CZ282525B6 - Způsob zjišťování provozního stavu železničních tratí a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob zjišťování provozního stavu železničních tratí spočívá v měření zrychlení vypružené hmoty, uložené na železničním vozidle, zpravidla na skříni vozidla, a geometrických parametrů trati ve vztahu k vypružené hmotě dráhou projetou vozidlem. Měří se svislé a příčné síly působící vozidlem na jednu dvojici kol a podle výsledku měření se vypočítává charakteristické měrné číslo bezpečnosti jízdy v závislosti na projeté dráze dané trati a danou rychlostí. Ke skříni (1) vozidla je připojena dolů obrácená měřicí konzola (6) a k výstelce (14) ložisek kol (3, 4) je připojen měřicí rám (5), k němuž jsou přes detektující snímače připojeny relativní snímače (D3, D5) pohybu pro měření příčné polohy kolejnicových pásů (10A, 10B) a další relativní snímač (D4) pro měření příčné odchylky měřicí konzoly (6). K výstelkám (14) ložisek kol (3) jsou připojeny snímače sil (F1, F2, F3a, F3b) pro snímání svislých a příčných ložiskových sil.ŕ

Description

Vynález se týká způsobu zjišťování provozního stavu železničních tratí pro stanovení jízdních parametrů železničních vozidel, zejména měření pro posouzení stavu železničních kolejí, a zařízení k provádění tohoto způsobu, které je možno namontovat na běžně užívaná železniční vozidla a provádět jím měření beze změny jízdních charakteristik železničních vozidel.

Hlavním úkolem údržby železničních tratí je zajištění předpokladů pro bezpečnou dopravu. Další úkol spočívá ve zvýšení meze rychlosti, zatížení, přípustných v dopravě, a pohodlí cestujících. Během údržby jízdní dráhy je nutné železniční tratě řádně kontrolovat.

Bezpečnost železniční dopravy závisí na rychlosti, přípustné na dané dráze, a na zatížení náprav, pohodlí cestujících závisí především na stavu železniční tratě.

Při zakládání železničních tratí a při jejich pozdější údržbě se při nepřerušovaném provozu přezkoumávají geometrické parametry kolejí, přičemž se srovnáním naměřených a teoretických dat posuzuje stav dráhy a provádějí se opatření za účelem opravy a zlepšení jejího stavu.

Nejznámější metoda měření geometrických parametrů kolejí je takzvaná tříbodová neboli tětivová metoda, podle níž se podél dráhy na alespoň třech bodech kolejnice, tvořící kolej, měří odchylka od přímky. Podle odchylky od přímky, to jest podle tětivové výšky, se vypočítává zakřivení dráhy, případně její nerovnoměrnost. Odchylka se měří jak ve svislém, tak i vodorovném směru.

Nedostatek tětivové metody spočívá v tom, že jejím použitím nelze prokázat nerovnoměrnosti tratí, u nichž délka vlny odpovídá přibližně vzdálenosti dvou nej vzdálenějších měřicích bodů nebo zlomku této vzdálenosti, vyjádřeného celými čísly.

To je nedostatkem zejména tratí s periodicky se opakujícími deformacemi, které lze zmenšit tím, že měřicí body jsou uspořádány vzájemně asymetricky, nebo tím, že se používá více než tří měřicích bodů. Žádné z těchto řešení není dokonalé a navíc podstatně komplikují měřicí proces. Je dokonce nutné používat speciálních měřicích vozů.

Shora uvedenou nevýhodu tříbodové měřicí metody lze zcela odstranit použitím inerciální měřicí metody, známé v odborné literatuře jako TRIM-metoda (Track Recording Inertial Measurement).

Níže je krátce popsána podstata této metody.

Teoreticky přesné měření příčné a svislé geometrie kolejnicových pásů by se musilo provádět na nepohyblivém souřadnicovém systému, připevněném k zemi. Taková měření není možno provádět prakticky za jízdy, například měřicím systémem, uloženým v měřicím vozu. Přibližné měření je však možné provádět tak, že se nepohyblivý souřadnicový systém reprodukuje, s určitým omezením, dvojnásobnou integrací zrychlení vozidla. Podstata omezení spočívá v tom, že dvojitá integrace se provádí jen přibližně, jelikož není třeba integrace velmi pomalu se měnících složek zrychlení, charakteristických pro geografické vedení trati.

Takto se dosáhne souřadnicového systému, indikujícího pouze větší změny ve vedení trati, na menší oblouky geometrické trasy se nebere zřetel. Tímto souřadnicovým systémem se však prokazuje vhodnost zjištění nerovnoměrnosti trati.

Při praktické aplikaci TRIM-metody se používá dokonale odpérované inerční hmoty, umístěné v měřicím vozu, a geometrická hmota dráhy se srovnává s touto hmotou. Tímto způsobem je možno část integrace inerční hmoty provést samostatně a určité korektury je možno provádět elektronicky nebo matematicky.

Jinak jak TRIM-metoda, tak i tětivová metoda a posléze uvedená metoda s odpovídajícími změnami, jsou schopné snímat geometrické vady železničních tratí v závislosti na projeté dráze.

-1 CZ 282525 B6

Použité měřicí vozy však nereprodukují většinou skutečný provozní stav, jelikož jízdní vlastnosti měřicích vozů, tedy hmotnost, zatížení náprav, pérování, rychlost a tak dále, nesouhlasí s jízdními vlastnostmi vozidel, používaných v dopravě.

I když je možno vyřešit problém souhlasu jízdních parametrů měřicích vozů s parametry průměrných vozů, používaných v normální dopravě, zůstává i nadále nerozřešeno spolehlivé zjištění vad jízdní dráhy, ohrožujících bezpečnost dopravy, jelikož není jednoznačná souvislost mezi geometrickými vadami odchylky dráhy od teoretického vedení tratí a bezpečnosti jízdy vozidla. V praxi se proto postupuje tak, že se předem stanoví přísné tolerance geometrie dráhy a při překročení tolerančních mezí se provádějí upřesňovací opatření.

Úkolem vynálezu je vyřešit pozdější posuzování stavu železničních tratí způsobem měření, charakterizujícím skutečné dopravní poměry, tedy zatížení, typ vozidla, rychlost a tak dále.

Za zvlášť důležitou okolnost se považuje oddělení jednoduchých geometrických vad od vad, ohrožujících z nějakého důvodu bezpečnost dopravy, jelikož se tím umožňuje stanovit technické úkoly, jež je nutno provést v rámci udržování dráhy a zabránit zbytečným práčem, prováděným za účelem dodržování přísných geometrických podmínek.

Dalším úkolem vynálezu je umožnit geometrické zjištění vady jízdní dráhy, jelikož se tak zajišťuje jednak možnost srovnání s dřívějšími metodami, jednak je nutné odstranění vady geometricky přezkoušet.

Úkolem vynálezu je dále vyvinout odpovídající zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, které je umístěné na železničním vozidle, neovlivňuje však nepříznivě buď vůbec, nebo jen v zanedbatelné míře, jeho vlastnosti.

Vynález vychází z poznatku, že k posouzení stavu železniční tratě se využívá reakcí, vznikajících za jízdy na železničním vozidle, pokud možno při obvyklé rychlosti, vzájemným působením vozidla a jízdní dráhy, z nichž je možno vyvodit systém sil, charakterizující spojení mezi jízdní tratí a koly železničního vozidla, ovlivňující především bezpečnost dopravy.

Bylo dále zjištěno, že stejné fyzikální veličiny vyvolávají účinky, působící v příčném směru na jízdní dráhu, kterou popřípadě trvale deformují.

Podle vynálezu se k posouzení stavu železničních tratí používá způsobu, podle něhož se odměřují zrychlení vypražené hmoty, umístěné na železničním vozidle, a geometrické parametry železniční trati vzhledem k vypražené hmotě v závislosti na dráze, projeté železničním vozidlem. Současně s tím se odměřuje dráha, projetá vozidlem.

Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že se současně se shora uvedenými měřeními odměřují síly, působící vypraženou hmotou na dvojici kol, a z výsledku těchto měření se v závislosti na projeté dráze stanoví měrné číslo, charakteristické pro dané vozidlo z hlediska bezpečnosti jízdy, a měrné číslo bezpečnosti jízdní dráhy.

Jednoduché a hospodárné je řešení, podle něhož se jako vypražené hmoty užívá vlastní skříně železničního vozu a na levé i pravé straně skříně železničního vozu se odměřují svislá zrychlení bodů, nacházejících se nad jednou dvojicí kol vozidla, a relativní pohyb jednotlivých kol z dvojice ve svislém směru. Dále se odměřuje vodorovné, přesněji příčné, zrychlení pevného bodu, ležícího ve výši nápravy nebo pod nápravou, vzhledem ke skříni železničního vozu a vzájemně relativní vodorovný, přesněji příčný, pohyb tohoto bodu a jednotlivých kolejnic železničních kolejí. Dále se měří síly, působící vypraženou hmotou přes uložení kol v ložiskách na dvojici kol, zjištěním svislých a příčných sil, vznikajících v uložení kol. Tím se nijak nemění původní jízdní vlastnosti vozidla.

-2CZ 282525 B6

Měření je přesnější, když se síly, působící vypraženou hmotou na dvojici kol, korigují. Za tím účelem se měří příčné zrychlení dvojice kol, jakož i svislé zrychlení jednotlivých kol. Podle těchto zrychlení a podle hmoty dvojice kol je možno opravit síly, působící vypraženou hmotou na dvojici kol. Tímto způsobem je možno matematicky určit svislé síly, vznikající mezi koly a jednotlivými kolejnicovými pásy a výsledné příčné síly.

Způsob podle vynálezu je možno rozšířit na způsob tříbodového geometrického měření tak, že se odměřuje relativně příčná poloha jednotlivých kolejnicových pásů k vypražené hmotě v alespoň jednom dalším bodě. Tento třetí bod je dán příčnou polohou jedné další dvojice kol, o níž dosud nebyla zmínka, která je však ve skutečnosti nutná. Pomocí třetího bodu je možno různými měřicími způsoby vzájemně srovnávat dosažená zakřivení oblouků.

Hodnotu převýšení, jíž se obvykle užívá v obloucích železničních tratí, je možno určit tak, že se měří relativní úhlová poloha vypražené hmoty v poměru ke skutečné horizontále, stanoví se úhel mezi vypraženou hmotou a osou dvojice kol, a podle rozdílu mezi oběma úhly se vypočítává převýšení jízdní dráhy.

Podle zachovávané železniční praxe je účelné odměřovat síly, působící na poslední dvojici kol ve směru jízdy od vypražené hmoty.

Pro zvýšení pohodlnosti, tedy cestovního komfortu, osobní dopravy je možno způsob podle vynálezu ještě zdokonalit. Za tím účelem se nad posledním otočným podvozkem vozidla ve směru jízdy odměřují uprostřed ve výši podlahy skříně železničního vozu zrychlení svislá, přesněji kolmá, k podlaze, a příčná, přesněji rovnoběžná, s podlahou a kolmá ke směru jízdy.

K provádění způsobu podle vynálezu bylo zkonstruováno zařízení, opatřené vysílačem dráhových impulzů, připevněným na jedné dvojici kol železničního vozidla, snímači zrychlení, připevněnými na levé a na pravé straně skříně železničního vozu, snímači pohybu, měřícími relativní rozteč kol vozidla vzhledem ke skříni železničního vozu, a snímači kolejnic, spojenými s kolejnicovými pásy, na nichž spočívá železniční vozidlo. Zařízení podle vynálezu je popřípadě opatřeno registrační jednotkou, shromažďující naměřené hodnoty, případně podle okolností vypočtené hodnoty, v analogové nebo digitální formě.

Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu je opatřeno první měřicí konzolou, usměrněnou od železničního vozu dolů, a měřicím rámem, spojeným s výstelkami ložisek. Na měřicí rám jsou napojeny přes snímače kolejnic snímače pohybu, odměřující příčnou polohu kolejnicových pásů. První měřicí konzola a měřicí rám jsou vzájemně spojeny relativním snímačem pohybu, odměřujícím relativní příčnou vzájemnou odchylku první měřicí konzoly a měřicího rámu. K výstelkám ložisek kol jsou napojeny snímače ložiskových sil, působících kolmo a napříč. Na měřicí rám může být napojen relativní snímač pohybu pro přídavné měření příčné polohy kolejnicového pásu a na skříň vozidla může být napojen umělý horizont pro měření odchylné úhlové polohy hrany podlahy skříně vozidla od horizontály.

Aby bylo možno identifikovat naměřené parametry a projetou dráhu, je účelné používat se snímači spojené registrační vyhodnocovací jednotky a s ní spojené registrační jednotky, úměrné projeté dráze a spojené řídicím vstupem s vysílačem dráhových impulzů. Nad poslední dvojicí kol může být nad středem zadního otočného podvozku vozidla umístěny svisle a napříč snímače zrychlení.

Další znaky a vlastnosti způsobu podle vynálezu a zařízení k provádění způsobu podle vynálezu jsou dále podrobněji popsány na jednom příkladném provedení, znázorněném na připojeném výkresu, kde značí obr. 1 schéma celkového uspořádání železničního vozidla, opatřeného zařízením podle vynálezu, obr. 2 řez v rovině A-A vozidla, znázorněného na obr. 1, se

-3 CZ 282525 B6 schematicky znázorněnými snímači, obr. 3 řez v rovině B-B vozidlem, znázorněným na obr. I, se schematicky znázorněnými snímači, obr. 4 částečné schéma vyhodnocovací jednotky zařízení podle vynálezu, obr. 5 další částečné schéma vyhodnocovací jednotky zařízení podle vynálezu, obr. 6 další částečné schéma vyhodnocovací jednotky zařízení podle vynálezu a obr. 7 diagram vyhodnocení měrných čísel bezpečnosti jízdy, dosažených způsobem podle vynálezu.

Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, jehož se obvykle používá pro kontrolu vrchní železniční stavby, je umístěno v typickém osobním železničním vozu se čtyřmi pravými úhly, uloženém na otáčivém podvozku. Zařízení však může být umístěno i na libovolném vozidle, dokonce na lokomotivě, a je opatřeno vhodně umístěnými snímači, registrační vyhodnocovací jednotkou a registrační jednotkou.

Na obr. 1 je znázorněno umístění snímače v podélném směru osobního železničního vozu. Skříň 1 osobního železničního vozu spočívá prostřednictvím prvního rámu 2 otočného podvozku a druhého rámu 2’ otočného podvozku, v nichž jsou uloženy dvojice kol 3, 3’, 4 a 4\ na koleji Π). Pro zjednodušení byly vzájemně si odpovídající části obou otočných podvozků označeny stejnými vztahovými číslicemi, odlišenými vzájemně jen čárkou. Oba rámy 2 a 2’ otočných podvozků jsou připojené ke skříni 1 vozidla otočnými body, vzdálenými od sebe roztečí L. Na výstelkách 14 ložisek dvojic prvních kol 3 a 4 prvního rámu 2 otočného podvozku je uspořádán měřicí rám £ tak, aby neovlivňoval vodicí vlastnosti, to jest funkci dvojic prvních kol 3 a 4. Je proto zavěšen pružně, například na tlumicím bloku.

Uprostřed prvního rámu 2 otočného podvozku a ve směru ke středu od něj jsou od sebe ve vzdálenosti 1 v průřezové rovině C a B připevněny první měřicí konzola 6 a druhá měřicí konzola 7, zasahující dolů alespoň do výše nápravy dvojic prvních kol 3 a 4, kde je umístěn i měřicí rám 5.

Obě dvojice vnějších kol 3 a 3’ vozidla, umístěné v průřezových rovinách A a A’, jsou vytvořeny jako dvojice kol pro měření ložiskových sil.

Dvojice kol vozidla, v popisovaném příkladu dvojice druhých vnitřních kol 4’ vozidla, je opatřena vysílačem S dráhových impulzů.

Umístění snímačů, ležících v průřezové rovině A, je znázorněno na obr. 2. Vnější konce nápravy dvojice druhých vnitřních kol 4’ jsou uloženy ve výstelce 14 nápravových ložisek. Výstelka 14 je vypražena ve svislém směru péry 15, dosedajícími na první rám 2 otočného podvozku. Mezi výstelkami 14 nápravových ložisek a péry 15 jsou umístěny snímače F1 a F2 sil, kdežto konce náprav jsou uloženy ve směru nápravy pomocí snímačů F3a a F3b sil ve výstelkách 14 nápravových ložisek. Snímače F3a a F3b sil jsou spojeny do jediného snímače F3 sil, snímajícího sílu, působící ve směru nápravy, jinak řečeno, příčnou ložiskovou sílu. Snímače Fl, F2 a F3 síly jsou přizpůsobeny konkrétním konstrukcím, například odpovídají uspořádáním roztažitelným zkušebním měřicím pásům. Takto uspořádána měřicí dvojice kol se cejchuje a kalibruje na statické měřicí stolici.

Na výstelkách 14 nápravových ložisek dvojice prvních vnějších kol 3 je umístěn svislý snímač AI a A2 zrychlení a na jedné výstelce 14 nápravového ložiska je umístěn příčný snímač A3 zrychlení. Dvojice drahých vnějších kol 3] je totožná s dvojicí prvních vnějších kol 3 a je rovněž vytvořena jako dvojice kol pro měření síly a opatřená snímači AI, A2 a A3 zrychlení, které nejsou na obrázku znázorněny.

Ve skříni 1 vozidla v průřezové rovině A jsou nad výstelkami 14 nápravových ložisek umístěny relativní snímač Dl, popřípadě D2, pohybu a svislý snímač A4, popřípadě A5, zrychlení, které měří na každé straně skříně 1 vozidla zrychlení, kolmé k podlahové ploše skříně 1 vozidla a poměr pohybu těchto bodů k výstelkám 14 nápravových ložisek, což odpovídá relativnímu

-4CZ 282525 B6 pohybu, určenému kolejnicovými pásy 10A a 10B kolejí 10 kjízdní rovině kolejí, jelikož výstelky 14 nápravových ložisek jsou napnutým drátěným lanem 11 spojeny s odpovídajícími relativními snímači Dl, popřípadě D2, pohybu.

Na obr. 3 jsou znázorněny snímače, umístěné v průřezové rovině B skříně 1 vozidla. S měřicím rámem 5 je spojen snímač 12 kolejnice, snímající relativní polohu kolejnicových pásů 10A, popřípadě 10B, vůči měřicímu rámu 5. Snímač 12 kolejnice přenáší rovnoběžně v příčném směru s průřezovou jízdní rovinou kolejí odpovídající vzdálenosti na relativní snímače D5, popřípadě D3, pohybu. Snímání a zjišťování pohybu je možno provádět též mechanicky nebo opticky, například kluzným tastrem. Totéž platí i o výše zmíněném zjišťování pohybu, o němž bude řeč později. Při vyšších rychlostech, přes 80 až 100 km/h, je vhodné dát přednost optickému snímání kolejnic.

Měřicí rám 5 je spojen relativním snímačem D4 pohybu s koncem první měřicí konzoly 6, kde je v příčném směru umístěn i snímač A6 zrychlení pro měření zrychlení, rovnoběžného s rovinou podlahy. V rovině podlahy skříně 1 vozidla jsou uprostřed ve svislém a příčném směru umístěny snímač A7 zrychlení a snímač A8 zrychlení pro měření, kolmé k rovině podlahy skříně 1 vozidla, popřípadě rovnoběžné s touto skříní L Snímače A7 a A8 zrychlení jsou rovněž umístěny v průřezové ploše B', přičemž se však vždy současně zapínají jen zadní snímače ve směru jízdy.

Na obr. 3 jsou rovněž znázorněny dva další snímače, umístěné v průřezové rovině C. Pro lepší identifikaci jsou vztahové znaky snímačů uvedeny na výkresu v závorce. V průřezové rovině C je umístěn další snímač 12 kolejnic, spojený s relativním snímačem D6, připevněným na měřicím rámu 5. Měřicí rám 5 je v téže rovině spojen přes relativní snímač D7 pohybu s koncem druhé měřicí konzoly 7.

Ve skříni 1 vozidla je u popisovaného příkladu provedení na libovolném místě průřezové roviny B umístěn umělý horizont G, opatřený setrvačníkem, přičemž výstupní signál je úměrný úhlové odchylce podlahové roviny od horizontály.

Na obr. 4, 5 a 6 jsou znázorněna částečná schémata registrační vyhodnocovací jednotky zařízení podle vynálezu. Vstupy registrační vyhodnocovací jednotky jsou označeny vztahovými značkami snímačů, které jsou na ně napojeny, a předpokládá se, že výstupní signály snímačů jsou jednotné a úměrné parametrům, které odměřují. Popisovaný příklad provedení se týká řešení, podobného analogovému počítači, je však možno použít i číselného systému. V znázornění vyhodnocovací jednotky nejsou uvedeny ani jednotky pro obracení fází, ani zesilovače, jelikož tyto operace se provádějí sčítacími jednotkami, provádějícími váhové sčítání. Hmotnostní faktory na vstupech jsou uvedeny ve sčítacím stupni. Na čarách, charakterizujících spojovací vedení jednotlivých jednotek, jsou uvedeny veličiny, s nimiž je hladina signálu, nacházející se na vedení, úměrná.

Výstupy 80 až 94 vyhodnocovací jednotky jsou napojeny na registrační jednotku, úměrnou projeté dráze, která není na obrázcích znázorněna a jejíž registrační rychlost se řídí přes její řídící vstup od dráhových impulzů vysílače S.

Na obr. 4 je znázorněno částečné schéma vyhodnocovací jednotky, sdělující parametry, měřitelné známou TRIM-metodou.

Vysílač S dráhových impulzů je spojen s jednotkou 31 pro regulaci rychlosti, na jejímž jednom výstupu se vybuzují značkovací signály S', úměrné projeté dráze, které se sdělují ve stejných vzdálenostech registrační jednotce, čímž je možno identifikovat projetou dráhu a odpovídající body registrace. Jednotka 31 pro regulaci lychlosti sděluje na svém druhém výstupu odbočkou vedení časově derivovaný signál, úměrný rychlosti vozidla.

-5CZ 282525 B6

Snímače A4 a A5 zrychlení jsou spojeny s integrátory 32, popřípadě 34, které pracují jako filtry s horní propustí. Takový dvojitý integrátor je možno vytvořit jednoduše pomocí aktivního Butterworthova filtru.

Relativní snímače Dl a D2 pohybu jsou přes filtry 33, popřípadě 35, s horní propustí napojeny na invertující vstup první, popřípadě druhé, sčítací jednotky 36, popřípadě 38, kdežto dvojité integrátory 32, popřípadě 34, jsou napojeny na neinvertující vstup sčítacích jednotek 36, popřípadě 38. Sčítací jednotky 36, popřípadě 38, jsou smontovány s filtry 37, popřípadě 39, s dolní propustí.

Dvojité integrátory 32 a 34, filtry 33 a 35 s horní propustí a filtry 37 a 39 s dolní propustí jsou vytvořeny tak, že jejich integrační konstanta, popřípadě rozmezí přenosové frekvence, jsou úměrné hladině signálů, vstupujících na jejich řídicí vstup. Tyto řídicí vstupy jsou spojeny s výstupem jednotky 31 pro regulaci rychlosti.

Výstupy filtru 37, popřípadě 39, s dolní propustí jsou spojeny s třetí sčítací jednotkou 40 a napojeny pro vytváření diference na výstupy 80 a 81, spojené s registrační jednotkou, která není znázorněna. Výstup třetí sčítací jednotky 40 je veden z jedné strany na třetí výstup 82 a z druhé strany přímo přes zpožďovací člen 41 na čtvrtou sčítací jednotku 42. Zpožďovací člen 41 je člen, úměrný dráze, například, jako sériovým zapojením snímacích a paměťových jednotek vytvořená, krokově řiditelná umělá trať, a jeho řídicí vstup je spojen s vysílačem S dráhových impulzů. Výstup čtvrté sčítací jednotky 42 je spojen přes čtvrtý výstup 83 do registrační jednotky.

Relativní snímače Dl a D2 pohybu a umělý horizont G jsou napojeny na váhové vstupy páté sčítací jednotky 43, opatřené třetím filtrem 44 s dolní propustí.

Hodnota hmotnostních faktorů je podle řady 1/b - 1/a - 1, přičemž b je vzdálenost b mezi relativními snímači Dl a D2 pohybu.

Výstup třetího filtru 44 s dolní propustí je veden přes první tvořič 76 absolutních hodnot na pátý výstup 84.

Snímač F3 síly, vytvořený ze spojených snímačů F3A a F3B síly a snímač A3 zrychlení pohybu jsou napojeny na vstupy s hmotností 1 a -m šesté sčítací jednotky 59, přičemž m značí hmotu dvojice prvních vnějších kol 3. Výstup šesté sčítací jednotky 59 je z jedné strany veden na druhý tvořič 60 absolutních hodnot a z druhé strany přes nulový komparátor 49 na řiditelný střídavý elektronický přepínač 48. Snímače F1 a F2 síly jsou vedeny na vstupy osmé sčítací jednotky 45 o hmotnosti 1/2 a vstupy o hmotnosti b_z/2b_A, popřípadě -b_z/2b_A deváté sčítací jednotky 46, přičemž b₇ značí polovinu střední vzdálenosti per 15, podpírajících výstelky 14 nápravových ložisek, a polovinu vzdálenosti styčných kružnic dvojice prvních vnějších kol 3 z obr. 2, čímž kvocient b_z/ b_A charakterizuje pákový převod snímačů F1 a F2 sil. Na osmou sčítací jednotku 45 jsou dále napojeny snímače Al a A2 zrychlení o hmotnosti -m/4 a zdroj Qs_tat signálů, který není na obrázcích znázorněn, vysílající signál, úměrný statickému zatížení náprav, přičemž tyto zdroje Qstat signálů se nastavují podle zatížení náprav, odměřovaného kolébkou podvozku.

Výstup deváté sčítací jednotky 46 je z jedné strany spojen přímo a z druhé strany přes reverzační jednotku 47 polarity se vstupy elektronického přepínače 48.

Výstup druhého tvořiče 60 absolutní hodnoty je napojen na vstupy počítače prvního děliče 51 a druhého děliče 52. Na vstup jmenovatele prvního děliče 51 je napojen výstup sedmé sčítací jednotky 50. Vstup s hmotností 1 sedmé sčítací jednotky 50 se vede do zdroje signálu, odpovídajícího zatížení 10 kN, který na obrázku není znázorněn, kdežto vstup, charakterizovaný hmotností 2/3 sedmé sčítací jednotky 50, je napojen na vstup osmé sčítací jednotky 45 a na vstupy jmenovatele druhého děliče 52 a třetího děliče 53. Vstup třetího děliče 53 je spojen

-6CZ 282525 B6 s výstupem elektronického přepínače 48, jehož výstup je napojen z jedné strany na vstup vyznačený hmotností B desáté sčítací jednotky 54 a z druhé strany na šestý výstup 87. Druhý vstup, charakterizovaný hmotností A, desáté sčítací jednotky 54, je spojen se zdrojem signálu, sdělujícím jednohodnotový signál, odpovídající poměrovému číslu 1, kdežto výstup desáté sčítací jednotky 54 je napojen na vstup jmenovatele čtvrtého děliče 55. Vstup počítače čtvrtého děliče 55 je napojen na sedmý výstup 86.

Snímače A7 a A8 zrychlení vedou přes pásmový filtr 56, popřípadě 57, na další výstupy 88, popřípadě 89. Přenosový pás pásmového filtru 56 a 57 leží v pásmu 0,5 až 12 Hz. Snímač A8 zrychlení je dále napojen přes druhý pásmový filtr 58 s dolní propustí o 0 až 0,5 Hz na osmý výstup 90.

Na obr. 6 je relativní snímač D3 pohybu veden na vstup, charakterizovaný hmotností 2(Lxl) jedenácté sčítací jednotky 61, na vstup s hmotností 1 třinácté sčítací jednotky 67 a na vstup, charakterizovaný hmotností -1 čtrnácté sčítací jednotky 71. Relativní snímač D4 pohybu se vede na vstupy, charakterizované stejnou hmotností sčítacích jednotek 61, 67 a 71. Relativní snímače D6 a D7 pohybu jsou napojeny na vstupy, charakterizované hmotností -2(Lxl) jedenácté sčítací jednotky 61. Snímač A6 zrychlení je napojen na vstup, charakterizovaný hmotností 1 dvanácté sčítací jednotky 65, relativní snímač D5 pohybuje napojen na vstup, charakterizovaný hmotností -1 čtrnácté sčítací jednotky 71. Výstup jednotky 31 pro regulaci rychlosti je spojen se vstupem s čtvercovou tvořící jednotkou 75, jejíž výstup je napojen na vstup násobící jednotky 63. Výstup jedenácté sčítací jednotky 61 je veden přes čtvrtý filtr 62 s dolní propustí z jedné strany na devátý výstup 91 a z druhé strany na druhý vstup násobiči jednotky 63. Výstup násobící jednotky 63 je napojen na vstup sedmnácté sčítací jednotky 64, charakterizovaný hmotností 1, jejíž vstup, charakterizovaný hmotností g gravitačního zrychlení je spojen s umělým horizontem G. Výstup sedmnácté sčítací jednotky 64 je napojen na vstup dvanácté sčítací jednotky 65, charakterizovaný hmotností -1. Dvanáctá sčítací jednotka 65 je smontována s třetím dvojitým integrátorem 66, který je opatřen filtrem s horní propustí a jehož výstup je napojen na vstup, charakterizovaný hmotností 1, patnácté sčítací jednotky 69, opatřené filtrem s dolní propustí. Třináctá sčítací jednotka 67 je smontována s třetím filtrem 68 s horní propustí, jehož výstup je napojen na vstup, charakterizovaný hmotností patnácté sčítací jednotky 69. Patnáctá sčítací jednotka 69 je smontována se šestým filtrem 70 s dolní propustí, jehož výstup je z jedné strany napojen na desátý výstup 92 a z druhé strany na vstup, charakterizovaný hmotností 1, šestnácté sčítací jednotky 74. Čtrnáctá sčítací jednotka 71 je smontována se čtvrtým filtrem 73 s horní propustí a její výstup je napojen z jedné strany přes sedmý filtr 73 s dolní propustí na dvanáctý výstup 94 a z druhé strany na vstup šestnácté sčítací jednotky 74 se vstupem, charakterizovaným hmotností 1, jejíž výstup je napojen na jedenáctý výstup 93. Zařízení podle vynálezu pracuje takto. Na obr. 1, 2 a 3 podrobněji znázorněné a shora popsané snímače odměřují za jízdy vozidla odpovídající geometrické parametry, síly, popřípadě zrychlení a vysílají signály, úměrné těmto parametrům registrační vyhodnocovací jednotce, podrobněji znázorněné na obr. 4, 5 a 6. Výstupy vyhodnocovací jednotky vedou signály, vytvořené z naměřených hodnot, do registrační jednotky, která není na výkresu znázorněna. Způsob výpočtu zjištěných hodnot je podle obrázků a popisu jednoznačný, níže je však uveden jejich přehled.

První výstup 80 je levá délka sedání, druhý vystup 81 je pravá podélná výška sedání, třetí výstup 82 je příčná výška, tedy příčné sedání, čtvrtý výstup 83 je plošný zkrut, pátý výstup 84 je úhel převýšení, tedy kvazistatická hodnota pro 0 až 0,5 Hz, následující výstup 85 je měrné číslo B₂ bezpečnosti j ízdní dráhy, odvozené z empirického vztahu podle Proudhomma, sedmý výstup 86 je měrné číslo Bi bezpečnosti jízdy, odvozené ze vzorce deformace rozchodu věnců kol podle Nadala, šestý výstup 87 je přídavné měrné číslo bezpečnosti jízdy, charakterizující speciální rozdíl v zatížení kol, další výstup 88 je svislý dynamický komfort, následující další výstup 89 je příčný dynamický komfort a osmý výstup 90 je příčný kvazistatický komfort.

Shora uvedená označení s výjimkou výstupů 85, 86 a 87 jsou běžná označení v oboru železniční dopravy. Podle těchto označení se běžně posuzuje stav železničních tratí a podle naměřených hodnot se vydávají pokyny k provádění udržovacích prací. Měrná čísla, nově zaváděná, umožňují nový způsob posuzování stavu železničních tratí, podle nichž je možno zjistit vady, na nichž závisí bezpečnost železničního provozu, a vadné místo. Tím mohou odpadnout zbytečné udržovací práce.

K tomu je třeba poznamenat, že jednotlivé výstupy sdělují přibližné signály, jelikož registrační vyhodnocovací jednotka, znázorněná na obr. 4, 5 a 6, přibližuje odpovídající trigonometrické funkce lineárně. Způsob přibližnosti nepotřebuje žádného dalšího vysvětlení, jelikož jsou pro odborníka zjevné souvislosti uspořádání přepínání s všeobecně známými teoretickými vztahy.

Výstup 85 sděluje výstupní signál, úměrný veličině, která byla označena jako měrné číslo B₂ bezpečnosti jízdy po železniční trati.

Jako základ slouží vztahové znaky podle obr. 2 a následující empirický vztah podle Proudhomma: _

2Q /Yi+Y₂/krit = 10+----- (kN), přičemž Y| a Y₂ značí příčné síly na kolech podle obr. 2 a Q je průměrné zatížení kol, tedy aritmetická střední hodnota svislé síly Q, a Q₂ podle obr. 2.

Z tohoto vztahu je možno vypočítat měrné číslo B bezpečnosti jízdy po železniční trati, postačující k posouzení lokálních vad železničních tratí, vyvolávajících trvalá příčná posunutí železničního pole, podle vzorce (Y1+Y2)

B₂= ----------(Y.+Yzjkrit.

V důsledku toho není třeba se obávat trvalého posunutí trati, je-li splněna podmínka, že

Y1+Y2 < (Y1+Y2) krit.

Sedmý výstup 86 sděluje signál, úměrný veličině, označené v popisu jako měrné číslo B, bezpečnosti jízdy. U dvojice kol železničních vozidel se rozšiřuje vztah, popisující mezní polohu deformace rozchodu věnce kola podle Nadalovy metody. Je-li odvozen podle této metody, není třeba se obávat nebezpečí vykolejení, je-li splněna tato podmínka, že

Y1+Y2 AQ

-------< A+B ,

Q Q přičemž význam veličin Y_t, Y₂ a Q byl již uveden shora, AQ je rozdíl v zatížení kol na obou stranách, A a B jsou konstanty, závislé na datech profilů kol, dále na hodnotě třecích koeficientů mezi rozchodem věnců kol a jízdní plochou kola na kolejnici, jejichž běžná hodnota je 0,4, popřípadě 0,2.

Vyjádřením této podmínky ve tvaru poměrového čísla se obdrží měmé číslo Β» bezpečnosti jízdy

-8CZ 282525 B6

Y1+Y2

Q b₂= ----------AQ

A+B ——

Q

Měrné číslo Bi bezpečnosti jízdy a měrné číslo B₂ bezpečnosti jízdy po trati, kterých je možno dosáhnout způsobem podle vynálezu, charakterizují při provozu vozidla stanovenou rychlostí podle zatížení a typu železničního vozidla uspokojivě pravděpodobnost, popřípadě míru výskytu, vykolejení a příčných deformací jízdních drah, aniž by samozřejmě bylo možno vyjádřit vztah mezi nimi přesně formulovaným matematickým vzorcem. Takovéto empirické souvislosti lze získat dlouhodobými zkušenostmi.

Hodnota měrného čísla bezpečnosti jízdy se mění za jízdy po trati. K jeho vyhodnocení je účelné vzít zřetel na další přídavné měrné číslo bezpečnosti jízdy, jelikož z důvodu opatrnosti je nutno příliš vysoký záporný specifický rozdíl v zatížení kolaQ/Q považovat rovněž za kritický.

Měrné číslo Bi bezpečnosti jízdy lze dokonale vyhodnotit podle diagramu, znázorněného na obr. 7. Jednotlivá pásma diagramu se vyhodnocují takto:

I. bezvadný stav trati,

II. nutno očekávat potřebu opravy trati,

III. oprava je nutná, například do jednoho týdne,

IV. trať je nutno považovat v důsledku jízdních podmínek, zjištěných měřením, za nebezpečnou a vyžadující okamžité omezení rychlosti.

Vyhodnocení není předmětem vynálezu. Předpokladem jeho proveditelnosti je použití způsobu podle vynálezu. Znázorněný příklad provedení popisuje použití zařízení na železničním vozidle s otáčivým podvozkem. Způsob podle vynálezu a měřicí rám zařízení k provádění způsobu je možno přizpůsobit i pro jednu dvojici kol. V tomto případě je nutno vytvořit měřicí rám tak, aby byl v příčném směru pružný.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob zjišťování provozního stavu železničních tratí, spočívající v měření zrychlení vypražené hmoty, uložené na železničním vozidle, podle okolností na skříni vozidla, a geometrických parametrů železniční trati ve vztahu k vypražené hmotě v závislosti na dráze, projeté vozidlem, vyznačující se tím, že se současně měří svislé a příčné síly, působící vozidlem na jednu dvojici kol, a podle výsledků těchto měření se stanoví v závislosti na projeté dráze charakteristické měrné číslo bezpečnosti jízdy na dané trati danou rychlostí.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se měří a pro stanovení čísla bezpečnosti použijí svislé zrychlení bodů, umístěných na levé a pravé straně vozidla a ležících nad dvojicí kol vozidla, svislý pohyb jednotlivých kol z dvojice kol vzhledem k těmto

   -9CZ 282525 B6 bodům, vodorovné zrychlení bodu, pevného vzhledem ke skříni vozidla a ležícího ve výši nápravy nebo pod nápravou, vodorovný relativní pohyb tohoto bodu a kolejnic v jejich vzájemném poměru a vodorovné a svislé síly, vznikající v uložení dvojice kol.
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že se měří příčné zrychlení dvojice kol a svislé zrychlení jednotlivých výstelek ložisek dvojice kol a podle těchto zrychlení a hmoty dvojice kol se určuje matematickou opravou sil, působících vypraženou hmotou na dvojici kol, průměr svislých sil, působících mezi koly a kolejnicovými pásy a výsledné příčné síly.
4. 4. Způsob podle nároků laž3, vyznačující se tím, že se měří a pro stanovení čísla bezpečnosti použije poměr relativně příčné polohy jednoho kolejnicového pásu ke skříni vozidla alespoň v jednom dalším bodu.
5. 5. Způsob podle nároků laž4, vyznačující se tím, že se měří také úhlová poloha vozidla vzhledem ke skutečné horizontále a určuje se úhel mezi skříní vozidla a nápravou dvojice kol a podle rozdílu mezi oběma úhly se určuje převýšení dráhy.
6. 6. Způsob podle nároků laž5, vyznačující se tím, že se měří síly, působící skříní vozidla na poslední dvojici kol ve směru jízdy.
7. 7. Způsob podle nároků laž6, vyznačující se tím, že se měří také svislá a příčná zrychlení uprostřed ve výši podlahy nad posledním otočným podvozkem ve směru jízdy vozidla a podle výsledku těchto měření se určuje cestovní komfort.
8. 8. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, sestávající z vysílače dráhového impulzu, připevněného na jedné dvojici kol železničního vozidla, ze snímačů zrychlení, svisle uspořádaných na pravé a levé straně skříně vozidla, z relativních snímačů pohybu pro měření rozteče vzájemně k sobě obrácených kol a skříně vozidla, ze snímače kolejnic, spojeného s kolejnicovými pásy, a z registrační jednotky naměřených hodnot, vyznačující se tím, že ke skříni (1) vozidla je připojena dolů obrácená první měřicí konzola (6) a k výstelce (14) ložisek kol (3, 3', 4, 4') je připojen měřicí rám (5), k němuž jsou přes detekující snímače připojeny relativní snímače (D3, D5) pohybu pro měření příčné polohy kolejnicových pásů (10A, 10B) a relativní snímač (D4) pro měření příčné odchylky první měřicí konzoly (6), přičemž k výstelkám (14) ložisek kol (3, 3', 4, 4') jsou připojeny snímače (Fl, F2, F3, F3a, F3b) sil pro snímání svislých a příčných ložiskových sil.
9. 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že je opatřeno se snímači (AI, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, Fl, F2, F3, F3a, F3b, Dl, D2, D3, D4, D5, D6, D7) spojenou registrační vyhodnocovací jednotkou.
10. 10. Zařízení podle nároků 8 a 9, vyznačující se tím, že na registrační vyhodnocovací jednotku připojená registrační jednotka je úměrná dráze, přičemž její řídicí vstup je napojen na vysílač (S) dráhových impulzů.

    -10CZ 282525 B6
11. 11. Zařízení podle nároků 8 až 10, vyznačující se tím, že na měřicí rám (5) je napojen relativní snímač (D6) pohybu pro přídavné měření příčné polohy druhého kolejnicového pásu (10B).
12. 12. Zařízení podle nároků 8 až 11, vyznačující se tím, že na skříň (1) vozidla je napojen umělý horizont (G) pro měření odchylné úhlové polohy horní hrany podlahy skříně (1) vozidla od horizontály.

    io
13. 13. Zařízení podle nároků 8 až 12, vyznačující se tím, že nad poslední dvojicí kol (3, 3', 4, 4') vozidla jsou nad středem zadního otočného podvozku vozidla umístěny svisle a napříč snímače (A7, A8) zrychlení.