Введение к работе
з
Актуальность темы
Россия имеет самую протяжённую и разветвленную сеть железных дорог и мире. От исправного технического состояния пути зависят безопасность и бесперебойность движения составов, динамические наїрузки на их ходовые части. Исправление геометрических параметров железнодорожного полотна осуществляют путевые машины типа В ПО, ВИР, ДСП и др.
Важным элементом автоматической системы виправки пути, устанавливаемой на этих машинах, является иперцналышй измеритель перемещений (ИИЩ который определяет положение железнодорожного экипажа н системе координат, связанной с Землей, и замыкает цепь обратной связи системы. Внедрение ИИП - необходимый этап автоматизации технологического процесса выправки железнодорожного пути, поскольку позволяет свести к минимуму участие в нем технического персонала, а следовательно, снизить затраты времени, финансовых и материальных ресурсов на данном производстве. Необходимо отметить, что использование ИИП способствует повышению безопасности движения железнодорожного транспорта, обеспечивая непрерывный автоматический контроль состояния пути. До этого дорожный мастер осуществлял выборочный контроль с помощью путеизмерительного шаблона.
Вместе с тем, создание прибора, предназначенного для работы в составе систем автоматики железнодорожных машин, является сложной научно-технической задачей. Измерение перемещений осуществляется в условиях трёхкомпонентной вибрации с амплитудой ускорения (5-8)g на частотах до 33 Гц по каждой компоненте, создаваемой рабочими органами ремонтных железнодорожных машин, а чувствительность измерительного прибора должна составлять не менее 2,3 угловых минут.
Совершенствование систем автоматики железнодорожных машин и ограниченные финансовые возможности их Отечественных потребителей ставят вопрос о необходимости повышения эффективности ИИП. Повышение эффективности ИИП связано с повышением его точности, а также снижением стоимости ИИП и затрат на его эксплуатацию и техническое обслуживание.
ИИП может быть создан на основе:
физического маятника (прибор прямого измерения);
акселерометра компенсационного типа (прибор компенсационного типа);
гироскопа (гироскопический стабилизатор).
В настоящее время базовым измерителем негоризонталыюсти железнодорожного полотна является прибор ELT-133.00 австрийской фирмы "Plasser & Theurer", реализующий прямую схему измерений. Основной недостаток прибора - высокая стоимость и затраты на техническое обслуживание. Он не приспособлен к российским климатическим условиям, поэтому обладает неудовлетворительной точностью.
В железнодорожной практике имеется опыт применения в качестве измерителя негоризонгальности прибора компенсационного типа серии ИПМ (завод "Сибтензопрнбор", Россия). Он не рассчитан на железнодорожные условия эксплуатации и не обеспечивает необходимой точности измерений.
Таким образом, у отечественной железнодорожной промышленности существует потребность в достаточно точных и дешёвых ИИП.
Обзор литературы по теме диссертационной работы показал, что существует ряд публикации, имеющих непосредственное отношение рассматриваемому кругу проблем. Однако, ещё не было проведено комплексного исследования ИИП, посвященного повышению их эффективности. Таким образом, актуальной является іадача повышения эффективности инерциалышх измерителей перемещений для систем автоматики железнодорожных машин.
Цель работы
Повышение точности и снижение стоимости инерциальных измерителей перемещений для систем автоматики железнодорожных, машин.
Указанная цель требует постановки и решения следующих научно-технических задач:
1.Разработка и аналитическое исследование математической модели приборов прямого измерения.
2.Разработка и аналитическое исследование математической модели приборов компенсационного типа с микромеханическим акселерометром.
3.Разработка инерциальных измерителей перемещений с улучшенными показателями эффективности на основе полученных математических моделей.
4.Идентификация математических моделей по результатам лабораторных и натурных экспериментов.
5 Аналитическое и экспериментальное исследование работы гироскопических стабилизаторов.
Объектом исследования являются инерциальные измерители перемещений с маятниковым и гироскопическим чувствительными элементами.
Методы исследования
При решении поставленных задач применялись методы теоретической механики, теории гироскопических приборов, теории колебаний, теории автоматического управления, высшей математики и ее специальных глав і сочетании с лабораторными и натурными экспериментальными исследованиями.
Научная новизна работы:
1 .Разработана адекватная математическая модель прибора прямоте измерения, позволяющая создать опытные образцы прибора с улучшенньші показателями эффективности.
2.Разработана адекватная математическая модель прибора компенсационной типа, позволяющая создать опытные образцы прибора с улучшенными показателям) эффективности.
3.Исследованы гироскопические стабилизаторы для условий эксплуатации едрактерных железнодорожным машинам и скоростным вагонам-лабораториям, пондшша возможность их использования в качестве измерителей перемещений.н )i:e,54teauQK дороге.
'.Практическая ценность работы: |1 разработаны адекватные математические модели ннерциальны i»4t.Utj)tWtMl>!li [Перемещений с маятниковым чувствительным элемента? ііо-іііШіШ!)Щіо ^fyiftfVFb опытные образин приборов с улучшенными .показателям оффекіпіїносіц.
2.Показана возможность использования стандартной гироскопической вертикали Г-222 и трехосной гироскопической платформы ГП-1 а составе систем автоматики железнодорожных ліашин и скоростных путевых лабораторнії.
Автор защищает:
1 .Математическую модель прибора прямого тмерения.
2.Математическую модель прибора компенсационного типа с микромеханнческим акселерометром.
З.Результаты исследования гироскопических стабилизаторов для условий эксплуатации, характерных железнодорожным машинам и скоростным путеизмерительным вагонам.
Реализация результатов работы
Результаты диссертационной работы были внедрены в учебный процесс кафедры "Приборы управления" Тульского государе і пенного университета и и работу технической и сервисной служб АО "Тулажелдормаш".
Дпробания работы
Основные результаты работы докладывались на научно-технической
конференции ''Управление в технических системах" (г.Копров, 1998г.),-
международных молодежных научных конференциях "Гагаринские чтения" '
(г.Москва, 1998, 1999гг.), международной конференции, посвященной 150-летию со
дня рождения С.И.Мосина (г.Тула, 1999г.), межвузовской научно-технической
конференции (г.Тула, ТВАИУ, 1999г.), региональной научно-технической
конференции "Проблемы проектирования и производства систем и комплексов"
(г.Тула, ТулГУ, 1999г.), ежегодных научно-технических конференциях
профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета.
Публикации
Основные результаты выполненных исследований отражены в 7 печатных работах.
Структура я объём работы;
Диссертация выполнена на 111 страницах текста и включает в себя введение, 4 раздела с выводами, заключение, список литературы из 54 наименовании. В тексте диссертации приведено 2 таблиць?, 42 рисунка и 7 фотоснимков.