DE3019135C2 - Vorrichtung zur Roll-Last-Prüfung von Schienen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Roll-l.ast-Prüfung von Schienen, bestehend aus einem Tisch, der durch einen angelenkten Kurbeltrieb hin· und herbewegt werden kann, einer auf dem Tisch befindlichen Einspannvorrichtung für die zu prüfende Schiene und einem ortsfest an einem mit einer variablen Kraft belastbaren Baiken angeordneten, sich auf der Schiene abstützenden Rad.

Seitdem das durchgehend verschweißte Eisenbahn gleis /um Standardverfahren der Gleiskonstruktion geworden ist. sind spezielle Prüfmethoden zur Kontrolle der Festigkeit der Schweißstellen notwendig und eingeführt worden Eine dieser Prüfungen ist die Bruchprüfiing einer Schweißstelle in einem Schienenabschnitt unter rollender Last. Hier/u benotigt man verhältnismäßig schwere und reparaturanfällige Maschinen.

Es wäre an sich naheliegend, einen eine Schweißstelle aufweisenden Schiefieflabschnitt von 1 bis 2 m Länge in eine Spannvorrichtung ZU geben Und auf diesem Schienenabschnitt ein Rad mit einer Prüflast von etwa kN mit Hilfe eines einfachen Kurbeltriebes hin und her zu bewegen. Um die notwendige Last in schwingender Bewegung zu halten, wären jedoch die

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Massenkräfte übermäßig groß.

Man ist deshalb bei der Prüfung geschweißter Schienenabschnitte den umgekehrten Weg gegangen. Das Rad bleibt ortsfest und wird in einem Waagebalken gelagert Dieses Rad wird nun auf den Schienenabschnitt gepreßt, wobei die Prüflasi durch Feder- oder Gewichtskraft mit der gegebenen Hebelübersetzung entsprechend der Prüfvorschrift aufgebracht wird. Das z. B, einseitig eingespannte und auf einfcn Lager ruhende Schienenstück wird unter dem Rad mit etwa 20 Richtungswechseln je min hin- und herbewegt. Entsprechend der jeweiligen Prüfvorschrift ist die Länge des Radweges, die Einspannart der Schiene und die Lastgröße gegeben. Es wird dann festgestellt, wie groß die Zahl der Lastwechsel bis zum Bruch ist oder ob die Schweißstelle eine vorgeschriebene Anzahl von Belastungswechseln ohne Bruch aushält.

Die als Rolling-Load-Prüfmaschine bekannte Vorrichtung, die z. B. in der Zeitschrift »Gleistechnik und Fahrbahnbau«. 14 (1938), Seite 31, beschrieben ist, besteht somit aus einem Tisch, der durch einen angelenkten Kurbeltrieb hin- und herbewegt werden kann, einer auf dem Tisch befindlichen Einspannvorrichtung für die zu prüfende Schiene und einem ortsfest an einem mit einer variablen Kraft belastbaren Balken angeordneten, sich auf der Schiene abstützenden Rad. Der Tisch wird e.ibei auf in Laufbahnen befindliche Rollen abgestützt. Es ist jedoch bekannt, daß diese Rollen unter höherer Belastung zu Riffeln in der Lauffläche führen können. Diese Erscheinung ist insbesondere bei kleineren Rollendurchmessern in der Maschinenbahn störend, beeinträchtigt die Lebensdauer der Maschine und führt außerdem zu störenden Vibrationen, die das Meßergebnis beeinflussen können.

Gradführungen, wie sie aus dem Werkzeugmaschinenbau bekannt sind, können für die Gradführung des Tisches einer Roll-Last-Prüfvorrichtung nicht ohne weiteres übernommen werden, da diese im Regelfall für eine viel geringere Belastung und meistens auch für eine geringere Wechselfrequen/ konstruiert sind.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für die Hin- und Herbewegung des Pruftisches eine Gradführung zu finden, die konstruktiv möglichst einfach gehalten ist. aber nicht die Nachteile der Rollenbahn aufweist.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe in einfacher Weise dadurch gelöst werden kann, daß der Tisch der Roll-Last-Prüfvorrichtung an mindestens zwei Schwingen angelenkt ist. von denen jede starr mit der Koppel eines ebenen, geschlossenen Gelenkvierecks verbunden ist. wobei jeweils die Srhwingengelenkpunkte der Basis des Gelenkvierecks starr mit dem Maschinenrahmen verbunden sind und wobei die Geometrie der Gelenkvierecke so ausgelegt ist. daß bei der horizontalen Hin- und Herbewegung des Tisches sich die Mittelpunkte der Gelenkachsen des mit den (iclenkvierecken verbundenen Tisches auf einer Geraden oder nur geringfügig von der Geraden abweichenden Kurve liegen

Bei den üblichen l.astzahlwechseln von 20 je min ist mit störenden Massenkräften nicht zu rechnen. Durch geeignete Wahl der Geometrie der Gelenkvierecke, d. h. der Länge der Schwingen und der Koppel, sowie ihres Verhältnisses zueinander läßt sich eine Gradführung erzielen, welche innerhalb der Meßgeriaüigkeit der Meßvorrichtung liegt.

Die Wahl der geeigneten Geometrie erfolgt aus Rechnungen, die so angelegt werden, daß der

Anlenkungspunkt im wiederholten Durchrechnen einer fast exakten Geraden folgt, die der Länge der Prüfstrecke entspricht.

Besonders bevorzugt ist dabei eine Geometrie der tragenden Gelenkvierecke, welche dadurch gekenn- "> zeichnet ist, daß die Gelenkvierecke in bezug auf die die Koppel mit der Basis verbindenden Schwingen symmetrisch sind und die Schwingen, welche die Koppel mit dem Tisch verbinden, in der Koppelmitte angeordnet sind und mit uiesem einen rechten Winkel bilden.

Der Prüftisch wird an seiner Unterseite oder den seitlichen Begrenzungsflächen vorzugsweise an zwei, gegebenenfalls auch vier oder mehr Gelenkvierecken angelenkt. Diese Gelenkvierecke werden vorzugsweise symmetrisch zueinander angeordnet, wobei bei Mittel- ι*> stellung des Tisches die an ihm angelenkten Schwingen mit diesem einen rechten Winkel bilden.

Wird nun der Tisch hin- und herbewegt, soll die Auslenkung der Schwingen <20° von der Mittellage sein, so daß demgemäß eine Vorrichtung bevorzugt -< > wird, bei der die an dem Tisch angelenkten Schwingen mit diesem in dessen jeweiliger Endpo.^cition einen Winkel ^ 110° bzw. ^ 70° bilden.

Die Rechnung zur Ermittlung der Geometrie des symmetrischen Gelenkvierecks soll im folgenden -> gezeigt werden.

Entsprechend Fig. 1, welche das Gelenkviereck in einem Koordinatensystem schematisch zeigt, bedeuten:

Für die Auslenkung der Koppel, Winkel a, kann angesetzt werden:

cos a =

_{sin a} =

2t

Der Führungspunkt /"beschreibt einen Kreis um den Momentanpol; der FOhrungspunki F beschreibt also einen Kreis um den bewegten Koppelmittelpunkt E (wobei die Koppelschwinge CDEF ein starres Element ist): Es wird angesetzt aus den geometrischen Gegebenheiten, unter Beachtung von Gleichung (6) und C):

-t- ν ■ sin a

= » - ν · cos a

Gelenkpunkte des Gelenkvierecks;

Basis;

Koordinatennullpunkt;

Koordinaten der Gelenkpunkte CD;

Gelenk (Gelenkradius):

Gelenkkreise um A und B:

Koppel;

Mitte der Koppel;

Koppel mit Schwinge;

Länge der Schwinge;

Führungspunkt auf der angestrebten

Geraden k;

Auslenkungswinkel der Koppel und

Schwinge:

Auslenkung des Koppelpunktes £von

der Mittellage.

Aus diesen Bestimmungsgrößen ergibt sich folgende Gleichung für die Bestimmung der Gelenkpunktskoordinaten Xc. yc. xa yp:

Der Punkt Ebewegt sich auf einer zur Basis AB hin gekrümmten Kurve und weist in yt, je nach Stellung der Gelenke (und demnach der Koppel), keinen konstanten Wert, also keine Gerade auf. Die Konstanz des Wertes > (der Ordinate nach der gewählten Lage des Koordinatensystems) gibt Aufschluß über die Erreichung des angestrebten Zieles einer Geraden parallel zur Basis AB. (Die Abweichungen beruhen bei endlichen kurzen Gelenken auf den örtlich unterschiedlichen St "igungen der Gelenkkreise in den jeweils zugeordneten Punkten C und D). Die Abweichungen müssen durch die L^-hwingenlänge ν (= EF) ausgeglichen werden, und zwar ist ν so zu bestimmen, daß yt durch die Kreisbewegung von Fum ^kompensiert wird. Eweicht

4<> von der idealen Geraden um das Maß e=ym—yi ab; damit ergibt sich entsprechend der Geometrie des Systems:

(I)

Bei vorgegebenem Wert Tür v₍. r. ? und / laßt sich der Wert für x_n ermitteln. Die entsprechenden Werte für y, und Vp ergeben sich aus den Bezeichnungen:

(3)

Der Sehwingenpunkt E ist als Mitlenpunkt mit seinen Koordinaten bestimmt: f.;

(4)

v _e
— = cos a

Die Auflösung dieser Gleichung, unter Verwendung der Gleichung (6). ergibt die optimale Schwingenlänge

Diese optimuie Lange ist nicht konstant >iber die Gelenkstdlungen hinweg, mc muß durch Probieren auf ein Maß gebracht werden, das innerhalb des Verstellmaßes eine Annäherung an die ideäie Gerade mit minimalster Toleranz erreicht.

Die Durchrechnung eines für eine Schienenprüfmaschine besonders geeigneten Gelenkvierecks mit einem Verhältnis der Längen r: s: t: ν ergibt die in Tabelle I dargestellten Werte.

IO	425
14,4	400
"1	375
"V (N*	§
	325
10,6	ö O
	275

O ro

τ)-O

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Ö*

Ό O

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SC		O		C		·— -fS	CJ
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Sy mm	Schwli					Abwo Gomel

! 15s Aus der Tabelle I ist zu ersehen, daß bei dem gewählten Schwingenverhältnis die Abweichung von der Geraden einen Wert von 0,5 —0,6 mm nicht überschreitet. Diese Genauigkeit ist für die Zwecke der Roll-Last-Prüfmaschine völlig ausreichend und konstruktiv beherrschbar.

Die erfindungsgerhäße Vorrichtung ist in den Fig. I bis 4 näher erläutert. Dabei zeigt Fig. I das Gelenksystem schematisch im Koordinatensystem.

ίο F i g. 2 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung.

F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung längs der Ebene III-III der Im g. 2.

F i g. 4 zeigt eine Schnitt-Aufsicht auf die erfindungs· gemäße Vorrichtung längs der Ebene IV-IV der Fig. 3.

Die Roll-Last-Prüfvorrichtung gemäß Fig. 2 ruht auf einem Maschinenunterrahmen I. der mittels mehrerer Maschinenbefestigungsplatten 2 mit dem Fundament verschraubt werden kann. Auf dem Maschinenunterrah-

S! iiicii und starr die Ständer 3, 4 und 5 srigccrdnc!. Zur Erhöhung der Stabilität und der Verwindungssteifheit sind Rippen 6 und 7 vorgesehen. An dem Ständer 3 ist über das Lager 8 der Lastträger 9 angelenkt, der übt eine Hydraulikvorrichtung 10 mit einer Last beaufschlagt werden kann. Am Lastträger befindet sich ein Radlager 11. um dessen Achse 12 das Laslrad 13 drehbar ist. An den Ständern 3, 4 und 5 befinden sich Träger 14 an welchen Schwingenlager 15 befestigt sind. An dieser Sch A'ingenlagern 15 ist jeweils eine Schwinge 16

jo angelenkt und um den Bolzen 17 drehbar. Die Schwingen 16 sind an die Koppeln 18 angelenkt, die jeweils starr rr.it den Schwingen 19 verbunden sind wobei die Koppel 18 und die Schwinge 19 eine Gelenkscheibe bilden. Die Schwingen 19 sind mittels dei Lager 20 und der Bolzen 21 drehbar an der Maschinentisch 22 gelagert. Der Maschinentisch ist übei eine hier nur angedeutete Führung horizontal beweglich gelagert Die Hin- und Herbewegung des Tisches erfolgi über den Antriebsmotor 23, die Keilriemenscheibe 24 den Keilriemen 25 und die Keilriemenscheibe 26, übei welche die Kurbelscheibe 27 angetrieben wird, wöbe die Kurbel 28 einerseits an die Kurbelscheibe 27 unc andererseits an den Maschinentisch 22 angelenkt ist Der Maschinentisch 22 weist eine Einspannvorrichtung 29 und ein Auflager 30 auf. wobei in die Einspannvor richtung 29 eine Prüfschiene 31 eingespannt ist und au dem Lager 30 aufliegt Das Auflager 30 ist entfernbar.

Bei Prüfvorgang wird über die Hydraulikvorrichtunf 10 der Lastträger 9 mit einer Zuglast beaufschlagt

so wodurch das Rad 13 auf die Fahrfläche der Prüfschient 31 drückt Der Prüf tisch mit der eingespannten Schient wird über die an der Kurbelscheibe 27 befesti_t 's Kurbe 28 im vorgegebenen Rhythmus, z. B. zwanzigmal in dei Minute, hin- und herbewegt Um eine Beschädigung dei Prüfvorrichtung beim Bruch der Schiene zu vermeiden ist auf dem Maschinenunterrahmen 1 eine Stütze 3i vorgesehen, weiche einen elastischen Lastträgeran schlag 33 trägt

In Fig.3 ist der Maschinenunterrahmen mit 1, di( Maschinenbefestigungsplatte mit 2 bezeichnet Auf den Maschinenunterrahmen 1 ist der Ständer 4 befestig! Der Prüftisch 22 ist seitlich mittels der Führungsrollei 34 an den Führungsrollenlagern 35 gelagert Di< Führungsrollen 34 sind mittels der Führungsrollenbo!

zen 36 gelagert Mit 16 sind die Schwingen da Gelenkvierecks bezeichnet Die Schwinge 19 ist mit de Koppei IS starr verbunden. Die Schwingen 15 sin» mittels der Bolzen 37 und 17 beweglich gelagert Di«

Schwinge 19 ist mittels des Bolzens 21 im Lager 20 drehbar angeordnet. Das Lager 20 ist fest mit dem Tisch 22 verbunden. Die Prüfschiene ist wiederum mil 31, das Prüfrad mit 13 und der Lastträger mit 9 bezeichnet

Der in diesem Schnitt an sich sichtbare Ständer 3 ist ί aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

In Fig.4 erkennt man die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung in der Schnittebene IV-IV. Der Maschmenunterrahmen 1 ist mittels der Maschinenbefesligungsplalten 2 mit dem Fundament verbunden. Die Befestigung kann durch nicht dargestellte Verschraubungen erfolgen. Die Maschinenständer sind mit 3, 4 und 5 bezeichnet. An den Schwingenlagern 15 sind mittels der Bolzen 17 die Schwingen 16 angelenkt, die ihrerseits drehbar mit der Koppel 18, welche starr mit der Schwinge 19 verbunden ist, angelenkt sind. Mit 10 ist der Schnitt durch die hydraulische Spannvorrichtung bezeichnet. Mil 32 sind die Stützen bezeichnet, die in ihrem Teil die in dieser Schnittebene nicht sichtbaren elastischen Lastträgeranschläge aufweisen.

Uliefzii 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Roll-Last-Prüfung von Schienen, bestehend aus einem Tisch, der durch einen angelenkten Kurbeltrieb hin- und herbewegt werden kann, einer auf dem Tisch befindlichen Einspannvorrichtung für die zu prüfende Schiene und einem ortsfest an einem mit einer variablen Kraft belastbaren Balken angeordneten, sich auf der ία Schiene abstützenden Rad, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (22) an mindestens zwei Schwingen (19) angelenkt ist, von denen jede starr mit der Koppel (18) eines ebenen, geschlossenen Gelenkvierecks verbunden ist, wobei jeweils die Schwingengelenkpunkte der Basis des Gelenkvierecks starr mit dem Maschinenrahmen (1) verbunden sind und wobei die Geometrie der Gelenkvierecke so ausgelegt ist, daß bei der horizontalen Hin- und Herbewegung des Tisches (22) sich die Mittelpunkte -Ό der Gelenkachsen des mit den Gelenkvierecken verbundenen Tisches (22) auf einer nur geringfügig von einer Geraden abweichenden Kurve liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkvierecke in bezug auf die Koppel (18) mit der Basis verbindenden Schwingen (16) symmetrisch sind und die Schwingen (19). welche die Koppel (18) mit dem Tisch (22) verbinden, in der Koppe'mitte angeordnet sind und mit diesem einen rechten Winkel bilden. m

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkvierecke zueinander symmetrisch angeordnet sir.a und bei Mittelstellung des Tisches (22) die an ihm angelenkten Schwingen (19) mit diesem einen rechten'. Winkel bilden. i>

4. Vorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Tisch (22) angelenkten Schwingen (19) mit diesem in dessen jeweiliger Endposition einen Winkel von £110° bzw. ä70° bilden. -so