DE102017002887A1

DE102017002887A1 - Method and system for measuring forces, in particular force Y acting on a railroad track

Info

Publication number: DE102017002887A1
Application number: DE102017002887.7A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-03-26
Filing date: 2017-03-25
Publication date: 2017-10-12
Also published as: PL416653A1; PL228452B1

Abstract

Verfahren zur Messung von Kräften, besonders einer horizontale Kraft, die senkrecht zur Symmetrieebene der Eisenbahnschiene angeordnet und an dem Schienenkopf eingeleitet, charakterisiert sich dadurch, daß die Messung der Kraft (Y) auf die Eisenbahnschiene mittels einer Kraftmesseinrichtung (1) zur Messung von auf einen Balken oder eine Platte wirkenden Querkräften erfolgt. Die Kraftmesseinrichtung (1) in eine Öffnung in dem Steg (5) der Eisenbahnschiene (4) in den Eisenbahngleis eingebettet ist, wobei die Öffnung in dem Steg (5) der Eisenbahnschiene (4) in dem Abschnitt zwischen zwei benachbarten Eisenbahnschwellen (3) gemacht ist, wobei die Kraftmesseinrichtung (1) mit mindestens zwei Dehnungsmeßstreifen an der Außenflächen des Trägerelements ausgestattet ist, wobei die Signale von mindestens zwei Dehnungsmessstreifen mit der elektronischen Schaltung (U) durch der Verstärkung und dem Addition in einen Ausgangssignal verarbeitet wird. Das System geben kein Signal von der Kraft (Q) senkrecht zu der unteren Fläche des Schienenfußes, die Kraftkomponente (F), die an einer beliebigen Stelle zwischen zwei benachbarten Eisenbahnschwellen (3) eingeleitet wird.A method for measuring forces, especially a horizontal force, arranged perpendicular to the plane of symmetry of the railroad rail and introduced to the rail head, characterized in that the measurement of the force (Y) on the railroad track by means of a force measuring device (1) for measuring on a Beam or a plate acting shear forces takes place. The force measuring device (1) is embedded in an opening in the web (5) of the railroad track (4) in the railway track, the opening in the web (5) of the railroad track (4) made in the section between two adjacent railway sleepers (3) wherein the force measuring device (1) is equipped with at least two strain gauges on the outer surfaces of the carrier element, wherein the signals of at least two strain gauges with the electronic circuit (U) is processed by the gain and the addition into an output signal. The system does not give a signal of the force (Q) perpendicular to the lower surface of the rail foot, the force component (F) introduced anywhere between two adjacent railway sleepers (3).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ein Verfahren und ein System zur Messung von Kräften im Rad-Schiene-System, insbesondere zur Messung der Kraft Y auf die Eisenbahnschiene wirkt. Die Messungen werden mittels einer Kraftmesseinrichtung zur Messung von auf einen Balken oder eine Platte wirkenden Querkräften durchgeführt werden. Die Kraftmesseinrichtung ist in der polnische Patentanmeldung WIPO ST 10/C PL416580 beschrieben.The present invention relates to a method and a system for measuring forces in the wheel-rail system, in particular for measuring the force Y acting on the railroad track. The measurements will be carried out by means of a force measuring device for measuring transverse forces acting on a beam or a plate. The force measuring device is described in the Polish patent application WIPO ST 10 / C PL416580.

Die Kraft Y in 1 nach der vorliegenden Anmeldung ist horizontale Kraft, die senkrecht zur Symmetrieebene der Eisenbahnschiene 4 wirkt und eine Krafteinleitungstelle ist auf die Oberfläche des Schienenkopfes 2 angeordnet in einer beliebigen Position (Punkt) in dem Bereich P in 2. Messung der Kraft Y hat die praktische Anwendung in der Eisenbahnsicherheitsstudie Schienenverkehr und wird von den einschlägigen Vorschriften erforderlich, z. B. Norm DIN-EN 14363 .The force Y in 1 According to the present application, horizontal force is perpendicular to the plane of symmetry of the railroad track 4 acts and a force application point is on the surface of the rail head 2 arranged in any position (point) in the area P in 2 , Measurement of force Y has the practical application in the railway safety study rail transport and is required by the relevant regulations, eg. B. Standard DIN-EN 14363 ,

Bekannte und verwendete technische Lösung ist eine Messung der Kraft Y basierend auf der Verwendung von Dehnungsmeßstreifen. In diesem Fall werden acht Dehnungsmeßstreifen (T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8) direkt auf den Schienenfuß aufgeklebt, wie in 1 dargestellt. Der Nachteil dieser Lösung sind die Anforderungen für die Installation von Dehnungsmeßstreifen. Langlebige Verbindung von Dehnungsmeßstreifen auf dem Objekt erfordert Erwärmen des Objektes bis zu einer Temperaturen von etwa 160°C und weiter der Temperaturerhaltung für mindestens 2 Stunden. In der ersten Erwärmungszyklus werden die Dehnungsmeßstreifen gegen die Oberfläche des Objekts mit der erforderlichen Kraft gedrückt wird. Im zweiten Schritt werden Dehnmessstreifen ohne Druck belassen. Eine Eisenbahnschiene mit eine Länge von ca. 20 Meter sollte auf eine Temperatur von etwa 160°C erwärmt werden und sollte mindestens 2 Stunden auf dieser Temperatur gehalten werden. Aufgrund der Abmessungen der Schienen ist es sehr schwierig, selbst unter Laborbedingungen und extrem schwierig unter Feldbedingungen. Dehnungsmeßstreifen müssen in der Nähe der vertikalen Symmetrieebene der Schiene aufgebracht werden, um das Signal zu maximieren. In dieser Position werden die obere Fläche des Schienenfußes an der unteren Fläche des Schienenfußes nicht parallel sind, führt dies zu Messfühlern.Known and used technical solution is a measurement of force Y based on the use of strain gauges. In this case, eight strain gauges (T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8) are glued directly to the rail base, as in 1 shown. The disadvantage of this solution are the requirements for the installation of strain gauges. Long-lasting connection of strain gauges to the object requires heating of the object up to a temperature of about 160 ° C and further temperature maintenance for at least 2 hours. In the first heating cycle, the strain gauges are pressed against the surface of the object with the required force. In the second step strain gauges are left without pressure. A railway track with a length of about 20 meters should be heated to a temperature of about 160 ° C and should be kept at this temperature for at least 2 hours. Due to the dimensions of the rails, it is very difficult, even under laboratory conditions, and extremely difficult under field conditions. Strain gauges must be applied near the vertical plane of symmetry of the rail to maximize the signal. In this position, the upper surface of the rail foot on the lower surface of the rail foot are not parallel, this leads to probes.

Andere Verfahren wird auf der Verwendung der Radsätze basiert, um die Kraft Y zu messen. In diesem Fall werden die Dehnungsmeßstreifen an den Radscheiben angeordnet. Das Meßsignal wird an die Meßvorrichtung in das Schienenfahrzeug gesendet. Diese Lösung ermöglicht die Messung der Kraft Y auf einen der Radsätze und ist daher nicht geeignet für eine breite Anwendung.Other methods are based on using the wheelsets to measure the force Y. In this case, the strain gauges are placed on the wheel discs. The measuring signal is sent to the measuring device in the rail vehicle. This solution allows the measurement of the force Y on one of the wheelsets and is therefore not suitable for a wide application.

Insbesondere ist eine Aufgabe der Erfindung, ein solches System und Verfahren zum Messung von Kraft Y, die auf eine Eisenbahnschiene wirkt vorzuschlagen, welches die oben genannten Nachteile nicht aufweist. Diese Aufgabe kann mit der Kraftmesseinrichtung zur Messung von auf einen Balken oder eine Platte wirkenden Querkräften erreicht werden. Diese Kraftmesseinrichtung wird in der Patentanmeldung [WIPO ST 10/C PL416580] beschrieben und später in dieser Beschreibung wird die Kraftmesseinrichtung 1 genannt.In particular, an object of the invention is to propose such a system and method for measuring force Y acting on a railroad track which does not have the above-mentioned disadvantages. This object can be achieved with the force measuring device for measuring transverse forces acting on a beam or a plate. This force measuring device is described in the patent application [WIPO ST 10 / C PL416580] and later in this specification is the force measuring device 1 called.

Es ist eine weitere Aufgabe die Erfindung, ein neues Verfahren und ein System zur Messung von Kräften, insbesondere Kraft Y, die auf Eisenbahnschiene in einem Eisenbahn Rad-Schiene-System wirkt und die sind für eine breite Anwendung in allen Arten von Diagnosesystemen geeignet, zum B. bei der technischen Forschungs eingesetzt Fahrsicherheit zu gewährleisten.It is a further object of the invention to provide a new method and system for measuring forces, particularly force Y, acting on railroad track in a railroad wheel-rail system and which are suitable for wide application in all types of diagnostic systems, such as B. used in technical research to ensure driving safety.

Verfahren zum Messen von Kräften, insbesondere eine horizontale Kraft senkrecht zur Symmetrieebene der Eisenbahnschiene wirkende, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Kraft auf die Eisenbahnschiene mittels einer Kraftmesseinrichtung gemacht wird. Die Kraftmesseinrichtung in eine Öffnung in dem Steg der Eisenbahnschiene in der Gleis eingebettet wird, wobei die Öffnung in dem Steg der Eisenbahnschiene in dem Abschnitt zwischen zwei benachbarten Schwellen gemacht wird. Die Kraftmesseinrichtung ist mit mindestens zwei Dehnungsmeßstreifen an den Außenflächen des Trägerelements ausgestattet. Zum Messung der Kraft werden die Signale von mindestens zwei Dehnungsmessstreifen mit der elektronischen Schaltung durch der Verstärkung und dem Addition in einen Ausgangssignal verarbeitet werden.Method for measuring forces, in particular a horizontal force acting perpendicular to the plane of symmetry of the railroad track, characterized in that the measurement of the force on the railroad track is made by means of a force measuring device. The force measuring device is embedded in an opening in the web of the railroad track in the track, the opening in the web of the railroad track being made in the section between two adjacent sleepers. The force measuring device is equipped with at least two strain gauges on the outer surfaces of the support member. To measure the force, the signals from at least two strain gauges will be processed by the electronic circuit through amplification and addition into an output signal.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.Advantageous developments of the invention are mentioned in the subclaims.

System zur Messung von Kräften, besonders horizontaler Kraft Y senkrecht zur Symmetrieebene der Eisenbahnschiene angeordnet, mittels einer Kraftmesseinrichtung in der zumindest zwei Dehnungsmessstreifen untergebracht sind, charakterisiert sich dadurch, daß die Signale von mindestens zwei Dehnungsmessstreifen aus der Kraftmesseinrichtung montiert in der Öffnung in dem Steg von der Eisenbahnschiene in dem Abschnitt zwischen zwei benachbarten Eisenbahnschwellen montierten, an dem Eingang von der elektronische Schaltung mit Verstärkern und Addierverstärkern, übertragen werden.System for measuring forces, particularly horizontal force Y arranged perpendicular to the plane of symmetry of the railroad track, by means of a force measuring device in the at least two strain gauges are characterized in that the signals of at least two strain gauges from the force measuring device mounted in the opening in the web of railroad track in the section between two adjacent railway sleepers, at the entrance of the electronic circuit with amplifiers and adder amplifiers.

Vorzugsweise ist die elektronische Schaltung mit einem Mikroprozessor ausgerüstet und enthält Analog-Digital-Wandler.Preferably, the electronic circuit is equipped with a microprocessor and includes analog-to-digital converters.

Verfahren gemäß der Erfindung wird im weiteren anhand von 2, die schematisch einen Abschnitt der Eisenbahnschiene zeigt, die zwischen zwei Eisenbahnschwellen 3 angeordnet ist. Am Steg 5 der Eisenbahnschiene 4 wird die Kraftmesseinrichtung zur Messung von auf einen Balken oder eine Platte wirkenden Querkräften montiert. Bei der Messung wird elektronische Schaltung U verwendet, um elektrische Signale von den Dehnungsmeßstreifen zu verarbeiten. Method according to the invention will be further described with reference to 2 , which schematically shows a section of the railroad track between two railway sleepers 3 is arranged. At the jetty 5 the railroad track 4 For example, the force measuring device is mounted to measure transverse forces acting on a beam or plate. In the measurement, electronic circuit U is used to process electrical signals from the strain gauges.

Verfahren zum Messen von Kraft, insbesondere eine horizontale Kraft Y wirkende auf der Eisenbahnschiene und senkrecht zu der Symmetrieebene der Eisenbahnschiene 4 angeordnet, wie in 2 gezeigt. Sie besteht darin, die Spannungsanalyse mittels der Kraftmesseinrichtung 1 zur Messung von auf einen Balken oder eine Platte wirkenden Querkräften. Die Kraftmesseinrichtung 1 wird in eine Öffnung in dem Steg 5 der Eisenbahnschiene in der Gleis eingebettet wird, wobei die Öffnung in dem Steg 5 der Eisenbahnschiene 4 in dem Abschnitt zwischen zwei benachbarten Schwellen 3 gemacht. Vorzugsweise wird die Öffnung in dem Steg 5 der Eisenbahnenschiene 4 in der Mitte zwischen zwei benachbarten Bahnschwellen 3 gebohrt. Die Bohrungen wird nach DIN EN 13674-1:2011-04 zulässig. Elektrische Signale von der Dehnungsmessstreifen innerhalb der Kraftmesseinrichtung 1 werden zu einem System verabreicht wird, die sie in elektrische Signale als Spannung oder Strom umwandelt, und kann in digitaler Form verabreicht werden, wenn es mit einem Analog-Digital-Umsetzer ausgestattet ist.Method for measuring force, in particular a horizontal force Y acting on the railway rail and perpendicular to the plane of symmetry of the railroad track 4 arranged as in 2 shown. It consists of the stress analysis by means of the force measuring device 1 for measuring transverse forces acting on a beam or a plate. The force measuring device 1 gets into an opening in the bridge 5 the railroad track is embedded in the track, with the opening in the bridge 5 the railroad track 4 in the section between two adjacent thresholds 3 made. Preferably, the opening in the web 5 the railroad track 4 in the middle between two adjacent railway sleepers 3 drilled. The drilling is after DIN EN 13674-1: 2011-04 allowed. Electrical signals from the strain gauges within the force measuring device 1 are administered to a system that converts them into electrical signals as voltage or current, and can be administered in digital form when equipped with an analog-to-digital converter.

Die Kraftmessvorrichtung 1 ist über ein Kabel k mit einer elektronischen Schaltung U verbunden, die Signale von den Dehnungsmessstreifen zur weiteren Signalverarbeitung erhält. Das elektronische Schaltung U ist mit einem Analog-Digital-Wandler ausgestattet und das Ausgangssignal W ein digitales Signal ist.The force measuring device 1 is connected via a cable k with an electronic circuit U, which receives signals from the strain gauges for further signal processing. The electronic circuit U is equipped with an analog-to-digital converter and the output signal W is a digital signal.

Das vorgestellte System funktioniert wie folgt: In das Rad-Schiene-System das Rad auf der Schiene des Eisenbahnlinie auf der Oberfläche des Rades Kontakt mit der Schiene beim Rollen wird der Kontaktkraft F. Der Kontaktkraft F aufweist zwei Komponenten, es ist die vertikale Komponente Q und die horizontal Komponente Y. Die aufgebrachte Kraftmesseinrichtung zur Messung von auf einen Balken oder eine Platte wirkenden Querkräften gibt das Signal nur von dem Wert der Komponente Y der Kontaktkraft F abhängt, aber kein Signal von Komponente Q der Kontaktkraft F geben.The proposed system works as follows: In the wheel-rail system the wheel on the rail of the railway line on the surface of the wheel Contact with the rail when rolling becomes the contact force F. The contact force F has two components, it is the vertical component Q. and the horizontal component Y. The applied force measuring device for measuring transverse forces acting on a beam or a plate gives the signal only on the value of the component Y of the contact force F depends, but give no signal from component Q of the contact force F.

Das vorgestellte System misst die Kraft Y, die eine Komponente der Kraft F ist, wobei F die Kraft auf den Schienenkopf 2 der Schiene 4 an einer beliebigen Stelle im Bereich der Schiene aufgebracht wird, markiert P. Bereich P vollständig deckt den Umfang des Auftretens der Kontaktkraft zwischen dem Eisenbahnrad und der Eisenbahnschiene. Wenn es nur eine Komponente der Kontaktkraft F auftritt, nur der Kraft Q, das Signal ist nicht geben.The presented system measures the force Y, which is a component of the force F, where F is the force on the rail head 2 the rail 4 is applied at any point in the area of the rail, P. area P completely covers the extent of the occurrence of the contact force between the railway wheel and the railroad track. If there is only one component of the contact force F, only the force Q, the signal does not give.

Die gegebene Verfahren, die Kraft der Messung kann in Geräten verwendet werden, um den technischen Zustand von Schienenfahrzeugen diagnostizieren. Die Messung von Kraft Y wird durch die einschlägigen Bestimmungen erforderlichen, die für die Sicherheit des Eisenbahnverkehrs bieten. Auf der Grundlage von Experimenten wurde gefunden, daß es möglich ist, Geräte zu bauen, die die Kraft Y der Genauigkeit von etwa 1% messen kann.The given method, the force of measurement can be used in equipment to diagnose the technical condition of rail vehicles. The measurement of force Y is required by the relevant provisions that provide for the safety of rail transport. On the basis of experiments, it was found that it is possible to build devices that can measure the force Y of accuracy of about 1%.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: KraftmesseinrichtungForce measuring device
22: Schienenkopfrailhead
33: EisenbahnschwelleRailroad tie
44: EisenbahnschieneRailroad track
55: Stegweb
YY: Kraftforce
FF: Kraftforce
QQ: Kraftforce
PP: BereichArea
kk: Kabelelectric wire
WW: Ausgangssignaloutput
UU: elektronische Schaltungelectronic switch
T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8: DMSDMS

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Standard DIN-EN 14363 [0002]
DIN EN 13674-1: 2011-04 [0012]

Claims

Method for measuring forces, in particular horizontal force Y, arranged perpendicular to the plane of symmetry of the railroad track with the point of application of force on the rail head, using the force measuring device for measuring transverse forces acting on a beam or a plate, characterized in that the measurement of the force (Y) on the railroad track by means of a force measuring device ( 1 ), the force measuring device ( 1 ) in an opening in the web ( 5 ) of the railway track ( 4 ) is embedded in the track, the opening in the bridge ( 5 ) of the railway track ( 4 ) in the section between two adjacent thresholds ( 3 ), the force measuring device ( 1 ) is provided with at least two strain gauges on the outer surfaces of the support member, the signals from at least two strain gauges being processed by the electronic circuit (U) through the gain and the addition into an output signal.

A method according to claim 1, characterized in that the output signal is a current signal.

A method according to claim 1, characterized in that the output signal is a voltage signal.

Method according to Claim 1, characterized in that the electronic circuit (U) is provided with an analog-to-digital converter, and the output signal is a digital signal.

System for measuring forces, in particular horizontal force Y, arranged perpendicular to the plane of symmetry of the railroad track, by means of a force measuring device ( 1 ) are accommodated in the at least two strain gauges, characterized in that the signals from at least two strain gauges from the force measuring device ( 1 ) mounted in the opening in the web ( 5 ) from the railway track ( 4 ) in the section between two adjacent railway sleepers ( 3 ), at the input from the electronic circuit (U) with amplifiers and adder amplifiers.

System according to claim 5, characterized in that the electronic circuit (U) is provided with a microprocessor and analog-to-digital converter.