PL248289B1 - Układ do badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych i stanowisko pomiarowe dla pojazdów szynowych - Google Patents

Abstract

Układ do badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych, zwłaszcza do badania podatności skrętnej, obejmujący ramę (1) wyposażoną w dwa podnośniki (5), przetworniki siły i/lub wagi (11), elementy posadowienia koła pojazdu szynowego (7), korzystnie w postaci szyn, oraz układ zasilająco-sterujący, charakteryzuje się tym, że każdy z podnośników (5) stanowi podnośnik mechaniczny wyposażony w układ napędowy, korzystanie motoreduktor, oraz sprzęgło, przy czym na każdym z podnośników (5) posadowione jest oparcie (2), które łączy dwa pionowe słupy prowadzące (10), a każdy ze słupów prowadzących (10) porusza się w tulei samosmarnej (9) osadzonej w ramie (1).

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy konstrukcji układu przeznaczonego do badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych, zwłaszcza do badania podatności skrętnej, oraz budowy stanowiska pomiarowego dla pojazdów szynowych. Wynalazek znajduje zastosowanie w transporcie, w szczególności w transporcie kolejowym.

Obecnie, zgodnie z najnowszymi wymaganiami i procedurami europejskimi, w celu uzyskania przez pojazd szynowy dopuszczenia do ruchu z uwagi na własności biegowe, konieczne jest przeprowadzenie badań dynamicznych polegających na pomiarze odciążenia kół pojazdu wynikającego z jego sztywności skrętnej. Badanie takie imituje przejazd pojazdu przez tor wichrowaty (tor uszkodzony) i powinno być wykonane zgodnie z normą PN-EN 14363. Badania te są niezwykle istotne i mają bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo pojazdu przed wykolejeniem. Najpopularniejszą formę przeprowadzenia opisanych badań dynamicznych stanowiło dotąd wykorzystanie urządzeń podnoszących wraz z urządzeniami pomiarowymi pod obudowami łożysk, co wymagało wprowadzenia przeliczników celem uzyskania finalnych wyników. Dodatkowo, opieranie urządzeń pomiarowych o obudowy łożysk wprowadzało ograniczenie w postaci konieczności dostosowania oparcia do różnego rodzaju kształtu tychże obudów.

Z czeskiego opisu patentowego CZ287165B6 znany jest wózek testowy do przechylania taboru kolejowego zawierający kliny regulacyjne, które są przesuwne w osi wzdłużnej wózka testowego i na których zawieszona jest klatka cylindryczna, której spód jest podparty za pomocą ogniwa obciążnikowego, i płytę centrującą, siłownik hydrauliczny, którego tłok jest sprzężony z suwakiem odczytowym, prowadzonym nad klatką cylindra w pionowej osi toru na górze i na dole przez prowadnicę poprzeczną i prowadnicę wzdłużną oraz szynę, której środek jest zamocowany na wspólnej osi czujnika wagowego i siłownika hydraulicznego za pomocą wspornika.

Zaletą badań wykonywanych na wózku badawczym według czeskiego opisu patentowego CZ287165B6 jest wyeliminowanie ryzyka uwolnienia badanego wagonu z urządzenia pomiarowo-dźwigowego, a tym samym zachowanie bezpiecznych warunków podczas badania dla operatora i obiektu pomiarowego. Jednocześnie stabilne rozmieszczenie mierników zachowuje wymóg wysokiej dokładności wykonywanych pomiarów. Wadą natomiast jest stosowanie układu hydraulicznego, który wymaga instalacji dodatkowych elementów takich jak pompa hydrauliczna, zbiornik na płyn hydrauliczny, siłowniki, przewody hydrauliczne itd., niezbędnych w przypadku stosowania podnośników hydraulicznych. Ponadto układ hydrauliczny jest mało precyzyjny, kosztowny w utrzymaniu, jego prawidłowe użytkowanie wymaga specjalistycznej wiedzy oraz jest podatny na zmiany wydajności częstościowej.

Z europejskiego opisu patentowego EP2631151B1 znana jest instalacja testowa do stacjonarnych kontroli pojazdów kolejowych, która składa się z kilku mobilnych modułów.

Sposób pomiaru na stanowisku badawczym pojazdów kolejowych według opisu patentowego EP2631151B1 polega na tym, że moduły testowe stanowiska badawczego do badań stacjonarnych pojazdów kolejowych są transportowane na miejsce badania. Pojazd kolejowy umieszczony na torze jest podnoszony za pomocą urządzeń podnoszących, a następnie odpowiednie moduły instalacji testowej są wkładane pod pojazd kolejowy i obsługiwane. Za pomocą urządzenia poziomującego pojazd kolejowy jest ustawiany w punktach styku instalacji testowej z kołami pojazdu kolejowego do poziomu, a tak ustawiony pojazd kolejowy jest umieszczany na instalacji testowej i wykonywane są pomiary programu testowego. Po zakończeniu testów stanowisko badawcze jest demontowane na poszczególne moduły mobilne i usuwane. Poszczególne moduły stanowiska badawczego są umieszczane na wózkach dla standardowego toru kolejowego. Możliwość regulacji poszczególnych modułów pozwala na testowanie pojazdów kolejowych o różnym rozstawie kół. Wadą prezentowanego rozwiązania jest skomplikowana konstrukcja oraz wąski zakres wykonywanych pomiarów.

Z uwagi na fakt, że badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych mają bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo pojazdu szynowego przed wykolejeniem, nieustannie poszukiwane są nowe rozwiązania konstrukcyjne nadające się do zastosowania w tego typu badaniach.

Celem wynalazku było opracowanie układu rozwiązującego problem techniczny polegający na niemożności przeprowadzenia badań dynamicznych pojazdów szynowych zgodnych z normą PN-EN 14363 i wymaganych w procedurze dopuszczenia pojazdów szynowych do ruchu, zgodnie z najnowszymi wymaganiami i procedurami europejskimi. Dalszymi celami wynalazku było zapewnienie prostej konstrukcji, precyzyjnego działania, kompaktowej i ekonomicznej budowy, a także zapewnienie mobilności układu.

Istotę wynalazku stanowi układ do badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych, zwłaszcza do badania podatności skrętnej, obejmujący ramę wyposażoną w dwa podnośniki, przetworniki siły i/lub wagi, elementy posadowienia koła pojazdu szynowego, korzystnie w postaci szyn, oraz układ zasilająco-sterujący, charakteryzujący się tym, że każdy z podnośników stanowi podnośnik mechaniczny wyposażony w układ napędowy, korzystnie motoreduktor, oraz sprzęgło, przy czym na każdym z podnośników posadowione jest oparcie, które łączy dwa pionowe słupy prowadzące, a każdy ze słupów prowadzących znajduje się w tulei samosmarnej osadzonej w ramie.

Korzystnie, gdy podnośnik mechaniczny układu według wynalazku wyposażony jest w śrubę kulową.

Korzystnie, gdy układ według wynalazku jest wyposażony w system poziomowania, zwłaszcza w postaci czujnika optycznego.

Korzystnie, gdy układ według wynalazku jest wyposażony w śrubę ograniczającą wychylenie poprzeczne szyny.

Korzystnie, gdy układ według wynalazku jest wyposażony w element jezdny, zwłaszcza w postaci kół lub rolek.

W innym aspekcie wynalazek dotyczy również stanowiska pomiarowego dla pojazdów szynowych, charakteryzującego się tym, że obejmuje co najmniej dwa, a zwłaszcza cztery, układy do badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych, zwłaszcza do badania podatności skrętnej, przy czym każdy z nich obejmuje ramę wyposażoną w dwa podnośniki, przetworniki siły i/lub wagi, elementy posadowienia koła pojazdu szynowego, korzystnie w postaci szyn, oraz układ zasilająco-sterujący, a każdy z podnośników stanowi podnośnik mechaniczny wyposażony w układ napędowy oraz sprzęgło, przy czym na każdym z podnośników posadowione jest oparcie, które łączy dwa pionowe słupy prowadzące, a każdy ze słupów prowadzących znajduje się w tulei samosmarnej osadzonej w ramie.

Korzystnie, gdy podnośnik mechaniczny każdego z układów do badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych stanowiska według wynalazku wyposażony jest w śrubę kulową.

Zastosowanie śruby kulowej daje małe opory ruchu i zapewnia płynne podnoszenie kół pojazdu z dużą precyzją nastawy. Sprawdzano także inne rozwiązania np. w postaci śruby trapezowej, gdzie wykazano konieczność pokonania dużych oporów i tym samym dostarczenie dużej energii, co było niekorzystne. Dzięki wysokiej sprawności podnośnika ze śrubą kulową, możliwe jest zastosowanie napędu o niższej mocy w porównaniu do podnośnika ze śrubą trapezową. Przekłada się to także na mniejszy rozmiar wymaganego napędu. Duża precyzja ruchu podnośnika znacząco ułatwia proces poziomowania układu urządzeń pomiarowych oraz sam proces badania.

System poziomowania znacząco podnosi wygodę oraz szybkość procesu poziomowania, a jako że aparatura pomiarowa zabudowana jest na wadze nie ma konieczności ustawiania jej każdorazowo pod pojazdem. Dodatkowo przy odpowiednim zaprogramowaniu systemu czujników możliwe jest uzyskanie automatycznego procesu samopoziomowania układu składającego się z kilku urządzeń pomiarowych.

Element jezdny umożliwia przemieszczanie układu i sprawia, że może on poruszać się wzdłuż szyn i być w łatwy sposób przemieszczany w docelowe miejsce. Umożliwia to łatwe dostosowanie układu pomiarowego do pojazdów szynowych w zależności od bazy pojazdu. Zastosowanie kół z obrzeżami zabezpiecza układ przed zsuwaniem się z torów w przeciwieństwie do zastosowania rolek.

Dzięki temu ogranicza się niekorzystny wpływ sił poprzecznych działających na konstrukcję i podzespoły urządzenia w czasie wychylenia badanego obiektu.

Podstawową zaletą wynalazku jest to, że zabudowa wszystkich komponentów wykonawczych na ramie wózka, która osadzona jest na kołach jezdnych, pozwala na łatwe manipulowanie rozstawem układu. Jest to szczególnie istotne z uwagi na fakt umożliwienia badania pojazdów o różnych bazach wózków i bazach pojazdu. Dodatkowym atutem wynalazku jest mobilność układu, dzięki czemu może on zostać przetransportowany w dowolne miejsce. Kolejną zaletą układu jest zastosowanie przekładni śrubowej ze śrubą kulową współpracującą z motoreduktorem, co pozwala na uzyskanie precyzyjnego ruchu podnoszenia. Wysoka dokładność umożliwia poziomowanie układu pomiarowego bezpośrednio poprzez przekładnię śrubową, bez konieczności zabudowy dodatkowych urządzeń takich jak pompa hydrauliczna, zbiornik na płyn hydrauliczny, siłowniki, przewody hydrauliczne itd., niezbędnych w przypadku stosowania podnośników hydraulicznych. Szczególną zaletą rozwiązania jest umiejscowienie komponentów pomiarowych ponad przekładnią, które korzystnie wpływają na dokładność pomiaru nacisku koła na szynę. Niwelowany jest w ten sposób wpływ oporów pochodzących od prowadzonego ruchu podnoszenia i opuszczania. Ponadto, niewątpliwym atutem umiejscowienia przetworników siły jest fakt pomiaru nacisku koła w miejscu jego styku z szyną. Kulistość powierzchni główki przetworników siły pozwala na niewielkie ruchy poprzeczne szyny podczas badania. Po wyczerpaniu luzu dalsze pochylanie szyny jest blokowane przez odpowiednio wyprofilowane odbijaki. Wartość luzu może być regulowana poprzez śruby.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania nieograniczającym jego zakresu oraz na rysunkach, na których:

fig. 1 przedstawia układ przeznaczony do badania zachowań dynamicznych pojazdów szy- nowych w widoku z boku, fig. 2 przedstawia układ przeznaczony do badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych w widoku z przodu, fig. 3 przedstawia układ przeznaczony do badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych w widoku z góry, fig. 4 przedstawia kompletne urządzenie pomiarowe w rzucie aksonometrycznym, fig. 5 przedstawia konstrukcję ramy bez oprzyrządowania w rzucie aksonometrycznym, zaś fig. 6 przedstawia kompletne stanowisko pomiarowe do badania wszystkich czterech osi pojazdu.

Układ do badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych, zwłaszcza badania podatności skrętnej, w przykładzie wykonania zawiera ramę 1 wyposażoną w dwa podnośniki 5, przetworniki siły i/lub wagi 11, elementy posadowienia koła pojazdu szynowego 7, w postaci szyn, oraz układ zasilająco-sterujący 16. Każdy z podnośników 5 stanowi podnośnik mechaniczny wyposażony w układ napędowy w postaci motoreduktora 4 oraz sprzęgła 8, i na każdym z podnośników posadowione jest oparcie, które łączy dwa pionowe słupy prowadzące 10, a każdy ze słupów prowadzących 10 znajduje się w tulei samosmarnej 9 osadzonej w ramie 1. Motoreduktory 4 połączone są poprzez sprzęgła 8 z przekładniami śrubowymi 5. Wartości przemieszczeń odczytywane są dzięki impulsom wysyłanym przez motoreduktory. Sprzęgła 8 wyposażone są w osłony 6. Przekładnia śrubowa 5 odpowiada za unoszenie i opuszczanie oparcia 2, którego ruch prowadzony jest przez precyzyjne słupy prowadzące 10, współpracujące z tulejami samosmarnymi 9 zabudowanymi na ramie wózka 1 układu. Słupy 10 przejmują siły boczne, które mogłyby niekorzystnie wpłynąć na pracę przekładni lub nawet ją uszkodzić. Na każdym oparciu umieszczone są dwa przetworniki siły i/lub wagi 11 odczytujące wartość nacisku koła pojazdu na szynę 7. Dla znawcy jest oczywiste, że możliwe jest zastosowanie innej liczby przetworników siły i/lub wagi 11.

W przypadku zastosowania przetworników siły 11 kształt główki jest kulisty, co umożliwia ruchy kątowe przetworników wraz z szyną w zakresie 2 -2,5°. W przypadku wykorzystania przetworników wagi 11 główka ma kształt płaski, stąd konieczne jest zastosowanie dodatkowego elementu pośredniego pomiędzy szyną 7 a tym przetwornikiem wagi 11 o kształcie zapewniającym możliwość nie osiowego przyłożenia siły. Wielkość kąta o jaki może pochylić się szyna 7 jest dodatkowo regulowana poprzez śruby 19, wówczas wartości ruchów kątowych mogą być regulowane w zakresie 0-1°.

Cały układ wraz ze wszystkimi jego komponentami zabudowany jest na ramie 1, która może być z łatwością przemieszczana wzdłuż torów kolejowych dzięki zastosowaniu czterech kół jezdnych 3. Na ramie wózka 1 zabudowane zostały również dodatkowe elementy bezpieczeństwa w postaci indukcyjnych czujników położenia 13 oraz wyłączników awaryjnych 12. Przed przystąpieniem do pomiarów układ musi zostać odpowiednio wypoziomowany, tak aby wszystkie koła badanego pojazdu tworzyły jedną płaszczyznę. Proces ten odbywa się przy wykorzystaniu układu samopoziomującego, obejmującego czujnik optyczny 14 wraz ze współpracującym grawerowanym punktem odniesienia 15. Komunikacja z urządzeniem i jego zasilanie odbywa się przez układ zasilająco-sterujący 16.

Stanowisko pomiarowe dla pojazdów szynowych w przykładzie wykonania składa się z dwóch urządzeń do badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych według wynalazku. W takim przypadku badane są koła na dwóch osiach pojazdu, a koła na dwóch pozostałych osiach powinny być uniesione. W innym wariancie wykonania stanowisko pomiarowe obejmuje cztery urządzenia do badania zachowań dynamicznych według wynalazku. Rozstaw jest dostosowywany w zależności od bazy wózka oraz bazy pojazdu badanego pojazdu szynowego. Sytuację tą obrazuje fig. 6.

Opis sposobu działania jest opisem poglądowym. Te same dane z badania można pozyskać również innymi metodami dostosowanymi do zastanego miejsca wykonywania badania lub oczekiwań klienta. Badanie podatności skrętnej pojazdu szynowego wykonuje się w następujący sposób. Pojazd po jego uniesieniu umieszcza się na dwóch lub czterech układach do badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych, zwłaszcza badania podatności skrętnej (w zależności od typu badanego pojazdu). Przed przystąpieniem do pomiarów układy muszą zostać odpowiednio wypoziomowane, tak aby wszystkie koła badanego pojazdu tworzyły jedną płaszczyznę. Proces ten odbywa się przy wykorzystaniu czujnika laserowego 14 wraz ze współpracującym grawerowanym punktem odniesienia 15. Następnie poprzez unoszenie i opuszczanie poszczególnych kół, zgodnie z procedurą opisaną w normie badań PN-EN 14363, odczytywane są wartości takie jak nacisk każdego z kół oraz ich przemieszczenia pionowe. Sterowanie każdym układem odbywa się z zewnętrznego stanowiska pomiarowego z wykorzystaniem układu zasilająco-sterującego 16. Po zakończeniu testów pojazd jest zdejmowany z opisywanych urządzeń a stanowisko badawcze jest demontowane i usuwane.

Claims (7)

1. Układ do badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych, zwłaszcza do badania podatności skrętnej, obejmujący ramę (1) wyposażoną w dwa podnośniki (5), przetworniki siły i/lub wagi (11), elementy posadowienia koła pojazdu szynowego (7), korzystnie w postaci szyn, oraz układ zasilająco-sterujący (16), znamienny tym, że każdy z podnośników (5) stanowi podnośnik mechaniczny wyposażony w układ napędowy (4), korzystanie motoreduktor, oraz sprzęgło (8), przy czym na każdym z podnośników (5) posadowione jest oparcie (2), które łączy dwa pionowe słupy prowadzące (10), a każdy ze słupów prowadzących (10) znajduje się w tulei samosmarnej (9) osadzonej w ramie (1).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że podnośnik mechaniczny (5) wyposażony jest w śrubę kulową.

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że jest wyposażony w system poziomowania (14), korzystnie w postaci czujnika optycznego.

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że jest wyposażony w śrubę ograniczającą wychylenie poprzeczne szyny (19).

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że jest wyposażony w element jezdny (3), zwłaszcza w postaci kół lub rolek.

6. Stanowisko pomiarowe dla pojazdów szynowych, znamienne tym, że składa się z co najmniej dwóch, zwłaszcza czterech, układów do badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych, zwłaszcza do badania podatności skrętnej, przy czym każdy z nich obejmuje ramę (1) wyposażoną w dwa podnośniki (5), przetworniki siły i/lub wagi (11), elementy posadowienia koła pojazdu szynowego (7), korzystnie w postaci szyn, oraz układ zasilająco-sterujący (16), a każdy z podnośników (5) stanowi podnośnik mechaniczny wyposażony w układ napędowy (4) oraz sprzęgło (8), przy czym na każdym z podnośników (5) posadowione jest oparcie (2), które łączy dwa pionowe słupy prowadzące (10), a każdy ze słupów prowadzących (10) znajduje się w tulei samosmarnej (9) osadzonej w ramie (1).

7. Stanowisko pomiarowe dla pojazdów szynowych według zastrz. 6, znamienne tym, że podnośnik mechaniczny (5) każdego z układów do badania zachowań dynamicznych pojazdów szynowych wyposażony jest w śrubę kulową.