"Меритель" предназначен для измерения погрешности параллельности рельсов. Меритель движется по рельсам и при помощи датчика и определяет отклонение от паралленльности рельс. Данные о размере дефекта и его местоположении записываются на электронный носитель либо передаются на станцию. Руководствуясь полученной информацией, можно будет принять соответствующие меры по устранению неисправности и предотвращению такой катастрофы как крушение поезда.

Устройство для определения непараллельности рельс

«Меритель»

Автор: Луговая Ирина Игоревна

Ученица 9 класса МАОУ Лицей № 128

Научные руководители: Кривоногова Наталья Александровна

Учитель математики МАОУ Лицей № 128

Филимонова Юлия Игоревна

Педагог дополнительного образования МАОУ Лицей № 128

Швецов Никита Сергеевич

Педагог дополнительного образования МАОУ Лицей № 128

Введение

В настоящее время люди все чаще приходят к автоматизации трудоемких процессов, в частности к таким, как измерение погрешности параллельности рельс. При запуске ракет с наклонной рельсовой платформы, непараллельность рельс может служить причиной крушения ракетоносителя и потере самой ракеты. На производстве при перевозке тяжелого оборудования из цеха в цех, дефекты рельс могут привести к падению оборудования, производственным травмам и порче самого оборудования. Непараллельность рельс железнодорожного полотна является основной причиной крушения поездов. В связи с вышеизложенным, встает вопрос о своевременном определении погрешности в параллельности рельс. Целью нашей работысталоизготовление уменьшенной действующей модели устройства-мерителя для измерения погрешности параллельность рельс.

Основная часть

В ходе работы над проектом была выдвинута следующая гипотеза: измерение погрешности в параллельности рельс возможно с использованием принципиально нового устройства оснащенного шаговым двигателем.

Объектом исследования стала непараллельность рельс.

Предмет исследования: устройство для измерения погрешности в параллельности рельс – «Меритель»

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи :

1. Изучить материал по теме «Параллельные прямые»

2.Используя методы математического моделирования, вывести формулу для расчета погрешности в параллельности рельс

3.Изготовить схему и написать программу для определения погрешности в параллельности рельс

4.Построить чертежи тележки в программе «КОМПАС»

5.Изготовить по чертежам уменьшенную действующую модель устройства «Мерителя»

Материалы и методы исследования

В данной работе нами были использованы следующие методы исследования:

2. Проектный

3. Практический

Изучив материал по проблеме исследования, мы сделали вывод, что основной причиной крушения поездов помимо форсмажорных обстоятельств является непараллельность рельс железнодорожного полотна. [4] Уточняя вышесказанное, можно выделить такие виды погрешности в параллельности рельс: недопустимое уширение или сужение колеи и дефектны самих рельсов ( изломы, трещины, выколы и выщербины металла на рабочей поверхности, раскол рельса). В связи с вышеизложенным, встает вопрос о своевременном определении погрешности в параллельности рельс.

Смоделируем процесс измерения параллельности рельс, изобразив схематически процесс движения рычага.

Траектория движения рычага представляет собой окружность.

Конечная формула для количественного вычисления отклонения от параллельности рельс имеет вид:

,

где - расстояние от точки касания рычага и рельса до основания рычага.

- длина рычага,

- эталонный угол,

- количество делений датчика,

- цена деления датчика.

Используя полученную формулу, составим программу, благодаря которой «Меритель» будет на практике определять непараллельность рельсов.

Мы сконструировали уникальное устройство, предназначенное для измерения погрешности параллельности рельс. (Рис. 1)

(Рис. 1)

Составные части «Мерителя»:

Тележка передвигается по рельсам посредством закрепленных на раме колес.

Три колеса движутся по внешней стороне рельса подобно колесам поезда, три - прилегают к внутренней стороне и обеспечивают устойчивое положение тележки. Движущими являются внешние задние колеса. Одно внутреннее колесо, закрепленное на рычаге, обеспечивает его движение по рельсу.

Для приведения измерительной рамы в действие на задних колесах были установлены шаговые двигатели. Поскольку наше устройство должно фиксировать точные координаты местоположения, необходим мотор, который имеет высокую точность вращения. Таким является шаговый двигатель.

Использование двигателя для автоматизации движения позволит освободить человека от трудоемких перемещений этой машины.

Датчик определяет угол, на который отклоняется рычаг.

Рис. 2.

Принципиальная схема (Рис. 2.).

В нашем устройстве были использованы шаговые двигатели со встроенным редуктором (выводы для шаговых двигателей отображены на схеме). Мне необходимо было организовать питание для каждой обмотки мотора, которых в нашем устройстве два. В связи с этим потребуется несколько выводов микроконтролера. Мы обеспечили поступление сигналов на оба мотора. В процессе работы устройства в движение будет приводиться мотор выбранный микроконтроллером, либо два мотора одновременно. Резисторы введены для ограничения токов, протекающих через микроконтроллер к базе биполярных транзисторов.

Потенциометр, при помощи которого определяется величина угла, – регулируемый делитель электрического напряжения, переменный резистор. Представляет собой, как правило, резистор с подвижным отводным контактом (движком).

Для количественного измерения повреждений на рельсах, необходим подвижный рычаг, с закрепленным на нем роликом. При прохождении неровности, рычаг отклонится от начального угла на определенное значение, в зависимости от величины дефекта рельса. При отклонении рычага от нормального положения вал резистора так же изменит свое положение, тем самым, изменится сопротивление. Уровень напряжения, снимаемый с потенциометра и, дает нам информацию об угле, на который поворачивается рычаг устройства.

Также на схеме присутствуют стабилизатор напряжения, светодиоды для индикации отклонения от параллельности рельс и кнопки для включения и выключения устройства.

Используя, методы математического моделирования мы вывели формулу и составим программу, благодаря которой «Меритель» будет на практике определять непараллельность рельсов.

Мы проанализировали уже существующие устройства-путеизмерители (Табл. 1): Рабочий путевой шаблон, путеизмерительная тележка Матвеенко, Путеизмерительные тележки ПТ-2, ПТ-7 [5], вагон-путеизмеритель Ляшенко и вагон-путеизмеритель системы ЦНИИ. [3]

Аналоги. Сравнительнаятаблица

Таблица 1

Критерии сравнения Меритель Рабочий путевой шаблон Путеизмерительная тележка Матвеенко Путеизмерительная тележки ПТ-2, ПТ-7 Вагон-путеизмеритель Ляшенко Вагон-путеизмеритель ЦНИИ
Способ передвижения Движется посредством колес, оснащен двигателем Самостоятельно не передвигается Движется посредством колес, вручную Движется посредством колес, Движется посредством колес,
Носитель информации USB-устройство Отсутствует, информация записывается вручную Бумажная лента Электронный носитель Две бумажные ленты Две бумажные ленты
Длина измеряемого пути Ограничена объемом памяти и зарядом аккумулятора точечно Ограничена длиной бумажной ленты Ограничена объемом памяти Ограничена длиной бумажной ленты Ограничена длиной бумажной ленты
При помощи чего определяется отклонение Датчик Мерительные грани шаблона Датчик Датчик

Преимущество нашего устройства перед данными аппаратами в том, что информация записывается непосредственно на USB-устройство, процесс полностью автоматизирован (не требует присутствия человека) и результаты измерений более точные за счёт применения датчика. Также меритель отличается от вышеуказанных устройств для измерения погрешности в параллельности рельсов тем, что длина измеряемого пути ограничена только объемом памяти USB-устройства, энергозатраты на передвижение меньше, а изготовление дешевле.

Меритель движется по рельсам и при помощи датчика определяет отклонение от паралленльности рельс. Данные о размере дефекта и его местоположении записываются на электронный носитель либо передаются на станцию. Руководствуясь полученной информацией, можно будет принять соответствующие меры по устранению неисправности и предотвращению такой катастрофы как крушение поезда. На производстве с учетом полученных от Мерителя данных появится возможность не допустить повреждения оборудования.

Заключение

В ходе работы мы изготовили уменьшенную действующую модель устройства«Мерителя» для измерения погрешности параллельность рельс.

1.Изучили материал по теме «Параллельные прямые» [1], [2].

2.Используя методы математического моделирования, вывели формулу для расчета погрешности в параллельности рельс

3.Изготовили схему и написали программу для определения погрешности в параллельности рельс

4.Построили чертежи тележки в программе «КОМПАС»

5.Изготовили по чертежам уменьшенную действующую модель устройства «Мерителя»

Список литературы

  • 1.Александров А.Д., Вернер А.Л., Рыжик В.И. Стереометрия. Геометия в пространстве: Учебное пособие для уч. ст. кл. и абитуриентов. – Висалинас, Alfa, 1998. – 576с.
  • 2.Атанасян Л.С. Геометрия: Учеб. для 10-11 кл. общеобразоват. учреждений. – 6-е изд. – М.: Просвещение, 1998. – 207с.
  • 3. Глаголев Н.А., Глаголев А.А. Геометрия, ч.I. Планиметрия: Учебник для 6-9 классов средней школы. – М.: 1958. – 356с.
  • 4.Глаголев Н.А., Глаголев А.А. Геометрия, ч.II. Планиметрия: Учебник для 9-10 классов средней школы. – М.: 1958. –260с.
  • 5.Глейзер Г.И. История математики в школе: IX-X классы: Пособие для учителей. - М.: Просвещение, 1983. – 216с.
  • 6. Киселев А.П. Геометрия / Под ред. Н.А. Глаголева – М.: Учпедгиз, 1958. – Ч.I. – 230с.
  • 7. Киселев А.П. Геометрия / Под ред. Н.А. Глаголева – М.: Учпедгиз, 1959. – Ч.II. – 227с.
  • 8. Колмогоров А.Н., Семенович А.Ф., Черкасов Р.С. Геометрия: Учебное пособие для 6-8 классов средней школы .- М.: Просвещение, 1979. –360с.
  • 9.Машины и механизмы для контроля состояния пути. [Электронный ресурс] - Режим доступа:http://life-prog.ru/2_94467_mashini-i-mehanizmi-dlya-kontrolya-sostoyaniya-puti.html
  • 10.Почему разбиваются поезда. [Электронный ресурс] - Режим доступа:http://www.eav.ru/publ1.php?publid=2003-09a09

Тележка путеизмерительная ПТ-7МК. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.tdesant.ru/info/item/166

0
Объявления
Начинается проектный практикум для студентов УрФУ

проектный практикум 2 курса

проектный практикум 3 курса

проектный практикум 4 курса

Молодежный космический форум - 2018 (V Семихатовские чтения)О Форуме-2018 Новое

Школа наставников - 2018 “Как создать проект в новом технологическом укладе” Актуальное

Партнеры:

ИнФО УрФУ - Генеральный партнер в проведении проектной практики в июне-июле 2017 года

Роботология - Российское оборудование для программирования и конструирования роботов

Уральский клуб нового образования - общественная организация, которая разрабатывает и реализует социально-образовательные проекты

Архив событий:

Проектная практика для студентов Института фундаментального образования УрФУСобытие

Молодежный космический форум - 2017 (Четвертые Семихатовские чтения)Конкурс

Выбор темы работы для участия в IV Семихатовских чтенияхО Форуме-2017

Подписка на новости
Контакты

Адрес: г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка 145, к. 1119 (на карте)

Тел.: +7 (343) 355-93-88

info@cosmoport.club