DK151621B - Apparat til maaling af boelger paa jernbaneskinner - Google Patents

Description

DK 151621B

Den foreliggende opfindelse angår et apparat på et køretøj til måling eller registrering, såsom med en registreringsindretning, af bølger på udlagte jernbaneskinners bæreflade omfattende i det mindste en accelerationsdetektor til bestemmelse af accelerationer, der ved 5 kørsel ad skinnen optræder i en plan vinkelret på skinnens længdeakse, og hvor accelerationsdetektorens elektriske udgangssignal er underkastet behandling i et elektronisk kredsløb, der omfatter et i afhængighed af kørselshastigheden styret filter og en dobbeltintegrator.

10 Der kendes registreringskøretøjer til bestemmelse af en udlagt jernbaneskinnes geometriske tilstand, længdepro fil, hældning, spor, forvrængningstilstande, o.s.v. Bevæges et sådant køretøj langs en skinnestrækning, hvor bærefladen har bølgeformede nedbøjninger, vil det aftastende 15 organ såvel som også de registrerende apparater blive udsat for svingninger, som gør aflæsning af registrerede målinger umulig. Andre faktorer kan føre til de samme vanskeligheder, såsom løsgåede befæstigelsesdele eller en uregelmæssigt udlagt ballast under skinnesveller. Det er 20 således umuligt ved hjælp af måling af en sporskinne at opnå et nøjagtigt billede af det bølgedannende skinneslid.

Apparater, der er indrettet med accelerationsdetektorer anbragt på aksellejerne, som f.eks. ifølge Østrigsk patentskrift nr. 319.313, har af følgende årsager ikke 25 ført til gode resultater: a) Hjulets radius er meget ofte større end bølgeformens mindste krumningsradius, således som vist i tegningens fig. 1, hvor hjulet 1 's radius R er større end bølgeformen 2 's fordybnings mindste radius y; 30 b) når der tages hensyn til køretøjets {se fig. 2) kørehastighed V samt hjulet 3 's masse, og når også f< R, da er det ikke muligt at følge bølgeformen, eftersom hjulet udviser tendens til at springe hen over bølgeformen, og den kraft IfJ , der skal bringes til anvendelse for 35 at hindre dette vil være yderst stor. Dette fremgår af 2

DK 151621B

følgende kortfattede beregning: V = Højdekoordinaten for en sinusformet bølgeform ifølge fig. 2, Y" = Lodrette acceleration, 5 a = Maximale amplitude af den betragtede kurve 2 V = Målekøretøjets kørselshastighed, Μ = Vinkelhastighed gældende for den sinusformede kurve 2, f = Frekvens for denne kurve 2, 10 7\ - Bølgelængde for denne kurve 2, X = Tilbagelagte vejstrækning, M = Hjulet 3 's masse, t = Tid, y = a * sin wt, 15 y" = -a * Ø2 * sin ut, idet der ved ovenstående er gået ud fra en sinusformet bølgeform som ifølge fig. 2.

Idet heraf V = X/t ogu = 2*TT*f samt f = V/λ fås 2 y" = -a * ω * sin (2 * 77 * Χ/λ); hvor maximum af y" sva- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 rer til værdien sin (2 * Π * Χ/λ) = 1, således at y" = 2

r\ OO IIlcLX

3 -a * ω = -4 * rr * a * VVX .

4

Ved hjælp af Newtons kendte formel: Kraft = Masse * 5

Acceleration lader der sig beregne en maximalværdi |F'|, som udelukker, at overspringen af bølgeformen kan indtræ- 6 de. Antages der at foreligge følgende talværdier: 7 V = 60 km/h = 16,67 m/s, 8 λ = 50 mm = 5 * 10 2 m, -3 9 a = 0,15 mm = 0,15 * 10 m, 10 M = 1000 kg, 11 fås, at IF'I = 4 * Π2 * 0,15 * 10-3 * (16,67 / 12 (5 * 10 2))2 * 1000 = 0,66 * 10^ N; hvilket i kp ville 13 give IF1I = 0,067 * 10® kp.

14

Berøringskontakt mellem hjul og bølgeformens enkelt 15 partier vil altså forudsætte en kraft på omkring 67 tons.

16

Internationale normer tillader kun en hjulbelastning på 3

DK 151621B

20 tons pr. hjul.

c) Under indvirkning af køretøjets vægt sænker skinnen sig under det forbipasserende hjul med mere end 1 mm, og det er da ikke muligt at måle et slid på nogle hundredede-5 le af en millimeter. Hertil kommer, at reaktioner fra ophænget også kan gøre sig gældende, idet ophænget er udsat for meget store kræfter. Resultatet er, at der slutteligt kun måles reaktionen mellem hjul og skinne.

Et fra østrigsk patentskrift nr. 319.313 kendt appa-10 rat udviser den yderligere ulempe, at store forstyrrelser, der navnlig kan gøre sig gældende ved kørsel over skinnestød, ikke kan elimineres. Herved er følsomheden for denne kendte måle- og registreringsanordning mindsket.

I østrigsk patentskrift nr. 310.221 er der ligeledes 15 beskrevet et apparat til bestemmelse af et sporskinnes lejes beskaffenhed ved samvirken af to målekøretøjer. Dette resulterer i en opbudskrævende måleanordning.

Det er den foreliggende opfindelses opgave at undgå disse ulemper ved de kendte apparater.

20 Et apparat ifølge opfindelsen til løsning heraf er karakteriseret ved, at der til accelerationsdetektoren er forbundet et fra apparatets kørehjul særskilt aftastningsorgan til aftastning af skinnebærefladen, hvor radius for delen, der befinder sig i berøringskontakt med skinnen, er 25 mindre end krumningsradius i fordybningen, der tilhører den korteste bølgelængde, der skal måles, at aftastningsorganet er anbragt uden for forstyrrelsesområdet, f.eks. mellem køretøjets hjul eller uden for disse hjul, og er udformet til elastisk antrykning mod skinnen, at filteret, 30 der er koblet foran dobbeltintegratoren, er udformet som båndpasfilter, og at der til dobbeltintegratoren er tilsluttet en ensretter og et ligeledes i afhængighed af kørselshastigheden styret indhyllingsfilter. Ved at accelerationsdetektoren er forbundet med et i forhold til appa-35 ratets kørehjul særskilt aftastningsorgan, er det gjort 4

DK 151621B

muligt at føre ujævnheder frem til måling og registrering, nemlig ujævnheder, der med aftastningsorganer tilvejebragt af kørehjulene ikke kunne opfattes af sådanne kørehjul på 5 grund af disses relativt store diameter. Sådanne ujævnheder består f.eks. i den såkaldte rifling af skinnebærefladen, hvilken rifling er skyld i en væsentlig indvirkning medførende for tidlig nedsliden af det rullende materiel.

Ved at filteret er udformet som båndpasfilter, kan 10 målenøjagtigheden væsentlig forøges, idet det herved er muligt at eliminere de kraftige forstyrrelser på målingen, der f.eks. hidrører fra overkørsel hen over skinnestød.

Ved hjælp af ensretteren, der er koblet efter dob-beltintegratoren, såvel som ved hjælp af indhyllingsfilte-15 ret, der er styret i afhængighed af kørehastigheden, kan der ved hjælp af apparatet ifølge opfindelsen tilvejebringes et signal, som svarer til middelværdien af afvigelserne, og som tilføres til registrering eller til måling. Eftersom et båndpasfilter kun hindrer en "slåen-igennem" af 20 store forstyrrelsesimpulser og ikke kan undertrykke en optræden af "disse forstyrrelsesimpulser i registreringen, er der fortrinsvis forudset anbragt et yderligere filter til fjernelse af forstyrrelser.

Formålet med at anbringe aftastningsorganet uden for 25 forstyrrelsesområdet, f.eks. mellem køretøjets hjul eller uden for disse hjul, samt at udforme aftastningsorganet til elastisk antrykning mod skinnen er at medvirke til at undgå indvirkninger fremkaldt af målekøretøjet.

Ved ifølge opfindelsen at udforme apparatet med et 30 filter, hvis midt-frekvens og gennemgangsbredde er afhængig af hastigheden, opnås hastighedsuafhængig måling og registrering.

For at opnå en middelværdi, der ikke er forkert som følge af et skinnestød, er der forudset et kredsløb, der 35 måler den fundne kurves hældning i stigningsforløbet og 5

DK 151621B

blokerer forstærkeren straks, såfremt denne hældning undergår en unormal ændring.

Ved hjælp af en tælleanordning tællende antallet af forstærker-blokeringer, og som eventuelt er forbundet med 5 registreringsapparaturet, kan de enkelte skinners længde bestemmes.

Med henblik på at opnå kendskab til årsagerne til sliddet på skinnerne er apparatet ifølge opfindelsen forsynet med en kvotientdanner, der til det formål at bestem-10 me bølgelængden tilvejebringer division af kørselshastigheden med bølgeformens frekvens.

Ved hjælp af en yderligere anordning til optagelse af støj, der opstår som følge af køretøjets kørsel, og hvilken anordning omfatter en mikrofon, en forstærker, et fil-15 ter, hvis midtfrekvens og/eller akustiske intensitet og båndbredde er afhængig af kørehastigheden, en ensretter, et indhyllingsfilter samt et filter til udkobling af forstyrrelser, er der tilvejebringelig en kvalitativ kontrol af accelerationsmålerens rette fungeren, hvilket navnlig 20 er fordelagtigt ved konstante hastigheder.

Af hensyn til at kende den maximale slidtilstand for oprettelse af et slibeprogram for skinnerne er apparatet ifølge opfindelsen via et sammenligningskredsløb forbundet med et ligesådan udformet apparat til måling af den anden 25 skinne i et skinnelegeme, idet sammenligningskredsløbet sammenligner de to opnåede resultater med hinanden og afgiver disses maximalværdi og/eller via et sammenligningskredsløb er forbundet med et ligesådan udformet apparat til foretagelse af lydmåling på den anden skinne i skinne-30 legemet, idet sidstnævnte sammenligningskredsløb sammenligner lydstyrkerne med hinanden og angiver disses maxi-malværdi.

Fortrinsvis tilføres de fundne resultater til en analysator og/eller til en regnemaskine og/eller datamat, ef-35 tersom den grafiske angivelse af skinnernes slidtilstand 6

DK 151621B

undertiden kan være vanskelig læselig.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor:

Fig. 1 skematisk og set fra siden viser et hjul med 5 en radius, der er væsentlig større end krum ningsradius foreliggende i bølgeformsdannelser på en bærende skinneflade, fig. 2 en sinusformet bølgeform samt et hjul, der kan følge denne bølgeform, 10 fig. 3 et blokdiagram for en udførelsesform af et apparat ifølge opfindelsen, fig. 4 en grafisk fremstilling i overdrevet forstørrelse af signalet afgivet fra det aftastende organ, 15 fig. 5 det samme efter ensretning, fig. 6 det ensrettede signal samt den tilsvarende indhyllingskurve og middelværdi, fig. 7 en middelværdikurve og en støjimpuls, og fig. 8 angiver sluttelig en tælling, ved hjælp af 20 hvilken bølgelængden lader sig bestemme.

I et apparat ifølge opfindelsen, der er vist i fig.

3a og 3b, er det fra en accelerationsmåler 4, der er placeret limiddelbart i forbindelse med en detektor 5 afgivne spektralsignal i form af en elektrisk spænding et mål for 25 den detektoren meddelte lodrette acceleration. Det elektriske signal forstærkes i en forstærker 6 og påtrykkes et filter 7.

Dette første filter 7 's gennemgangsområde er variabelt, idet middelfrekvensen og båndbredden ændres i over-30 ensstemmelse med kørselshastigheden. Hastighedsændringer registreres af en hastighedsdetektor 9, der afgiver et signal til en styrekreds 10 og gennem denne til en binær kodningsanordning 11, der omsætter hastighedsangivelsen til digital form. Frekvens- og båndbreddeændringer er ab-35 solut nødvendige, da kun en del af spektret er anvendeligt

DK 151621B

7 for måling af det bølgeformede slid. Grænserne for det slidrepræsenterende signal kan bestemmes af V/λ = f.

På basis af accelerationssignalet på filteret 7 ’s udgang kan et mål for skinnebølgerne, udtrykt ved detekto-5 rens forskydning, bestemmes ved dobbeltintegration. Som bekendt er accelerationen den anden tidsafledede af bevægelsen.

Dobbeltintegratoren 12 kan arbejde analogt og/eller digitalt. Dobbeltintegrationen gør målinger uafhængige af 10 det detektoren fremførende køretøjs hastighed og direkte proportional med skinnebølgernes amplitude for enhver i måleområdet liggende bølgelængde.

Fig. 4 viser signalet på dobbeltintegratorens udgang, altså et mål for det af detektoren registrerede skinne-15 slid. Dette signal kan imidlertid ikke benyttes umiddelbart. Den af køretøjet tilbagelagte skinnestræknings længde hindrer registrering af resultatet på en papirstrimmel af en længde på få centimeter pr. skinnekilometer, og en til køretøjshastigheden svarende fremføring af strimmelen 20 er ikke mulig. Man må derfor benytte en sammentrængt afbildning.

Derfor påtrykkes integratoren 12 "s udgangssignal en logisk ensretter 13. Ensretterens udgangssignal, der er vist i fig. 5, påtrykkes et kredsløb 15, som på basis af 25 fremføringshastigheden frembringer en indhyllingskurve (16 i fig. 6) for ensrettersignalets maksimalamplituder og beregner en løbende middelværdi (17 i fig. 6), således at der opnås en middelværdi som funktion af den tilbagelagte skinnestrækning, og ikke som funktion af fremføringsha-* 30 stigheden.

En geometrisk repræsentation for skinnens bæreflade (fig. 4) er uanvendelig i praksis, fordi den unødvendigt forlænger den grafiske afbildning, medens middelværdikurven 17, der afledes af indhyllingskurven 18 for det ens-35 rettede signal 14 giver bedst oversigt over variationer på 8

DK 151621B

den kontrollerede banestrækning.

Ved hjælp af fremgangsmåden ifølge opfindelsen opnås der en fortløbende registreret måling, der giver den bedste oversigt over det bølgeformede slid, og på f.eks. en 5 registreringsstrimmel på nogle centimeters længde pr. km banestrækning lader der sig optegne fortløbne bestemte karakteriserende værdier for den bølgeformet forløbende slidflade på skinnestrækningen.

Det er hertil muligt i stedet for en fortløbende mid-10 delværdi også at kunne bestemme slidmiddelværdier af tidligere hen bestemte skinnestrækninger.

Den således sammentrængte, registrerede information om skinnéslidets maksimale amplituder indeholder støjimpulser, der især er fremkaldt af skinnestød og skinne-15 svejsninger.

I tegningens fig. 7 er der vist en sådan støjimpuls 18 på en middelværdikurve 17. Det er indlysende, at en sådan uregelmæssighed, der kan være en størrelsesorden over skinneamplituderne, giver anledning til forstyrrelse, som 20 især, når de ofte gentages, kan sløre det ønskede signal.

Der indgår derfor i målekæden et kredsløb 19 (fig. 3b) i stand til at erkende sådanne forstyrrelser, når de afviger fra det med rimelighed forventede signal.

Kredsløbet 19 skal altså være i stand til at frafil-25 trere støj af den nævnte art og viderelede det brugbare signal. Denne særlige filtrering opnås ved signalanalyse, hvor stejlhedsvariationer - altså signalets første afledede med hensyn til tiden - overvåges, og hvor pludselig stejlhedsstigning til værdier, der ikke svarer til for 30 slidte skinner sædvanlige værdier, medfører udkobling eller spærring af signalet. På grund af en passende træghed i det tilkoblede registreringsapparat 21 vil apparatets skriver 20 da ikke gengive støjimpulsen 18, men følge den forud registrerede kurves forlængelse.

35 Ved hjælp af en tæller 22, der er koblet til filteret

DK 151621B

9 19, kan antallet af sådanne støjimpulser registreres.

Det bemærkes, at de hidtil beskrevne kredsløb svarende til blokken 23 benyttes til måling af den ene skinnestreng. Til den anden skinnestreng benyttes der tilsvaren-5 de kredsløb, der påvirker en skriver 24 i registreringsap-paratet 21 (fig. 3b).

Det er fordelagtigt, at middelbølgelængden bestemmes. Kendskab til bølgelængden har betydning for såvel opretning af skinnens bæreflade som til at udrede' årsagerne til 10 skinnesliddet. Bestemmelse af bølgelængden kan ske analogt eller digitalt. Ifølge fig. 3a påtrykkes udgangssignalet fra integratoren 12 et kredsløb 25, der tæller antallet af nulgennemgange og frembringer spændingsspring 26 (fig. 8). Antallet af fortegn-skift for den første tidsafledede kun-15 ne også tælles. Resultatet påtrykkes en kreds 27, der også modtager hastighedsinformation (fra 8 i fig. 3a). Den bestemte bølgelængde påtrykkes en skriver 28 for den ene skinnestreng og en skriver 29 for den anden.

En blok 30 udgør en herudover foreliggende akustisk 20 målekæde, der måler køretøjets rullestøj. Rullestøjsignalerne opfattes af en mikrofon 31 og forstærkes i en forstærker 32 og tilføres til et båndfilter 33, hvilket i afhængighed af kørehastigheden styrer båndbredden samt en midterfrekvens respektivt middelniveauet af det elektro-25 akustiske signal. Dette båndfilter 33 's udgangssignaler tilføres en ensretter 34, et indhyllingsfilter 35 og endvidere et forstyrrelserne udkoblende filter 36. Filteret 36 's signal, der er af. samme art som udgangssignalerne fra det ligeledes som filter fungerende kredsløb 19 opteg-30 nes ved hjælp af en skriver 37 i registreringsindretningen 21. De via båndfilteret 33 frembragte signaler tilføres parallelt via en effektforstærker 38 til en højttaler 39 til akustisk gengivelse af måleresultaterne.

Til måling af den anden skinnestreng findes der i må-35 lekøretøjet en yderligere akustisk enhed 30 med en skriver

DK 151621B

10 40 og en højttaler 41.

Skriverne underkastes nulstilling, når aftastningsor-ganet hæves op fra skinnen, eller såfremt målekøretøjets kørsel ophører.

5 Til opstilling af et slibeprogram er det nødvendigt at kende den respektive kraftigste nedslidte skinnestreng. Til dette formål sammenlignes måleresultaterne for begge skinnestrengene samtidigt med hinanden i et kredsløb 42. Af en skriver 43 optegnes i et registrerings-apparatur 10 21, om de udvalgte, maximale værdier optræder ved den ene eller ved den anden skinnestreng. Et kredsløb 44 sammenligner endvidere de akustiske målingers lydstyrke for de to skinner og optegner værdierne ved hjælp af en skriver 45. Med en yderligere skriver 46 optegnes den af blok 8 be-15 stemte Kørehastighed. Via et omsætningsorgan 47 styres målestrimlens gennemløbshastighed af denne blok 8, så der altid foreligger en af tilbagelagt målestrækning afhængig op-teanina.

Det bemærkes, at de ved hjælp af det beskrevne appa-20 rats skrivere 20, 24, 28, 29, 37, 40, 43, 45 og 46 opteg-nede måleresultater også kan videreforarbejdes i yderligere indretninger, f.eks. kan de således lagres på et magnetbånd, analyseres i en tilsluttet indretning eller vide-reindlæses i en datamat, hvilket finder sted via udgangs-25 ledninger 48.

Claims (9)

1. Apparat på et køretøj til måling eller registrering, såsom med en registreringsindretning (21), af bølger på udlagte jernbaneskinners bæreflade omfattende i det 5 mindste en accelerationsdetektor (4) til bestemmelse af accelerationer, der ved kørsel ad skinnen optræder i en plan vinkelret på skinnens længdeakse, og hvor accelerationsdetektorens (4) elektriske udgangssignal er underkastet behandling i et elektronisk kredsløb, der omfatter et 10 i afhængighed af kørselshastigheden styret filter (7) og en dobbeltintegrator (12), kendetegnet ved , at der til accelerationsdetektoren (4) er forbundet et fra apparatets kørehjul (1, 3) særskilt aftast-ningsorgan (5) til aftastning af skinnebærefladen, hvor 15 radius for delen, der befinder sig i berøringskontakt med skinnen, er mindre end krumningsradius i fordybningen, der tilhører den korteste bølgelængde, der skal måles, at af-tastningsorganet (5) er anbragt uden for forstyrrelsesområdet, f.eks. mellem køretøjets hjul eller uden for disse 20 hjul, og er udformet til elastisk antrykning mod skinnen, at filteret, der er koblet foran dobbeltintegratoren (12), er udformet som båndpasfilter (7), og at der til dobbeltintegratoren (12) er tilsluttet en ensretter (13) og et ligeledes i afhængighed af kørselshastigheden styret indhyl-25 lingsfilter (15).

2. Apparat ifølge krav 1 kendetegnet ved , at båndpasfilterets (7) midt-frekvens og gennemgangsbredde er afhængig af kørehastigheden (via 8).

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2 kendeteg-30 n e t ved , at dobbeltintegratoren (12) er forbundet med et kredsløb (13)',-dér er indrdtbet til .logistø'.ensretning og sammentrængning af det modtagne signal og herefter dannelse af indhyllingskurven i 15)samt bestemmelse af løbende middelværdi. DK 151621B

4. Apparat ifølge krav 3 . k'-e n & e t er g' -' n e t v e d et kredsløb (19), der er indrettet til måling af hældningen af stigningsforløbet af den frembragte kurve og tilvejebringer blokering af målesignalet 5 straks ved bestemmelse af en unormal ændring af stigningsforløbets hældning.

5. Apparat ifølge krav 4. ,k e n d e -tegnet ved en tælleanordning (22) til tælling af antallet af signal-blokeringer, og som fortrinsvis er 10 forbundet med et registreringsapparatur (21).

6. Apparat ifølge krav 1, 2, 3, 4 eller 5 kendetegnet ved en kvotientdanner (25, 27), der til det formål at bestemme bølgelængden (28) tilvejebringer division af kørselshastigheden med bølgeformens fre- 15 kvens.

7. Apparat ifølge krav 1, 2, 3, 4, 5 eller 6 kendetegnet ved en yderligere anordning (30) til optagelse af støj, der opstår som følge af køretøjets kørsel, og hvilken anordning (30) omfatter en mi- 20 krofon (31), en forstærker (32), et filter (33), hvis midtfrekvens og/eller akustiske intensitet, og båndbredde er afhængig af kørehastigheden, en ensretter (34), et ind-hyllingsfilter (35) samt et filter (36) til udkobling af forstyrrelser.

8. Apparat ifølge krav 1, 2, 3, 4, 5, 6 og 7 kendetegnet ved , at det via et sammenligningskredsløb (42) er forbundet med et ligesådan udformet apparat til måling af den anden skinne i et skinnelegeme, idet sammenligningskredsløbet (42) er indrettet til 30 sammenligning af de to opnåede resultater med hinanden og til afgivelse af disses maximalværdi (43) og/eller via et jsammenligningskredsløb (44) er forbundet med et ligesådan udformet apparat til foretagelse af lydmåling på den anden skinne i skinnelegemet, idet sidstnævnte sammenlignings- 33 DK 151621B kredsløb (44) er indrettet til sammenligning af lydstyrkerne med hinanden og afgivelse af disses maximalværdi (45) .

9. Apparat ifølge krav 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 eller 8 5kendetegnet ved , at de fundne resultater tilføres en analysator og/eller en regnemaskine og/eller datamat.