Патент на изобретение №2314953

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматизированного контроля рельса. Устройство для контроля геометрических параметров рельса включает измерительную платформу, на которой установлены шесть оптических датчиков, три из которых контролируют верхнюю поверхность головки рельса в его начале, центре и конце, а оставшиеся три датчика – боковую поверхность головки рельса, соответственно в начале, центре и конце, а также измерительное устройство, соединенное с датчиками. Устройство содержит также механизм для заневоливания рельса в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также механизм передвижения рельса относительно неподвижной измерительной платформы, снабженной датчиками положения рельса, подключенными к измерительному устройству. В качестве оптических датчиков используются лазерные дальномеры. В результате появляется возможность измерения параметров рельса после его рихтовки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматизированного контроля рельса, например, после его рихтовки перед сваркой бесшовных рельсов.

В настоящее время, в связи с ростом скоростей движения рельсового транспорта, актуальной становится задача объективного контроля за техническим состоянием железнодорожного пути, выполненного из длинномерных бесшовных рельсовых плетей. Поэтому при сварке рельсовых плетей остро встает вопрос по обеспечению точности таких параметров, как высота головки рельса и ширина ее поверхности катания, а также величина вертикального и горизонтального прогиба рельса на базовой длине. Объективный технический контроль за указанными параметрами позволяет ускорить сборку бесшовных рельсовых плетей, снизить затраты на их изготовление и упростить технологию сборки рельсового пути из рельсовых плетей.

Известно устройство для контроля геометрических параметров рельса (см. патент США №4288855, Кл. G01B 7/28, 1981 г.), включающее установленные на базовой платформе контактные датчики, измеряющие величину вертикального и горизонтального прогиба рельса на заданной длине, а также высоту головки рельса и ширину ее поверхности катания.

Основным недостатком известного устройства является недостаточно высокая точность измерения, связанная с использованием механических контактных датчиков при контроле вновь собираемых рельсовых плетей. Это связано с тем, что рельс в стадии поставки может иметь наружные загрязнения или локальные коррозийные отслоения металла, которые будут восприниматься механическими датчиками.

Кроме того, известное устройство имеет малое быстродействие, необходимое для установления надежного контакта с поверхностью, что затрудняет его использование в автоматических комплексах сборки рельсовых плетей.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сути является устройство для контроля рельсового пути, взятое в качестве прототипа (см. патент США №4040738, Кл. G01C 3/00, 1977 г.), включающее установленные на базовой платформе бесконтактные оптические датчики, соединенные с измерительным устройством, измеряющие высоту головки рельса и ширину ее поверхности катания, величину вертикального и горизонтального прогиба рельса на заданной длине. Устройство включает три пары оптических датчиков, две пары которых установлены на границах базовой длины, а средняя пара – в ее центре. Каждый оптический датчик включает взаимно сфокусированные осветитель и линейный фотоприемник. Изменение положения фокусного пятна на поверхности рельса регистрируется линейным фотоприемником и по величине его смещения определяется величина отклонения данного параметра от заданной величины.

Основным недостатком известного устройства является то, что измерение параметров рельса производится по отраженной составляющей падающего излучения. На эксплуатируемом участке рельсового пути поверхность рельса представляет собой зеркальную поверхность, которая хорошо отражает зеркальную составляющую падающего излучения. Рельсы, которые не были в эксплуатации, имеют низкую отражательную способность, а следовательно, известное устройство практически не будет работоспособным.

Кроме того, известное устройство измеряет параметры рельса путем передвижения на специальной технологической платформе и делает контрольные замеры относительно имеющегося рельсового пути, который был предварительно выставлен как по горизонтали, так и по вертикали. При контроле рельса, прошедшего рихтовку, отсутствуют технологические базы, относительно которых можно измерять его основные параметры, т.е. без установки рельса на контрольный участок пути, измерить его параметры при помощи известного устройства невозможно.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно измерение параметров рельса после его рихтовки.

Указанная цель в устройстве для контроля геометрических параметров рельса, включающем базовую платформу, на которой установлены шесть оптических датчиков, три из которых контролируют верхнюю поверхность головки рельса в его начале, центре и конце, а оставшиеся три датчика – боковую поверхность головки рельса, соответственно в начале, центре и конце, а также измерительное устройство, соединенное с датчиками, достигается тем, что в устройство дополнительно введен механизм для заневоливания рельса в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также механизм передвижения рельса относительно неподвижной измерительной платформы, снабженной датчиками положения рельса, подключенными к измерительному устройству, при этом в качестве оптических датчиков используются лазерные дальномеры.

Указанное выполнение устройства позволяет жестко устанавливать рельс, поступающий после рихтовки относительно оптических измерительных датчиков, что обеспечивает высокую точность измерения, а использование в качестве оптических датчиков лазерных дальномеров позволяет использовать оптически не отражающие поверхности рельса.

Для повышения точности измерения механизм передвижения рельса относительно неподвижной измерительной платформы выполнен в виде роликового конвейера, при этом устройство для заневоливания рельса в горизонтальной плоскости выполнено в виде набора подпружиненных направляющих роликовых опор, установленных попарно вдоль платформы на уровне шейки рельса, а для заневоливания рельса в вертикальной плоскости – в виде подпружиненных роликов, упирающихся в поверхность катания рельса.

В качестве оптических дальномеров в заявляемом устройстве использованы лазерные триангуляционные датчики, измеряющие с высокой точностью расстояние до поверхности рельса, что позволяет в реальном времени определять величину отклонения измеренного значения от базового размера.

Заявляемое устройство позволяет в реальном времени измерять основные геометрические характеристики рихтованного рельса и не имеет аналогов среди известных устройств, используемых для контроля геометрических параметров рельсов перед их сваркой в длинномерные плети, а значит соответствует критерию «изобретательский уровень».

На фиг.1 представлен чертеж, поясняющий принцип работы заявляемого устройства.

На фиг.2 представлена блок-схема измерительного устройства.

Устройство (фиг.1) содержит рельс 1, заневоленый в горизонтальной плоскости роликами 2 и в вертикальной плоскости роликом 3; роликовый конвейер 4; вертикальную опорную балку 5 с оптическими датчиками 6 (Д1, Д2, Д3); горизонтальную опорную балку 7 с оптическими датчиками 8 (Д4, Д5, Д6); датчики наличия рельса 9 (Д7) и 10 (Д8).

На фиг.2 приведена блок-схема микропроцессорного измерительного устройства 11, включающего микропроцессор 12; оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 13; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 14; расширитель ввода-вывода (РВВ)15; информационную шину 16; преобразователь сигналов датчиков 17; клавиатуру 18; индикаторное устройство 19.

Устройство работает следующим образом. С клавиатуры 18 задают отображаемые на индикаторе 19 требуемые режимы контроля геометрических параметров рельса 1, например высоту головки рельса, ширину ее поверхности катания, а также величину вертикального и горизонтального прогиба рельса на заданной длине.

Датчики 9 и 10 фиксируют наличие рельса 1 на роликовом конвейере 4. Для исключения ошибок измерения рельс 1 заневолен как в горизонтальной плоскости при помощи роликов 2, так и в вертикальной плоскости при помощи ролика 3. При этом датчики Д1-ДЗ и Д4-Д6 в циклическом режиме измеряют расстояние в трех сечениях соответственно до верхней и боковой поверхности рельса. По результатам измерений устройство 11 вычисляет геометрические параметры рельса: высоту головки рельса, ширину ее поверхности катания, а также величину вертикального и горизонтального прогиба рельса на заданной длине. Поскольку рельс заневолен относительно базовых поверхностей (датчиков Д1-Д3 и Д4-Д6), то высоту головки рельса и ширину ее поверхности катания измеряют непосредственно по показаниям датчиков Д1-Д3 и Д4-Д6, а стрелка вертикального прогиба _в оценивается по результатам измерений каждого датчика Д1-Д3 по формуле:

Стрелка горизонтального прогиба _г оценивается по результатам измерений каждого датчика Д4-Д6 по формуле:

Указанные измеренные или рассчитанные геометрические параметры рельса отображаются на индикаторном устройстве 19 (мониторе или графопостроителе). Контрольные значения измеряемых величин хранятся в ПЗУ 14. При превышении заданных контрольных величин данный участок рельса отмечается как «БРАК».

В качестве оптического дальномера при проведении измерений использовался сертифицированный лазерный дальномер марки “Лабракон”, работающий по принципу триангуляционного измерителя расстояния с допустимой погрешностью измерения расстояния не хуже 10 мкм.

Усредненная точность измерения основных геометрических параметров движущегося рельса не хуже 0,1 мм.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет надежно контролировать высоту головки рельса и ширину ее поверхности катания, а также величину вертикального и горизонтального прогиба рельса на заданной длине.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля геометрических параметров рельса, включающее измерительную платформу, на которой установлены шесть оптических датчиков, три из которых контролируют верхнюю поверхность головки рельса в его начале, центре и конце, а оставшиеся три датчика – боковую поверхность головки рельса, соответственно в начале, центре и конце, а также измерительное устройство, соединенное с датчиками, отличающееся тем, что содержит механизм для заневоливания рельса в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также механизм передвижения рельса относительно неподвижной измерительной платформы, снабженной датчиками положения рельса, подключенными к измерительному устройству, при этом в качестве оптических датчиков используются лазерные дальномеры.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм передвижения рельса относительно неподвижной измерительной платформы выполнен в виде роликового конвейера, при этом устройство для заневоливания рельса в горизонтальной плоскости выполнено в виде набора подпружиненных направляющих роликовых опор, установленных попарно вдоль платформы на уровне шейки рельса, а для заневоливания рельса в вертикальной плоскости – в виде подпружиненных роликов, упирающихся в поверхность катания рельса.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве оптических дальномеров использованы лазерные триангуляционные датчики.

РИСУНКИ