Устройство для измерения профиля колеса железнодорожного транспортного средства

01 5/20 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ КОЛЕСА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА(73) Патентообладатели Романов Александр Вячеславович, Фатыхов Вадим Нилович ,Никифоров Борис Данилович(57) Устройство для измерения профиля колеса железнодорожного транспортного средства, содержащее корпус с вертикальной и горизонтальной опорами, двухкоординатный преобразователь перемещений, неподвижный элемент которого жестко связан с корпусом, а подвижный элемент жестко соединен с измерительным щупом и расположен на поворотной платформе, установленной с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной плоскости корпуса, в которой расположены вертикальная и горизонтальная опоры, индикатор и вычислительный блок, вход которого соединен с выходом преобразователя перемещений, а выход - с индикатором, отличающееся тем, что двухкоординатный преобразователь перемещений содержит оптически связанные и последовательно установленные в параллельных плоскостях протяженный осветитель, неподвижный элемент, выполненный в виде непрозрачного диска с центральной диафрагмой и прозрачными участками в виде спиралей Архимеда, и подвижный элемент, выполненный в виде линейки фотоприемников, входы которой подсоединены к схеме управления, а выход - к входу усилителя, выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю, выход которого является выходом преобразователя перемещений, причем осветитель и линейка жестко связаны между собой и установлены на поворотной платформе с возможностью перемещения вдоль диаметра диска. Фиг. 1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля геометрических параметров колесных пар железнодорожного транспортного средства. 3156 1 Известно устройство для измерения профиля колеса железнодорожного транспортного средства 1, содержащее корпус с вертикальной и горизонтальной опорами, смонтированные на корпусе с возможностью продольного перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях щуп для взаимодействия с поверхностью катания колеса и щуп для взаимодействия с гребнем колеса, два преобразователя перемещений,подвижный элемент каждого из которых жестко соединен с соответствующим щупом, а неподвижный - с корпусом, и индикатор, вход которого попеременно подключается к выходам преобразователей. Данное устройство не обеспечивает высокую точность измерения из-за влияния дефектов на поверхности колеса. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения профиля колеса 2, содержащее корпус с вертикальной и горизонтальной опорами, двухкоординатный преобразователь перемещений, неподвижный элемент которого жестко связан с корпусом, а подвижный элемент жестко соединен с измерительным щупом и расположен на поворотной платформе, установленной с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной плоскости корпуса, в которой расположены вертикальная и горизонтальная опоры, индикатор и вычислительный блок, вход которого соединен с выходом преобразователя перемещений, а выход - с индикатором. Данное устройство не обеспечивает высокую точность измерения из-за разнесения линий измерения двухкоординатного датчика и щупа. Техническая задача, которую позволяет решить предлагаемое изобретение, - повышение точности измерения. Решение технической задачи достигается тем, что в устройстве, содержащем корпус с вертикальной и горизонтальной опорами, двухкоординатный преобразователь перемещений, неподвижный элемент которого жестко связан с корпусом, а подвижный элемент жестко соединен с измерительным щупом и расположен на поворотной платформе, установленной с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной плоскости корпуса, в которой расположены вертикальная и горизонтальная опоры, индикатор и вычислительный блок,вход которого соединен с выходом преобразователя перемещений, а выход - с индикатором, двухкоординатный преобразователь перемещений содержит оптически связанные и последовательно установленные в параллельных плоскостях протяженный осветитель, неподвижный элемент, выполненный в виде непрозрачного диска с центральной диафрагмой и прозрачными участками в виде спиралей Архимеда, и подвижный элемент, выполненный в виде линейки фотоприемников, входы которой подсоединены к схеме управления, а выход - к входу усилителя, выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю, выход которого является выходом преобразователя перемещений, причем осветитель и линейка жестко связаны между собой и установлены на поворотной платформе с возможностью перемещения вдоль диаметра диска. Предложенное устройство позволяет повысить точность измерений. Повышение точности измерений дает возможность прогнозировать процессы износа, выполнять исследования по оптимизации профиля и, как следствие, значительно увеличить срок эксплуатации колесных пар железнодорожных транспортных средств. Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где 1 - корпус, 2 - горизонтальная опора, 3 -вертикальная опора,4 - поворотная платформа, 5 - измерительный щуп, 6 - подвижный элемент двухкоординатного преобразователя перемещений, 7 - неподвижный элемент двухкоординатного преобразователя перемещений, 8 - вычислительный блок, 9 - индикатор, 10 - ось, 11 - пружина, 12 - фиксатор платформы, совмещенный с кнопкой Измерение, 13 - профиль колеса. На фиг. 2 приведена функциональная схема двухкоординатного преобразователя перемещений, где 14 - протяженный осветитель, 15 - спирали Архимеда, 16 - центральная диафрагма, 17 - схема управления, 18 - усилитель,19 - аналого-цифровой преобразователь, 20 - направляющие, 21 - кронштейн. Устройство содержит корпус 1 с горизонтальной опорой 2 и вертикальной опорой 3, поворотную платформу 4, установленную с возможностью вращения вокруг оси 10, соединенной с корпусом 1 и установленной перпендикулярно его плоскости. Измерительный щуп 5 смонтирован на поворотной платформе 4. Измерительный щуп 5 жестко связан с подвижным элементом 6 двухкоординатного преобразователя перемещений. Неподвижный элемент 7 двухкоординатного преобразователя перемещений жестко связан с корпусом 1. Подвижный элемент 6 двухкоординатного преобразователя перемещений выполнен в виде линейки фотоприемников, входы которой соединены со схемой управления 17, а выход - к входу усилителя 18. Выход усилителя 18 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 19, выход которого является выходом преобразователя перемещений. Выход двухкоординатного преобразователя перемещений соединен со входом вычислительного блока 8. Выход вычислительного блока подключен к индикатору 9. 3156 1 Устройство работает следующим образом. Для измерения профиля колеса 13 устройство устанавливается на него так, что горизонтальная опора 2 опирается на вершину гребня колеса, а вертикальная опора 3 - на внутреннюю грань колеса. Вертикальная опора может быть снабжена постоянным магнитом, что увеличивает надежность и однозначность установки устройства. Габариты корпуса и опор определяются исходя из возможности установки устройства как на новое, так и максимально изношенное колесо. Центр оси 10 располагается в точке пересечения линии, проходящей через круг катания колеса (расположен на расстоянии 70 мм от внутренней грани колеса), и линии,проходящей выше горизонтальной опоры 2 перпендикулярно боковой грани колеса. Поворотная платформа 4 разворачивается таким образом, что подпружиненный щуп 5 упирается в поверхность катания колеса за кругом катания. В данном положении платформа 4 фиксируется от поворота фиксатором 12. При нажатии кнопки Измерение фиксатор 12 отпускает платформу 4, которая под действием пружины 11 приходит во вращательное движение (направление указано на фиг. 1 стрелкой), при этом измерительный щуп 5 последовательно обкатывает всю поверхность катания колеса и гребня, например, от точки, расположенной на расстоянии 110 мм от грани колеса, и вплоть до его вершины. При этом угол поворота платформы 4 составляет порядка 110, а линейный ход датчика перемещений - порядка 22 мм, что позволяет измерять параметры как нового, так и максимально изношенного колеса. Для уменьшения трения наконечник щупа может быть снабжен роликом. Одновременно в вычислительный блок 8, в качестве которого может быть использован, например, микроконтроллер 183031, поступают сигналы с двухкоординатного преобразователя перемещений. Так как измерительный щуп 5 связан с подвижным элементом преобразователя, то поступающие сигналы характеризуют величину продольного перемещения щупа, например, с дискретностью 0,1 мм и величину его углового разворота, например, с дискретностью 0,1, т.е. радиальную координату поверхности катания колеса. В вычислительном блоке радиальные координаты поверхности катания колеса пересчитываются в прямоугольную систему координат, связанную с колесом. В вычислительном же блоке производится математическое сглаживание координат поверхности, и по сглаженным (усредненным) результатам рассчитываются требуемые геометрические параметры колеса, а именно высота гребня, его толщина и крутизна. Величина параметров попеременно выводится на индикатор 9. В вычислительном блоке возможно также накопление данных с последующей передачей их в ЭВМ, в базу данных износа колесных пар. На фиг. 2 показан пример реализации двухкоординатного преобразователя. Преобразователь содержит оптически связанные и последовательно установленные протяженный осветитель 14, непрозрачный стеклянный диск 7, на который методом фотолитографии нанесены прозрачные спирали Архимеда 15, а в центре диска - круглая диафрагма 16, и линейку фотоприемников 6. Входы линейки фотоприемников (например,схема 511 ф. ) подключены к стандартной схеме управления 17, а выход - через усилитель 18 к аналого-цифровому преобразователю 19 (например, 7821 ф.). Линейка фотоприемников 6 установлена с возможностью перемещения вдоль диаметра диска 7, например, по направляющим 20. Осветитель 14 расположен вдоль указанного диаметра и жестко связан с направляющими 20 посредством кронштейна 21. Неподвижным элементом преобразователя является диск 7. Изображение диска считывается с линейки фотоприемников, оцифровывается аналого-цифровым преобразователем 19 и поступает в вычислительный блок 8. Положение центральной диафрагмы в изображении характеризует линейное смещение подвижного элемента, а положение спиралей Архимеда - угловое положение. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.