Спосіб визначення відстані від вертикальної осі симетрії рейки до лінії дії вертикального навантаження

Винахід відноситься до інформаційно-вимірювальної техніки задля вимірювання переміщення залізничної колії за умови впливу на неї р ухомого навантаження та може бути використаний для технічної діагностики ходової частини залізничних транспортних засобів, колісних пар рухомого складу. Відомо спосіб визначення ексцентриситету е, тобто відстані від вертикальної осі симетрії рейки до лінії дії вертикального навантаження D, діючого від коліс до головки рейки, за схемою Шлумпфа. Згідно цього способу дві пари тензодатчиків симетрично та вертикально наклеюють відносно поперечної осі шийки рейки та вмикають їх за електричною схемою моста Уінстона; сигнал на клемах вимірювального приладу з умови включення усіх чотирьох датчиків у міст Уінстона визначають формулою c ×g Yфш = × [(E Qa - E Qi ) + (E Pa - E Pi )] 4 , (1) де Yфш - сума сигналів, відображаюча розміри зовнішньої горизонтальної фактичної Yф та вертикальної D сил, що тиснуть на головку рейки, заміряних за схемою Шлумпфа; с - коефіцієнт пропорційності; g - коефіцієнт тензочутливості; EQa, ЕPa, EQi, Е Pi, - значення відносних деформацій тензодатчиків a та i у перерізах Q та Р відповідно. Цей спосіб обирається за прототип. Недоліком цього способу є фіксування тензодатчиками як горизонтальних, так і вертикальних сил, діючих на головку рейки, наслідком цього є наявність великої помилки при визначенні ексцентриситету е. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу визначення відстані від вертикальної осі симетрії рейки до лінії дії вертикального навантаження, тобто ексцентриситету е, шляхом наклеювання ще дво х пар тензодатчиків та включенням усіх восьми тензодатчиків за електричною схемою подвійного моста, що призведе до мінімізації помилки результатів вимірювань та знаходженню значення ексцентриситету е з великою точністю. Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення відстані від вертикальної осі симетрії рейки до лінії дії вертикального навантаження, що здійснюється вертикальним симетричним наклеюванням двох пар тензодатчиків відносно поперечної осі шийки рейки та включенням їх за електричною схемою моста Уінстона, згідно винаходу, ще дві пари тензодатчиків наклеюють симетрично відносно поперечної осі шийки рейки та вмикають усі вісім тензодатчики за електричною схемою подвійного моста. Схема подвійного моста складається з двух схем Шлумпфа, з'єднаних так, що сигнали з мостів підсумовуються алгебраїчно. Сигнал на клемах вимірювального приладу, відображаючий розмір фіктивної горизонтальної сили Yф, зміряний за схемою подвійного моста, визначають формулою: c×g Yфм = × [(E Pa - EPi ) + (EQa - E Oi )] 8 , (2) де Yфм - сигнал на клемах вимірювального приладу, відображаючий розмір фіктивної горизонтальної сили Yф ; зміряний за схемою подвійного моста; с - коефіцієнт пропорційності; g - коефіцієнт тензовідчутності; ЕQa, Е Pa, EQi , ЕPi - значення відносних деформацій тензодатчиків a та i у перерізах Q та Р відповідно. Ексцентриситет е додавання вертикального навантаження визначають формулою: Y’ф =Yфш-Yфм , (3) де Y’ф - ексцентриситет е прикладання вертикального навантаження; Yфш - сума сигналів, відображаюча розміри зовнішньої горизонтальної фактичної Yф та вертикальної D сил, що тиснуть на головку рейки, заміряних за схемою Шлумпфа; Yфм - сигнал на клемах вимірювального приладу, відображаючий розмір фіктивної горизонтальної сили Yф , зміряний за схемою подвійного моста. Істотна відмінність способу, що заявляється, полягає в тому, що поряд з наклеюванням тензодатчиків на шийку рейки за схемою Шлумпфа використовується наклеювання тензодатчиків на шийку рейки за схемою подвійного моста, що спричиняє високу точність вимірювань. Сутність винаходу пояснюється ілюстрованим матеріалом та таблицями, де на фіг.1 зображено схему наклеювання тензодатчиків на рейку, на фіг.2 - схема Шлумпфа для вимірювання горизонтальних сил, що діють в окремому перерізі рейки, з використанням моста Уінстона, на фіг.3 - схема включення датчиків з фіксуванням різниці струмів мостів для виміру вертикальних сил, що виключає вплив вертикального навантаження (схема подвійного моста), на фіг.4 - графік залежності фіктивної горизонтальної сили Yф від діючого вертикального навантаження D при вимірах за схемами Шлумпфа (рискові лінії) та подвійного моста (безперервні лінії), на фіг.5 - графік залежності фіктивної горизонтальної сили Yф від діючого вертикального навантаження D при вимірах за схемою Шлумпфа при ексцентриситеті е, рівному нулю мм, та ексцентриситеті е, рівному 11мм зліва (знак плюс) та справа (знак мінус) відносно поперечної осі симетрії рейки (ексцентриситет дорівнює нулю мм), на фіг.6 графік залежності фіктивної горизонтальної сили Yф від діючого вертикального навантаження D при вимірах за схемами Шлумпфа (рискові лінії) та подвійного моста (безперервні лінії) при ексцентриситеті е, рівному 11мм зліва (знак плюс) та справа (знак мінус) відносно поперечної осі симетрії рейки (ексцентриситет е дорівнює нулю мм), в таблицях 1 та 2 приведені цифрові значення напруг та відносних деформацій у шийці рейки при різних ексцентриситетах додання вертикальної сили D=18100кгс відповідно. Спосіб визначення відстані від вертикальної осі симетрії рейки до лінії дії вертикального навантаження, тобто ексцентриситету е, здійснюють наступним чином: 1. Наклеюють тензодатчики на шийку рейки (фіг.1) за схемами Шлумпфа (фіг.2) та подвійного моста (фіг.3); 2. Вмикають тензодатчики, що наклеєні у верхньому та нижньому пасах шийки, за схемою подвійного моста у два різних моста так, щоб сигнали підсумовувались алгебраїчно (фіг.3); 3. Здійснюють живлення мостів (фіг.3) від окремих джерел; напругу живлення визначають за формулами U Ue1 = e2 n , (4) DEP n= DEQ , (5) де Uе1, Uе2 - напруги живлення першого та другого мостів у схемі подвійного мосту (фіг.3) відповідно; DEP , D EQ - результуючі відносні деформації у перерізах Q та Р відповідно. Експериментальне визначення співвідношення (5) виконують шляхом спробних вертикальних навантажень перевіряємо рейки з різним ексцентриситетом, при цьому нульове відхилення гальванометру у запропонованій схемі подвійного моста (фіг.3) вимірювання горизонтальних сил при умові ексцентричного додання вертикального навантаження свідчить про вірний підбір напруги живлення мостів. 4. За експериментальними даними табл. 1 [1], з урахуванням того, що (табл.2) s E= ~ E , (6) ~ де Е - відносна деформація тензодатчиків; s - механічна напруга у шийці рейки за показаннями датчиків; E 11 модуль Юнга для рейкової сталі (Е=2,06 × 10 Па), [2]. за формулою (1) та залежністю для ексцентриситету е, рівному нулю мм (фіг.4 [1]), визначають коефіцієнт c×g 4 . c×g 5. За розрахованим коефіцієнтом 4 , даними з табл.2 та формулою (1) визначають значення сигналів Yфш, та укладають залежності Yф (D) (фіг.5) для значень вимірювань горизонтальної сили, що діє на головку залізничної рейки від коліс рухомого складу, отриманих з використанням схеми Шлумпфа. 6. За даними табл.2 формулою (2) та залежностями ексцентриситету е, рівному нулю мм (фіг.4 [1]), c×g визначають коефіцієнт 8 . c×g 7. За розрахованим коефіцієнтом 8 , даними з табл.2 та формулою (2) визначають значення сигналів Yфм , та укладають залежності У ф (D) (фіг.5) для значень, отриманих за схемою подвійного моста (фіг.6). 8. Із залежностей (фіг.6) шляхом віднімання значень сигналів Yфм , отриманих з використанням схеми подвійного моста, від значень сигналів Yфш, о триманих за схемою Шлумпфа (формула 3), за умови наявності постійного діючого вертикального навантаження D, отримують числове значення ексцентриситету е, тобто відстані від вертикальної осі симетрії рейки до лінії дії вертикального навантаження D. До переваг запропонованого способу визначення ексцентриситету е порівняно з прототипом відноситься фіксування тензодатчиками, ввімкненими за схемою подвійного мосту, тільки горизонтальних сил, що діють на головку рейки, що дозволяє мінімізувати помилку результатів вимірювань та знайти числове значення ексцентриситету е з великою точністю. Джерела інформації: 1. Даниленко Э. И., Фролов Л. Н., Романов В. М., Грачев А. В., Морас Э. Влияние вертикальной нагрузки при измерении горизонтальных сил в пути // Вестник ВНИИ ЖД. - 1979. -№1. -С.41-44. 2. Фастовский Б. Г.: Справочник прокатчика (Пособие по сортопрокатному производству). -М.: Ме таллургия, 1972. -303С. Таблиця 1 Значення механічних напруг у шийці рейки за різними ексцентриситетами додання вертикальної сили D =18100кгс Напруга (кгс/см 2) у шийці рейки за показаннями датчиків Рі Pa Qі Qa При D = 22 тс 50,00 1180,00 70,00 860,00 615,00 610,00 470,00 460,00 1100,00 60,00 800,00 15,00 При D=7,5тс 40,00 340,00 40,00 290,00 200,00 200,00 165,00 155,00 360,00 15,00 310,00 10,00 Ексцентриситет е, мм -11 0 +11 -11 0 +11 Таблиця 2 Значення відносних деформацій шийки рейки за різними ексцентриситетами додання вертикальної сили D =18100кгс Ексцентриситет е, мм -11 0 +11 -11 0 +11 Відносні деформації у шийці рейки у перерізах Р та Q ЕРа EQi EQa При D = 22тс 24,27 572,81 33,98 417,47 298,54 296,12 228,15 223,30 533,98 29,13 388,35 7,28 При D=7,5тс 19,42 165,05 19,42 140,78 97,09 97,09 80,10 75,24 174,76 7,28 150,48 4,85 ЕРі