PL155752B1 - Method of measuring wheel reactions of railroad vehicleswhile the last mentioned ones are running,primarily todetermine railroad track condition and apparatus therefor - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA POLSKA	OPIS PATENTOWY	155 752 Int. Cl.5 B61L 23/04 B61K 9/08 E01B 35/06
Patent dodatkowy do patentu nr--- Zgłoszono: 87 07 31 /P. 267107/ Pierwszeństwo: 86 08 01 Węgry
URZĄD PATENTOWY	Zgłoszenie ogłoszono: 88 07 07	“•te,
RP	Opis patentowy opublikowano: 1992 09 30

Twórcy wynalazku: Igtvan Berea, JenE Varga

Uprawniony e patentu: Maggyar Allamvasutak, Budapeszt /Węgry/

SPOSÓB POMIARU RBAKKCI POJAZDÓW KOLEJOWYCH PODCZAS JAZDY,

ZWŁASZCZA DO OCENY JAKOŚCI STANU LINII KOLEJOWYCH ORAZ URZADZBN1E DO POMIARU RBAKCI POJAZDÓW KOLEJOWYCH PODCZAS JAZDY, ZWŁASZCZA DO OCENY JAKOŚCI STANU LINII KOLEJOWYCH

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru reakcji pojaEdw kolejowych podczas jazdy, zwłaszcza do oceny jakości linii kolejowych, który przeznaczony jest do określenia parametrów ruchu pojazdów kolejowych.

Przedmiotem wynalazku jest także urządzenie do pomiaru reeKcji pojazdów kolejowych podczas jazdy, zwłaszcza do oceny jakości linii Kolejowych, Które jest montowane na tradycyjnych pojazdach kolejowych i przy pomocy którego mogą być przeprowadzone pomiary bez zmiany własności jezdnych /charakterystyk jezdnych/.

Główny cel utrzymywania w dobrym stenie linii kolejowych zawiera się w zapewnieniu warunków bezpiecznego ruchu. Dalsze zadanie polega na podwyyżzeniu dopuszczalnych w ruchu ograniczeń szybkości i obciążenia oraz Komfortu podróży. W ramach utryymywania w dobrym stanie szlaku kolejowego linie Kolejowe należy zgodnie z przepisami kontrolować .

Bezpieczeństwo ruchu kolejowego, dopuszczalna na danej linii szybKość i obciążenie osiowe oraz Konrfort podróży są w piewwszym rzędzie uwarunkowane stanem linii kolejowej.

Przy układaniu linii kolejowych i ich późniejszym utrzymywaniu - podczas konserwacji torów - sprawdzane są geometryczne parametry szyn, przy czym na podstawie zestawienia danych pomiarów i danych teoretycznych przeprowadzana jest ocena jakości szlsku kolejowego i przedsiębrane odpowiednie środki dla skorygowania i ulepszania. Najbardziej znaną stosowaną do pomiaru geometrycznych szyn mtodą jest tEw. mtoda trzech punktów lub metoda cięciwy, w Której wzdłuż toru w przynajmniej w trzech punktach tworzącej tor szyny mierzone jest odchylenie od prostej. Na podstawie od chylęnia od prostej /wysokości cięciwy/ obliczane jest zakrzywienie toru ewentualnie nie równomierność toru. Odchylenie jest mierzone tak w pionowym jak i poziomym kierunku. Wada metody cięciw polega

155 752

155 752 na tym, że przy pomocy tej metody nie mogą być wykazane takie nierównomiernosci odcinków, których długość fali odpowiada w przybliżeniu odstępowi obu najbardziej oddalonych punktów pomiarowych lub jego ułamkowi całkowitemu. Jest to wadą zwłaszcza w przypadku periodycznych odkształceń szlaku i może być w ten sposób zmniijszone, że punkty pomiarowe będą w stosunku do siebie położone asymtrycznie lub użyte zostaną więcej jak trzy punkty pomiarowe. Chociaż żadne z tyoh rozwiązań nie jest doskonałe, koralikują one jednak znacznie proces pomiarowy, a nawet jest wyłgane użyoie specjaltych wagonów pomiarowych.

Wapommnana wyżej wada mtody pomiarowej trzech punktów może być całkowicie wyeliminowana poprzez zastosowanie tzw. imerycyjnej metody pomiaru, znanej w literaturze pod nazwą TRU /Track Recording Inertial Measureim nn/.

Istota tej mtody jest poniżej krótko opisana.

Teoretycznie dokładny pomiar poprzecznej i pionowej geommtrii toków szynowych musiałby być przeprowadzany w mocowanym na ziemi, stojącym układzie współrzędnych. Tego rodzaju pom^ir nie może być praktycznie w trakcie jazdy przeprowadzony przy pomocy montowanego na pociągu, na przykład w wagonie pomiarowym, układu pomiarowego. Pomiar przybliżony może być jednak przeprowadzony w ten spoBÓb, że stojący układ współrzędnych zostanie odtworzony poprzez dwukrotne scałkowanie przyspieszeń pociągu z pewnymi ograniczeniami. Istota ograniczenia zawiera się w tym, że dwukrotne całkowanie jest przeprowadzane tylko w przybliżeniu, ponieważ nie jest wymgane całkowanie charakterystycznych dla geograficznego prowadzenia linii kolejowych, bardzo wolno zmieniających aię składowych przyspieszenia.

W ten sposób jest otrzmnywany taki układ współrzędnych, który wskazuje tylko większe zmiany prowadzenia linii toru, nie uwzględnia jednak większych łuktfo gnπωnrząznngo prowadzenia linii. Ten układ współrzędnych nadaje się jednak wyśni men icie do wykazywania nie ι^ηοι^Γηοέο! szlaku.

W praktycznym zastosowaniu metody TRIM jest nie wykorzystywana dobrze amortyzowana w wagonie pomiarowym bezwładna masa i gnomtrzcznn wy Mary toru odnoszone są do tej masy. W ten sposób część całkowania może być przeprowadzona na bezwładnej msie i pewne korekty mogą być przeprowadzone na drodze elektronicznej lub mteimaycEnej.

Zarówno mtoda TRIM, jak również młoda cięciw /ła cststnia z odpowiednimi zmianami/ są przeznaczone do tego, aby błędy geoIMerzczie linii kolejowych oceniać w zależności od przebytej drogi. Stosowane wagony pomiarowe nie odzwiencąedl^ją jednakże rzeczywistej pozycji roboczej, ponieważ własności jezdne wagonów pomiarowych /ciężar, obciążenie osiowe, amortyzacja, prędkość itd./ nie pokrywają się z własnościami jezdnymi uczestniczących w ruchu pociągów.

Również wówccsa, gdy problem zgodności parametrów jezdnych wagonów pomiarowych z parametrami biorących udział z ogólnymi prze pisami ruchu, przeciętnych pociągów może zostać rozwiązany, nie rozwiązany pozostaje nadal problem pewnego wykazywania błędów linii koleronząh, które zmnneńssają bezpieczeństwo ruchu, ponieważ nie istnieje wyraźny związek między geomtrząznyii błędami toru /odchylenie od teoretycznego prowadzenia liniowego/ i bezpieczeńsnwei jazdy pociągu. W praktyce postępuje się w ten sposób, że dla geommeri-i torów założone są wąskie tolerancje i przy przekroczeniu tolerancji przedsiębrane są środki dla polepszenia sytuacji.

Cel wynnlazku zawiera się w tym, aby rozwiązać problem oceny stanu linii kolejowych przy użyciu takich matod pomiarowych, które charakteryzują rzeczywiste warunki ruchu /na ^rzykiad obciążenie, typ pojazdu, prędkość/. Za szczególnie istotne uważane jest oddzielenie prostych błędów geometrycznych od błędów, z jakichkolwiek powodów zagrażających bezpieczeństwu, ponieważ dzięki temu uio01inirnn jest techniczne określenie realimanych w trakcie utrzymywania szlaku zadań oraz uniknięcie zbytecznych prac wykonanych dla utrzymania zbyt ostryoh warunków gnrTOerząznząh. Inny cel zawiera się w tym, aby błędy szlaku wykazać również genumerycznie, ponieważ dzięki temu z jednej strony zapewniona jest możliwość porównania z miodami wcześniejszymi, a z drugiej strony usuwanie błędów musi być kontrooowane gθominrycznie.

155 752

Wynalazkowi postawiono ponadto cal, opracowania do realizacji tej mtody pomiarowej, odpowiedniego urządzenia, które będzie montowane na pojazdach kolejowych i będzie wpływać najwyżej w niewielkim stopniu na ich własności.

Wyna^zek opiera się na wiedzy, że do oceny szlaków kolejowych wykorzystywane są powstające podczas jazdy - możliwie przy zwykkej dla ruchu prędkości - reakcje, oddziaływania między pociągiem i torami, z których może być wywoaoskowany wpływający w pierwszym rzędzie na bezpieczeństwo pracy układ sił, który charakteryzuje związek między torem i kołami. Wiadomo ponadto, że te sama wielkości fizyczne wpływają na oddziaływania, które odkształcają tor w kierunku poprzecznym.

Zgodnie z wynalazkiem do oceny jakości etanu linii kolejowych zastosowany jest taki sposób, w którym w zależności od przebytej przez pociąg drogi mierzone jest przyspieszenie znajdującej się na pociągu amortyzowanej masy, jak również odniesione do amortyzowanej rasy param try geomliryczne linii kolejowej. Jednocześnie z tym mierzona jest przebyta przez pociąg droga. Nowość zgodnego z wynalazkiem sposobu pomiaru polega na tym, że równocześnie z powyższymi pomiarami mierzone są siły wayderane przez amortyzowaną rasę na parę kół i z wyników pomiaru w zależności od przebytej drogi określony zostaje charakterystyczny dla danego pociągu pomiarowy współczynnik bezpieczeńswwa jazdy i współczynnik bezpieczeń^Owl jazdy.

Prostym i ekonomicznym rozwiązaniem jest rozwiązanie, w którym jako amortyzowana rasa wykorzystana jest własna skrzynia pociągu, a na lewej i prawej stronie skrzyni wagonu mierzone jest pionowo skieoowane przyspieszenie znajdująoych się nad własną parą kół pociągu punktów oraz następująoy względem niego w kierunku pionowym ruch poszczególnych kół. Ponadto mierzone jest skierowane poziomo, a dokładniej skierowlne poprzecznie przyspieszenie znajdującego się na wysokości osi względem skrzyni wagonu lub poniżej punktu oraz następujący względem niego, skierowany poziomo, a dokładniej skierowany poprzecznie ruch tego punktu oraz poszczególnych szyn toru. Ponadto mierzone są siły wyżerane przez amortyzowaną msę poprzez łożyskowanie kół na parę kół na drodze pomiaru powstających w łożysku pionowych i skierowanych poprzecznie sił. W ten sposób nie ulegają zmianie pierwotne własności jezdne pojazdu.

Poniar można wykonać dokładniej, jeżeli działające przez amortyzowaną rasę na parę kół siły zostaną skorygowane. W tym celu jest mierzone poprzecznie skierowane przyspieszenie pary kół oraz pionowo skierowane przyspieszenie poszczególnych kół. Na podstawie tych przyspieszeń i rasy pary kół mogą być określona powstające w parze kół siły, przy pomocy których mogą być skorygowane oywOerlae przez amortyzowaną masę na parę kół siły.

W ten sposób mogą być określone przy pomocy metod materatycznych powstające między kołami i poszczególnymi szynami poszczególne, pionowo skierowane siły oraz wypadkowe sił skierowanych poprzecznie.

W zgodny z wynalazkiem sposób może być korzystnie sprowadzony do georaer^cznej metody pomiarowej trzech punktów w ten sposób, że skierowane poprzecznie względem amortyzowanej rasy położenie poszczególnych szyn jest mierzone w przynajmniej dodatkiwym punkcie. Oczywiście trzeci punkt jest określony poprzez poprzeczne położenie nie wspomnńanej dotychczas, a jednak istniejącej w rtectywiitjści pary kół. W ten sposób otrz;mane przy pomocy różnych ratod pomiarowych krzywizny łuków mogą być ze sobą porównywane.

Stosowana zazwyczaj w łukach linii kolejowych welkość przewyższenia może być w ten sposób określona, że względne położenie kątowe amortyzowanej masy jest mierzone względem rzeczywistego poziomu, mierzony jest kąt między amortyzowaną rasą i osią pary kół i na podstawie różnicy między obydwoma kątami obliczane jest przewyższanie toru.

Zgodnie ze stosowaną w kolejnictwie praktyką celwwym jest pomiar sił wjyóeranych przez amortyzowaną rasę na ostatnią w kierunku jazdy parę kół.

Zgodny z wynalazkiem sposób może być uzupełniony w celu określenia komfortu podróży.

W tym celu są mierzone nad tylnym w kierunku jazdy pociągu wagonem w środku na wysokości podłogi skrzyni wagonu pionowe, dokładniej prostopadłe do podłogi oraz poprzeczne i dokładniej równoległe do podłogi i prostopadłe do kierunku jazdy przyspieszenia.

155 752

Do realizacji zgodnego z wynalazkiem sposobu stworzone zostało takie urządzenie, które jest przewidziane wraz z zamocowanym na jednej parze kół pojazdu kolejowego czujnikiem drogi, zamocowanymi na prawej i lewej stronie skrzyni wagonu pojazdu kolejowego skierowanymi pionowo czujnikami przyspieszenia i mierzącymi względny odstęp kół pojazdu od skrzyni wagonu czujnikeem ruchu oraz z połączonym z podpierającymi pojazd koleoDwy szynami czujnikiem szyn.

Zgodnie z wynalazkiem urządzenie jest przewidziane z zespołem obróbki danych, które jest przewidziane z zespołem rejestrujący, zbierającym zmierzone i wrlicsane wartości w formie analogowej lub cyfrowej. Do realizacji zgodnego z wynalazkiem sposobu pomiaru, Egodne z wy Miazkiem urządzenie jest przewidziane wraz z sięgającą od skrzyni pojazdu do dołu koMolą pomiarową i dołączoną do uchwytu łożyska osi kół ramą pomiarową. Do ramy pomiarowej aą dołączone względne czujniki ruchu, mierzące poprzeczne położenie szyn poprzez detektor. Konsola pomiarowa i rama pomiarowa są połączone ze sobą przy pomocy względnego czujnika ruchu, mierzącego wEzS^Lędne poprzeczne odchylenie konsoli pomiarowej i ramy pomiarowej od siebie. Do uchwytu łożyska osi kół dołączają się czujniki siły, mierzące pionowe i poprzeczne siły łożyskowe. Aby umooiiwić identyfikację zmierzonych parametrów i przebytej drogi celtrwym jest stosowanie proporcjonalnego do drogi zespołu riUistrującego, którego wejście sterujące połączone jest z czujnikiem drogi.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat przeglądowy pojazdu kolejowego wyposażonego w urządzenie według wytmlazku, fig. 2 - przekrój wEdłuż linii A-A pojazdu pokazanego na fig. 1 z czujnikami przedstawionymi achiIMaycEnli, fig. 3 - przekrój wzdłuż linii B-B pojazdu z czujnikami przedstwwionymi schematycznie, fig. 4 - fragment zespołu obróbki sygnału urządzenia według wynalazku, fig. 5 - następny fragment zespołu obróbki sygnału urządzenia według wynnlazku, fig. 6 - następny fragment zespołu obróbki sygnału urządzenia według wyna lazku, fig. 7 - wykres joiay współczynnika bezpieczeństwa jazdy uzyskanego dEięki urządzeniu według wynnlazku.

Urządzenie do realizacji sposobu według wytnlazku zostało zainstaowene w typowym cztθrooijowym wagonie osobowym z wózkami zastosowanymi jako wagon pjmiaΓjW0jkonnrolny nawierzchni toru.

Urządzenie może jednak być zainstaowwane w dowolnym pojaździe, nawet w lokomotywie. Urządzenie posiada odpowiednio umieszczone czujniki, zespół obróbki sygnału i zespół rejestracji.

Na figurze 1 pokazano rozłożenie czujników wzdłuż wagonu osobowego. Skrzynia pojazdu 1 wagonu osobowego jest podparta nad pierwszą i drugą ramą wózka 2, ułożyskowanych w nich parach kół 3, 3* i 4, 4* na torze 10. Dla uproszczenia jdpowOadające sobie części obu wózków zostały oznaczone identycznymi odnośnikami, różniącymi się jedynie znaczkiem prim. Obie ramy wózków 2, 2* Bą połączone wzajemnie w punktach obrotu znajdujących się w odległości L do skrzyni pojazdu. Na uchwytach 14 łożysk osi par kół 3, 4 pierwszej ramy wózka 2 jest umieszczona rama pomiarowa 5 w taki sposób, że praktycznie nie wpływa ono na początkowe własności prowadzenia /działania/ par kół 3, 4, dzięki na przykład elastycznie odkształcanemu^ zawieszeniu.-przy pomocy przykładowo bloku wygłuszającego.

W środku ramy wózka 2, jak również w kierunku do środka w odległości 1 /w płaszczyźnie przekroju c/ przymocowane są pierwsza i druga konsola pomiarowa 6 i 7 do skrzyni pojazdu 1, które sięgają do góry co najmniej do wysokości osi pary kół 3, 4, gdzie znajduje się także rama pomiarowa 5. Obie zewnętrzne, znajdujące się w płaszczyznach przekroju A i λ' pary kół 3 i 3' pojazdu są wykonane jako pary kół z pomiarem siły na łożyskach. Para kół pojazdu, w ainiejscym przykładzie wykonania para kół 4' pojazdu, jest wyposażona w impulsowy czujnik drogi.

Rozmae^ECEθaei czujników w płaszczyźnie przekroju A pokazano na fig. 2. Zewnętozne końce osi pary kół są ułożyskowane w uchwycie 14 łożysk oai, który jest podparty w kierunku pionowym przez resory 15 na ramach wózków 2. Pomiędzy uchwytami 14 łożysk osi i resorami 15 umieszczono czujniki siły P1 i P2, podczas gdy końce osi, w kierunku

155 752 osiowym są podparte przez czujniki siły F3a i F3b na uchwytach 14 łożysk osi. Czujniki siły F3a i F3b są ołączone men do pojedynczego czujnika siły F3, podczas gdy osiooe pokazują raczej siłę na łożyskach o kierunku poprzecznym. Czujniki siaty F1, F2, F3 są oykonyoane jako dopasooane do Konnratnej Konstrukcji, na przykład przez odpowiednie rozmieszczę nie pasków mierzących rozciąganie i para kół oyposażona o ten sposób jak para kół do pomiaru siły musi być oykalibrooana, na stycznej łaoie kontrolnej.

Na uchoyyach 14 łożysk osi pary kół 3 do pomiaru siły są umieszczane czujniki przyspieszenia A1, A2 o kierunku pionooym i na uchoycie 14 łożysk osi - czujnik przyspieszenia A3 o kierunku poprzecznym. Para kół j jest identyczna z parą kół 3, oykonaną także Jako para kół do pomiaru siły i oyposażona jest o czujniki przyspieszenia A1, A2, A3 /nie pokazane na rysunku//.

Na skrzyni pojazdu 1 o płaszczyźnie przekroju A, zasadniczo nad uchwytami 14 łożysk osi są umieszczane czujniki ruchu ozględnego D1 lub D2 i pionooo tkierooann czujniki przyspieszenia A4 lub A5, które mierzą przyspieszenie skruyni pojaudu 1 po obu stronsoh skrzyni pojazdu 1 prostopadłe do płaszczyzny podłogi skrzyni pojazdu 1, i ruch powssający ozględem uchoytóo 14 łożysk osi, co zasadniczo odpowiada ozględnemu prostopadłemu rjchnoi szyn 10A i 10B toru 10 ozględem płaszczyzny toru, ponieoaż uchwyty 14 łożyska osi są połączone za pomocą cięgien drutooych 11 /napiętych/ z odpooŁedn^m czujnikiem ruchu ozględnego D1 lub D2.

Na figurze 3 pokazano czujniki umieszczone o płaszczyźnie przekroju B skrzyni pojazdu

1. Do ramy pomiarowej 5 przyączonoo po ednymi czunikku syni^ym 12 detκk^jj^ylπ ozgldnne położenie szyny 10A lub 10B ozględem ramy pomiarooej 5, który to czujnik przenosi odpooiednie odległości równolegle do płaszczyzny toru o kierunku poprzecztym do czujnika ozględnego ruchu D5 lub D3. Oczywiicie, detekcja ruchu następuje także sposobem mchanicznym /na przykład za pomocą czujnika ślizgooego/ lub sposobem optycznym /to samo dotyczy oapomlnlnej już o dalszej części opisanej detekcji ruchu/. W przypadku oyżsuych prędkości ruchu /ponad 80-100 km/gonz./ bardziej korzystna jest optyczna analiza szyn.

Rama pomai^ooa 5 dołączona jest przy pomocy czujnika ruchu ozględnego D4 do końca konsoli pomiarooej 6, gdzie jest umieszczony także jeden czujnik przyspieszenia A6 w kierunku poprzecznym do pomiaru przyspieszenia rdonoległego do podłogi skrzyni oagonu.

W płaszczyźnie podłogi skrzyni pojazdu 1 po środku umieszczono czujniki przyspieszenia A7 i A8 o kierunku pionooym i poprzeczrym do pomiaru ^^^ysępiujących o płaszczyźnie podłogi skrzyni pojazdu przyspieszeń skrzyni pojazdu 1 prostopadłych, ozględnie do niej róonolsgłych. ^^ujniki A7 i A8 są pootórzone o płaszczyźnie poprzecznej B\ przy czym jednak róonocEθśsin ołączone zostają zaosze tylko tylne ozględem kierunku jazdy.

Podobnie na fig. 3 oprooBdzono doa następne czujniki, która są umieszczone o płaszczyźnie przekroju C. Celem lepszego jmlnlioiesia ich rozróżnienia, ich oznaczenia zostały ozięte na rysunku o nawiasy. W płaszczyźnie przekroju C umieszczony jest następny detektor szynooiy 12, połącEony z czujnikom ruchu ozględnego D6 umieszczonym na ramie pmiarooej 5. Rama pomiarooa 5 jest połączona o tejże płaszczyźnie przez czujnik ruchu ozględnego D7 z końcem konsoli pomiarno/ej 7.

W skrEyni pojaEdu 1 na dowoonej poEycji - o sisiejsyym przykładzie «ykonania o płaszczyźnie przekroju B - jest umieszczony sEtucEny horyzont oyposażony o żyroskop 0, którego sygnał 'oyjściooy jest proporcjonalny do odchylenia kątooego płaszczyzny podłogi od poziomu.

Na figurach 4, 5 i 6 są pokazane fragmenty zespołu obróbki sygnału urządzenia oedług oynslasCu. Weńścia zespołu obróbki sygnału zostały oznaczone odnośnikami czujnikno połączonych z nimi i przyjęto, że sygnały wyjścioon csjjnCków są jednoznaczne i proporcjonalne do paranetróo mierzonych przez nie. Opisany przykład 'oykonania dotyczy roswiązasia podobnego do maszyny analogooej, można jednak oczywiście zasl^os^c^oać także system cyfrooy. W przedstaoieniu zespołu obróbki sygnału zsajdnwały się jeszcze ozmlcni8jze odwracające fazę, ale te operacje były zreaizoowane za pomocą zespołoo sumujących, które przeprooadzały oażone sumowonśe. Na liniach charakteryzujących połączenia poszczególnych jednostek były oytoarzane oielkości, do których jest proporcjonalny poziom sygnału oystępującego ο

155 752 w przewodzie. Wyjścia 60, 81, 82, 83, 84 zespołu obróbki sygnału są połączone z nieprzedstawionym zespołem rejestracji proporcjonalnej do drogi, którego szybkość rejestracji jest sterowana przez jego wejście sterujące przez impulsy impulsowego czujnika drogi S.

Na figurze 4 pokazano fragment zespołu obróbki sygnału, który dostarcza parametry mierzone przy pomocy znanej mtody TRIM.

Impulsowy czujnik drogi S jest przyłączony do zespołu 31 tworzenia prędkości na którego jednym e wyjść pojawiają się sygnały znacznikowe S ' proporcjonalne do przebytej drogi, które podane do zespołu rejestrującego przy równomiernyoh odcinkach charakteryzują rejestrację, na podstawie których można zidentyfikować przebytą drogę i odpowiednie punkty rejestracji. Zespół tworzenia szybkości 31 daje na swym innym wyyściu - za pomocą pochodnej po czasie - sygnał proporcjonalny do prędkości pojazdu.

Czujniki przyspieszenia A4 i A5 są połączone z integratorami 32 lub 34, które posiadają własność filtru górnoprzepustowego. Tego rodzaju podwójny integrator może być łatwo wykonany za pomocą aktywnego filtru Butterworthe 'a czwartego rzędu.

Czuuniki względnego ruchu D1, D2 są przyłączone przez filtr górnoprzepustowy 33 lub 35 do odwracającego wejścia pierwszego lub drugiego zespołu sumującego 36 lub 38, podczas gdy podwójne integratory 32 lub 34 są połączone e nieodwracającym wejściem zespołu sumującego 36 lub 38. Zespoły sumujące 36 lub 38 są zbudowane razem z filtrem dolnoprzepustwwym 37 lub 39.

Podwójne integratory 32 i 34 posiadające filtry górnoprzepustowe 33, 35 i filt:ny dolnoprzepustowe 37, 39 są wykonane w ten sposób, że ich stałe całkowania względnie częstotlwwości graniczne są proporcjonalne do poziomu sygnału przychodzącego do wejścia sterującego. Te wejścia sterujące są połączone z wyjściami zespołu 31 tworzenia prędkości. Wyjścia pierwszego i drugiego filtru dolntprzrpuaOawegt 37 lub 39 są połączone z trEecmi zespołem sumującym 40 wytwarzającym różnicę oraz z wyjściami 80, 81, które połączone są z nie przedeitMłiony^m zespołem rejes^jąccj^. Wyjście trzeciego zespołu sumującego 40 jest doprowadzone z jednej strony do wyjścia 82, a z drugiej strony bezpośrednio poprzez CEłon opóźniający 41 czwartego zespołu hamującego 42. Człon opóźniający 41 realizuje opóźnianie proporcjonalne do drogi /na przykład stβraaana krokowo linia sztuczna wykonana poprzez szeregowe połączenie jednostek analizujących i pamięciowych/, której wejście sterujące jest połączone z impulsowym czujnikiem drogi S. Wyjście czwartego zespołu sumującego 42 jest przyłączone przen wejście 83 do jednostki rejestrującej.

Czujnik ruchu względnego D1, D2 i żyroskop G są połączone do ważonych wejść piątego zespołu sumującego 43 wyposażonego w trzeci filtr dolntpΓEepustowc 44. Wartość czynników Wagow/ch jest rzędu po 1/b - 1/b i - 1, przy czym b jest odstępem pomiędzy czujnikami względnego ruchu D1 i D2. Wyyście filtru dolnoprzepusowwego 44 jest doprowadzone przez piewszy stopień 45 tworzenia wartości bezwzględnej do wyyścia 84.

Czujnik siły P3 utworzony z połączonych razem czujników siły P3A i P3B oraz czujnik ruchu A3 są połączone z wejściami o wagach 1 i -m szóstego zespołu sumowania 59, pmy czym m omiwia masę pary kół 3· Wyyście zespołu sumującego 59 jest połączone z jednej strony z drugim zespołem 60 tworzenia wartości bezwzględnej i z drugiej strony przez kompennator zera 49 ze sterwwanym elektronązEcym przełącEnikeem 48. Czuuniki siły P1,

P2 są połączone z częściami o wadze 1/2 ósmego zespołu sumującego 45 /fig. 5/ i wejściami o wadze ^/Rb^, względnie -b^/2b^ dziewiątego zespołu sumującego 46, przy czym b_g oznacza połowę średniej odległości resorów 15 podpierających uchwytów 14 łożyska i b^ oznac-a połowę odległości obwodu pary kół 3 /patrz fig. 2/, przy czym iloraz b_z/b^ charakteryzuje przełożenie ramienia czujnika siły P1 i P2. Ósmy zespół sumujący jest połączony następnie z wagą -m/4 czujnika przyspieszenia A1, A2 i nieeΓzedsrawronym źródłem sygnału (^ssat., który dostarcza sygnał proporcjonalny do statycznego obciążenia osi, przy czym to źródło sygnału należy nastawiać na podstawie obciążenia osi zmierzonego przez ważenie. WyJśc^ dziewiątego zespołu sumijącego 46 jest połączone z jednej strony bezpośrednio, z drugiej strony przez zespół 47 odwracania polaryzacji z wejściami elektronicznego przełącznika 48.

155 752

Wyjście drugiego zespołu 60 wytwarzania wartości bezwzględnej jest połączone z wejściami licznika pierwszego dzielnika 51 i drugiego dzielnika 52. Na wejściu mianownika pierwszego dzielnika 51 jest połączone wyjście siódmego zespołu sumującego 50. Wejście zespołu sumującego 50 o wadze 1 jest połączone ze źródłem sygnału sygnał odpowiadający obciążeniu 10 kN /na rysunku nie przedstawiony//, podczas gdy wejście znamioo / nujące 3 zespołu sumującego 50 jest połączone z wyjściem ósmego zespołu sumującego 45, który opróoz tego jest połączony z wejściami mianownika drugiego dzielnika 52 i trzeciego dzielnika 53. Wejście licznika dzielnika 53 jest połączone z wejściem przełącznika 48, jego wyjście jest z kolei połączone z jeanej strony z wejściem znamionującym wagę dziesiątego zespołu sumującego 54 z drugiej strony z wyjściem 87. Drugie wejście o wadze A zespołu sumującego 54 jest połączone ze źródłem sygnału, które dostarcza sygnał odpowiadający jednowartościowej liczbie porównawczej 1, podczas gdy wyjście zespołu sumującego 54 jest połączone z czwartym dzielnikeem 55. Wejście licznika dzielnika 55 jest połączone przez wyyiście drugiego dzielnika 52, podczas gdy wyjście dzielnika 55 jest połączone z wyjściem 86.

Czujniki przyspieszenia A7 i A8 są połączone przez filtr pasmowy 56 lub 57 z wyjściami 88 lub 89. Pasma przenoszenia filtrww pasmowych 56 i 57 leżą w zakresie od 0,5-12 Hz. Czujnik przyspieszenia A8 jest następnie połączony przez filtr dolnoprzepustowy 58 /0-0,5 Hz/ z wyjściem 90.

Na figurEe 6 pokazano czujnik ruchu względnego D3 na jednym z wejść 11 zespołu sumującego 61 znamionowanego przez wagę ... 2//L x 1/, połączone z wejściem o wadze 1 trzynastego zespołu sumującego 67 i z wejściem o wadze - 1, czternastego zespołu sumującego 71. Czujnik ruchu względnego D4 jest połączony z wejściem o tej samej wadze zespołów sumujących 61, 67, 71. Czujniki ruchu względnego D6 i D7 są połączone z wejściem jedenastego zespołu sumującego 61 o wadze -2//L x 1/.

Czujnik przyspieszenia a6 jest połączony z wejściem oznaczonym 1 dwunastego zespołu sumującego, czujnik ruchu względnego D5 jest połączony z wejściem oznaczonym przez -1 dwunastego zespołu sumującego 71. Wyj^icie zespołu 31 tworzącego szybkość jest połączone z wejściem zespołu 75 podnoszącego do kwadratu, którego wyjście jest połączone z wejściem zespołu mnożącego 63. Wyyście jedenastego zespołu sumującego 61 jest połączone z jednej strony przez filtr dolnoprzepustowy 62, z wyjściem 91 i z drugiej strony z innym wejściem zespołu mnożącego 63. Wyyście zespołu mnożącego 63 jest połączone z wejściem o wadze 1 siedemnastego zespołu sumującego 64, którego weścle znamienne przez g /przyspieszenie grawitacyjne/ jest połączone ze sztucznym horyzontem G. Wyyście zespołu sumującego 64 jest połączone z dwunastym zespołem sumującym 65. Zespół sumujący 65 jest zbudowany razem z integratorem podwójnym 66, przy czym integrator podwójny 66 jest wyposażony w filtr górnoprzepustowy i jego iyyścij jest połączone z wejściem o wadze 1 piętnastego zespołu sumującego 69 wyposażonego w filtr dolnoprzepustowy 70. Trzynasty zespół sumujący 67 jest zbudowany razem z trzecim fil^eni górnoprEepustiwϋ 68, którego wejście jest połączone z wejściem o wadze 1 zespołu sumującego 69.

, Piętnasty zespół sumujący 69 jest zbudowany razem z szesnastym Ιΐΐ^ϋΐ dolnoprzecuslowyi 70, którego w^yjście z jednej strony jest połączone z wyjściem 92 i z drugiej strony jest połączone z wejściem o wadze 1 szesnastego zespołu sumującego 74. Czternasty zespół sumujący 71 jest zbudowany razem z czwartym górnoprzepustiwyi 72 i jego wyjście jest połączone przez siódmy filtr dolnoprzepustowy 73 z jednej strony do wyyścia 94 i z drugiej strony z wejściem o wadze 1 szesnastego zespołu sumującego 74, którego wyjście jest połączone z iyjściem 93·

Urządzenie według wynalazku działa w sposób następujący. Czujniki przedstawione na fig. 1, 2, 3 i wyżej opisane dalej mierzą podczas jazdy pociągu odpowiednie parametry geoϋerycznj, siły względnie przyspieszenia i podają proporcjonalne do nich sygnały do zespołu obróbki sygnału przedstawionego bliżej na fig. 4, 5 i 6 i opisanego dokładnie. Wyjścia jednostki obróbki sygnału podają sygnały wytwarzane zmierzonych wartości do niepokazanego na rysunku zespołu rejestracji. Sposób obliczania wartości jest widoczny z rysunków i opisu, poniżej podano jednak zestawienie.

ε

155 752

Wyjście 30: lewa długość /składanie/ 'Wyście 81: prawa wysokość długości /składanie/

Wiście 82: wysokość poprzeczna /składanie poprzeczne/

Wyście 83: skręcenie płaszczyzny

Wiście 84: Kąt udźwignięcia /wielkość ąuasistayyczna 0-0,5 Hz/

Wyjście 85: współczynnik B₂ bezpieczeństwa traktu jezdnego wyprowadzony na podstawie empirycznego wzoru Prud 'homne *a

Wyyście 86: współczynnik B^ bezpieczeństwa jazdy wyprowadzany ze sformułowania granicznego położenia przyczepności wieńca koła według Nedala

Wybicie 87: dodatkowy współczynnik bezpieczeństwa, który charakteryzuje specyficzną różnicę obciążenia kół

Wyjście 88: prostopadły kohort dynamiczny

Wyyście 89: dynamiczny komort w kierunku poprzecznym

Wyjście 90: ąuasistayyozny koirfort w kierunku poprzecznym

Przytoczone wyżej oznaczenia z wyjątkiem wyjść 85, 86, 87 są zwykłymi oznaczeniami stosowanymi w ptaktyce kolejnictwa. W zwykły sposób na ich podstawie określa się sten linii kolejowej i na podstawie pomierzonej wartości są wydawane instrukcje dla przeprowadzania robót konserwacyjnych. Wprowadzone w wynalazku paramtry umośliwiają nowwtorskie określenia jakości toru kolejowego na podstawie którego defekty toru kolejowego wpływające na bezpieczeństwo ruchu ksleSowegs i ich lokalizacja mogą być łatwo odkryte. W wyniku tego unika się zbędnych robót konserwacyjnych. Należy tu zauważyć, że poszczególne wyjścia dostarczają sygnał tw przybliżonych, ponieważ przedstawiony na fig. 4, 5 i 6 zespół obróbki sygnałów odpowOβdnla funkcje trygonomtryczne przybliża linoowo. Sposób przybliżania nie wyiMga wyyaśnień, ponieważ jest on oczywwsty dla specjalisty na podstawie schematu w połączeniu z ogólnymi teoretycznymi zależnościami. Wyście 85 podaje sygnał wyjściowy proporcjonalny do wielkości oznaczonej jako parametr bezpieczeństwa toru. Jako podstawa służą charakterystyki fig. 2 i następują empiryczne zależności /wg Prud 'homme a/. _

Yl + Yj /krytyczne = 10 + ^ /kN/ przy czym Y.| i Yj siły na kołach w kiernkkU poprzecznymi /patrz fig. 2/ 3 - przekroSowe obciążenie kół, średnia arytmetyczna prostopadle skierowanych sił i Q2 /patrz fig. 2/.

Z tej zależności można utworzyć paramtry B bezpieczeństwa linii kooejowej, które nadają się do określenia pozostającego lokalnego defektu toru, powodującego poprzeczne przesunięcie pola toru:

B2

Ύ + ^Y2 /Y^ + Y₂/ krytyczne

Podstawą tu jest to, że można się nie obawiać pozostającego toru, jeśli spełniony jest poniższy warunek:

poprzecznego przesunięcia ^Y1 + ^Y2 < ^/Y1 + ^Y2^krytyczne

Wyście 86 podaje sygnał proporcjonalny do wielkości, która w opisie występuje jako współczynnik Bi bezpieczeństwa toru. Odnośnie pary kół pojazdu kolejowego, rozszerzono zależność według Nedala opisującą graniczne położenie przyczepności wieńce kolia.

W przypadku takiego wyprowotEznia1 można me liczyć się z niebezpiezzeńswwem w^y°oej!3nia, jeśli spełniony jest poniższy warunek:

Y„ + ^Y2 χ ——— < A + B ·-Q <3 ^L1 przy czym znaczenie wiielkości Y^ Y₂ i Q zostały już podane wyjlj. .Δζ jest dwustronną różnicą obciążenia kół ^^a^woany przez pionową siłę na łożyska, A i B stałymi, które zależą od danych profilu koła od wartości współczynników tarcia pomiędzy wieńcem koła a szyną i powó^rzchnią bieżną kół, a szyną i których zawykła wartość wynosi 0,4 względnie 0,2.

155 752

Za pomocą wyrażenia tego warunku w postaci stosunKu można otrzymać współczynnik bezpieczeństwa jazdy :

^Y1 + ^Y2 —s—

B. --A + ^b

WssPłczynnik bezpieczeństwa jazdy B.j, współczynnik bezpieczeństwa traktu Bg, Które można otrzymać dzięki sposobowi według wynnlazku, przy ruchu pojazdu z daną prędkością, obciążeniem i typem dobrze charakteryzują prawdopodobieństwa względną miarą wystąpienia wykooejenia i poprzecznych deformcji toru, oczywiście bez możżiwości utworzenia dokładnego związku matematycznego między nimi. Tego rodzaju empiryczne zależności można określić dopiero na podstawie długotrwałych doświadczeń.

Wartość współczynniza bezpieczeństwa toru zmienia się bieżąco wzdłuż toru. Celem jego wykoorystania jest celowe uwzględnienie następnego dodatkowego współczynnika bezpieczeństwa, ponieważ ze względu na zasadę ostrożnoSo! zbyt dużą ujemną specyficzną różnicę obciążenia kół Q/iJ należy także uznaó jako Krytyczną.

Wsspóczynnik bezpieczeństwa jazdy B^ daje się dobrze ocenić na podstawie wykresu pokazanego na fig. 7. Poszczególne zakresy diagramu dają poniższą ocenę:

I. Stan toru nie wyπarllący nakładów

II. Oczekuje się polepszenia traktu

III. Naprawa jest konieczna /m przykład w przeciągu tygodnia/

IV. Tor dla pomierzonych warunków jazdy należy uważać za niebezpieczny, należy wprowadzić natychmiast ograniczenie prędkości jazdy.

Sama ocena nie jest przedmiotem wynn^zku. Założenie jej realzoowaIności jest realizacją sposobu pomiarowego według wynalazku. Przed stawiony przykład uwidacznia zastosowanie dla pojazdew kolejowego z wózkiem, oczywiście w sposób według wynalazku, i rama pomiarowa urządzenia realzzującego sposób mogą być zaadoptowane także do pojedynczej pary kół. W tym przypadku rama pomiarowa jest wykonana tak, że jest elastyczna w kierunku poprzecznym.

Claims (13)

1. Zastrzeżenia patenoowe

   1. Sposób pomiaru reakcji pojazdów kolejowych, zwłaszcza do dynamicznej oceny jakości stanu linii kolejowych, przy czym w zależności od przebytej przez pojazd kolejowy drogi mierzone są przyspieszenia znajdującej się na pojaździe amortyzowanej ramy, zwłaszcza skrzyni pojazdu oraz odniesione do amortyzowanej ramy geometryczne param try linii kolejowej, przebyta przez pojazd droga, znamienny tym, że jednocześnie z tym mierzy się wyyllOerrae na jedną parę kół pionowe i poprzeczne siły i na podstawie wyników pomiaru w zależności od przebytej drogi tworzy się charakterystyczny dla poruszającego się po danej linii kolejowej z zadaną prędkością pojazdu współczynnik bezpieczeństwa jazdy /Bl/.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mierzy się przyspieszenie pionowe znajdujących się nad jedną parą kół /3/ pojazdu po lewej i prawej stronie punktów skrzyni pojazdu /1/, następujący względem tych punktów w kierunku pionowym ruch poszczególnych kół pary kół /3/» przyspieszenie poziome mocowanego względem skrzyni pojazdu /1/ na wysokości osi lub poniżej punktu oraz skieżowray poziomo ruch względny tego punktu i szyn względem siebie, a ponadto występujące w łożysku pary kół /3/ siły, skierowane poziomo i pionowo.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że mierzy się poprzeczne przyspieszenie pary kół /3/ oraz przyspieszenie pionowe pojedynczych uchwytów /14/ łożysk osi pary kół /3/ i na podstawie tych przyspieszeń oraz msy pary kół poprzez mtematyczną korektę wymierzonych przez amortyzowaną msę na parę kół sił określa się przekrój /Q/ działających między kołami i szynami sił pionowych oraz wypadkową sił poprzecznych /Y.j + y₂/.

   155 752
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 3» znamienny tym, że poprzeczne względem skrzyni pojazdu /1/ położenie jednej szyny mierzy się w co najmniej jednym dodatkowym punkcie.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mierzy się odniesione do poziomu rzeczywistego, położenia kątowe pojazdu, określa się kąt między skrzynią pojazdu /1/ i osią pary kół /3/ i następnie na podstawie różnicy między obydwoma kołami określa się przewyższenie toru.
6. 6. Sposób według zaatrz. 1, znamienny tym, że mierzy się siły wywierane przez skrzynię pojazdu /1/ na ostatnią w kierunku jazdy parę kół.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny t y m, że nad ostatitai w kiernnku jazdy pojazdu wagonem pojazdu w środku na wysokości podłogi mierzy się pionowe i poprzeczne przyspieszenia i na ich podstawie określa się koirfort podróży.
8. 8. Urządzenie do pomiaru reakcji pojamdów kolejowych, zwłaszcza do dynamicznej oceny jakości stanu linii kolejowych, które posiada zamocowany na jednej parne kół pojazdu kole jwwego czujnik drogi, umieszczony na prawej i lewej skrzyni pojazdu pionowo skierowany czujnik przyspieszenia, mierzący odstęp kół i skrzyni pojazdu względny czujnik ruchu względnego, połączony z szynami czujnik szyn oraz zbierający zmierzone wartości zespół rejestrujący, znamienne tym, że do skrzyni pojazdu /1/ dołączona jest sięgająca do dołu konsola pomiarowa /6/, a do uchwytów /14/ łożysko osi kół /3, 4/ rama pomiarowa /5/, ponadto do ramy pomiarowej /5/ dołączony jest mierzący poprzeczne położenie szyn /10A, 10B/ poprzez detektor /D3, D5/ czujnik ruchu względnego i mierzący poprzeczna odchylenie konsoli pomiarowej /6/ czujnik ruchu względnego /D4/, ponadto do uchwytów /14/ łożysk osi kół /3/ dołączone są czujniki siły /P1, P2, P3, P3b/, mierzące pionowe i poprzeczne siły łożyska.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że zawiera zespół rejestrowania i obróbki danych.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 8 albo 9, znamienne tym, że zespół rejestrujący jest proporcjonannym do drogi zespołem rejeatuującym, którego wejście sterujące podłączone jest do czujnika drogi /S/.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że do ramy pomiarowej /5/ dołączony jest dodatkowy czujnik ruchu względnego /06/, mierzący poprzeczne położenie jednej e szyn /10B/.
12. 12. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że do skrzyni pojazdu /1/ dołączony jest sztuczny horyzont /G/, mierzący jdchyCająąe aię od poziomu położenia kątowe krawędzi podłogi skrzyni pojazdu.
13. 13. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że nad ostatnią w kierunku jazdy pojazdu parą kół /3/, w danym przypadku nad środkiem tylnego wózka pojazdu na krawędzi podłogi umieszczone są skierowane pionowo i poprzecznie czujniki przyspieszenia /A7, A8/.