CZ2007705A3

CZ2007705A3 - Testovací zarízení železnicních kol

Info

Publication number: CZ2007705A3
Application number: CZ20070705A
Authority: CZ
Inventors: Culek@Bohumil; Malínský@Jirí; Kaloc@Rudolf
Original assignee: Univerzita Pardubice
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2009-04-22
Also published as: CZ307449B6

Abstract

Testovací zarízení železnicních kol umožnuje testování na skutecných površích železnicního kola a kolejnice, kdy jsou zajišteny definované silové a kinematické stavy ve styku kola s kolejnicí. Podstata testovacího zarízení železnicních kol spocívá v možnosti simulace veškerých provozních situací, odehrávajících se v kontaktu kolo-kolejnice, s tím, že reálná kolejnice je nahrazena rotující kolejnicí. Testovací zarízení železnicních kol umožnuje vnášení veškerých silových úcinku a nastavení kinematických poloh v kontaktu kolo-rotující kolejnice. Celé testovací zarízení železnicních kol je uloženo v hlavním nosném rámu /5/, který je pres soustavu vinutých pružin /17/ umísten na pevném základu. Rotující kolejnice /3/, nalisována na hrídeli /18/, je pomocí ložisek /19/ otocne uložena ve výkyvném rámu /8/, který je pomocí dalších ložisek /20/ uložen v hlavním nosném rámu /5/. Testované železnicní kolo /4/, usporádané jízdní plochou proti rotující kolejnici /3/, je nalisováno na hrídeli /16/, která je pomocí ložisek /21/ uložena v nosném rámu /6/ ve speciální vidlici /22/. Ta je pres axiální ložiska /23/ propojena s nosným rámem /6/ tak, že je umožneno její natácení kolem vodorovné osy a tím natácení vertikální roviny testovaného železnicního kola /4/ a tím nastavování úhlu nábehu a proti vertikální rovine rotující kolejnice /3/.

Description

Vynález se týká testovacího zařízení pro testování železničních kol.

Dosavadní stav techniky

Kontakt železničního kola s kolejnicí je doposud ne zcela probádanou oblastí, která v sobě skrývá řadu nevyřešených problémů. Odehrávají se zde fyzikální děje související s makro a mikrodeformacemi v relativně malém objemu. Deformační stavy, které zde vznikají, jsou dynamického náhodného charakteru a mimo jiné závisí na stavu povrchu, který vytváří rozhraní mezi kolem a kolejnici. Železniční kolo při svém pohybu vykonává složený pohyb se všemi důsledky vzniku okamžitých orientovaných skluzových rovin v povrchovém objemu po obvodu kola.

Dosud známá měřeni se opírala o informační výpočty a sledováni vyhodnocování výsledků, získaných v provozu, zaměřených na defekty jízdních ploch železničních kol.

Řešení problému kontaktu kolo - kolejnice vyžaduje stochastický přistup, který nelze řešit pouze pomocí počítačových simulací, ty musí být doplněny a verifikovány výsledky experimentů na speciálním testovacím zařízeni, na kterém bude možné simulovat skutečné provozní vlivy.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu bylo vytvořit testovací zařízeni kde:

- realizace experimentů se bude odehrávat na skutečných površích železničního kola a kolejnice

- zajištěny budou definované silové a kinematické stavy ve styku kola s kolejnicí.

Podstata testovacího zařízeni železničních kol spočívá v možnosti simulace veškerých provozních situací, odehrávajících se v kontaktu kolo-kolejnice, s tím, že reálná kolejnice je nahrazena rotující kolejnicí. Testovací zařízení železničních kol umožňuje vnášení veškerých silových účinků a nastavení kinematických poloh v kontaktu kolo-rotujíci kolejnice:

- svislých (radiálních) sil FQ

- příčných (vodicích) sil FY

- tangenciálních sil FT na obvodu testovaného kola

- nastavení polohy kontaktního bodu v šířce jízdní plochy testovaného kola

- nastavení úhlu náběhu k vyvozeni:

o smykových sil o spinového pohybu kola.

Uvedené funkce Testovacího zařízeni železničních kol jsou přitom splněny při:

- přesnosti 1% při vnášeni silových účinků staticky i dynamicky

- nastaveni libovolných geometrických poloh při statických testech s přesností ±0,1 mm

- nastavení libovolných geometrických poloh při dynamických testech s přesnosti±0,2 mm.

Výhody Testovacího zařízení železničních kol spočívají v možnostech realizace zkoušek, experimentů a experimentálního výzkumu pří aplikaci provozních podmínek v laboratoři, při zajištění vysoké přesnosti nastavovaných parametrů zkoušek a experimentů.

Celé testovací zařízení železničních kol je uloženo v hlavním nosném rámu, který je přes soustavu vinutých pružin umístěn na základu, například železobetonovém, přičemž rotující kolejnice, nalisována na hřídeli je pomocí ložisek otočně uložena ve výkyvném rámu 8, který je pomoci dalších ložisek uložen v hlavním nosném rámu. Testované železniční kolo, které může být konstrukčně jakékoliv železniční kolo, zejména o průměru v rozpětí 800 až 1000 mm je uspořádáno jízdní plochou proti rotující kolejnici a je nalisováno na hřídeli, která je pomoci ložisek uložena v nosném rámu ve speciální vidlici, která je přes axiální ložiska propojena s nosným rámem tak, že je umožněno její natáčeni kolem vodorovné osy a tím natáčeni vertikální roviny testovaného železničního kola a tím nastavováni úhlu náběhu a proti vertikální rovině rotující kolejnice. Zároveň je přes tuto konstrukční vazbu umožněn přenos vnější radiální kolové sily FQ z testovaného železničního kola na nosný rám a dále přes siloměrné prvky, například tenzometrické pásy na hlavni nosný rám, přičemž do testovaného železničního kola v dotykové plošce v kontaktu s rotující kolejnicí vnáší vnější radiální kolovou silu FQ první zatěžovaci válec, který je uspořádán mezi výkyvným rámem a hlavním rámem, výkyvný rám přitom tvoří pákový převod k zesíleni silového účinku prvního zatěžovacího válce.

Aby byly eliminovány pasivní odpory v procesu testování železničních kol je nosný rám uložen na hlavním rámu přes závěsy, které jsou na svých koncích v kontaktu s oběma rámy opatřeny prvky, které nepřenáší pasivním odpory, například úložnými břity. Hnacím elektromotorem je stejnosměrný motor, který je řízen elektronickým regulátorem. Jedná se o mikroprocesorem řízený systém, který umožňuje nastaveni veškerých parametrů motoru a jejich plynulou regulaci. Hnací moment z hnacího elektromotoru je přenášen na rotující kolejnici pomocí hnací hřídele s kardanovými klouby, které eliminují odchylky vsouososti hnacího elektromotoru a rotující kolejnice v průběhu testování, kdy dochází k posunutí osy rotující kolejnice oproti ose hnacího elektromotoru.

Pomocí regulátoru je možno nastavovat následující veličiny: otáčky motoru, rozběhová rampa, doběhová rampa, časové konstanty motoru, moment motoru, mezní proud motoru. Zadáváni parametrů je realizováno prostřednictvím řídicího PC pomoci speciálního software. Druhý zatěžovaci válec, uspořádaný mezi hlavním rámem a speciální vidlicí, slouží pro nastavení polohy kontaktního bodu mezi

rotující kolejnicí a testovaným železničním kolem v šířce jízdní plochy testovaného železničního kola a pro vnášeni vnější příčné kolové síly FY v tomto kontaktním bodu. Třetí zatéžovací válec, uspořádaný mezi spaciálni vidlicí a hlavním rámem, slouží pro nastavování úhlu náběhu a. Všechny zatéžovací válce jsou při experimentech řízeny speciálním software. Pro měřeni síly prvního zatěžovacího válce, pro vnášeni vnější svislé kolové síly FQ, slouží první siloměr. Pro měření vnější radiální kolové síly FQ v kontaktu rotující kolejnice - testované železniční kolo, slouží siloměrné prvky, například tenzometrické pásy. Siloměrné tenzometrické pásy jsou v konstrukci testovacího zařízení železničních kol umístěny tak, že přenášejí silu FQ z nosného rámu testovaného železničního kola na hlavni nosný rám. Řešení přenosu síly FQ je zajištěno tak, že sila FQ jinudy než přes zmíněné tenzometrické pásy nemůže přecházet. Pro měřeni vnější příčné kolové síly FY v kontaktu rotující kolejnice - testované železniční kolo slouží druhý siloměr, který je umístěn mezi hlavní nosný rám a nosný rám testovaného železničního kola rovnoběžně sosou hřídele testovaného železničního kola v těsné blízkosti kontaktního bodu mezi rotující kolejnicí a testovaným železničním kolem. Přenos vnější příčné kolové síly FY je v konstrukci testovacího zařízení řešen tak, že sila FY jinudy než pres druhý siloměr nemůže přecházet. Pro měření nastavení úhlu náběhu a v kontaktu rotující kolejnice - testované železniční kolo slouží nakalibrovaný induktivní snímač dráhy. Hřídel testovaného železničního kola je konstrukčně upravena k připojeni dynamometru pro případ testů železničního kola, zaměřených na problematiku adheze.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže objasněn na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je prostorový pohled na celkové testovací zařízení železničních kol, na obr. 2 je prostorový pohled na část zařízení, kde je patrna zejména rotující kolejnice a hnací hřídel a na obr. 3 je prostorový pohled speciální vidlici.

Příkladné provedení vynálezu

Příkladné provedení testovacího zařízeni železničních kol je uloženo v hlavním nosném rámu 5, který je přes soustavu vinutých pružin 17 umístěn na železobetonovém základu, přičemž rotující kolejnice 3 je nalisována na hřídeli 18, která je pomoci ložisek 19 otočné uložena ve výkyvném rámu 8, který je pomocí dalších ložisek 20 uložen v hlavním nosném rámu 5. Rotující kolejnice 3, mající φ 1245 mm, je vyrobena z lokomotivniho kola o Φ 1250 mm. Povrch kola na obvodu je osoustružen do profilu kolejnice S 49 tak, aby proti dotykovému bodu testovaného železničního kola 4 byl realizován úklon kolejnice 1:40. Testované železniční kolo 4, které může být konstrukčně železniční kolo o průměru v rozpětí 800 až 1000 mm, a které je uspořádáno obvodovou plochou proti rotující kolejnici 3, je nalisováno na hřídeli 16, která je pomocí ložisek 21 uložena v nosném rámu 6 ve speciální vidlici 22, která je pres axiální ložiska 23 propojena s nosným rámem 6 tak, že je umožněno její natáčení kolem vodorovné osy a tím natáčení vertikální roviny testovaného železničního kola 4 a tím nastavováni úhlu náběhu a proti vertikální rovině rotující kolejnice 3. Zároveň je přes tuto konstrukční vazbu umožněn přenos vnější radiální kolové síly FQ z testovaného železničního kola 4 na nosný rám 6 a dále přes siloměrné tenzometrické pásy 13 na hlavní nosný rám 5, přičemž do testovaného železničního kola 4 v dotykové plošce v kontaktu s rotující kolejnicí 3 vnáší vnější radiální kolovou silu FQ první zatěžovací válec 9, který je uspořádán mezi výkyvným rámem 8 a hlavním rámem 5, výkyvný rám 8 přitom tvoří pákový převod k zesíleni silového účinku prvního zatěžovaciho válce 9 tak, že síla FQ může dosahovat hodnot 0 až 100 khl. Aby byly eliminovány pasivní odpory v procesu testování železničních kol je nosný rám 6 uložen na hlavním rámu 5 přes závěsy 7, které jsou na svých koncích v kontaktu s oběma rámy opatřeny úložnými břity 24. Hnacím elektromotorem 1 je stejnosměrný motor S 250 L 604 o výkonu

138,2 kW . Motor je řízen elektronickým regulátorem 26. Jedná se o mikroprocesorem řízený systém, který umožňuje nastavení veškerých parametrů motoru a jejich plynulou regulaci. Hnací moment z hnacího elektromotoru 1 je přenášen na rotující kolejnici 3 pomoci hnací hřídele 2 s kardanovými klouby 25, které eliminuji odchylky v souososti hnacího elektromotoru 1_ a rotující kolejnice 3 v průběhu testováni, kdy dochází k posunuti osy rotující kolejnice 3 oproti ose hnacího elektromotoru 1. Pomoci regulátoru jsou nastavovány následující veličiny: otáčky motoru, rozběhová rampa, doběhová rampa, časové konstanty motoru, moment motoru, mezní proud motoru. Zadáváni parametrů je realizováno prostřednictvím řídicího PC pomocí speciálního software, První zatěžovací válec 9 pro vnášení vnější radiální kolové sily FQ je typu Exlar SR 31-152 s maximální silou 17,5 kN a zdvihem ± 150 mm, je uspořádán mezi výkyvným rámem 8 a hlavním rámem 5 . Druhý zatěžovací válec 10 pro nastavení polohy kontaktního bodu mezi rotující kolejnicí 3 a testovaným železničním kolem 4 v šířce jízdní plochy testovaného železničního kola 4 a vnášení vnější příčné kolové sily FY v tomto kontaktním bodu, je rovněž elektrický válec typu Exlar SR 31-152 s maximální silou 17,5 kN a zdvihem ± 150 mm, je uspořádán mezi hlavním rámem 5 a speciální vidlici 22. Třetí zatěžovací válec 11 pro nastavováni úhlu náběhu a je rovněž typu Exlar SR 31-152 s maximální silou 17,5 kN a zdvihem +150 mm, je uspořádán mezi speciální vidlicí 22 a hlavním rámem 5. Všechny zatěžovací válce jsou je při experimentech řízeny speciálním software. Pro měření síly prvního zatěžovaciho válce 9 pro vnášeni vnější svislé kolové sily FQ slouží první silomér 12 typu U2 -50 kN od firmy HBM. Pro měření vnější radiální kolové sily FQ v kontaktu rotující kolejnice 3 - testované železniční kolo 4 slouží siloměrné tenzometrické pásy 13. Jsou to dva nakalibrované ocelové pásy průřezu 5x50 mm osazené tenzometrickými snímači typu LY 10/120 od firmy HBM, které jsou zapojeny do plných Wheatstoneových můstků, Siloměrné tenzometrické pásy 13 jsou v konstrukci testovacího zařízeni železničních kol umístěny tak, že přenášejí silu FQ z nosného rámu 6 testovaného železničního kola 4 na hlavni nosný rám 5. Řešení přenosu síly FQ je uspořádáno tak, že síla FQ jinudy než přes zmíněné pásy 13 nemůže přecházet. Pro měření vnější příčné kolové sily FY v kontaktu rotující kolejnice 3 - testované železniční kolo 4 slouží druhý siloměr 14 typu U2 -100 kN. Druhý siloměr 14 je umístěn mezi hlavní nosný rám 5 a nosný rám 6 testovaného železničního kola 4 rovnoběžně s osou hřídele testovaného železničního kola 4 v těsné blízkosti kontaktního bodu mezi rotující kolejnicí 3_ a testovaným železničním kolem 4. Konstrukčně je přenos síly FY přes druhý siloměr 14 řešen tak, že síla FY jinudy než přes druhý siloměr 14 nemůže přecházet. Pro měření nastavení úhlu náběhu a v kontaktu rotující kolejnice 3 - testované železniční kolo 4 slouží nakalibrovaný induktivní snímač dráhy 15 typu W ± 50 mm. Hřídel 16 testovaného železničního kola 4 je konstrukčně upraven k připojení dynamometru 27 pro případ testů železničního kola 4, zaměřených na problematiku adheze.

Průmyslová využitelnost

Testovacího zařízení železničních kol je možné využit pro:

- materiálový výzkum povrchu jízdní plochy testovaných kol

- výzkum v otázkách přenosu adhezních sil

- výzkum a vývoj měrných kol pro měřeni sil mezi koly a kolejnicemi k experimentálnímu ověřování bezpečnosti proti vykolejeni kolejových vozidel.

?V / - Tuo

Claims

1. Testovací zařízeni železničních kol, vyznačující se tím, že je uloženo v hlavním nosném rámu /5/, který je přes soustavu vinutých pružin /17/ umístěn na pevném základu, přičemž rotující kolejnice /3/, nalisována na hřídeli /18/, je pomoci ložisek /19/ otočně uložena ve výkyvném rámu /8/, který je pomoci dalších ložisek /20/ uložen v hlavním nosném rámu /5/ a testované železniční kolo /4/, uspořádané jízdní plochou proti rotující kolejnici /3/, je nalisováno na hřídeli /16/, která je pomoci ložisek /21/ uložena v nosném rámu /6/ ve speciální vidlici /22/, která je přes axiální ložiska /23/ propojena s nosným rámem /6/ tak, že je umožněno její natáčeni kolem vodorovné osy a tím natáčení vertikální roviny testovaného železničního kola /4/ a tím nastavování úhlu náběhu a proti vertikální rovině rotující kolejnice /3/.

2. Testovací zařízeni železničních kol, podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi výkyvným rámem /8/ a hlavním rámem /5/ je uspořádán první zatěžovací válec /9/ pro vnesení vnější radiální kolové síly FQ do testovaného železničního kola /4/ v dotykové ploše v kontaktu s rotující kolejnici 131, která je přenášena z testovaného železničního kola /4/ na nosný rám /6/ a dále pres siloměrné prvky /13/ na hlavní nosný rám /5/.

3. Testovací zařízení železničních kol, podle nároku 1., vyznačující se tím, že výkyvný rám /8/ je vytvořen jako pákový převod k zesílení silového účinku prvního zatěžovacího válce /9/.

4. Testovací zařízení železničních kol, podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosný rám /6/ je uložen v hlavním rámu /5/ přes závěsy 171, které jsou na svých koncích v kontaktu s oběma rámy /6/ a /5/ opatřeny úložnými prvky, například úložnými bříty, /24/ pro eliminaci pasivních odporů v procesu testování železničních kol.

5. Testovací zařízení železničních kol, podle nároku 1., vyznačující se tím, že hnací hřídel 121 hnacího elektromotoru /1/ je spojena pomoci kardanových kloubů /25/ s rotující kolejnicí /3/ pro eliminaci odchylky v souososti hnacího elektromotoru /1/ a rotující kolejnice /3/ v průběhu testování, kdy dochází k posunuti osy rotující kolejnice /3/ oproti ose hnacího elektromotoru /1/.

• « · 4 · ·

4 4 4 4 4 ♦ · ^b· Testovací zařízení železničních kol, podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi hlavním rámem 151 a speciální vidlici /22/ je uspořádán druhý zatěžovaci válec /10/ pro nastaveni polohy kontaktního bodu mezi rotující kolejnicí /3/ a testovaným železničním kolem /4/ v šířce jízdní plochy testovaného železničního kola /4/, který současné vnáší vnější příčnou kolovou sílu FY v kontaktním bodu mezi rotující kolejnicí /3/ a testovaným železničním kolem /4/.

7 Testovací zařízeni železničních kol, podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi speciální vidlicí /22/ a hlavním rámem /5/ je uspořádán třetí zatěžovaci válec /11/ pro nastavování úhlu náběhu a.

8 Testovací zařízení železničních kol, podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi prvním zatěžovacim válcem /9/ a výkyvným rámem /8/ je uspořádán první siloměr /12/ pro měřeni síly prvního zatěžovacího válce /9/.

9 · Testovací zařízení železničních kol, podle nároku 1, vyznačující se tím, že siloměrné prvky, například siloměrné tenzometrické pásy 13/ jsou uspořádány mezi nosným rámem /6/ testovaného železničního kola /4/ a hlavním nosným rámem /5/ pro přenos vnější radiální kolové síly FQ v kontaktu rotující kolejnice /3/ - testované železniční kolo /4/ a její měřeni.

10· Testovací zařízení železničních kol, podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi hlavním nosným rámem /5/ a nosným rámem /6/ testovaného železničního kola /4/ rovnoběžně sosou hřídele /16/ testovaného železničního kola /4/ je umístěn druhý siloměr 14 v těsné blízkosti kontaktního bodu mezi rotující kolejnicí /3/ a testovaným železničním kolem /4/ pro měření vnější příčné kolové síly FY v kontaktu rotující kolejnice /3/ - testované železniční kolo /4/ ¹1 Testovací zařízení železničních kol, podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi speciální vidlici /22/ a hlavním rámem /5/ je uspořádán nakalibrovaný induktivní snímač dráhy /15/ pro měřeni nastavení úhlu náběhu a v kontaktu rotující kolejnice /3/ - testované železniční kolo /4/.