PL224902B1

PL224902B1 - Device for inducing mechanical vibrations of railway bridge spans

Info

Publication number: PL224902B1
Application number: PL405778A
Authority: PL
Inventors: Jan Bień; Andrzej Roszkowski; Wacław Skoczyński; Janusz Szymkowski; Jarosław Zwolski
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2017-02-28
Also published as: PL405778A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wzbudzania drgań mechanicznych przęseł mostów kolejowych przeznaczone do stosowania przy badaniu cech dynamicznych tychże obiektów inżynieryjnych.The subject of the invention is a device for inducing mechanical vibrations of spans of railway bridges, intended for use in examining the dynamic properties of these engineering structures.

W badaniach dynamicznych mostów powszechnie stosowane są dwie metody wymuszeń: wymuszenia środowiskowe wywoływane w niekontrolowany sposób siłami natury, na przykład wiatrem i wymuszenia kontrolowane przez człowieka, wywoływane różnymi urządzeniami. W tym drugim przypadku do wywoływania wymuszenia wykorzystywane są różnego typu wzbudniki bezwładnościowe, elektrohydrauliczne lub urządzenia z opadającą na most masą. Do wymuszania drgań mostów kolejowych, na potrzeby określania ich cech dynamicznych wykorzystuje się obecnie także przejazdy l okomotyw lub pełnych składów pociągów. Taki sposób wymuszeń wykazuje jednakże szereg wad, do których można zaliczyć: trudności w uzyskaniu ściśle powtarzalnych warunków wymuszenia, sum owanie się masy pojazdu z masą drgającą mostu, niemożność bezpośredniego pomiaru postaci drgań rezonansowych z uwagi, iż wymuszenie oraz masa drgająca przemieszczają się podczas pomiarów w sposób ciągły wzdłuż obiektu. Wymuszenie takie ma ponadto charakter szerokopasmowy i wzbudza równocześnie wiele postaci drgań własnych obiektu, występuje zależność przebiegu czasowego drgań od prędkości ruchu pojazdu, trudności w dokładnym określeniu tłumienia konstrukcji z powodu szybkiego zanikania drgań po zjeździe taboru z konstrukcji, trudności w dokładnym wyznaczeniu częstotliwości drgań rezonansowych na podstawie analiz drgań zanikających po zjeździe taboru z powodu niewielkich długości przebiegów czasowych i małej rozdzielczości spektrum wyznaczonego w an alizie Fouriera.Two methods of excitation are commonly used in dynamic bridge dynamic testing: environmental extortion induced in an uncontrolled manner by natural forces, for example wind, and man-controlled extortion induced by various devices. In the latter case, various types of inertial, electrohydraulic inductors or devices with a mass falling on the bridge are used to cause the forcing. For the purpose of forcing vibrations of railway bridges, for the purpose of determining their dynamic properties, journeys of single locomotives or full trainsets are also used. However, this method of excitation has a number of disadvantages, which include: difficulties in obtaining strictly repeatable excitation conditions, summation of the vehicle mass with the vibrating mass of the bridge, impossibility of direct measurement of the resonant vibrations form due to the fact that the excitation and the vibrating mass move during measurements in continuously along the object. Moreover, such excitation has a broadband character and simultaneously induces many forms of natural vibrations of the object, there is a dependence of the time course of vibrations on the speed of vehicle movement, difficulties in accurately determining the damping of the structure due to the rapid decay of vibrations after the rolling stock leaves the structure, difficulties in accurately determining the frequency of resonant vibrations on on the basis of analyzes of vibrations that disappear after rolling stock exit due to short time runs and low resolution of the spectrum determined in the Fourier analysis.

Znany jest ze stosowania mechaniczno-elektromagnetyczny wzbudnik drgań mechanicznych utworzony z konstrukcji nośnej, w której zamocowany jest bijak sprzężony z poruszającym go napędem elektromagnetycznym.It is known to use a mechanical-electromagnetic inductor of mechanical vibrations made of a supporting structure in which a hammer coupled with an electromagnetic drive moving it is mounted.

Znany jest z opisu polskiego wzoru użytkowego nr 62850 wibrator z napędem elektrycznym zawierający silnik elektryczny oraz wał z masami niewyważonymi umieszczony we własnej obudowie, przy czym silnik z obudową wibratora połączony jest kołnierzowo. Wał silnika elektrycznego połączony jest tulejowo z wałem wibratora zaopatrzonego w znane masy niewyważone poprzez osiowy otwór w wale wibratora, ponadto obudowa wibratora ma łapy do połączenia z elementem wprawianym w drgania.A vibrator with an electric drive is known from the description of the Polish utility model No. 62850, which includes an electric motor and a shaft with unbalanced masses placed in its own housing, and the motor with the vibrator housing is flanged. The shaft of the electric motor is coupled to the shaft of a vibrator provided with known unbalanced masses through an axial hole in the shaft of the vibrator, moreover, the vibrator housing has lugs for connection to the vibrating element.

Znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego P.395963 poliharmoniczny wibrator bezwładnościowy do wymuszania obciążeń, zwłaszcza do urządzenia giętno-skrętnego, którego tarcze mają prostokątny kształt i parami różne długości, przy czym tarcze pary środkowej są najdłuższe, a na końcach każdej tarczy w osi boków dłuższych są otwory na wymienne ciężarki do obciążania wibratora.From the Polish patent application P.395963 a polyharmonic inertial vibrator for loads inducing, especially for a flexion-torsion device, is known from the Polish patent application P.395963, the discs of which have a rectangular shape and different lengths in pairs, with the discs of the middle pair being the longest, and at the ends of each disc in the axis of the longer sides there are openings for replaceable weights for loading the vibrator.

Urządzenie do wzbudzania drgań mechanicznych przęseł mostów kolejowych wyposażone w wibrator bezwładnościowy według wynalazku charakteryzuje się tym, iż utworzone jest z ramy n ośnej złożonej z dwóch belek połączonych poprzeczkami, do której zamocowany jest osadzony na niej wibrator bezwładnościowy oraz umiejscowione pod nią, przenoszące na szyny kolejowe składowe sił wymuszających, tensometryczne siłomierze pałąkowe, przy których zainstalowane są obejmy śrubowe szyn kolejowych.The device for inducing mechanical vibrations of railway bridge spans, equipped with an inertial vibrator according to the invention, is characterized by the fact that it is made of a n-axis frame composed of two beams connected by crossbars, to which an inertial vibrator is attached, and placed under it, transporting to the rail rails components of exciting forces, bar strain gauge dynamometers, at which screw clamps of railway rails are installed.

Korzystnie wibrator bezwładnościowy do ramy nośnej zamocowany jest symetrycznie względem osi toru kolejowego lub niesymetrycznie w pozycji, w której wypadkowa siły wymuszającej wypada w środku symetrii główki szyny.Preferably, the inertial vibrator to the support frame is mounted symmetrically with respect to the axis of the railway track or asymmetrically in a position in which the resultant of the exciting force falls in the center of symmetry of the rail head.

Korzystnie wibrator bezwładnościowy zbudowany jest z silnika elektrycznego połączonego poprzez przekładnię pasową z przekładnią zębatą utworzoną z dwóch poruszających się w przeciwnych kierunkach kół zębatych, do których wieńców mimośrodowo zamocowane są rozłącznie obciążniki stanowiące niewyrównoważone masy wirujące.Preferably, the inertial vibrator consists of an electric motor connected through a belt transmission with a toothed gear made of two gears moving in opposite directions, to which rims eccentrically are detachably attached weights constituting unbalanced rotating masses.

Korzystnie do ramy nośnej zamocowane są dwie poprzeczne belki, korzystnie ceowniki, zespolone z czterema umiejscowionymi naprzeciwległe względem siebie nakrętkami, w których umiejscowione są śruby, każda zakończona stopą, do unoszenia ramy nośnej.Preferably, two transverse beams, preferably C-profiles, are attached to the support frame, combined with four opposing nuts, in which bolts are located, each ending with a foot, for lifting the support frame.

Korzystnie do ramy nośnej zamocowana jest rozłącznie oś przednia oraz oś tylna, każda z dwoma kołami szynowymi.Preferably, the front axle and the rear axle, each with two rail wheels, are detachably attached to the support frame.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, iż siła wymuszająca generowana w wibratorze bezwładnościowym przenoszona jest bezpośrednio na szyny toru kolejowego przy użyciu siłomierzy przymocowanych do ramy nośnej urządzenia i osadzanych bezpośrednio na szynach kolejowych. Ponadto, rozwiązanie według wynalazku zapewnia ciągły pomiar składowych sił wymuszających podczas badaniaThe advantage of the solution according to the invention is that the driving force generated in the inertial vibrator is transferred directly to the rails of the railway track by means of force gauges attached to the supporting frame of the device and mounted directly on the rails. Moreover, the solution according to the invention provides a continuous measurement of the exciting force components during the test

PL 224 902 B1 konstrukcji, skuteczne zamocowanie urządzenia do szyn kolejowych w dowolnym miejscu na długości przęsła obiektu, mocowanie wibratora bezwładnościowego w różnych położeniach na długości konstrukcji przy jego prostopadłym usytuowaniu w kierunku do osi toru, tymczasowe mocowanie osi jezdnych na czas transportu urządzenia z miejsca rozładunku do miejsca badań konstrukcji mostowej, łatwe podnoszenie i opuszczanie urządzenia podczas zakładania i zdejmowania osi jezdnych oraz mocowania i zdejmowania tensometrycznych siłomierzy pałąkowych, a także działanie w warunkach terenowych przy zasilaniu silnika elektrycznego prądem trójfazowym z przenośnego generatora.PL 224 902 B1 of the structure, effective attachment of the device to the railroad rails anywhere along the span of the facility, mounting of the inertial vibrator in various positions along the length of the structure with its perpendicular location in the direction of the track axis, temporary mounting of the wheel axles for the time of transporting the device from the unloading site to the test site of the bridge structure, easy lifting and lowering of the device when installing and removing axle axles, as well as attaching and removing boom extensometric force gauges, as well as operating in the field with powering the electric motor with three-phase current from a portable generator.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w widoku z tyłu, fig. 2 urządzenie w widoku z góry, fig. 3 urządzenie w widoku z boku, fig. 4 urządzenie w widoku z tyłu z zamontowanymi kołami w trzech pozycjach zamocowania wibratora bezwładnościowego, a fig. 5 urządzenie w widoku z przodu z zamontowanymi kołami.The subject of the invention is shown in the drawing, in which fig. 1 shows the device in a rear view, fig. 2 the device in a top view, fig. 3 the device in a side view, fig. 4 the device in a rear view with mounted wheels in three the mounting positions of the inertia vibrator, and Fig. 5 the device in a front view with the wheels mounted.

Urządzenie do wzbudzania drgań mechanicznych przęseł mostów kolejowych w pierwszym przykładzie wykonania według wynalazku zbudowane jest z ramy nośnej 1 utworzonej z dwóch równoległych względem siebie belek la, korzystnie w postaci ceowników połączonych poprzeczkami 1b. Na ramie nośnej 1 zamocowany jest wibrator bezwładnościowy 2. Wibrator bezwładnościowy 2 zbudowany jest z korpusu 2a, w którym umiejscowiony jest silnik elektryczny 2b połączony poprzez przekładnię pasową 2c z przekładnią zębatą 2d utworzoną z dwóch poruszających się w przeciwnych kierunkach kół zębatych, do których wieńców mimośrodowo zamocowane są rozłącznie obciążniki 2e stanowiące niewyrównoważone masy wirujące. Wibrator bezwładnościowy 2 do ramy nośnej 1 może być zamocowany symetrycznie względem osi toru kolejowego, na którym umiejscawiane jest urządzenie albo niesymetrycznie względem osi torów w pozycji, w której wypadkowa siły wymuszającej wypada w środku symetrii główki szyny kolejowej 3. Do spodu ramy nośnej 1 zamocowane są ro złącznie trzy, mierzące wartość siły a także przenoszące na szyny kolejowe 3 składowe sił wymuszających, tensometryczne siłomierze pałąkowe 5, do których zamocowane są obejmy śrubowe 4 szyn kolejowych 3. Urządzenie do wzbudzania drgań mechanicznych przęseł mostów kolejowych w drugim przykładzie wykonania zbudowane jest jak w pierwszym przykładzie wykonania z tym, że dodatkowo do ramy nośnej 1 zamocowane są dwie poprzeczne belki 6, korzystnie ceowniki, zespolone z czterema umiejscowionymi naprzeciwległe względem siebie nakrętkami 7, w których umiejscowione są zakończone stopami śruby 8 służące do unoszenia ramy nośnej 1, oraz rozłącznie przednia oś jezdna 9 oraz tylna oś jezdna 10, każda z dwoma kołami szynowymi 11. Przednia oś jezdna 9 i tylna oś jezdna 10 podparte są o poprzeczne belki 6.The device for inducing mechanical vibrations of spans of railway bridges in the first embodiment according to the invention consists of a support frame 1 formed of two beams 1a parallel to each other, preferably in the form of channels connected by crossbars 1b. An inertial vibrator 2 is mounted on the support frame 1. The inertial vibrator 2 consists of a body 2a, in which an electric motor 2b is located, connected via a belt transmission 2c with a toothed gear 2d made of two gears moving in opposite directions, to which rims eccentrically weights 2e constituting unbalanced rotating masses are detachably attached. The inertia vibrator 2 to the support frame 1 can be mounted symmetrically with respect to the axis of the railway track on which the device is placed, or asymmetrically with respect to the axis of the tracks in a position where the resultant of the exciting force falls in the center of the symmetry of the rail head 3. To the bottom of the support frame 1 are attached There will be three joining forces that measure the value of the force and transfer the 3 components of the exciting forces to the railroad rails, strain gauge bar dynamometers 5, to which the screw clamps of 4 railroad rails are attached 3. The device for inducing mechanical vibrations of the spans of railway bridges in the second embodiment is constructed as in the first embodiment, with the fact that, additionally to the support frame 1, two transverse beams 6, preferably channels, are attached to four opposite to each other nuts 7, in which there are located bolts 8 ending with their feet for lifting the support frame 1, and detachably the front 9 wheel axle and rear axle and a running axle 10, each with two rail wheels 11. The front running axle 9 and the rear running axle 10 are supported by transverse beams 6.

Urządzenie według wynalazku przeznaczone jest do umieszczania bezpośrednio na torach kolejowych. Podparcie całego urządzenia jest trójpunktowe. Dwa pierwsze punkty podparcia tworzą dwa tensometryczne siłomierze pałąkowe 5 opierające się na jednej szynie kolejowej 3 torów, a trzeci punkt tworzy trzeci tensometryczny siłomierz pałąkowy 5 opierający się o drugą szynę kolejową 3 torów. Zastosowanie obejm śrubowych 4 szyn kolejowych 3 sprawia, iż rama nośna 1 wraz z wibrat orem bezwładnościowym 2 nie przemieszcza się podczas testów dynamicznych względem szyn kolejowych 3. Obejmy śrubowe 4 nie wywołują dodatkowego zginania tensometrycznych siłomierzy pałąkowych 5 i powstawania naprężeń w miejscu usytuowania tensometrów pomiarowych.The device according to the invention is intended to be placed directly on railway tracks. The support of the entire device is three-point. The first two support points form two load boom dynamometers 5 resting on one rail 3 track, and the third point form a third load boom dynamometer 5 resting on the second rail track 3. The use of screw clamps 4 of railway rails 3 causes that the support frame 1 together with the inertial vibrator 2 does not move during dynamic tests with respect to railway rails 3. The screw clamps 4 do not cause additional bending of bar strain gauges 5 and the formation of stresses at the location of the strain gauges.

Do przeprowadzanych testów dynamicznych silnik elektryczny 2b wibratora bezwładnościowego 2 zasila się poprzez falownik. Użycie falownika pozwala na bezstopniową regulację prędkości obrotowej silnika elektrycznego 2b, a to umożliwia nastawianie częstotliwości siły wymuszającej.For the dynamic tests to be carried out, the electric motor 2b of the inertia vibrator 2 is powered via an inverter. The use of an inverter allows for a stepless adjustment of the rotational speed of the electric motor 2b, which enables the frequency of the exciting force to be adjusted.

Zastosowane w rozwiązaniu według wynalazku dwie poprzeczne belki 6 zamocowane w dolnej części ramy nośnej 1 pełnią funkcję podparcia dla czterech zakończonych stopami śrub 8 przeznaczonych do podnoszenia i opuszczania ramy nośnej 1 z wibratorem bezwładnościowym 2, co umożliwia tymczasowe zamocowanie tensometrycznych siłomierzy pałąkowych 5 lub osi przedniej 9 i osi tylnej 10. Profil kół szynowych 11 jest dostosowany do przejazdu przez rozjazdy kolejowe, przez co możliwy jest transport urządzenia z miejsca rozładunku na most kolejowy.The two transverse beams 6 used in the solution according to the invention, fixed in the lower part of the support frame 1, act as a support for four feet-ended screws 8 intended for lifting and lowering the support frame 1 with an inertia vibrator 2, which enables temporary mounting of the load bar force gauges 5 or the front axle 9 and the rear axle 10. The profile of rail wheels 11 is adapted to crossing railway turnouts, which enables the device to be transported from the place of unloading to the railway bridge.

Tensometryczne siłomierze pałąkowe 5, przy użyciu których dokonuje się pomiarów składowych sił wymuszających wyposażone są w tensometry pomiarowe naklejone parami w rozciąganej i ścisk anej części pałąka. Tensometryczne siłomierze pałąkowe 5 są demontowane na okres transportu urządzenia. W miejscu dokonywania pomiarów od ramy nośnej 1 odłącza się oś przednią 9 i oś tylną 10 i przykręca się tensometryczne siłomierze pałąkowe 5. Po opuszczeniu ramy nośnej 1 z wibratorem bezwładnościowym 2 tensometryczne siłomierze pałąkowe 4 opierają się na główkach szyn kolejowych 3 za pośrednictwem wbudowanych w ich konstrukcję stalowych kulek, które zapewniają stabilne punktowe podparcie ramy nośnej 1.The bar strain gauges 5, which are used to measure the components of the exciting forces, are equipped with strain gauges glued in pairs in the stretched and compressed part of the bar. The load bar force gauges 5 are disassembled for the period of transport of the device. At the point of measurements, the front axle 9 and the rear axle 10 are disconnected from the load-bearing frame 1 and the bar strain gauge 5 is screwed on. a structure of steel balls that provide a stable point support for the load-bearing frame 1.

Claims

1. A device for inducing mechanical vibrations of railway bridge spans, equipped with an inertial vibrator, characterized by the fact that it is made of two beams (1 a) connected by crossbars (1 b) of the supporting frame (1), to which a vibrator is attached to it inertial (2) and the components of the exciting forces (3) located under it, transferring to the railway rails (3), boom strain gauges (5), at which screw clamps (4) of railway rails (3) are installed.

2. The device according to claim A device according to claim 1, characterized in that the inertial vibrator (2) is attached to the support frame (1) symmetrically with respect to the axis of the railway track.

3. The device according to claim The method of claim 1, characterized in that the inertial vibrator (2) to the support frame (1) is mounted asymmetrically with respect to the axis of the railway track in a position in which the resultant of the exciting force falls in the center of the symmetry of the rail head (3).

4. The device according to claim 1 1, 2, or 3, characterized in that the inertia vibrator (2) consists of an electric motor (2b) connected via a belt transmission (2c) with a toothed gear (2d) made of two oppositely moving gears to which rims, eccentrically, weights (2e) are detachably attached.

5. The device according to claim 1 3. A method according to claim 1, characterized in that two transverse beams (6), preferably C-profiles, are attached to the supporting frame (1), combined with four nuts (7) located opposite to each other, in which there are located screws (8) for lifting and lowering ending with their feet. support frame (1).

6. The device according to claim 1 A front wheel axle (9) and a rear wheel axle (10), each with two rail wheels (11), which is detachably attached to the supporting frame (1).