автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Маятниковые измерители уровня для автоматической системы выправки железнодорожного ...

На правах рукопис

«ч

N

НАСИБУЛИН РЭИС НУРУЛЛОВИЧ

МАЯТНИКОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ УРОВНЯ ДЛЯ АВТОМАТУ . * .,иЯ СИСТЕМЫ ВЫПРАВКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО

Специальность 05.13.07 - Автоматизм ¿льодогических

процессов ароиаводств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТУЛА -1997

Работа выполнена на кафедре "Электромеханические и электронные приборы и системы" Тульского государственного университета.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Распопов В.Я.

Официальные оппоненты - доктор техничеких наук,

профессор Усенко H.A.,

кандидат технических наук Зайцев В.Д.

Ведуцал организация - ЗАО "Тулажелдормаш"

Защита диссертации состоится Я-г-Юй&кЬхШ? г.' ъ {£ часоч на заседании диссертационного совета Д 063.47.04. в Тульском государственном университете по адресу: 300600, г.Тула, пр.Ленина, 92 (9-ый учебный корпус, аудитория 101). . •

Ваши отзывы в 1-ом экземпляре, заверенные печатью организации, просьба высылать по указанному адресу. .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан Ud.<U%jiJL. 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., проф. В.М.Мазуров

- 3 -

< ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛБ01Н

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. ' 1:елевнодорсгаый трапсиорг н»се? огромное значение для России, имеющей самую протяз?внпугэ 'счть яелезных дорог. . Для обеспечения безопасности движения' требуется поддержание »елезнодорояного пути, подвезенного воздейстг:п воды, ветра, солнца, те>шсратурным .колебаниям грун-та, сил, - вызываем« движением поездов, в исправном состоянии. При этом поперечная негоризонтальность железнодорожного пути составляет ± 4,5 угл.мпн., что соответствует превышении одного рельса над другим ±2 ми на Саз? колеи 1520 мм.Поддержание дэлезнодородного пути в исправнс;: .состоянии обеспечивается специатьныни келезнодсроднымн маишнам;: ¿¡:-па: ВГО-3-3000, ВПР, ЭЛБ, ДСП и другими, которыз осущес^влят выправку и стабилизации пути в плане, горизонте и по напра? Качество исправления делезнодоролпого пути в значительной с,еп'?::"! зависит от работы скстена управления рабочими органами малка. 9д-ши из приборов, формирующим информацию о состдяшш железнодоро:?-ного пути, является измеритель поперечной иегоризонталыюстн. В настоящее время в системах управления мслши используются приСсс:! типа ЕЬТ-133.00 (Австрийс!сая {дарма "РГаазег") и прибор типа Щ', (завод "Сибтензоприбор", Россия). Указанные приборы обладает рядом недостатков: большое фазовое запаздывание в полосе пропуска- .. нкя частот измерительного сигнала, недостаточная виброустойчивость и для прибора ЕЬТ-133.00 большая отпускная цена.

В связи с изложенным, разработка теории, методов проект!.ро-вания и испытаний, позволявши создавать измерители негсригсп-талыюсти яелознодорошого пути па огщ.е^хгцем технически.! уровне, является актуальной задачей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - создание научных основ разработки конструкций измерителей ¡«горизонтальности (уровня) маятникового типа для путевых гелезнодсролных мании.

Указанная цель потребовала постановки и решения следующих научно - технических задач;

1. Адаптация математической модели физического маятника для описания функционирования исследуемых приборов в 'состапе путевых железнодорожных машин.

2. Экспериментальное исследование и математическая обработка параметров возмущений, создаваемых путевыми келезнодсрол-пыми малинами.

3. Разработга программно-аппаратного комплекса на ба"е стен-

. да угловых колебаний для экспериментальных исследований и метрологически^ оценок приборов и их узлов.

4. - Разработка метода проектирования исследуемых приборов.

б. Разработка и внедрение прогрессивных конструкций•приборов.

ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются маятниковые измерители негоризонтальности, реализующие прямой и компенсационный методы измерения. .

ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются 'математические модели измерителей поперечной негоризонтаяьности маятникового типа, их ачп-литудно- и фазо - частотные характеристики, методы проектирования приборов с применением персональной ЭВМ, а также методики экспериментальной отработки проектируемых образцов. •

ОБЩАЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. При решении поставленных задач применялись методы теоретической механики, теории колебаний, теории автоматического управления и математического анализа р комбинации с натурными и лабораторными экспериментальными исследовачи-. ями. На всех этапах работы использовался специально разработанный лабораторный аппаратно-программный комплекс.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ: ■ ■ •

1. Выполнена аналитическая адаптация обобщенной математической модели физического маятника для описания" работы маятниковых измерителей уровня в условиях путевых делезнодороиных машин.

2. Разработана система проектировочных уравнений маятниковых измерителей уровня, реализующих.прямой и компенсационный методы измерения. ■

3. Предложена методшса .проектирования маятниковых измерителей уровня, включающая программно-аппаратный комплекс на базе специального стенда угловых колебаний.

4. Создан специальный комплекс, включающий стенд угловых колебаний и программно-аппаратную часть, позволяющий выполнять экспериментальную отработку измерителей уровня с акселерометром в качестве чувствительного элемента.

5. Разработана база данных для проектирования маятниковых измерителей поперечной негоризонтальности (уровня) желе'внодорок-ного пути.

6. Спроектированы, изготовлены и испытаны образцы маятниковых измерителей уровня, реализующих прямой и компенсационный методы измерения.

7. Проведены сравнительные испытания серийно выпускаемых и альтернативных образцов приборов в условиях работы путевой бригады.

8. Изготовлен и внедрен в учебный процесс стенд "Компьютерная обработка сигналов с датчиков первичной информации", представляющий. собой одид из фрагментов комплекса, используемого для отработки маятниковых измерителей уровня.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

1. Системы проектировочных математических моделей маятниковых измерителей поперечной негоризонтальности железнодорожного пути, реализующих прямой и компенсационный методы измерения.

2. Методику проектирования маятниковых измерителей поперечной негсризонталыюсти железнодорожного«лути.

3. Методику и технические средства экспериментальной отработки маятниковых измерителей уровня.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результатами работы являются научные основы разработки маятниковых измерителей поперечной негориз'онталь-пости железнодорожного пути, которые включают математические модели, систем проектировочных моделей, методику проектирования приборов, реализующих прямой и компенсационный методы измерения, методику зксперикентачьной отработки приборов, которая дает возможность разрабатывать измерители на оперелсающем техническом уровне, что подтверждено результатами сравнительных лабораторных и натурных испытаний созданных приборов и базового прибора фирмы Р1аззег,.ЕЬТ-133.00 (Австрия). , .

Приборы типа ИИУ-М используются в контуре управления машиной ОГО-3-3000 (подтверждается актами внедрения). Результаты диссертации используются в учебном процессе кафедры "ЗМиЭПС" ТулГУ по 1сурсу " Теория приборов первшнюй инс&ср'ашш", а также при подготовке магистров и в дипломном проектировании.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ. Сформулированные в диссертации научные положения подтверждены математическими моделями, 'экспериментальными и натурными исследованиями. Достоверность результатов проектирования в реализованных образцах приб'орах подтверждена результата),«! их работы в составе систем автоматического управления путевых машин типа ВПО-3-3000, ДСП (подтверждается актами внедрения) .

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И. ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения .диссертации докладывались и обсуждались на ежегодных научно - технических

- G -

конференции* профессорах) - преподавательского состава Тульского государственного университета, па исхдуиаролноп научно - технической шфргиигА "Конверсия, приборостроение, рынок" 14 мая 1395г., г. LV;i"cu-...uip, прибор ИйУ-П ¡экспонировался на международной ■ ннноваако;шой выставке - ирч;арке в г, Лейпциге 16 - 20 сентября 199?г.

СТРУКТУР, \ П-ОБЪЕМ РАБОТЫ Диссертация из-талена на 158 страницах TC'tKrû п склачает в себя пззденке, 3 раздела с выводами, шивочсин», список литературы из 65 шшмевоваяий и приложения.. В тексте диссертации приведены 16 таблиц и 43 .рисунка.

' ОСНОВНОЕ С0ДЕК:1АНлЕ ДШЯЕРТАЦДО

ЬО ВЕШЕН.;:! алюлнев анализ приборов применяемых для измерения поперечной 1-г.горизонтзльиости пелозиодорешого пути, а' также ycioiny г-; глали/атащ-ш ка сиправочно-подбивочния иаашках. Особенности (лпетрупции н эксплуатации продаот исследуемым приборам опред^леишуа кость, nosволг.ющую выделить idï е отдельную

группу.' Но «p»i3iî.-.omïoro епахрэа работ, посвященных проектирования пряЗорс-.- о ',.:i."Ti::.bOB:.,:i чупстьптегъкк-л элементом, испольвозашш п;; г спстс.у£". ;:'jnpij:KM .^елззпсясрссиого пути в услокииз их оксплуа-^гагл;' «'..r-'iVÎ' • ':;о огсутстсугст |©г.ш:гкскые 'Исследоватш, посвя-цзнгнг ;;;-ууэ ссезиозЕНикч иотода:л раоразотга ¡юнетрукцпи прибором tihis дли шгкэрен'ы уровня исправляемого г.елезно-

.!'лгг:'{ P. jMEH явссергаш/ иосвя&и сссгсяккз разработок в оЗгс:* - -олсГ» уровня кгмтникоЕОГо .тика путевш келезно-

Г.с-.о. .г: : wj. ИриСори гелс^атр^гисе!;oiî грунт: построены по двум к:с.--. : ; wv,vy;f;.s-ra пря);оЯ к .ко^повсацкотшй петолы измерения. Ont ;} ïip:.ocp2i.. i.oa;;oro штрек«." представлены на рис.1. Схемы ак-пвтгкдхся чугю-аплт^опьгмп элементами приборов, рз-иъоу&т--. язнсацпонний };оуся пы;ерешш представлены на рис.2. Г» 1 приведены параметру гркЗороь, реализующих прямой в

iK^ii&iica^.cuiii:;: метод:! взд-арйшш, из которых (ЮГУ, НН-2) раз-рмэгзяи при участии автора, а и:; параметры не хуже, а по некотором позиций.;« (3,5,6 для прибора ИЛУ), (Б,? для прибора Щ-2) луч-r.'j, чей у npiSùopoù типа JIîl',!, EUMES. 00.

- 7 -

Схем-» пр'».5сроз пряного пэкгрря.*-;.

а) "ЕЫ-133.00" (фирма "Р1аззсг"Австр:м): 1-ксрпус; 2-.тлит',сс7 7э; 3-маятник; 4-стрелочпый кулисный механизм; 5-Екала;6-гиб:-■ ;лп пиг:,;-дача;7,8-ют1вн на осях потенциометра и маятника соотвеютпэгл.о.

б) "ВШШТ"(г.Москва): 1-корпус; 2-кидкость; З-маятнпк; 4,5-ротсо и статор индукционного датчика угла.

в)"ИН-2" (ТулГУ, Тула): 1-корлус; 2-глц'кость; З-маятник; л-гиЗкг.; передача; 5,7-ппапгы на сс.чх потенциометра и маятника; 6-прэ::о-* куточная опера; 8 - икала; 9-!юрнкршй стрелочный механ'::-м.

Рис.1.

Схемы акселерометров приборов,. рзалкзуюгдих компенсационный метод измерения.

а) акселерометр прибора ИПМ:1-мачтншс; 2-катушка датчика момента; 3-постоянныи магнит; 4-магнитопровод; 5-корпус; 6-керновгл опора; 7-якорь датчика угла; 8-катушка датчика угла; '' б) акселерометр прибора ИИУ: 1-поплавок-маятник; 2-датчик угла; 3-постоянный магнит; 4-катушка датчика момента; 5-корпус; "6-силъфон; 7-нидкость; 8-камневая опора.

Рис. 2

- о -

Таблица 1.

Технические параметры приборов прямого и компенсационного методов изменения..

Наименование технически о параметра Прибор ИИУ Прибор ИПМ Прибор Прибор . ЕЬТ-133.00 Прибор ВНЙИ1Т

1.Маятниковость чувствительного элемента прибора, кг-м 1,2-Ю"5 - 1,42 1,84 0,0057

2.Постоянная времени прибора, с 0,0335 0,1 0,15 0,15 0,08

3.Коэффициент динамической восприимчивости . 0,02 0,45 0,001 0,001 0,24

4.Рабочая полоса частот выходного сигнала, Гц 0...1 0..1.5 0..0.1 0...0.1 0. .0,4

5.Фазовый сдвиг на частоте выходного сигнала, град.. 18, 69 8,33 9 14,6

6.Нелинейность выход? ной характеристики,% 0,1 1,2 1,5 1,5 2,24.

7.Методическая погрешность от двухкомпо-нентной вибрации с амплитудой частотой ЗЗГЦ, угл.мин. 0,047 - 32 ' . 04 153 '

Приборы типа ИН-2 (прямого измерения), ИИУ (прибор компенсационного, измерения) были изготовлены на кафедре "ЭМиЭПС" ТулГУ и прошли лабораторные и натурные испытания на Юго-Восточной железной дороге в г. Воронеже в путевой части N3 .(ПЧ-3) и на Московско-Калужской железной дороге в г. Калуге (ПЧ-Н101). Акты внедрения и испытаний приведены в диссертации.

Разработка приборов ИН-2, ИИУ базировалась на теоретических положениях, которые составили научные основы проектирования маятниковых измерителей- уровня для путевых железнодорожных машин.

ВО ВТОРОМ РАЗДЕЛЕ на основе анализа математических моделей приборов, реализующих прямой и компенсационный методы измерений, разработаны системы проектировочных математических уравнений маятниковых измерителей уровня для путевых железнодорожных машин.

Структурная схема прибора," реализующего компенсационный ме-

год измерения приведена на рис.3..

Структурная схема прибора.

1 Л датчик

угла

Кг

1)1

V.

Г

Кз и2 ТзР+1 из 1

Т4Р+1

оОмотка еоэоуждекия

Цп'51П»Л I

—и-

Кл

и4

Рис.3.

На рис.4 приведена схема для составления уравнения движения г.гягв:;ср.ого акселерометра- относительно оси его подвеса (01\): Схема действующи С1Ш и моментов на ЧЭ акселерометра в приборе ИИУ.

Рис.4.

ОХГС-неподвккная система координат; ОХхУ^з,-система коорди-!ат, связанная с ЧЭ акселерометра; 0Х'У'7/-снстема координат, :вязанная с корпусом акселерометра; г-угол отклонения уровня ие-юзнодоронного полотна от горизонта;о(ь >угод поворота ЧЭ относи-'елыга корпуса. Предполагается, что виброускорения Ух,\'у приложе-:ы к центру масс поплавка на расстоянии 1 от его подвеса.

В соответствии с методом Даламбера уравнение движения ЧЭ ак-

- 10 -

селерометра относительно оси подвеса имеет вид:

12-В+В-а+к-в=(ш-Уу-1+т-в-1-51пг)-созз+т-Ух-Г-БШВ+МА» ' (1)

где: 12-момект инерции подвижного узла акселерометра относительно оси Ъ\, кг'-м2; В-коэффициент демпфирования, Н-м-с; ш-масса подвижного узла,кг; Мд-сумма возмущающих моментов, приложенных к ЧЭ (момент трения, момент тяжения, момент разбалансировки, гидродинамические моменты, случайные моменты), н•м; к - жесткость "электрической пружины" Дн-мЗ, определяется равенством:

к - кг-Кэ-кп-кдм.. (8)

К2-передаточный коэффициент датчика угла акселерометра (паспортное значение), кз-коэффициент усиления (определяется исходя из заданной чувствительности 5 и диапазона измеряемых углов прибора Ттах)» >кп-коэффицйент проводимости в цепи датчика момента (рассчитывается исходя из требований ТЗ), кдм-крутизна характеристики датчика момента (паспортное значение).

В дополнение к уравнениям (1,2) необходимы уравнения:

- индукционного датчика угла и^ - кг-В, (3)

- электронного усилителя (предполагается безинерционным)

• и2 - к2-кз-В - З-Ттах. (4)

- датчика момента Млм - кдМ-1, (5) где \ - ток в обмотке датчика момента, определяемый соотношением

и2 ...

1 - кп-и2--, (6)

И + Идм

где: Н-нагрузочное сопротивление цепи обмотки датчика момента; Идм-сопротивление обмотки управления датчика момента." Ваздейией характеристикой акселерометра, работающего -в условиях путевых маиин является виброустойчивость, которая может быть охарактеризована предельно возможным углом поворота чувствительного элемента. Указанный угол может быть определен из частного решения уравнения (1); ■ •

Вч - А1'51п(Ш1-1><(>1) + А2'С05(ш-1-ф2) + + 0.5-Ка-ах-А!-005(11-91) + 0.б-Ка-ах;А1-Хз-СО5(2-Ы1-Ь-р.-Ч11-(11з) + + О.б-Ка-ах-Аг-АгзтСшаЧ-и-ф!), (7)

где: а-.,ау-амплитуды вйброускорений по осям соответствен-

но, м/с2; оц-угловая частота виброускорений, }/с; ц-фазовый сдвиг виброускорения, действующего по оси X'(рад) по отношению к виброускорению, действующему вдоль'оси У';' и - частота угловых колебаний малшныД/с; А1 - Ка.-ауА1, Аг - Ка-е-С-Аг-

- 11 - ■

амплитуды вынужденных колебаний -ЧЭ акселерометра; >1, Лг, Хз - коэффициенты динамической восприимчивости ЧЭ акселелеро-метра по возмущениям; Фх, Ф2. Фз- фазовые сдвиги вынужденных колебаний ЧЭ акселерометра; С-амплитуда угловых колебаний машины, рад; ка - ш-1/к ; К1- ш-1.

Из решения (7) следует, что центр колебаний ЧЭ (маятника) ;мещается на величину, определяемую постоянной составляющей, которая является методической погрешностью,- обусловленной наличием зиброускорений по двум осям: ✓

ш-1 „

Вм - 0.5- (-)^-ах-ауЛ1-соз(м.-ф1). - ' (8)

^ ■ "

Из (8) можно получить непосредственное ограничение на вибро-ускоре'ния если известен предельный (бп) угол поворота ЧЭ (Зп-бм)-Таким образом, уравнения . (1,2,3,4,5) с учетом (6,8) представляют математическую модель прибора, реализующего компенсационный метод измерения. - .

Задача проектирования прибора заключается в том, чтобы в рабочей-полосе частот измеряемого сигнала обеспечить заданный порог • чувствительности, нелинейность, виброустойчивость, фазовое запаздывание сигнала.

1. Порог чувствительности 3 прибора обеспечивается выбором передаточного коэффициента к^:

3-(1 •+ км-кг-кз-кп-кдм)

к4 - ---, где: а-£-51п(1угл.мин.) (9)

к1-км-к2'-кз-а

2. Нелинейность 5Тр определяется чувствительным элементом (акселерометром) и зависит от момента трения (Мтр) в опорах подвеса акселерометра:

2-Мтр

5Тр- ---1007. (10)

к11тах

3. Виброустойчивость определяется предельным углом отклонения ЧЭ при действии двухцомпонентной вибрации по формуле (8).

4. Полоса частот измеряемого сигнала и его фазоЕое запаздывание обеспечивается передаточным коэффициентом кп:

ТгТг - Т1'2

Т1'2-КМ-К2-КЗ-Кдц

где: Т1Д2 - постоянные времени первого'', второго апериодических звеньев поплавка акселерометра (определяются эксперименталь-

Кп - „ .2 ———- . • . * (И)

- - ■

но); V • •Лллянкая ьрекенк з£:,к.чутой цели акселерометра (задаете ;:с-;о;.л пз тр^Оо^аккй ТЗ).

Г ^. у

" п-.ах

у...------------(12).

Г' • Пг И2-|3П

Та;е;:; с.>?£.г>с..-: уравнения (1,1',3,4,5,6,7,8,9,10,11', 12) составляют сьсглу грс;;!с. :;рбйочы1Х иглелатическиг. уравнений измерителей уровня г.ель-;,:'ог.-:ро.-1гого пути кокпекс&шкхшого метода пгиерения.

Ыетогнгс. [¡роо,жирования ва:ж1)чается е испоньеовании проектировочной г.о:.чУ.'1 г рл>з/;ую2.&й- посдедоьатеаьности:

1,. Ь-,счсг г!ср»га чуг.отъггеяьиости акселерометра согласно

гаР2С.С',;;г|:;'..;: ТЗ.

2. :.Оо-: ■■укц:"1 акссдорс^етра.

3. о.-р "»сриДйточтя коойФьщюнтоз структурной схемы

Г-1, К2. '^.М, '■:>. !■"... (12).

4. 0';р' ".•..лг"!'.!',1 постоянных врздеш! То,. Та, Тг, Тз» Т4. пара-са^/хсп:'!; ; л/.тникл 43 азже-ьерсиетра- с,, передаточного коэффициента г,. 'С.;.

П. х&стезд на ииброусгойчивость (8).

6. 11рэг.ер:о с:;сте?.:ь: на динамическую устойчивость. . . 7. '".'.^с: £х.",ьиого фгльтра с целью исключения из полезного слгнаг.а состаьхотл'.еи.

'с. г.:;р-до.гл':!;ч' ^¡¿тбоного коо;}ч-ч!* усиления кл (9). О. •„• :рснелинейности ыжедпо;; хг'рг^теристшш акселе-рО'./С-ТрСО). '

}:\ :>сся I кроокткровавкя используется 8ВМ с применение» !13Мёр:;гс.-^;ю-:>с;ипагельно,го комплекса по определению АФЧХ. ■

га&рьЗотёлноЯ методике биш спроектированы и изготовлены прибор-,; !мУ, 'Ц1У-М. Рассогласование результатов проектирования и икспернмзкгальних (для ]1ЙУ) составляет: по АЧХ 0,7% по ФЧХ 16,7% на частоте 1 Гц. • ^

Амплитудные, фазовые частотные характеристики приборов компенсационного измерен;^ приведены на рис.5.

На рис.6 приведена схема для вывода уравнения движения маятника кр;;йора прямого измерения. ОХ'/г-неподвижная система координат., С кэашкоЛ связана система координат ОХ У'г'и определена углем и.ишзна ;; 'келезнодорокчого полотна относительно системы ХУ2. и:рсVI'7-1'-система координат, связанная с корпусом прибора. Точка повеса маятника. Ох вместе с экипажем относительно точки О ' совсра:?.?? мгновенное вращательное движение.

- 13 -

Амплитудные, фазовые частотные характеристики приборов.

ч!

Ч \

___ \

N • ^ \\

к ^ ь 1,1 и« КГ 4 \\\ \ \

- ■—__^ \\\

ч ч

V N -V \ Д\

\ ч \\ \

\ \ \ N \ Г\ \\

- - ч V \

V" \ \ \

-Ш, ечу и;/, ----дч», <'к кг/-:', --- »«х, «чх ¡;п с.)-,

РИС.5.

Схема для определения сил и моментов, действующ« на маятник прибора

Рис.6.

- 14 - -

Методом Даламбера получено уравнение: >

1(ё'+ т) + В-е + ш-г-1-з1п(Е + т) - - т-ЬС^в-э!!! в +

+ Ур-соэ е] - С-п-1-г'-з1п В + Ь-т-1-т2соз «, (13;

где: \'Е" '-з-5111(011, УГ" аГ'31пи^ (ав,аг - амплитуды вибрации

Ы1.Ы2 - угловые частоты линейной вибрации) .

Интегрирование уравнения (13) для начальных условий е2(0) -- £1(0) г 0, г2 - 0 дает результат:

ш2-12-ав-аг-Д-о)2

£2 - -5—---Е^оэ^^ - <р2) -

21

т2-12-ав-аг-Д-Ы2

212

•Е2со5(Ц21. + Ф2) + ' (14;

п1-1 -зв-м-ы-д! ' ш-1-ав-м-(»)-д1

+ -5—--Езсоэ^зЬ-Фй)'--5--Е4С03(д41+Ф4) ,

21 21

где: е1 - —5-=-—=-:-5-^ту^ , (1 - 1,2,3,4);

.[(x2 + п2 - + 4•x2•qi"]1/2

1

Ы2 Е(Х2 + п2 - ы22)2 + 4-Х2-0122]1/2 ' 1

Д -Д1-

(0 с(х2 + п2 - о2)2 + 4-х2-0)2]1/2

М - •Ь-Го-'«г-51п0 - т-ЬЬ-Гс^'Ы^соБ^Л-сЬЕоЛ-созсх-. - 1-го-«2 -мп-е-Ьго;'

в 2, гп-г-г ■ ■

_ -- г „ Уо-з1п ыЬ; Го"амплитуда угловы>

21 I

колебаний машины; ы - угловая частота полезного сигнала;

«1 - «2 - чи «1,+ иг - _ « "-Яз; он + о> - 44.

Из решения (14) следует, что "перекрестное" ускорение с амплитудами аг, ав вызовет смещение средней линии колебаний маятникг прибора на величину:

ш2-12'ав-аг-Д-Ы2 г 1

- —-- 2 •--[Е^оэ^^-Фг) - Егсог^+Фг)]. (15)

Кинематика рабочих органов выправочно-подбивочных маши!

исследования.

Для определения ЛЛЗЧХ маятниковых измерителей урзия железной дороги разработан измерительно-испытательны:": комплекс, структурная.схема которого приведена на рис.8. Кк»аг.ск? акдочает: синусный стенд, аналого-цифровой ' пресбразоватс.г (АЦП), ЭВМ с программным обеспечением.

Структурная измерит елыга- г.спнтгтельно'го комплекса.

Рис.8.

Синусный стенд представлен з'двух вариантах. Первый воркгят стенда предназначен для задсакя синусоидальных гармонических колебаний с амплитудой от 1 минута до 22.5 градусов, частотой с? 0.001 Гц до 300 Гц. Синусоидальные колебания платформе гадайте,я 'при помощи внешнего генератора - 2. Пителнго пульта осуществляется двуполярным источником постоянного тока. Стенд предназначен для испытания прибороз весом до 10 Н. Второй вариант стенда предназначен для испытания приборов весом до 300Н. Синусондатьн-:е гарч'оническне колебания с амплитудой от 10 минут до 40 градусол, . частотой от'0,1 Гц до 1,5 Гц обеспечивается управляемым электроприводом .■ _

Сигналы с прибора и датчика угла -механической части стенда поступают на вход мультиплексора (МУЛ) аналого-цифрового преобразователя. По команде счетчика (СЧ) мультиплексор подключает к АЦП соответствующий датчип.. Сигнал с мультиплексора поступает на вход компаратора (КОМИ), где сравнивается с пилообразным напряжением ЦАП. При равенстве сигналов компаратор выдает команду на запись 'десятиразрядного кода со счетчика (С1!) в регистр -(ГБП). Сппш с

регистра с помощью декодера (ДЕК) преобразуется в последовательный десятиразрядный код. Скорость обработки информации управляется генератором - 1 и составляет 9600 бод.

Сигнал ь виде десятиразрядного последовательного кода поступает на последовательный порт ЭВМ (СОМ КЗ-232), работа которой управляется программой.

Измерительно - испытательный комплекс позволяет:

- автоматизировать процесс контроля приборов по динамическим характеристикам (полосе пропускания, фазовому сдвигу на заданной частоте);

- проводить испытания с оформлением соответствующей метрологической документации на каждый прибор;

- проводить корректировку звеньев лолосовых фильтров по результатам экспериментов;

- автоматизировать процесс проектирования приборов согласно техническому заданию.

На Юго т Восточной железной дороге ПЧ - 3 (г. Воронеж) были выполнены измерения параметров вибрации машины ВПО-3-3000, N 3 (завод "Тулажелдормащ") в зоне установки измерителей уровня. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

. " Таблица 2.

Результаты измерений вибрационных возмущений.

Амплитуды виброускорений, м/с2 .

Измерительные оси Скорость движения машины 0 м/ч Скорость движения машины 2000 м/ч

X 21,2 21,2

У 15,0 .. 16,9

2 26,7 75,4

Данные,в табл.2 соответствуют основной гармонике вибрации равной 33 Гц. На машинах типа ДСП ускорение на основной гармонике достигает (100-150)м/с2. На машинах типа ВПР виброускорения меньше тех, что указаны в табл.2. Очевидно также, что виброускорения на площадках (бачках) измерительных тележек меньше, чем в зоне действия рабочих органов машин (Акт испытаний прилагается). . ' В сентябре 1995 г. ~в том же ПЧ - 3 ( г.Воронеж) были прове-

• - 19 -

дены сравнительные испытания измерителей негор^зотгальности яе-лезнодорогшсго пути (Акт испытаний прилагаете ). Оценивалось влияние запаздывания, вносимого кандым измерите^-м пегоризоиталь-ности пути, на частоту автоколебаний системы г:г:с:,тл1'чзского управления малины ВПО-3-3000.

Псов-л.сккыо «сгогггшэт показали, что нанба&суа частоту автоколебаний обеспечивал прибор Ш1У. Прибор ИИ - 1 и прибор "Р1аз5ег" обеспечивали одинаковую частоту автоколебаний в системе управления.

Повышение частоты автоколебаний позволяет увеличить дина:"--ческую точность выравнивания железнодорожного пути.

В ПРИЛОЖЕНИЯХ к диссертации приведены акты внедрения испытаний приборов,

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Л ВЬВОДН.

В диссертации:

1. Выполнено обобщение известиях и полученных авторе-: результатов в области исследования и проектирования маятниковых измерителей поперечного уровня келезнодоролного полотна, реализул-цих прямой и компенсационный методы измерения.

2. Разработаны математические модели приборов в условиях работы путевых машин, проектировочные модели и методики проектирования приборов.

3. Спроектированы и изготовлены приборы ИН-1, ИН-2, ИИУ, ИИУ-М. Приборы ИН-1, ■ИИУ прошли опытную эксплуатацию на машине ВПО-3-3000 на Юго - Восточной железной дороге (г.Воронеж, ПЧ-З) и по результатам маркетинга ведутся переговоры о поставке приборов на путевые машины Восточно-сибирской и Сахалинской железных дорог.

4. Проведены сравнительные испытания приборов ИН-2, ИИУ, ЯПМ, ЕЬТ-133-00 на Юго-Восточной железной дороге (г.Воронеж, 14-3). Показано,что частота срабатываний системы управления машиной ВП0-3-3000 вьгле при использовании прибора ИИУ, что позволяет говысить динамическую точность выравнивания, железнодорожного пу-ги.

5.' Разработан, изготовлен и испытан измерительно-испытатель-щй комплекс по измерению АФЧХ характеристик приборов.

В Московско - 'Смоленском отделении Московской железной доро-•и проведены испытания прибора типа ИИУ-М с целью определения точности выправки пути. Показано,, что среднеквадратичное отклэне-

ние попере .¡юга уровня железной дороги от горизонта не превышает допустимого значения.

Таким образом. "полученные в диссертации научные результаты: математические модели, системы проектировочных моделей, методы проектирования приборов, реализующих прямой и компенсационный методы измерения, методики экспериментальной отработки приборов -дают возможность разрабатывать измерители поперечной негоризонтальности железнодорожного пути на опережающем техническом уровне, что подтверждено результата,»! лабораторных и натурных испытаний, разработанных приборов и базового прибора фирмы Plasser, ELT - 133 (Австрия).

Совокупность научных результатов, полученных и обоснованных в диссертации, может быть определена как научные основы разработки маятниковых измерителей поперечной негоризонтальности железнодорожного пути.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ. Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Наснбулнн Р.Н.,Синютин А.Н. Комплекс аппаратуры по обработке сигналов с датчиков первичной информации, с выводом результатов на дисплей ЭЗМ. ■ // Тез. докл. науч. конф. / Приборы и приборные системы, 26 сент. 1994г.- ТулГУ - С.65.

2. Распопов В.Я., Насибулин Р.Н., Иванов Ю.В. Измерители поперечной негоризонтальности железнодорожного пути.//Информационный листок N 74-С.З Тульский ЦНТИ серия Р.55,41.35, 8 апр. 1996г.-С.1

о. Наа.оулин Р.Н., ■ Распопов В;П. Научные основы разработки маятниковых измерителей негоризонтальности железнодорожного пути. // еоорсп!.ая техника. - 1995.- Н10-11.- с.7-11.

•}. Гришин В.В., Кузнецов ¡O.E., Насибулин Р.Н., Распопов В.Я. Возмущения, обусловленные железнодорожным путем, и приборы для их измерения (аналитический обзор). // Оборонная техника.- 1996.-N10-11.- с.з-б. : '

5. Гршлин В.В., Насибулин Р.Н., Распопов В.Я., Лоторев A.C.Измерительно - испытательный комплекс для маятниковых уровне-мероо.// Материалы международной науч. техн. конф./ Конверсия, приборостроение, рынок, 14 мая 1996г.- Владимир - С.87-

в EK.-J» М./а*. буизга CCiSä 1/ÍS. Бумшз тгасграф. 2

вт. "ta. кгчл. t < . Уса. ^.чдт. / . Уч.наздл/.-ГТкраа Л'^гея.

Lh.Ai.y-',

Íy^í-tó кяуягртгишй yussqpcsrer. 2С1ЮТ, Туга, срсся. Летай Е2.

сгг^гшгзнй сздсврафвз Тульетют гссударствмшого ушгеео-csfriü. TjrÄi, уАЛмибдза, Ш.