RU104313U1 - DEVICE FOR MEASURING FRICTION FORCES BETWEEN WHEEL AND RAIL - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING FRICTION FORCES BETWEEN WHEEL AND RAIL Download PDFInfo
- Publication number
- RU104313U1 RU104313U1 RU2010135066/11U RU2010135066U RU104313U1 RU 104313 U1 RU104313 U1 RU 104313U1 RU 2010135066/11 U RU2010135066/11 U RU 2010135066/11U RU 2010135066 U RU2010135066 U RU 2010135066U RU 104313 U1 RU104313 U1 RU 104313U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rail
- roller
- friction
- contact
- shaped frame
- Prior art date
Links
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к устройствам для определения сил трения и коэффициента трения между колесом и рельсом. Устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом содержит рельсовую тележку, на которой смонтированы блок преобразования электрических сигналов, система измерения силы трения с упругим элементом и либо тензодатчиками, либо индуктивным датчиком линейных перемещений с чувствительным элементом, а также регулируемый нагружатель с кронштейном и тарированной пружиной для прижатия к рельсу индентора, имитирующий давление колеса транспортного средства на рельс, и механизм подвода индентора к рельсу, выполненный в виде отжимного рычага с тросом, который через шток связан с П-образной рамкой и индентором. При этом индентор выполнен в форме ролика, жестко закрепленного посередине П-образной рамки на валу, установленном в подшипниках качения в ветвях П-образной рамки, имеющей возможность линейного перемещения в полой гильзе регулируемого нагружателя и непосредственно взаимодействующей с его тарированной пружиной, а через шток и трос с отжимным рычагом механизма подвода ролика к рельсу. Система измерения силы трения содержит два храповых механизма с одинаковым числом зубцов, наклоненных в противоположных направлениях, храповое колесо одного из которых расположено на валу на отдельном подшипнике качения в непосредственной близости с одной стороны ролика и входит в контакт своими зубцами с первой собачкой, расположенной и подпружиненной на боковой поверхности ролика, а храповое колесо другого храпового механизма - жестко закреплено на конце вала за пределами П-образной рамки с другой стороны ролика и через подпружиненную вторую собачку, расположенную на первой внешней боковой поверхности П-образной рамки, и дополнительный трос связана со вторым отжимным рычагом механизма подвода ролика к рельсу, причем первый храповой механизм через жестко расположенный на его храповом колесе рычаг и установленную на нем вращающуюся опору взаимодействует с упругим элементом, измеряющим силу трения, причем расстояние от точки касания с упругим элементом вращающейся опоры до оси вращения рычага равно расстоянию от оси вращения ролика до точки касания его с поверхностью рельса, а на второй внешней боковой поверхности П-образной рамки имеется упор, взаимодействующий с чувствительным элементом датчика для измерения износа ролика или индентора. Кроме этого, устройство для измерения силы трения содержит индуктивный датчик линейных перемещений, чувствительный элемент которого расположен непосредственно напротив точки касания вращающейся опоры рычага храпового колеса с упругим элементом по другую сторону этого упругого элемента. При этом образующая поверхности касания ролика с рельсом выполнена в форме полуокружности с радиусом закругления равным радиусу шариков, используемых для проведения испытания смазочных материалов на стандартизированных установках трения, например, четырехшариковой машине трения. Задачей заявляемой полезной модели является повышение точности и достоверности результатов испытаний за счет использования с одной стороны прецизионной системы измерения силы трения, в которой упругий элемент деформируется таким образом, что точка его контакта с действующей на него силой будет всегда находиться на одном и том же радиусе, причем равном радиусу взаимодействия поверхности касания измерительного ролика с рельсом и, следовательно, непосредственно равна силе трения, а, с другой, - обеспечения в любой момент измерений на любом участке рельса возможности контакта первоначальной, т.е. неизношенной, поверхности трения ролика посредством его проворота относительно оси вращения на некоторый угол, определяемый количеством зубцов на храповом колесе системы измерения силы трения, а также контроля и учета изнашивания поверхностей трения ролика непосредственно в процессе испытаний. The utility model relates to rail vehicles, in particular to devices for determining friction forces and the coefficient of friction between a wheel and a rail. A device for measuring friction between a wheel and a rail contains a rail carriage on which an electric signal conversion unit is mounted, a friction force measuring system with an elastic element and either strain gauges or an inductive linear displacement sensor with a sensing element, as well as an adjustable loader with an arm and a calibrated spring for pressing the indenter to the rail, simulating the pressure of the vehicle wheel on the rail, and the indenter supply mechanism to the rail, made in the form of squeezing ychaga with a rope which is connected through a rod with a U-shaped frame and the indenter. In this case, the indenter is made in the form of a roller, rigidly fixed in the middle of the U-shaped frame on a shaft mounted in rolling bearings in the branches of the U-shaped frame, which can be linearly moved in the hollow sleeve of the adjustable supercharger and interacts directly with its calibrated spring, and through the rod and a cable with a squeezing lever of the mechanism for supplying the roller to the rail. The friction force measuring system contains two ratchets with the same number of teeth inclined in opposite directions, one of which has a ratchet wheel located on a shaft on a separate rolling bearing in the immediate vicinity of one side of the roller and comes into contact with its teeth with the first dog located and spring loaded on the side surface of the roller, and the ratchet wheel of another ratchet mechanism is rigidly fixed to the shaft end outside the U-shaped frame on the other side of the roller and is spring-loaded a second dog, located on the first outer side surface of the U-shaped frame, and an additional cable is connected to the second squeeze lever of the mechanism for supplying the roller to the rail, and the first ratchet mechanism interacts with the elastic support mounted on its ratchet wheel and the rotating support an element that measures the friction force, and the distance from the point of contact with the elastic element of the rotating support to the axis of rotation of the lever is equal to the distance from the axis of rotation of the roller to the point of contact with the surface Strongly rail, and the second outer side surface of the U-shaped frame has a stop which cooperates with a sensing element of the sensor for measuring the wear of a roller or the indenter. In addition, the device for measuring the friction force contains an inductive linear displacement sensor, the sensitive element of which is located directly opposite the point of contact of the rotating support of the ratchet lever arm with an elastic element on the other side of this elastic element. In this case, the generatrix of the contact surface of the roller with the rail is made in the form of a semicircle with a radius of curvature equal to the radius of the balls used to test lubricants in standardized friction units, for example, a four-ball friction machine. The objective of the claimed utility model is to increase the accuracy and reliability of test results through the use of a precision friction force measurement system on one side, in which the elastic element is deformed in such a way that the point of contact with the force acting on it will always be on the same radius, moreover, it is equal to the radius of interaction of the contact surface of the measuring roller with the rail and, therefore, is directly equal to the friction force, and, on the other hand, to ensure at any time the measurements m of the rail section of the initial contact potential, i.e. the worn out friction surface of the roller by turning it relative to the axis of rotation by a certain angle, determined by the number of teeth on the ratchet wheel of the friction force measuring system, as well as monitoring and accounting for the wear of the friction surfaces of the roller directly during testing.
Description
Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к устройствам для определения сил трения и коэффициента трения между колесом и рельсом.The utility model relates to rail vehicles, in particular to devices for determining friction forces and the coefficient of friction between a wheel and a rail.
Известно устройство для измерения коэффициента трения между колесом и рельсом, связанное с определением сил трения, содержащее установленный на П-образной раме измерительный ролик, прижимаемый к рельсу с помощью съемных грузов и кинематически связанный с затормаживающим механизмом, который выполнен в виде упругой пластины, оборудованной тензометрическими датчиками, а по обеим сторонам ролика установлены щечки с желобками, к которым прикреплен своими концами тросик, который осуществляет кинематическую связь измерительного ролика с пластиной [1].A device for measuring the coefficient of friction between a wheel and a rail, associated with the determination of friction forces, comprising a measuring roller mounted on a U-shaped frame, pressed against the rail using removable weights and kinematically connected with a braking mechanism, which is made in the form of an elastic plate equipped with strain gauges sensors, and on both sides of the roller there are cheeks with grooves to which a cable is attached at their ends, which carries out the kinematic connection of the measuring roller with astynom [1].
К недостатком данного устройства можно отнести невозможность его установки на движущееся рельсовое транспортное средство и, следовательно, измерения коэффициента трения в процессе движения транспортного средства. К недостаткам также можно отнести необходимость предварительной настройки устройства и ограниченная возможность измерения коэффициента трения и сил трения только на поверхности катания рельса.The disadvantage of this device is the impossibility of its installation on a moving rail vehicle and, therefore, the measurement of the friction coefficient during the movement of the vehicle. The disadvantages also include the need to pre-configure the device and the limited ability to measure the coefficient of friction and friction forces only on the rolling surface of the rail.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом, содержащее рельсовую тележку, состоящую из рамы, двух опорных колес, предназначенных для передвижения по рельсу, на котором производятся измерения, стабилизирующих тележку в горизонтальной и вертикальной плоскостях направляющих роликов, опираемых на противоположный рельс, на которой смонтирована измерительная система с тензометрическим элементом и блоком преобразования электрических сигналов, соединенным проводами с тензометрическим элементом, измерительная система снабжена регулируемым нагружателем, имитирующим давление колеса транспортного средства на рельс, выполненным из полой гильзы, на одном из концов которой закреплен подвижно индентор, выполненный в форме шарика, а с другой ее стороны установлена резьбовая крышка, между которыми внутри гильзы помещена тарированная пружина для прижатия к рельсу индентора, с которым связан шток, проходящий внутри гильзы через резьбовую крышку, механизмом подвода регулируемого нагружателя к рельсу, а регулируемый нагружатель установлен на раме шарнирно через ось фланца крепления к ней для изменения положения относительно оси фланца крепления с рамой для установки точно в требуемой зоне головки рельса и соединен тягой с тензометрическим элементом [2]. Кроме этого, механизм подвода регулируемого нагружателя к рельсу выполнен в виде отжимного рычага с тросом, который соединен со штоком регулируемого нагружателя. В результате обеспечивается возможность измерять силу трения под колесом в любой зоне головки рельса как на поверхности катания, так и на боковой грани, независимо от формы износа головки рельса с имитацией контактного давления от колеса транспортного средства на рельс.Closest to the technical nature of the claimed utility model is a device for measuring friction between a wheel and a rail, comprising a rail trolley consisting of a frame, two support wheels designed to move along a rail on which measurements are made to stabilize the trolley in horizontal and vertical planes guide rollers supported on the opposite rail on which the measuring system is mounted with a strain gauge element and an electrical signal conversion unit, connected by wires with a strain gauge element, the measuring system is equipped with an adjustable loader that simulates the pressure of the vehicle’s wheel on a rail made of a hollow sleeve, at one end of which a movable indenter made in the form of a ball is fixed, and on the other side there is a threaded cover, between which a calibrated spring is placed inside the sleeve to press the indenter against the rail, to which the rod passing through the threaded cover through the threaded cover is connected by an adjustable loading mechanism holder to the rail, and an adjustable loader is mounted on the frame articulated through the axis of the mounting flange to it to change the position relative to the axis of the mounting flange with the frame for installation exactly in the desired area of the rail head and is connected by a rod with a tensometric element [2]. In addition, the mechanism for supplying the adjustable loader to the rail is made in the form of a squeezing lever with a cable, which is connected to the rod of the adjustable loader. As a result, it is possible to measure the friction force under the wheel in any area of the rail head both on the rolling surface and on the side face, regardless of the form of wear of the rail head with simulated contact pressure from the vehicle wheel to the rail.
Недостатком известных устройств является ограниченная возможность точного измерения коэффициента трения и сил трения, с одной стороны, из-за возникновения в них релаксационных колебаний и, следовательно, скачкообразного характера перемещения поверхностей трения индентора (выполненного либо в форме измерительного ролика, как в первом устройстве, либо в форме шарика) и возникающего по достижении некоторой деформации, когда сила натяжения тензометрического элемента уравняет силу трения и после достижения максимального отклоненного положения нагружателя происходит срыв индентора и возврат нагружателя в исходное положение, после чего колебательный процесс вновь повторяется, но уже на другой, изношенной, поверхности индентора. С другой стороны - из-за невозможности замены непосредственно в процессе измерения сил трения, в частности, при движении рельсовой тележки самого индентора или той части его поверхности, которая предназначена для взаимодействия с исследуемой поверхностью рельса. Особенно это важно при исследовании различных участков рельса, как покрытых смазочным материалом или имеющих какие-то загрязнения, так и без смазочного материала, что, несомненно, за счет, например, налипания загрязнений или адсорбции молекул смазочного материала на поверхности трения индентора будет отражаться на точности измерений сил трения и коэффициента трения на разных участках рельса. Кроме того, сам износ поверхности трения индентора, и, самое главное, отсутствие «компенсации» его или хотя бы учета непосредственно в процессе испытаний на различных участках рельса, будет сказываться на достоверности испытаний, так как при этом в ходе измерений постоянно будет изменяться первоначальная площадь контакта, а, следовательно, и условия нагружения в зоне контакта индентора с поверхностью рельса.A disadvantage of the known devices is the limited ability to accurately measure the coefficient of friction and friction forces, on the one hand, due to the occurrence of relaxation vibrations in them and, consequently, the spasmodic nature of the movement of the friction surfaces of the indenter (made either in the form of a measuring roller, as in the first device, or in the form of a ball) and arising upon reaching some deformation, when the tensile force of the tensometric element equalizes the friction force and after reaching the maximum deflected nagruzhatelya dix breakdown occurs nagruzhatelya indenter and returns to its original position, whereupon the oscillation process is repeated again, but on the other hand, worn, the surface of the indenter. On the other hand, due to the impossibility of replacing directly in the process of measuring friction forces, in particular, when the rail carriage of the indenter itself or that part of its surface that is designed to interact with the rail surface under study is moving. This is especially important when examining various sections of the rail, both coated with a lubricant or having some kind of contamination, and without a lubricant, which, undoubtedly, due to, for example, sticking of contaminants or adsorption of molecules of a lubricant on the friction surface of the indenter, will affect the accuracy measurements of friction forces and friction coefficient on different sections of the rail. In addition, the very wear of the friction surface of the indenter, and, most importantly, the absence of “compensation” for it, or at least taking it directly into account during testing on different sections of the rail, will affect the reliability of the tests, since the initial area will constantly change during measurements contact, and, consequently, the loading conditions in the contact zone of the indenter with the rail surface.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение точности и достоверности результатов испытаний за счет использования с одной стороны прецизионной системы измерения силы трения, в которой упругий элемент деформируется таким образом, что точка его контакта с действующей на него силой будет всегда находиться на одном и том же радиусе, причем равном радиусу взаимодействия поверхности касания измерительного ролика с рельсом и, следовательно, непосредственно равна силе трения, а, с другой, - обеспечения в любой момент измерений на любом участке рельса возможности контакта первоначальной, т.е. неизношенной, поверхности трения ролика посредством его проворота относительно оси вращения на некоторый угол, определяемый количеством зубцов на храповом колесе системы измерения силы трения, а также контроля и учета изнашивания поверхностей трения ролика непосредственно в процессе испытаний.The objective of the claimed utility model is to increase the accuracy and reliability of test results through the use of a precision friction force measuring system on one side, in which the elastic element is deformed in such a way that the point of contact with the force acting on it will always be on the same radius, moreover, it is equal to the radius of interaction of the contact surface of the measuring roller with the rail and, therefore, is directly equal to the friction force, and, on the other hand, to ensure at any time the measurements m of the rail section of the initial contact potential, i.e. the worn out friction surface of the roller by turning it about an angle of rotation relative to the axis of rotation, determined by the number of teeth on the ratchet wheel of the friction force measuring system, as well as controlling and accounting for the wear of the friction surfaces of the roller directly during testing.
Решение поставленной задачи достигается тем, что, согласно заявляемой полезной модели, устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом, содержит рельсовую тележку, на которой смонтированы система измерения силы трения с упругим тензометрическим элементом и блоком преобразования электрических сигналов, регулируемый нагружатель с тарированной пружиной для прижатия к рельсу индентора, имитирующий давление колеса транспортного средства на рельс, и механизм подвода индентора к рельсу, выполненный в виде отжимного рычага с тросом, который через шток связан с регулируемым нагружателем, причем индентор выполнен в форме ролика, жестко закрепленного посередине П-образной рамки на валу, установленном в подшипниках качения в ветвях П-образной рамки, имеющей возможность линейного перемещения в полой гильзе регулируемого нагружателя и непосредственно взаимодействующей с его тарированной пружиной, а через шток и трос - с отжимным рычагом механизма подвода ролика к рельсу, система измерения силы трения дополнительно содержит два храповых механизма с одинаковым числом зубцов, наклоненных в противоположных направлениях, храповое колесо одного из которых расположено на валу на отдельном подшипнике качения в непосредственной близости с одной стороны ролика и входит в контакт своими зубцами с первой собачкой, расположенной и подпружиненной на боковой поверхности ролика, а храповое колесо другого храпового механизма - жестко закреплено на конце вала за пределами П-образной рамки с другой стороны ролика и через подпружиненную вторую собачку, расположенную на первой внешней боковой поверхности П-образной рамки, и дополнительный трос связана со вторым отжимным рычагом механизма подвода ролика к рельсу, причем первый храповой механизм через жестко расположенный на его храповом колесе рычаг и установленную на нем вращающуюся опору взаимодействует с упругим элементом, измеряющим силу трения, причем расстояние от точки касания с упругим элементом вращающейся опоры до оси вращения рычага равно расстоянию от оси вращения ролика до точки касания его с поверхностью рельса, а на второй внешней боковой поверхности П-образной рамки имеется упор, взаимодействующий с чувствительным элементом датчика и предназначенный для измерения износа ролика или индентора. Кроме этого, в устройстве для измерения силы трения используют индуктивный датчик линейных перемещений, чувствительный элемент которого расположен непосредственно напротив точки касания вращающейся опоры рычага храпового колеса с упругим элементом по другую сторону упругого элемента, а образующая поверхности касания ролика с рельсом выполнена в форме полуокружности с радиусом закругления равным радиусу шариков, используемых для проведения испытания смазочных материалов на стандартизированных установках трения, например, четырехшариковой машине трения.The solution to this problem is achieved by the fact that, according to the claimed utility model, a device for measuring friction between a wheel and a rail contains a rail carriage on which a friction force measuring system with an elastic strain gauge element and an electrical signal conversion unit is mounted, an adjustable loader with a calibrated spring for pressing the indenter to the rail, simulating the pressure of the vehicle wheel on the rail, and the indenter supply mechanism to the rail, made in the form of a squeezing lever with three catfish, which is connected through the rod to an adjustable loader, and the indenter is made in the form of a roller rigidly fixed in the middle of the U-shaped frame on a shaft mounted in rolling bearings in the branches of the U-shaped frame, which can be linearly moved in the hollow sleeve of the adjustable loader and directly interacts with its calibrated spring, and through the rod and cable with the release lever of the mechanism for supplying the roller to the rail, the friction force measuring system additionally contains two ratchets with the same number m of teeth inclined in opposite directions, the ratchet wheel of one of which is located on the shaft on a separate rolling bearing in the immediate vicinity of one side of the roller and comes into contact with its teeth with the first dog located and spring-loaded on the side surface of the roller, and the ratchet wheel of the other ratchet mechanism - is rigidly fixed to the end of the shaft outside the U-shaped frame on the other side of the roller and through a spring-loaded second dog located on the first outer side surface of the U-shaped th frame, and an additional cable is connected to the second squeezing lever of the mechanism for supplying the roller to the rail, the first ratchet mechanism interacting with the elastic element measuring the friction force through the lever rigidly mounted on its ratchet wheel and the distance from the point of contact with the elastic element of the rotating support to the axis of rotation of the lever is equal to the distance from the axis of rotation of the roller to the point of contact with the rail surface, and there is an emphasis on the second outer side surface of the U-shaped frame, interacting with the sensor element of the sensor and designed to measure the wear of the roller or indenter. In addition, the device for measuring the friction force uses an inductive linear displacement sensor, the sensitive element of which is located directly opposite the point of contact of the rotating support of the ratchet lever arm with the elastic element on the other side of the elastic element, and the generatrix of the contact surface of the roller with the rail is made in the form of a semicircle with a radius rounding equal to the radius of the balls used to test lubricants in standardized friction systems, such as four aric machine friction.
На фиг.1 показано предлагаемое устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом, общий вид;Figure 1 shows the proposed device for measuring friction between the wheel and the rail, a General view;
на фиг.2 - то же, вид сверху;figure 2 is the same, a top view;
на фиг.3 - то же, вид сбоку;figure 3 is the same side view;
на фиг.4 - сечение А-А на фиг.1;figure 4 is a section aa in figure 1;
на фиг.5 - предлагаемое устройство на боковой поверхности рельса.figure 5 - the proposed device on the side surface of the rail.
Устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом содержит рельсовую тележку, на которой смонтированы блок преобразования электрических сигналов (на фигурах не показано), система измерения силы трения 1 (фиг.1) с упругим элементом 2 и либо тензодатчиками 3 и 4 (фиг.2 и 4), либо индуктивным датчиком линейных перемещений 5 (фиг.2-4) с чувствительным элементом 6, а также регулируемый нагружатель 7 с кронштейном 8 и тарированной пружиной 9 для прижатия к рельсу 10 индентора 11, имитирующий давление колеса транспортного средства на рельс, и механизм подвода индентора 11 к рельсу 10, выполненный в виде отжимного рычага (на фигурах не показано) с тросом 12, который через шток 13 связан с П-образной рамкой 14 и индентором 11. При этом индентор 11 выполнен в форме ролика, жестко закрепленного посередине П-образной рамки 14 на валу 15, установленном в подшипниках качения 16 и 17 в ветвях П-образной рамки 14, имеющей возможность линейного перемещения в полой гильзе 18 регулируемого нагружателя 7 и непосредственно взаимодействующей с его тарированной пружиной 9, а через шток 13 и трос 12 с отжимным рычагом механизма подвода ролика к рельсу 10. Система измерения силы трения 1 (фиг.1-4) содержит два храповых механизма 19 и 20 с одинаковьм числом зубцов 21 и 22, наклоненных в противоположных направлениях, храповое колесо 23 одного из которых расположено на валу 15 на отдельном подшипнике качения 24 в непосредственной близости с одной стороны ролика 11 и входит в контакт своими зубцами 21 с первой собачкой 25 (фиг.2 и 4), расположенной и подпружиненной на боковой поверхности ролика 11, а храповое колесо 26 другого храпового механизма 20 - жестко закреплено на конце вала 15 за пределами П-образной рамки 14 с другой стороны ролика 11 и через подпружиненную вторую собачку 27 (фиг.1-3), расположенную на первой внешней боковой поверхности П-образной рамки 14, и дополнительный трос 28 связано со вторым отжимным рычагом (на фигурах не показано) механизма подвода ролика 11 к рельсу 10, причем первый храповой механизм 19 через жестко расположенный на его храповом колесе 23 рычаг 29 и установленную на нем вращающуюся опору 30 (фиг.1-4) взаимодействует с упругим элементом 2, измеряющим силу трения, причем расстояние от точки касания с упругим элементом 2 вращающейся опоры 30 до оси вращения рычага 29 равно расстоянию от оси вращения ролика 11 до точки касания его с поверхностью рельса 10, а на второй внешней боковой поверхности П-образной рамки 14 имеется упор 31 (фиг.1-2), взаимодействующий с чувствительным элементом 32 датчика 33 для измерения износа ролика 11 или индентора. Кроме этого, устройство для измерения силы трения содержит индуктивный датчик линейных перемещений 5, чувствительный элемент 6 которого расположен непосредственно напротив точки касания вращающейся опоры 30 рычага 29 храпового колеса 23 с упругим элементом 2 по другую сторону этого упругого элемента. При этом образующая поверхности касания ролика 11 с рельсом 10 выполнена в форме полуокружности с радиусом закругления R1 (фиг.1) равным радиусу шариков, используемых для проведения испытания смазочных материалов на стандартизированных установках трения. Например, четырехшариковой машине трения.A device for measuring friction between a wheel and a rail contains a rail carriage on which an electric signal conversion unit (not shown in the figures) is mounted, a system for measuring friction force 1 (Fig. 1) with an elastic element 2 and either strain gauges 3 and 4 (Fig. 2 and 4), or an inductive linear displacement sensor 5 (Figs. 2-4) with a sensing element 6, as well as an adjustable loader 7 with an arm 8 and a calibrated spring 9 for pressing indenter 11 against the rail 10, simulating the pressure of the vehicle wheel on the rail , and mechanics 3 inlet of the indenter 11 to the rail 10, made in the form of a release lever (not shown in the figures) with a cable 12, which through the rod 13 is connected to the U-shaped frame 14 and the indenter 11. In this case, the indenter 11 is made in the form of a roller, rigidly fixed in the middle U-shaped frame 14 on the shaft 15, mounted in rolling bearings 16 and 17 in the branches of the U-shaped frame 14, with the possibility of linear movement in the hollow sleeve 18 of the adjustable loader 7 and directly interacting with its calibrated spring 9, and through the rod 13 and the cable 12 with release lever the anism of supplying the roller to the rail 10. The system for measuring the friction force 1 (Figs. 1-4) contains two ratchet mechanisms 19 and 20 with the same number of teeth 21 and 22, inclined in opposite directions, the ratchet wheel 23 of one of which is located on the shaft 15 on a separate rolling bearing 24 in the immediate vicinity on one side of the roller 11 and comes into contact with its teeth 21 with the first dog 25 (2 and 4) located and spring-loaded on the side surface of the roller 11, and the ratchet wheel 26 of the other ratchet mechanism 20 is rigidly fixed at the end of the shaft 15 outside the U-shaped frame 14 on the other side of the roller 11 and through the spring-loaded second dog 27 (Fig.1-3) located on the first outer side surface of the U-shaped frame 14, and an additional cable 28 is connected to the second squeezing lever (on figures not shown) the mechanism for supplying the roller 11 to the rail 10, and the first ratchet mechanism 19 through the lever 29 rigidly located on its ratchet wheel 23 and the rotating support 30 mounted on it (Figs. 1-4) interacts with an elastic element 2 measuring the friction force , and the distance from the touch point elastic element 2 of the rotating support 30 to the axis of rotation of the lever 29 is equal to the distance from the axis of rotation of the roller 11 to the point of contact with the surface of the rail 10, and on the second outer side surface of the U-shaped frame 14 there is a stop 31 (Fig.1-2), interacting with a sensing element 32 of the sensor 33 for measuring wear of the roller 11 or indenter. In addition, the device for measuring friction contains an inductive linear displacement sensor 5, the sensitive element 6 of which is located directly opposite the point of contact of the rotating support 30 of the lever 29 of the ratchet wheel 23 with the elastic element 2 on the other side of this elastic element. In this case, the generatrix of the contact surface of the roller 11 with the rail 10 is made in the form of a semicircle with a radius of curvature R1 (Fig. 1) equal to the radius of the balls used to test lubricants in standardized friction units. For example, a four-ball friction machine.
Устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом работает следующим образом.A device for measuring friction between a wheel and a rail works as follows.
В местах измерения устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом с помощью кронштейна 8 и регулируемого нагружателя 7 устанавливается операторами на рельсовой тележке так, что приводится в контакт ролик 11 с рельсом 10 (фиг.1 и 3). На рельсах устройство передвигается оператором примерно со скоростью V=1 м/с. В месте измерения оператор отпускает отжимной рычаг механизма подвода ролика 11 и через трос 12 и шток 13, связанный с П-образной рамкой 14, под действием силы установленной в регулируемом нагружателе 7 тарированной пружины 9 поджимает ролик 11 к рельсу 10. Ролик 11 за счет сил трения Fтp с рельсом 10, направленных в противоположную сторону направлению движения V (фиг.3) поворачивается по часовой стрелке, увлекая за собой расположенную и подпружиненную на боковой поверхности ролика 11 собачку 25 (фиг.4), которая входит в контакт с зубцами 21 и увлекает за собой, поворачивая по часовой стрелке храповое колесо 23 с жестко расположенном на нем рычагом 29. В результате, установленная на рычаге 29 вращающаяся опора 30 взаимодействует с упругим элементом 2, вызывая его механическую деформацию, которая посредством либо тензодатчиков 3 и 4 (фиг.2 и 4), либо индуктивного датчика линейных перемещений 5 с чувствительным элементом 6 (фиг.2-4) преобразуется в сигналы электрического тока и, далее, в считываемую информацию о силе трения между роликом 11 и рельсом 10. При этом в начальный момент движение ролика 11 относительно поверхности рельса 10 будет носить характер перекатывания, вследствие чего возникающее трение будет трением качения. Качение сопровождается деформированием упругого элемента 2, вследствие чего наряду с качением будет возникать частичное проскальзывание ролика 11. Поэтому трение на этой стадии будет смешанным, состоящим из трения качения и трения скольжения. Коэффициент трения, постепенно возрастая, получает промежуточные значения между коэффициентами трения качения и трения скольжения. По мере развития процесса, роль трения качения постепенно уменьшается, а трение скольжения возрастает, в пределе в системе установится чистое трение скольжения.In the places of measurement, a device for measuring the frictional forces between the wheel and the rail using the bracket 8 and the adjustable loader 7 is installed by the operators on the rail trolley so that the roller 11 is brought into contact with the rail 10 (Figs. 1 and 3). On rails, the device is moved by the operator at a speed of V = 1 m / s. At the measurement site, the operator releases the squeezing lever of the roller feed mechanism 11 and through the cable 12 and the rod 13 connected to the U-shaped frame 14, under the action of the force of a calibrated spring 9 installed in the adjustable loader 7, compresses the roller 11 to the rail 10. Roller 11 due to forces friction F TP with a rail 10 directed in the opposite direction to the direction of movement V (Fig. 3) rotates clockwise, entraining a dog 25 (Fig. 4) located and spring-loaded on the side surface of the roller 11, which comes into contact with the teeth 21 and carries away with the battle, turning the ratchet wheel 23 clockwise with the lever 29 rigidly located on it. As a result, the rotating support 30 mounted on the lever 29 interacts with the elastic element 2, causing it to deform mechanically, which either by means of strain gauges 3 and 4 (Fig. 2 and 4), or an inductive linear displacement sensor 5 with a sensing element 6 (Figs. 2-4) is converted into electric current signals and, further, into readable information about the friction force between the roller 11 and the rail 10. At the same time, the movement of the roller 11 relates flax surface of the rail 10 will have the character of rolling, whereby the resulting friction is rolling friction. The rolling is accompanied by the deformation of the elastic element 2, as a result of which, along with the rolling, a partial slipping of the roller 11 will occur. Therefore, the friction at this stage will be mixed, consisting of rolling friction and sliding friction. The coefficient of friction, gradually increasing, receives intermediate values between the coefficients of rolling friction and sliding friction. As the process develops, the role of rolling friction gradually decreases, and sliding friction increases, in the limit, pure sliding friction is established in the system.
Таким образом, отличительной особенностью предлагаемого устройства является наличие нестационарной области, в которой происходит непрерывный переход от трения качения через смешанное трение к трению скольжения. Установившемуся (стационарному) состоянию системы соответствует чистое трение скольжения, к которому система приходит путем постепенного, асимптотического приближения. Асимптотическое приближение системы к устойчивому состоянию, соответствующему трению скольжения, предотвращает возможность возникновения в ней автоколебаний. В такой системе могут возникнуть лишь апериодические колебания, переводящие ее в устойчивое равновесное состояние. При этом следует отметить, что в предлагаемом устройстве упругий элемент 2 деформируется таким образом, что точка его контакта с вращающейся опорой 30 рычага 29 будет всегда находиться на одном и том же радиусе (первоначальном). По этой же причине сила деформированного упругого элемента 2 для установившегося состояния будет точно соответствовать силе трения скольжения, возникшей между трущимися поверхностями ролика 11 и рельса 10.Thus, a distinctive feature of the proposed device is the presence of a non-stationary region in which there is a continuous transition from rolling friction through mixed friction to sliding friction. The steady (stationary) state of the system corresponds to the pure sliding friction, to which the system comes by a gradual, asymptotic approximation. The asymptotic approach of the system to a stable state corresponding to sliding friction prevents the possibility of self-oscillations in it. In such a system, only aperiodic oscillations can occur, translating it into a stable equilibrium state. It should be noted that in the proposed device, the elastic element 2 is deformed in such a way that the point of contact with the rotating support 30 of the lever 29 will always be on the same radius (initial). For the same reason, the force of the deformed elastic element 2 for the steady state will exactly correspond to the sliding friction force that has arisen between the rubbing surfaces of the roller 11 and the rail 10.
Поскольку измеряемая в точке контакта ролика 11 и рельса 10 сила трения пропорциональна коэффициенту трения колеса рельсового транспортного средства и зависит от силы, прижимающей ролик 11 к рельсу 10 (нормальная сила), то в свою очередь, изменение нормальной силы в данном устройстве может осуществляться в широких пределах затягиванием или ослаблением затяжки крышки регулируемого нагружателя 7 или установкой в нем другой тарированной пружины 9 (фиг.1 и 3). Причем, применение в устройстве для измерения сил трения между колесом и рельсом ролика с образующей поверхности касания с рельсом, выполненной в форме полуокружности (например, с радиусом закругления R1 - фиг.1) позволяет определять силы трения на рельсе в конкретном месте контакта колеса с рельсом как на боковой грани рельса (фиг.5), так и на поверхности катания (фиг.1) и в условиях, имитирующих давление колеса любого транспортного средства на рельс, а также сравнивать полученные результаты эксплуатационных испытаний на различных участках рельсов, покрытых разными смазочными материалами, с результатами испытаний тех же или других смазочных материалов, полученными в лабораторных условиях, в частности, при трении шариков с аналогичным радиусом закругления и используемых для проведения испытания смазочных материалов на стандартизированных установках трения, например, четырехшариковой машине трения и т.д.Since the friction force measured at the contact point of the roller 11 and the rail 10 is proportional to the coefficient of friction of the wheel of the rail vehicle and depends on the force pressing the roller 11 against the rail 10 (normal force), in turn, the change in the normal force in this device can be wide limits by tightening or loosening the tightening of the cover of the adjustable loader 7 or the installation of another calibrated spring 9 (Fig.1 and 3). Moreover, the use in the device for measuring the frictional forces between the wheel and the rail of the roller with the forming contact surface with the rail made in the form of a semicircle (for example, with a radius of curvature R1 - figure 1) allows you to determine the friction forces on the rail at a specific point of contact of the wheel with the rail both on the side of the rail (figure 5), and on the surface of the ride (figure 1) and under conditions that simulate the pressure of the wheel of any vehicle on the rail, and also compare the results of operational tests at different sections of p of ice covered with different lubricants, with the results of tests of the same or other lubricants obtained in laboratory conditions, in particular, when rubbing balls with the same radius of curvature and used for testing lubricants on standardized friction systems, for example, a four-ball friction machine and etc.
Кроме этого, оператором в предлагаемом устройстве в любой момент измерений на любом участке рельса с помощью, с одной стороны, вывода из контакта ролика 11 с рельсом 10 путем нажатия отжимного рычага через трос 12, шток 13 и сжатия пружины 9 регулируемого нагружателя 7 а, с другой, - проворота ролика 11, но уже не по часовой стрелке как было при движении ролика по рельсу, а против часовой стрелки, например, с точки «б» в точку «а», как показано на фиг.3 и 4, относительно его оси вращения на некоторый угол Y, определяемый количеством зубцов на храповом колесе системы измерения силы трения, путем нажатия второго отжимного рычага через дополнительный трос 28, связанный с подпружиненной второй собачкой 27 (фиг.3), расположенной на внешней боковой поверхности П-образной рамки 14 и взаимодействующей с зубцами 22 храпового колеса 26 легко обеспечивается возможность контакта «первоначальной», т.е. неизношенной, поверхности трения ролика 11 с поверхностью рельса 10. Данный процесс измерений может повторяться столько раз, сколько зубцов на храповом колесе используемого храпового механизма. Причем, такая перенастройка системы измерения силы трения может осуществляться без остановки рельсовой тележки, т.е. непосредственно в процессе ее движения, и позволяет на любом участке рельса наиболее достоверно учитывать влияние на измерение силы трения смазочных материалов, особенно при переходе от участка со смазочным материалом к участку без смазочного материала, а также влияния на показания измерений каких-либо загрязнений, влаги или других факторов. Кроме того, измерение износа ролика 11 с помощью датчика износа 33 дает дополнительную более достоверную информацию о процессе трения, так как позволяет оценивать площадь контакта ролика 11 с рельсом 10 в любой момент времени.In addition, the operator in the proposed device at any time of measurements on any section of the rail using, on the one hand, the output of the contact of the roller 11 with the rail 10 by pressing the squeezing lever through the cable 12, rod 13 and compressing the spring 9 of the adjustable loader 7 a, s another, the rotation of the roller 11, but no longer clockwise as it was when the roller was moving along the rail, but counterclockwise, for example, from point “b” to point “a”, as shown in FIGS. 3 and 4, relative to it the rotation axis by a certain angle Y, determined by the number of teeth on the ratchet stake all systems for measuring friction force, by pressing the second squeeze lever through an additional cable 28, connected to the spring-loaded second dog 27 (Fig. 3), located on the outer side surface of the U-shaped frame 14 and interacting with the teeth 22 of the ratchet wheel 26, contact is easily provided “Initial”, i.e. unworn, friction surface of the roller 11 with the surface of the rail 10. This measurement process can be repeated as many times as the teeth on the ratchet wheel of the used ratchet mechanism. Moreover, such a retuning of the friction force measuring system can be carried out without stopping the rail carriage, i.e. directly in the process of its movement, and allows on any section of the rail to most reliably take into account the influence on the measurement of the friction force of lubricants, especially when moving from a section with a lubricant to a section without lubricant, as well as the influence on the measurement readings of any pollution, moisture or other factors. In addition, the measurement of the wear of the roller 11 using the wear sensor 33 provides additional more reliable information about the friction process, as it allows you to evaluate the contact area of the roller 11 with the rail 10 at any time.
Таким образом, с помощью предложенных в данном устройстве для измерения, сил трения между колесом и рельсом оригинальных конструктивных особенностей, позволяющих получить прецизионную систему измерения силы трения и обеспечения в ней возможности в любой момент измерения на любом участке рельса контакта первоначальной, т.е. неизношенной, поверхности трения ролика посредством его проворота относительно оси вращения на некоторый угол, определяемый количеством зубцов на храповом колесе системы измерения силы трения, а также контроля и учета износа поверхностей трения ролика непосредственно в процессе испытаний добиваются высокой точности измерений и получения достоверной и надежной информации о триботехнических свойствах на различных участках поверхностей рельсов, независимо например, от их загрязнения или других каких-то факторов, способных повлиять на результаты измерения.Thus, using the original design features proposed in this device for measuring friction between the wheel and the rail, it is possible to obtain a precision system for measuring the friction force and providing it with the possibility at any time to measure on any section of the contact rail of the original, i.e. the worn out friction surface of the roller by turning it relative to the axis of rotation by a certain angle, determined by the number of teeth on the ratchet wheel of the friction force measuring system, and also by monitoring and recording wear of the friction surfaces of the roller directly in the test process, achieve high measurement accuracy and obtain reliable and reliable information about tribological properties on various sections of rail surfaces, regardless, for example, of contamination or other factors that may affect measurement results.
Источники информацииInformation sources
1. SU, авторское свидетельство 492412, кл. В61К 13/00, опубл. 25.11.1975 г.1. SU, copyright certificate 492412, cl. B61K 13/00, publ. 11/25/1975
2. RU, 2220410, кл. G01M 17/08, В61К 13/00, опубл. 27.12.2003.2. RU, 2220410, cl. G01M 17/08, B61K 13/00, publ. 12/27/2003.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010135066/11U RU104313U1 (en) | 2010-08-20 | 2010-08-20 | DEVICE FOR MEASURING FRICTION FORCES BETWEEN WHEEL AND RAIL |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010135066/11U RU104313U1 (en) | 2010-08-20 | 2010-08-20 | DEVICE FOR MEASURING FRICTION FORCES BETWEEN WHEEL AND RAIL |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU104313U1 true RU104313U1 (en) | 2011-05-10 |
Family
ID=44733149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010135066/11U RU104313U1 (en) | 2010-08-20 | 2010-08-20 | DEVICE FOR MEASURING FRICTION FORCES BETWEEN WHEEL AND RAIL |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU104313U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107314944A (en) * | 2017-05-27 | 2017-11-03 | 西南交通大学 | A kind of wheel-rail friction fatigue test device and its experimental method |
| CN109472058A (en) * | 2018-10-16 | 2019-03-15 | 成都泰隆游乐实业有限公司 | A kind of water slide trajectory analysis method |
| CN112147068A (en) * | 2020-11-06 | 2020-12-29 | 西北工业大学 | High-speed high-temperature friction wear test bed adopting symmetric loading |
-
2010
- 2010-08-20 RU RU2010135066/11U patent/RU104313U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107314944A (en) * | 2017-05-27 | 2017-11-03 | 西南交通大学 | A kind of wheel-rail friction fatigue test device and its experimental method |
| CN109472058A (en) * | 2018-10-16 | 2019-03-15 | 成都泰隆游乐实业有限公司 | A kind of water slide trajectory analysis method |
| CN112147068A (en) * | 2020-11-06 | 2020-12-29 | 西北工业大学 | High-speed high-temperature friction wear test bed adopting symmetric loading |
| CN112147068B (en) * | 2020-11-06 | 2023-04-18 | 西北工业大学 | High-speed high-temperature friction wear test bed adopting symmetric loading |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108051328B (en) | Multifunctional friction and wear testing machine based on pin disc friction pair and testing method thereof | |
| US8079273B2 (en) | Power detecting device | |
| CN106198019B (en) | A kind of roll sliding friction life-cycle test device based on interface friction performance monitoring | |
| US20190242800A1 (en) | Device for measuring rubber wear | |
| CN105092397B (en) | Mechanical structure fatigue damage monitors experimental rig on-line | |
| CN103163068A (en) | Measuring method and measuring device of dynamic friction characteristics on textile surface | |
| CN204359623U (en) | A kind of friction wear testing machine | |
| CN105572325B (en) | A kind of frictional testing machine for test evaluation anti-wear and wear-resistant performance | |
| RU104313U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING FRICTION FORCES BETWEEN WHEEL AND RAIL | |
| CN102590078A (en) | Rubber dynamic friction wear detection device | |
| CN104849207A (en) | Novel windscreen wiper friction coefficient test device | |
| CN207675574U (en) | A kind of multifunction friction wear testing machine secondary based on the friction of ring block | |
| CN203534822U (en) | Bearing test bench | |
| RU2381481C1 (en) | Machine for testing of materials for friction and wear | |
| CN102200501B (en) | On-site measuring apparatus for local mechanical properties of materials | |
| RU2392604C1 (en) | Device to test materials for tensile strength | |
| RU2452642C1 (en) | Device to measure coefficient of friction on railway wheel flange | |
| RU2328719C2 (en) | Machine for testing friction and wearing out of materials | |
| CN202717463U (en) | Elevator balance coefficient detector | |
| RU86299U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING FRICTION MOMENT | |
| CN108267378A (en) | A kind of multifunction friction wear testing machine secondary based on the friction of ring block and its test method | |
| CN208860513U (en) | A kind of spring force value test machine | |
| RU2472660C1 (en) | Device to measure friction force between wheel and rail | |
| RU2220410C1 (en) | Device measuring friction forces between wheel and rail | |
| RU2569643C2 (en) | Device for estimation of tribotechnical characteristics of wheel flanges after plasma treatment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20110514 |