожного транспорта на криволинейных участках пути, достигаемой за счет измерения радиуса кривой рельсового пути с высокими быстродействием, точностью и достоверностью путем выделения тангенциальной составляющей ускорения из полного ускорения с последующим вычислением текущего значения радиуса кривой поворота пути. The technical result of the proposed solution is to ensure the safety of railway traffic on curved sections of the track, achieved by measuring the radius of the curve of the rail track with high speed, accuracy and reliability by extracting the tangential component of acceleration from full acceleration, followed by calculating the current value of the radius of the curve of the turn of the track.

Claims (1)

Устройство для измерения радиуса кривой рельсового пути, содержащее вагон-путеизмеритель, последовательно соединенные генератор опорного напряжения, датчик кривизны пути, выполненный в виде акселерометра, вычитатель, регистратор и скоростемер, отличающееся тем, что в него введены датчик угловой скорости и интегратор, при этом выход датчика угловой скорости через интегратор связан с соответствующим входом вычитателя, а выход скоростемера подключен к другому входу регистратора. A device for measuring the radius of the curve of the rail track, comprising a track gauge car, a reference voltage generator connected in series, an accelerometer, a path curvature sensor, a subtractor, a recorder and a speed meter, characterized in that an angular velocity sensor and an integrator are introduced into it, and the output the angular velocity sensor through the integrator is connected to the corresponding input of the subtractor, and the output of the speedometer is connected to another input of the recorder.