Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 8
1.1. Контроль состояния пути в плане и его место в общей задаче контроля состояния пути 8
1.2. Обзор способов контроля состояния пути в плане, применяемых на железных дорогах 11
1.3. Выбор и обоснование цели исследования 18
Глава 2. Анализ существующего способа определения кривизны, оценка кривизны естественных неровностей пути в плане и воздействия на подвижной состав 21
2.1. Анализ и классификация горизонтальных неровностей рельсовых нитей 21
2.2. Оценка ошибки определения кривизны рельсовых нитей с помощью хордовых устройств 24
2.3. Анализ влияния неровностей, не контролируемых хордовыми устройствами, на взаимодействие пути и подвижного состава 32
2.4. Требования к устройству измерения кривизны рельсовых нитей, в плане 47
Выводы по главе 2 49
Глава 3. Разработка устройства измерения кривизны рельсовых нитей в плане 50
3.1. Оценка возможности использования типового механизма измерения рихтовки путеизмерителя для определения кривизны 50
3.2. Определение основных характеристик и параметров инерционного устройства измерения кривизны рельсовых нитей в плане 52
3.3. Экспериментальные исследования макета инерционного устройства на стенде 65
Выводы по главе 3 79
Глава 4. Исследования устройства измерения кривизны рельсовых нитей в полигонных и эксплуатационных условиях 81
4.1. Цели и задачи испытаний. 81
4.2. Характеристики испытываемого устройства и подготовка его к работе 82
4.3. Методика проведения исследований 90
4.4. Результаты испытаний и их анализ 104
Выводы по главе 4 125
Глава 5. Результаты и перспективы применения устройства измерения кривизны 126
5.1. Анализ количественных характеристик неровностей рельсовых нитей (кривизны и стрел, измеряемых путеиз-мерителем) 126
5.2. Анализ зависимости между характеристиками неровностей, пути и горизонтальными силами взаимодействия пути и подвижного состава 134
5.3. Использование инерционного устройства в расчетах боковых сил на математической модели взаимодействия экипажа и пути с неровностями 149
5.4. Перспективы дальнейшего использования результатов проведенных исследовании 154
5.5. Расчет ожидаемого технико-экономического эффекта от применения устройства измерения кривизны 157
Выводы по главе 5 161
Общие выводы . 162
Литература 165
Приложения 176
- Обзор способов контроля состояния пути в плане, применяемых на железных дорогах
- Оценка ошибки определения кривизны рельсовых нитей с помощью хордовых устройств
- Определение основных характеристик и параметров инерционного устройства измерения кривизны рельсовых нитей в плане
- Характеристики испытываемого устройства и подготовка его к работе
Введение к работе
Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 г. перед железнодорожным транспортом поставлены задачи по увеличению грузооборота, производительности труда, дальнейшему повышению пропускной и провозной способности [і]. Решение этих задач связано с ростом грузонапряженности, скоростей движения грузовых поездов, увеличением осевых sspgss и по-
нягруЗок
гонныхупЬдвижного состава. Все эти факторы увеличивают интенсивность расстройств пути. Одновременно должны быть повышены требования к качеству пути, а следовательно, и к контролю его состояния.
Основным средством контроля состояния рельсовой колеи на советских железных дорогах являются вагоны-путеизмерители ЦНИИ-2, количество которых превысило 80 штук. Путеизмеритель измеряет 6 параметров: ширину колеи, положение рельсов по уровню, вертикальные просадки и стрелы изгиба (рихтовку) обеих рельсовых нитей. Получаемая информация используется для оценки состояния пути и планирования работ по его текущему содержанию.
Конструкция путеизмерителя ЦНИИ-2 была разработана более 30 лет тому назад, с тех пор подверглась незначительным изменениям и нуждается в модернизации. Основу измерительной системы составляют механизмы с трособлочной передачей перемещений, обладающие ограниченной рабочей скоростью и точностью. С 1973 г. лабораторией путеизмерительной техники ВНИИЖТа и ПТКБ ЦП проводятся работы по модернизации существующего путеизмерителя и созданию нового высокоскоростного с электрическим измерением параметров рельсовой колеи [4l] . Помимо повышения рабочей скорости и точности измерений ставится задача по увеличению количества регистрируемых параметров пути с целью расширения крута задач, решаемых с помощью цут ей заверителей.
Одной из важнейших характеристик железнодорожного пути является положение и состояние пути в плане. Горизонтальные неровности
и пути во многом определяют силовое взаимодействие путаґподвижного
состава, а следовательно, и уровень безопасности движения поездов, интенсивность расстройств пути и экипажа, ездовой комфорт. Поэтому нужны средства эффективного контроля состояния пути в плане, позволяющие определять и оценивать неровности пути, устанавливать порядок их устранения, снижая тем самым уровень динамических сил взаимодействия пути и подвижного состава. Разработка наиболее современных и. эффективных путеизмерительных средств является важной и актуальной задачей механизации путевых работ.
Очевидно, что путейзмерители должны не просто регистрировать неровности пути, но и их характеристики, непосредственно связанные с динамическими силами, вызываемыми ими. Своевременное обнаружение и устранение неровностей, вызывающих повышенный рост горизонтальных сил взаимодействия пути и подвижного состава, будет способствовать улучшению условий безопасности движения поездов, снижению интенсивности расстройств пути.
Основной характеристикой неровностей, определяющей динамические силы, вызываемые ими, как известно, является кривизна. В настоящее время ни советские, ни зарубежные путеизмерители не измеряют кривизну неровностей пути в плане. Традиционной характеристикой состояния пути в плане являются стрелы изгиба от хорды.
Механизм рихтовки путеизмерителя ЦНИИ-2 измеряет стрелы от хорды длиной 21,5 м. До недавнего времени не были проанализированы вопросы, какую часть спектра неровностей пути и как отражает путеизме-ритель, какая ошибка возникает при определении кривизны неровностей по стрелам изгиба, насколько показания путеизмерительных средств характеризуют силоеоє воздействие неровностей пути на подвижной состав. Учитывая вышеизложенное, целью диссертации были выбраны
- є -
разработка и исследование устройства определения кривизны рельсовых нитей в плане вагонами-путейзмерителями.
Для достижения поставленной цели впервые выполнено следующее:
разработаны требования к устройству измерения кривизны рельсовых нитей в плане вагонами-путеизмерителями;
проанализированы существующие путеизмерительные устройства с точки зрения возможности определения с их помощью кривизны, разработано инерционное устройство, удовлетворяющее требованиям;
определены структура и рациональные параметры устройства измерения кривизны на основании результатов его исследований в лабо-раторных, полигонных и эксплуатационных условиях.
С использованием разработанного устройства:
экспериментально получены количественные характеристики кривизны фактических неровностей рельсовых нитей в плане и установлено, что разработанное устройство лучше характеризует силовое воздействие неровностей пути на подвижной состав, чем механизм рихтовки путейз-мерителя ЩИИ-2 и позволяет уточнить информацию о фактическом состоянии пути в плане;
промоделировано движение грузового вагона по пути с естественными (фактическими) неровностями пути в плане и произведено сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными.
На защиту выносится решение научно-технической задачи по созданию нового устройства для вагонов-путейзмерителей - инерционного устройства измерения кривизны рельсовых нитей в плане, в том числе:
Методика и результаты теоретических исследований воздействия коротких неровностей пути на подвижной состав.
Требования к устройству измерения кривизны рельсовых нитей к методика их определения.
Методика и результаты теоретических и экспериментальных ис-
следований инерционного устройства измерения кривизны.
4. Рекомендации о необходимости дополнения информации, получаемой вагонами-путекзмерителяш, кривизной рельсовых нитей в плане и включения в состав измерительной аппаратуры путеизмерителей разработанного устройства.
Работа выполнена в лаборатории путеизмерительной техники и автоматизации планирования и управления путевыми работами отделения организации и механизации путевых работ ВНИИЖТа.
Результаты проведенных автором в рамках диссертационной работы исследований вошли в научно-технические отчеты ВНИИЖТа по темам: 254-ПМ-77 р.2а; ЛПМ-245-78; И352-ЇЇМ-80 р.6; ШШ-322-78; ЖИ-324-78 р.2, использованы ЇЇТКБ ЦП МПС при разработке технической документации по проектам № 2135.00.000 и 1 2102.00.00.000.
Разработанным устройством измерения кривизны рельсовых нитей в плане оборудованы вагоны-лаборатории № 9668 ВНРШІТ а и № 9691 ВЗ'ИИТа. Методика измерения кривизны и рекомендуемые параметры устройства использованы в Руководящих технических материалах по выбору аппаратуры для измерения траектории буке, тележек и кузовов вагонов Главного управления вагонного хозяйства МПС.
На основании результатов комиссионных испытаний экспериментального образца устройства в план работ ЦП МПС по новой технике на IS8I год включена разработка конструкторской документации на опытный образец устройства измерения кривизны рельсовых нитей.
Обзор способов контроля состояния пути в плане, применяемых на железных дорогах
В первые десятилетия после возникновения железных дорог при сравнительно невысоких скоростях движения и малых осевых нагрузках расстройства пути в плане не оказывали существенного влияния на плавность движения и его безопасность. Положение рельсовых нитей в плане проверялось на глаз. Рост скоростей движения, осевых нагрузок, усложнение конструкции экипажей потребовали разработки простого и удобного способа и устройств для контроля состояния пути в плане.
В начале настоящего столетия для контроля состояния кривых в плане путейцами-практиками был применен способ измерения стрел изгиба от хорды. Б Германии этот способ известен как способ Баленца-Ге-фера[122,128]. Приоритет германских специалистов оспаривался однако французскими инженерами-путейцами [221.]. В России первые работы по выправке кривых на основании величин измеренных стрел изгиба были проведены инж. Емельяновым М.Н. и Зубовым И.М. [24].
Способ измерения стрел изгиба от хорды для контроля состояния и выправки пути :в плане вскоре стал основным и практически единственно применяемым на железных дорогах. Прежде всего он стал применяться в кривых участках пути. Кривые разбивались на участки длиной 5-Ю м, называемые делениями кривой, размер деления равнялся половине длины хорды. В этих сечениях пути измеряли значения стрел изгиба и на основании полученного графика стрел оценивали положение кривой в плане и производили сдвижку пути при рихтовке. В прямых участках как оценка плавности (прямолинейности) пути, так и рихтовка еще долгое время осуществлялись на глаз.
При измерении стрел изгиба в качестве базы отсчета - хорды использовался натянутый шнур, прижимаемый к головке рельса. Сначала натяжка троса производилась вручную, затем для увеличения точности измерения специальными натяжными приборами Иконникова П.А. [39]. В последние 10-20 лет было предложено много измерительных устройств, где вместо натянутого шнура в качестве базы измерения используется оптический луч (в видимой части спектра, инфракрасный или лазерный). Такие устройства применяются для контроля положения в плане (например приборы ПРП, ПУЛ и т.д.) и для управления работой рихтовочных машин. Однако, несмотря на разнообразие этих измерительных устройств для контроля положения пути в плане, все они основаны на одном способе - измерения стрел от перемещаемой вдоль пути хорды.
На основе этого способа были созданы измерительные устройства для путеизмерительных вагонов. Стрелы измеряются от хорды, соизмеримой с базой вагона (порядка 20 м). Измерения ведутся либо по симметричной схеме (в середине хорды), для чего приходится устанавливать третью измерительную тележку в середине вагона, как сделано в японском путеизмерителе MAYA ИЛИ в путеизмерителе фирм Matlsa Piassez, либо по несимметричной схеме, когда расстояние между средней и одной из крайних измерительных точек колеблется от 2-х до 4-х метров. В последнем случае конструкция путеизмерителя значительно упрощается, так как не требуется третья тележка. Поэтому несимметричная схема измерения стрел применена на большинстве путе-измерителей, в том числе и на советском - системы ЦНЙИ-2.
Поскольку в СССР в свое время была принята дваддатиметровая хорда и все нормы содержания пути в плане привязаны к ней, измеренные путеизмерителем стрелы пересчитываются для принятой симметричной схемы измерения при помощи специального шаблона [106]. Однако из-за того, что действительное положение рельсовой нити в плане отличается от дуги окружности или прямой, то при таком пересчете появляется ошибка [29,42], так как результаты замеров стрел от двадцатимет-ровой хорды и записи величин стрел на ленте путеизмерителя не совпадают. Известны легкие путеизмерительные тележки-стрелографы системы Матвеенко Д.Д., ЦНИИ, Октябрьской дороги, у которых база измерения составляет 5-Ю м. Хордовые способы контроля положения пути в плане применяются также на всех рихтовочных машинах.
Теория расчета сдвижек пути по результатам измерения стрел изгиба впервые была предложена инж.М.Гефером [122], но в законченном виде разработана проф.Козийчуком П.Г. [49]. Известны многочисленные способы расчетов сдвижек пути при рихтовке, их можно разделить на метод определения расчетных сдвижек пути как разности эвольвент Козийчука П.Г. Различные модификации его разрабатывались Крагелем А.Т. ,Макуровым М.А., Поликарповым М.Д. и др.[24, 48, 51,86 ] и метод нормалей, предложенный нроф.Дюниным А.М.[23]. Практическая реализация последнего метода осуществлена в известном устройстве Туровского И.Я.[ 91]. В настоящее время существует много алгоритмов расчета сдвижек пути по величинам стрел на ЭНй[ 62,102].
Положение пути в плане можно охарактеризовать не только графиком стрел, но и углами поворота касательной (углограммой;. Известен способ расчета кривых ияж.Гоникберга И.В. [ 17]. Преимущественно он применяется при проектировании и строительстве железных дорог. В шестидесятых годах дискутировался вопрос о целесообразности использования этого способа и при выправке кривых. Большинство авторов [51, 86 ] рекомендовали применять способ Гоникберга только при переустройстве плана линии, поскольку он требует применения прецизионного геодезического инструмента и сравнительно малопроизводителен. Если же не требуется производить больше сдвижки пути, способ углограмм не имеет преимуществ перед способами расчета сдвижек по стрелам.
Попытки создания путеизмерительного устройства, основанного на способе углограмм предпринимались Кедровым В.З. и Арташновым М.А. [44,87]. В качестве измерительного средства предлагалась тележка-уг-лограф. В углографе для определения угла поворота кривой измеряется разность длин внутренней и наружной рельсовых нитей. Несмотря на положительные результаты испытаний углографа [ 87 ] практического применения он не получил. Учитывая его ограниченную рабочую скорость, применение аналогичного углографа на скоростном вагоне-путеизмерителе, очевидно, нецелесообразно.
Оценка ошибки определения кривизны рельсовых нитей с помощью хордовых устройств
Поскольку способ расчета кривизны по величине стрелы изгиба от хорды в своей основе содержит допущение, приводящее к методической ошибке [29,34], то необходимо: во-первых, аналитически выразить эту ошибку, а во-вторых оценить погрешность определения кривизны фактических реальных неровностей рельсовых нитей по данным измерения стрел от обычно применяемых хорд длиной 20 и 10 м. При определении кривизны по стреле изгиба реальную неровность заменяют дугой окружности (рис.2.1) и пользуются формулой: где: J5 - кривизна, м , R - радиус кривизны , М , а,в - расстояния между средней и крайними точками хорды, м, f - стрела изгиба от хорды Є, И. Формула 2.1. справедлива для круговых кривых и достаточна точна для неровностей с периодом, в несколько раз превышающим длину хорды [ііб]. Чем меньше длина неровности, тем большую ошибку в определении кривизны дает формула (2.1). Оценим эту ошибку. Пусть в пути имеется гармоническая неровность: где: А - амплитуда неровности, М, L - длина неровности , м. Кривизна рельсовой нити равна: Вдоль пути перемещается хорда длиной С , от которой измеряется стрела изгиба (X) (рис.2.1). Величина стрелы изгиба определяется расстояниями (ординатами) от рельса до крайних и средней измерительных точек хорды. где: расстояния от хорды до рельса,М. Используя преобразования Лапласа [22] , запишем изображение стрелы: где: \N(p) - оператор линейного преобразования неровностей в стрелы изгиба.
Неровности рельсовой нити можно рассматривать как случайную полигармоническую величину со случайной амплитудой и фазой. Выразим связь между неровностями и стрелами через амплитудную и фазовую частотные функции [22] , введя подстановку p=ja; = 2lTJ/L . где: G (со) - амплитудная частотная функция, г (СО)- фазовая частотная функция. Величины G(co) и т (со) связаны [зв] с параметрами О ж в следующим соотношением: Выражение (2.7) показывает, что величина стрелы изгиба зависит не только от величины неровности , но и от длины хорды и расположения средней измерительной точки. Неровности разной длины по разному отражаются устройствам, измеряющими стрелы, часть спектра неровностей практически выпадает из анализа, так как эти неровности ослабляются при измерении. Амплитудная частотная функция, описываемая формулой (2.7), имеет нули. Физический смысл нулей иллюстрирует рис.2,2.
При определенном соотношении величинL,I,т (например прит=0,5;Ь =,ьЕ)вешчшш стрелы от хорды, скользящей по гармонической неровности, равна нулю. Введем обозначения: РЛХ)- кривизна, рассчитанная по формуле(2.1); К- отношение i(X)/f{X) \ C=L/t Если стрелы измеряются в середине хорды (О-6 = 0,5С ), величина Величина К характеризует насколько отличается истинная кривизна неровности, имеющей стрелу изгибаf(JC), от кривизны круговой кривой с той же стрелой (х),то-есть характеризует ошибку определения кривизны гармонической неровности по величине стрелы изгиба от хорды длины І . Величина ошибки = (1-К)/К зависит от соотношения длин неровности и измерительной хорды (рис.2.3). Можно рассматривать устройство измерения стрел как фильтр, отсеивающий кривизну неровностей короче длины хорды. Для неровностей длиннее 2 I кривизна, определенная по формуле (2.1), достаточно приближается к истинной, ошибка составляет менее 20$.
Определение основных характеристик и параметров инерционного устройства измерения кривизны рельсовых нитей в плане
На высокоскоростных путеизмерителях США и Англии [32, 12б] установлены инерционные устройства, называемые устройствами измерения кривизны. На самом деле они измеряют посредством гироскопических датчиков скорость поворота продольной оси кузова в функции пройденного пути. Регистрируемая величина пропорциональна средней кривизне круговых и переходных кривых, неровностей длиннее 50 м L32J. Эти устройства не годятся для определения кривизны коротких неровностей.
Наиболее перспективными, с точки зрения поставленной цели, выглядели способ и устройство измерения мгновенной кривизны поверхности, предложенные в авторских свидетельствах W 3I29I4 и № 379719 [13, 14]. Разработке устройства измерения кривизны рельсовых нитей, основанного на этих предложениях, и было уделено основное внимание.
Идея, заложенная в способ весьма проста (рис. 3.2.): если измерить нормальные ускорения - d У/dt точки, перемещающейся вдоль какой-то кривой со скоростью V= dX/ f ж поделить ускорения на квадрат скорости движения, то получим сигнал, пропорциональный кривизне -с/ У/сЛх1- Для определения кривизны рельсовой нити предлагалось измерять поперечные ускорения элемента, контактирующего с рельсом (ролика, лыжи) и скорость движения путеизмерителя.
Чтобы перейти от идеи к работающей конструкции надо было проверить принципиальную работоспособность устройства, уточнить его структуру, определить основные параметры и характеристики датчиков и преобразовательных блоков, разработать методики экспериментальных исследований и экспериментально проверить устройство сначала на стенде, а затем на вагоне-путеизмерителе.
Основу инерционного устройства составляют: контактирующий с рабочей боковой гранью головки рельса элемент (в дальнейшем называемый измерительным роликом (ИР), датчик ускорений, измеряющий поперечные ускорения ИР, датчик скорости движения путеизмерителя, электронный блок преобразования сигналов датчиков (ЭЕП) и регистрирующее устройство.
Выбор типа датчика ускорений обуславливается требуемыми частотным диапазоном, порогом чувствительности, динамическим диапазоном, линейностью статической и амплитудно-частотных характеристик. Датчик должен обеспечивать измерения в диапазоне частот от 0 Гц (для измерения постоянного центробежного ускорения в кривых) до 50 3 (для измерения ускорений, вызванных неровностями длиной 1-2 м при максимальной рабочей скорости 200 км/ч). Генераторные (пьезоэлектрические) датчики для этого непригодны, так как их нижняя граница частотного диапазона составляет не менее 0,2-0,3 Гц [?і], на низких частотах проявляются фазовые искажения. Наиболее подходящей является аппаратура с параметрическими индуктивными или резистивными датчиками, которые способны измерять ускорения в частотном диапазоне от 0 Гц. Датчик представляет собой сейсмическую систему (рис. 3.3.), состоящую из массы /77 , связанной с корпусом через пружину с жесткостью С, и гидравлического демпфера с коэффициентом демпфирования к .
Колебания системы описывается дифференциальным уравнением второго порядка [40]: где: S перемещение датчика,М, X - перемещение массы /7? относительно корпуса, м. Демпфирование служит для корректировки амплитудно-частотной характеристики (рисширения рабочего диапазона частот (рис.3.4.) и для амортизации высокочастотных ускорений большой амплитуды. Отно-шение амплитуды перемещений 7 к ускорению S характеризует линейность амплитудно-частотной функции датчика в рабочем диапазоне частот. После преобразований это отношение равно:
Оптимальная величина коэффициента X , при которой максимальная частота рабочего диапазона достигает 0,5 j0 , составляет X =0,6.
В рабочем диапазоне частот перемещение 7 пропорционально ускорению датчика. Преобразование величины 7 в электрический сигнал осуществляется с помощью резистивных или индуктивных преобразователей. В первом случае масса укреплена на конце консольной балочки, на которую наклеены тензорезисторы, включенные в два плеча полумоста-. Во втором случае, с массой связан сердечник (рис. 3.3.), который при перемещении меняет индуктивное сопротивление катушек, также включенных в полумостовую схему.
Требуемый порог чувствительности и динамический диапазон датчика определяются минимальной кривизной регистрируемых неровностей, диапазоном рабочих скоростей и максимальными ускорениями вибрации в диапазоне рабочих частот датчика.
Датчик расположен на неподрессоренной части ходовой тележки. На него действуют не только ускорения перемещений ролика, отслеживающего неровности рельсовой нити (полезный сигнал), но и ускорения высокочастотной вибрации элементов ходовой тележки, самого ролика и узла его подвески (помехи). Помехи с частотой больше f0 будут погашены демпфером, но помехи с частотой меньше fо будут восприняты датчиком наравне с полезным сигналом. Наибольшая амплитуда помех при максимальной рабочей скорости определяет верхний предел измеряемых р ускорений. Экспериментально было установлено, что он равен 50-100 м/с [33].
Любой реальный датчик имеет конечный динамический диапазон -отношение максимального измеряемого сигнала к минимальному. У лучших из известных датчиков ускорений динамический диапазон достигает 10 - Ю5 [?l]. Следовательно, порог чувствительности должен быть порядка 0,005 - 0,01 м/с2. Отсюда вытекает, что инерционное устройство может работать только, начиная с какой-то минимальной рабочей скорости. Поскольку полезный сигнал ускорений меняется пропорционально квадрату скорости движения, то при дальнейшем снижении скоросіи он станет меньше порога чувствительности.
Характеристики испытываемого устройства и подготовка его к работе
Устройство измерения кривизны рельсовых нитей в плане было смонтировано и испытывалось на вагоне-лаборатории ВНИЙЖТа Л 9668. Вагон №. 9668 (рис.4.2.) представляет собой путеизмеритель системы ІЩЙИ-2 (проект ПТКБ ЦП МПС I 0982.00.00.000), дополнительно оборудованный электростанцией мощностью 8 кВт, вычислительным комплексом на базе ЭВМ М6000 и экспериментальными электромеханическими измерительными и регистрирующими устройствами.
Структура устройства измерения кривизны и его основные элементы соответствуют описанным в 3.2. Используются ускорениемеры типа BIM/I70 , типовой скоростемер путеизмерителя на базе тахогенератора СЛ-ЗЄГ и потенциометрический датчик для измерения перемещения пера механизма уровня путеизмерителя (рис.4.3.). Предусмотрено несколько вариантов установки ускорениемеров (рис.4.4.). На корпуса подшипников измерительных роликов, тяги роликов и крышки букс третьей (по ходу) колесной пары установлены крон штейны, к которым крепятся датчики ускорений.
Блок преобразования сигналов датчиков (ЭБП) на основе усилителей ABM МНЮМ, описанный в 3.3. заменен на специализированный малогабаритный двухканальный блок на микросхемах серии К 140 УД8 (рис.4.5.). Целесообразность применения специализированного ЭЕП определяется стремлением уменьшить энергопотребление и габариты, что весьма существенно в условиях дорожного вагона-путеизмерителя, а также обеспечить более удобные условия оператору при эксплуатации устройства. Габаритные размеры ЭШ составляют 300x240x200 мм (в 2-3 раза меньше, чем у МН-Ю), а энергопотребление - менее 10 Вт (у МН-Ю до 300 Вт). Принципиальная схема ЭБП приведена на рис.4.6.
В ЭЕП используется дискретно регулируемый в зависимости от скорости движения согласно формуле (3.17)фильтр. Скоростной диапазон разбит на II интервалов. Частоты среза фильтра соответствовают скоростям движения 25; 30; 35; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100 и НО км/ч. Регулировка с производится посредством переключателя "V" (рис. 4.5., 4.6.) переключением резисторов R3 f 5-3 . Фильтримеет три частотных диапазона - j{ =0,13 м-1; j{ = 0,22 м"1 и Д = 0,36 if . При таких значениях J[ инерционное устройство регистрирует информацию аналогичную получаемой многохордовым устройством с хордами длиной 5; 3 и 2 м.
Поскольку в испытываемом устройстве применяется фильтр с ручной регулировкой частоты среза, целесообразно и в качестве блока деления использовать усилитель ОУ Ш (см. рис. 4.6.) с вручную регулируемым коэффициентом усиления, что существенно упрощает ЭБП. Для экспериментального образца устройства допущение ручного управления ЭЕП (то-есть постоянного присутствия оператора во время работы) правомочно. В условиях дорожного путеизмеритедя ЭЕП будет управляться автоматически.
Регулировка коэффициента усиления производится в пределах от I до 200 изменением сопротивлений резисторов, стоящих во входной цепи и в цепи обратной связи усилителя. Сопротивление обратной связи R56 можно регулировать плавно от НО кОм до 790 кОм, им задается суммарный коэффициент усиления измерительно-преобразовательного тракта. Входное сопротивление изменяется пропорционально квадрату скорости движения. В ЭБП в качестве входного сопротивления усилителя 0У Ш используется прецизионный многооборотный проволочный резистор Rs с линейной характеристикой. Его применение уменьшает ошибку за счет неточной установки коэффициента усиления усилителя 0У Ш до 3-5$. Выходы обоих каналов ЭШ электрически соединяются с регистрирующими устройствами. Предусмотрена возможность регистрации информации о кривизне в аналоговом виде на ленту самописца Н-338 или на ленту магнитографа НО-62, а также в цифровом виде на перфоленту с использованием аналогоцифрового преобразователя (АЦП) и ЭВМ М6000.
Основным регистратором является восьмиканалышй самописец Н-338, привод которого синхронизирован с колесной парой [ш] . Продольный масштаб записи составляет 1:800, 1:2000 и 1:4000; ширина записи +20мм; частотный диапазон от 0 до 100 Гц; погрешность записи не более 0,5мм; запас бумаги - 50 м. Помимо 6 рабочих каналов регистрации самописец имеет 2 служебных. На одном фиксируются пикетные и километровые отметки, на втором- прямоугольные импульсы с частотой I Гц ±0,5%, что позволяет определять скорость движения с ошибкой менее I км/ч.
Вся измерительно-преобразовательная и регистрирующая аппарату -ра (кроме ускорениемеров) расположена в салоне путеизмерителя.
Подготовка устройства к работе заключается в следующем. Производится балансировка каналов измерительного усилителя, формирующего электрический сигнал, пропорциональный ускорению. Балансировка про изводится согласно инструкции по эксплуатации. Затем устанавливаются коэффициенты усиления отдельно для каждого канала. Для этого предварительно определяются опытным путем максимальные ускорения, действующие на датчики, установленные в разных местах (ролике, тяге, буксе), при скорости движения 90-110 км/ч. Коэффициент усиления устанавливается таким ,чтобы этому ускорению соответствовало 80$ максимально допустимого выходного напряжения измерительного усилителя. При этом обеспечивается использование всей рабочей части характеристики и исключается выход в нелинейную зону.
Коэффициенты усиления по обоим входам сумматора ЭШ задаются сопротивлениями Ri и Rs (рис.4.6.). Регулировкой Rs добиваются, чтобы максимальному напряжению на выходе измерительного усилителя соответствовало максимально допустимое (ЮВ) напряжение на выходе сумматора. Затем устанавливается коэффициент усиления по второму входу сумматора. Для этого датчик ускорений устанавливается на разработанный автором регулировочный стенд, платформа которого может занимать горизонтальное положение и отклоняться от него на фиксированные углы +0,05 рад и +0,1 рад. При горизонтальном положении уско-рениемера,нулевом положении датчика уровня и максимальном коэффициенте усиления ЭШ (при минимальном Rs/f и максимальном R$6 см« рис.4.6.) регулировкой сопротивления Рз устанавливаем нулевое напряжение на выходе ЭЕП. Затем ускорениемер отклоняется на 0,1 рад. Перо механизма уровня смещаем на 80 мм, что имитирует возвышение наружного рельса на 160 мм. Регулировкой Ri добиваемся, чтобы напряжение на выходе ЭШ снова стало равным 0.
