Гидроакустические средства контроля негоризонтальности железнодорожного пути

• Автор: Есипов, Алексей Витальевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 152 с. : ил.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ НЕГОРИЗОН-ТАЛЬНОСТИ
1.1 Условия эксплуатации средств контроля негоризонтальности
1.2 Анализ существующих методов и средств измерения и контроля негоризонтальности
1.3 Обзор публикаций по теме исследования
1.4 Выводы и задачи исследования
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ НЕГОРИЗОНТАЛЬНОСТИ И ПРИНЦИПОВ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ
2.1 Принципы построения и теоретическое описание жидкостных датчиков негоризонтальности с ультразвуковым амплитудным съемом информации
2.2 Принципы построения и теоретическое описание жидкостно-механических датчиков негоризонтальности с ультразвуковым амплитудным съемом информации
2.3 Принципы построения и теоретическое описание жидкостных датчиков негоризонтальности с ультразвуковым частотным съемом информации
2.4 Принципы построения и теоретическое описание жидкостных датчиков негоризонтальности с ультразвуковым дифференциальным съемом информации
2.5 Выводы
ГЛАВА 3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ КОНТРОЛЯ НЕГОРИЗОНТАЛЬНОСТИ
3.1 Разработка обобщенной математической модели механической подсистемы датчиков негоризонтальности
3.2 Анализ динамических характеристик датчиков
3.3 Уменьшение вредного воздействия вибрации на датчики негоризонтальности
3.3.1 Амортизация гидроакустических датчиков
3.3.2 Фильтрация выходного сигнала гидроакустических датчиков
3.4 Общая математическая модель датчиков негоризонтальности
3.5 Выводы
ГЛАВА 4 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ КОНТРОЛЯ НЕГОРИЗОНТАЛЬНОСТИ
4.1 Общая характеристика погрешностей
4.2 Исследование погрешностей ультразвуковой подсистемы
4.2.1 Погрешности жидкостных и жидкостно-механических датчиков с амплитудным съемом
4.2.2 Погрешности жидкостных датчиков с частотным съемом
4.2.3 Погрешности жидкостных датчиков с дифференциальным съемом
4.3 Исследование погрешностей механической подсистемы
4.4 Нормирование погрешностей и рекомендации по повышению точности датчиков
4.5 Выводы
ГЛАВА 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ КОНТРОЛЯ НЕГОРИЗОНТАЛЬНОСТИ
5.1 Конструкции экспериментальных датчиков
5.2 Методика проведения и аппаратурная реализация экспериментальных исследований
5.3 Исследование адекватности математических моделей гидроакустических датчиков
5.4 Выводы ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРИЛОЖЕНИЯ
Актуальность работы. Сфера применения средств контроля негоризон-тальности весьма широка. Они являются основным элементом систем навигации и стабилизации, широко используются при научных исследованиях, в геодезии, геофизике и пр. Причем требования к их техническим характеристикам все время возрастают. В первую очередь это относится к точности и порогу чувствительности, поскольку точность их работы определяет точность систем, в которых они применяются, или точность проводимых исследований. Естественно, что улучшение их характеристик не должно сопровождаться большими аппаратными затратами.
Во многих как специальных, так и общепромышленных приложениях возникает гораздо более сложная задача динамических измерений углов него-ризонтальности. Так одной из актуальных задач является измерение поперечной негоризонтальности уложенного железнодорожного пути. Безопасность, бесперебойность движения, уровень комфорта пассажиров в значительной мере зависят от состояния пути. Неисправный путь может создать аварийную ситуацию, вызвать задержки и сбои в движении поездов. Отрицательное воздействие неровностей пути на поездные бригады и пассажиров выражается в существенном повышении уровней шума и вибрации в подвижном составе. При прохождении колесными парами неровностей пути возникают значительные динамические нагрузки, следствием чего является преждевременный износ ходовых частей. Таким образом, задача поддержания исправного состояния пути очень важна, для ее решения необходимо производить систематический контроль и текущее содержание железнодорожного пути.
Непрерывный контроль пути под нагрузками, близкими к нагрузкам поездов со скоростями 100 км/ч и более, осуществляется измерительными комплексами, размещаемыми в вагонах-лабораториях.
Задача текущего содержания пути заключается в обеспечении требуемых геометрических параметров железнодорожного пути. Для решения поставленной задачи с помощью специальных путевых машин производится выправка и
тойчивое состояние необходимо затратить некоторую работу для преодоления этого потенциального барьера. По этой причине при замкнутой положительной обратной связи при изменении геометрических параметров резонатора число, характеризующее кратность полуволн, стремится остаться, а меняется частота возбуждения. Найдем изменение частоты при возникновении угловых отклонений от горизонтальности.
Рассмотрим случай образования стоячей волны (рисунок 2.11).
Рисунок 2.11 — Схема падения и отражения ультразвуковой волны
При падении пучка лучей сначала фронт волны движется по направлению АС. А затем отражается от границы раздела двух жидкостей в точке С, меняя направление на CF. Отраженные плоские волны интерферируют с прямыми, и условием образования стоячих волн будет здесь условие целого числа полуволн на перпендикуляре ЕС, т.е. на отрезке BCD, а следовательно, как видно на чертеже, на отрезке ВС.
То есть, стоячие волны получаются при условии:
/sina = , (2.33)
2/о
где со — скорость ультразвука в рассматриваемой жидкости; п — целое число;
fo — начальная частота ультразвуковых колебаний.