CZ278639B6

CZ278639B6 - Measuring pair of wheels for measuring vertical forces and horizontally transversal leading forces in the wheel-rail contact

Info

Publication number: CZ278639B6
Application number: CS903181A
Authority: CZ
Inventors: Frantisek Ing Csc Petr; Antonin Prom Mat Vanecek; Jindrich Ing Kurka; Ivan Jensi
Original assignee: Ceske Drahy
Priority date: 1990-06-26
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 1994-04-13
Also published as: CS318190A3

Description

Měrné dvojkolí pro měření svislých kolových sil a vodorovně příčných vodicích sil v kontaktu kolo-kolejnice

Oblast techniky

Vynález řeší problém měření svislých kolových sil Q a vodorovně příčných vodicích sil Y, viz obr. 1, mezi celistvým kolem dvojkolí a kolejnicí za jízdy vozidla po koleji. Spadá do oboru elektrického měření mechanických veličin.

Dosavadní stav techniky

Známá měrná dvojkolí pro měření kolových a vodicích sil používají společný měřicí prvek, tj. tenzometrický snímač, který měří přetvoření v daném místě, úměrné působící síle.

Německé spolkové dráhy používají měrné dvojkolí, založené na principu čtyřmomentové metody, která vychází z deformací nápravy ve čtyřech řezech. Deformace, vyvolané výše uvedenými silami, jsou indikovány tenzometry. Odpovídající signály jsou nízké úrovně, a proto musí být zesíleny přímo na dvojkolí.

Švédské a francouzské státní dráhy používají měrných dvojkolí na principu měření deformací kotoučů kol rovněž pomocí tenzometrů. Jednotlivé metody se liší umístěním tenzometrů na kotouči kola a způsobem jejich zapojení. Obě metody předpokládají korekci vstupních signálů z dvojkolí. Způsob korekce, tj. vlastní technické provedení, není znám. Přesnost systémů není výpočtově ani graficky doložena, proto ji nelze odpovědně posoudit.

Podstata vynálezu

Měrné dvojkolí pro měření kolových a vodicích sil sestává z nápravy, úhlového indikátoru kola a dvou celistvých kol s otvory. Kotouč kola je oboustranně polepen tenzometry, zapojenými do dvou Wheatstoneových můstků, fázově posunutých o 90°, indikujících vodicí sílu. Kolovou sílu indikují tenzometry, nalepené na bocích protilehlých otvorů kola, zapojené do půlmůstku, když parazitní účinky vodicí síly jsou kompenzovány tenzometry, nalepenými nad a pod otvorem kotouče kola a zapojenými do druhého půlmůstku se sériově řazenými odpory. Oba půlmůstky tvoří úplný Wheatstoneův můstek. Na čele nápravy je upevněn kotouč s výřezy ve funkci clonky, který tvoří se třemi páry světelných diod a fototranzistorů indikátor polohy kola, definující úhel jeho pootočení jako řídicí impuls pro následnou korekci vodicí a kolové síly.

Měrné dvojkolí umožňuje měřit dynamické síly ve styku kola s kolejnicí a přesností vyšší, než umožňují dosud používané konstrukce .

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 znázorňuje celistvé kolo dvojkolí s dispozicí tenzometrů Obr. 2a) znázorňuje přehled rozmístění tenzometrů pro měření vodicí síly

Obr. 2b) znázorňuje zapojení tenzometrů do můstku s výstupem v .

^xsin

-1CZ 278639 B6

Obr. 2c) znázorňuje zapojení tenzometrů do můstku s výstupem v

cos

Obr. 3a) znázorňuje přehled rozmístění tenzometrů a odporů pro měření čtyř dílčích signálů kolové síly = Q·^ až Q₄

Obr. 3b) znázorňuje zapojení tenzometrů a chemických odporů do Wheatstoneova můstku pro měření dílčího signálu kolové síly Ωχ

Obr. 4a) znázorňuje průběh signálů Y_S£_n a Y_cos

Obr. 4b) představuje vybraný unipolární signál vodicí síly Y_uObr·. 4c) znázorňuje korekční funkci Κ_γ unipolárního signálu Y_uObr. 4d) představuje výslednou korigovanou sílu Y v závislosti na úhlu otáčení kola

Obr. 4e) představuje synchronizační pulsy S_Y, řídící cyklus korekce v závislosti na úhlu pootočení kola

Obr. 4f) znázorňuje logické signály LY, ovládající výběr unipolárního signálu Y_u

Obr. 4g) udává průběh základních logických pulsů LZ ve funkci úhlu pootočení kola

Obr. 5a) znázorňuje průběh dílčích signálů Q_x až Q₄

Obr. 5b) představuje vybraný unipolární signál Q_u

Obr. 5c) znázorňuje korekční funkci Kq unipolárního signálu Q_uObr. 5d) představuje výslednou korigovanou kolovou sílu Q Obr. 5e) znázorňuje synchronizační pulsy SQ, řídící cyklus korekce v závislosti na úhlu pootočení kola

Obr. 5f) představuje logické pulsy LQ, ovládající výběr unípolárního signálu Q_u

Obr. 5g) udává průběh základních logických pulsů LZ jako funkci úhlu pootočení kola

Obr. 6 znázorňuje princip indikátoru polohy kola

Obr. 7 představuje schéma zapojení elektrického obvodu indikátoru pootočení kola

Příklad provedení vynálezu

Měrné dvojkolí, tj. zařízení pro měření dynamických kolových a vodicích sil mezi kolejnicemi a celistvým kolem kolejových vozidel, sestává z nápravy, dvou celistvých kol a úhlového indikátoru kola. Výkovky kotoučů kol jsou strojně obrobeny, aby na každém poloměru kotouče kola byla zajištěna stejná tloušťka kotouče po celém obvodu kola. Dvojkolí je dynamicky vyvážené. Pro měření vodicí síly Y jsou na osmi paprscích, mezi vyvrtanými otvory kotoučů kola s úhlovou roztečí 45°, nalepeny na vnitřní straně - vzhledem ke středu dvojkolí - tenzometry li až 16i a na vnější straně tenzometry la a 16a . které jsou zapojeny do ^vou úplných Wheatstoneových můstků. Tenzometry se lepí do míst nulového deformačního účinku od kolové síly Q. Jeden můstek je fázově posunut vůči druhému o 90°. V důsledku tohoto zapojení jsou oba výstupní harmonické signály z můstků na obr. 2b) a 2c) rovněž vzájemně posunuté o 90°. Označené jsou Y-l = Y_cos a Y₂ = ^Y _si_n. Jejich průběh při otáčení kola je vykreslen na obr. 4a). Unipolární signál Y_u, vytvořený z dílčích signálů Υχ a Y₂, je vykreslen v obr.

-2CZ 278639 B6

4b) v závislosti na úhlu pootočení- kola. Obr. 4c) znázorňuje korekční funkci Κγ, kterou se vynásobí signál unipolární a obdržíme výsledný zkorigovaný průběh vodicí síly Y, vykreslený v obr. 4d). Synchronizační pulsy SY synchronizují unipolární signál a korekční funkci, jejich tvar je vykreslen v obr. 4e). Logické signály LY ovládají výběr unipolárního signálu, jejich rozložení v průběhu otáčky kola je znázorněno na obr. 4f). Průběh základních logických pulsů LZ je vykreslen v obr. 4g). Zdrojem těchto základních pulsů LZ a z nich odvozených logických signálů LY a synchronizačních signálů SY je úhlový indikátor polohy .kola, jehož schéma je uvedeno na obr. 6.

Pro měření kolové síly Q je vyvrtáno do kotouče kola osm otvorů o φ 50 mm na stejném poloměru s úhlovou roztečí 45°. Do každého otvoru se nalepí dva tenzometry L-levý a P-pravý, viz obr. 1 a obr. 3a). Tenzometry, nalepené na bocích dvou protilehlých otvorů v obr. 3a), tvoří poloviční můstek - obr. 3b). Druhý půlmůstek tvoří tenzometry s indexem A- vnější, nalepené nad otvorem vzhledem ke středu kola a tenzometry s indexem B- vnitřní pod otvorem kola. Slouží k eliminaci vedlejšího účinku vodicí síly Y na deformaci, měřenou vlastními tenzometry 21L, 21P. a 25L, 25P pro stanovení dílčí kolové síly Q]_. Úplné odstranění parazitního účinku vodicí síly na kolovou sílu Q je provedeno sériovým zapojením ohmických odporů 17 a 18 k tenzometrům 21A, 21B a 25A, 25B druhého půlmůstku, jak je zobrazeno na obr. 3b), čímž je druhý půlmůstek zcela vyvážen. Oba půlmůstky tvoří úplný Wheatstoneův můstek, vykreslený v obr. 3b). Každé kolo je zdrojem čtyř výstupních periodických signálů Qj = Q-^ až Q₄, znázorněných v obr. 5a). Další obrázky, tj. obr. 5b) až 5g) představují obdobné charakteristické signály, funkce a pulsy jako v případě vodicí síly, ale zde se týkají úpravy a korekce dílčích kolových sil Q-j_ až Q₄.

Úprava a korekce dílčích signálů Q]_ až Q₄ a Yj_ až Y₂ se provádí v automatickém zařízení pro korekci uvedených signálů, které je předmětem jiného vynálezu. Toto zařízení je umístěno v laboratoři nebo též v měřicím voze. Není náročné na klimatické podmínky. Funkce zařízení je podmíněna a regulována indikátorem polohy kola, který definuje úhel / pootočení kola vzhledem k výchozí poloze v průběhu každé otáčky, viz obr. 6. Indikátor se skládá z kotouče 19 se šestnácti výřezy ve funkci clonky, upevněného na čele nápravy a tří párů světelných diod 20a a fototranzistorů 20b, které jsou zdrojem řídicích pulsů pro další vyhodnocení a korekci signálů. Schéma zapojení elektrického obvodu indikátoru polohy kola je zobrazeno na obr. 7.

Průmyslová využitelnost

Měrné zařízení pro snímání svislé kolové síly Q a vodicí síly Y u celistvého kola kolejového vozidla je využitelné v oboru kolejových vozidel, používaných v železniční dopravě, metru a městské dopravě. Měrné dvojkolí lze vyrobit z upraveného standardního dvojkolí s celistvými koly, používanými v provozu ČSD i zahraničních dopravních společností.

Claims

Měrné dvojkolí pro měření svislých kolových sil a vodorovně příčných vodicích sil v kontaktu kolo - kolejnice, sestávající z nápravy, úhlového indikátoru kola a dvou celistvých kol s otvory, vyznačující se tím, že kotouč kola je oboustranně v místě nulového účinku kolové síly polepen tenzometry (li až 16i) a (la až 16a), zapojenými do dvou Wheatstoneových můstků, navzájem fázově posunutých o 90°, přičemž na bocích protilehlých otvorů kola jsou nalepeny tenzometry (21L, 21P, 25L, 25P), které jsou zapojené do prvního půlmůstku, zatímco tenzometry (21A, 21B, 25A, 25B) jsou nalepené nad a pod těmito otvory a jsou zapojeny s odpory (17, 18) do druhého půlmůstku, přičemž oba půlmůstky tvoří Wheatstoneův můstek, zatímco na čele nápravy je upevněn kotouč (19) s výřezy, po jehož stranách jsou tři páry světelných diod (20a) a fototranzistorů (20b).