RU2173647C2 - Device for checking rail vehicle wheel friction coefficient - Google Patents

Device for checking rail vehicle wheel friction coefficient

Info

Publication number
RU2173647C2
RU2173647C2 RU99124955A RU99124955A RU2173647C2 RU 2173647 C2 RU2173647 C2 RU 2173647C2 RU 99124955 A RU99124955 A RU 99124955A RU 99124955 A RU99124955 A RU 99124955A RU 2173647 C2 RU2173647 C2 RU 2173647C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
roller
rail vehicle
friction
wheel
shaped frame
Prior art date
Application number
RU99124955A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99124955A (en
Inventor
А.Н. Митрофанов
В.П. Шейников
Original Assignee
Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта
Filing date
Publication date
Application filed by Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта filed Critical Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта
Publication of RU99124955A publication Critical patent/RU99124955A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2173647C2 publication Critical patent/RU2173647C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: railway transport; testing facilities. SUBSTANCE: invention relates to devices for checking wheel-to-rail friction coefficient. Said device has vertical loading mechanism 1 with strain gauges 7, 8 secured by one end on rail vehicle frame 5. U-shaped frame with roller 9 is installed on other end of mechanism. Roller 9 engaging with surface of wheel 10 is installed on axle for rotation in legs of U-shaped frame. The device is furnished also with flexible plate 19 with strain gauges, speed transmitter 22 installed on axle of roller 9, friction clutch with electromagnetic coil 15 and friction disc 16 installed on axle of roller 9 for rotation together with axle. Coil 15, in its turn, interacts through lever 17 with flexible plate strain gauges. EFFECT: increased accuracy of measurement, reduced wear of roller. 4 dwg

Description

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а более конкретно - к устройствам для определения коэффициента трения между колесом и рельсом. The invention relates to railway transport, and more specifically to devices for determining the coefficient of friction between a wheel and a rail.

Известно устройство для измерения коэффициента трения колес рельсового транспортного средства, 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 is known for measuring the coefficient of friction of wheels of a rail vehicle, 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, and on both sides cheeks with grooves are installed on the roller, to which a cable is attached with its ends, which carries out the kinematic connection of the measuring roller with the plate [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. The disadvantage of this device is the impossibility of its installation on a moving rail vehicle and, therefore, the measurement of the coefficient of friction during the movement of the vehicle. The disadvantages include the need to pre-configure the device.

Известно также устройство для измерения коэффициента трения колес рельсового транспортного средства, содержащее ролик, жестко закрепленный на оси с возможностью вращения в ветвях П-образной рамки, связанной с механизмом вертикального нагружения, и закрепленную на П-образной рамке упругую пластину с тензодатчиками, кинематически связанную с осью ролика. При этом ролик установлен с возможностью взаимодействия с поверхностью катания колеса транспортного средства. Механизм вертикального нагружения включает в себя дополнительную упругую пружину с тензодатчиками, жестко закрепленную одним концом на раме рельсового транспортного средства, а другим на П-образной рамке и силовой цилиндр, смонтированный на раме рельсового транспортного средства над одним концом дополнительной упругой пружины и связанный через тяговый элемент с другим концом дополнительной упругой пружины [2]. A device for measuring the coefficient of friction of wheels of a rail vehicle is also known, comprising a roller rigidly mounted on an axis with the possibility of rotation in the branches of a U-shaped frame associated with a vertical loading mechanism, and an elastic plate with strain gauges fixed on a U-shaped frame kinematically connected with the axis of the roller. When this roller is installed with the possibility of interaction with the surface of the wheel of the vehicle. The vertical loading mechanism includes an additional elastic spring with load cells rigidly fixed at one end to the frame of the rail vehicle and the other to the U-shaped frame and the power cylinder mounted on the frame of the rail vehicle above one end of the additional elastic spring and connected through the traction element with the other end of the additional elastic spring [2].

Недостатком этого устройства является невозможность непрерывного измерения коэффициента трения в процессе движения транспортного средства, связанная с конструктивными особенностями, а именно отсутствием вращения ролика, что позволяет измерять только коэффициент трения скольжения. The disadvantage of this device is the impossibility of continuous measurement of the coefficient of friction during the movement of the vehicle, associated with design features, namely the lack of rotation of the roller, which allows you to measure only the coefficient of friction.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа. This technical solution is selected by the authors as a prototype.

Цель изобретения - повышение достоверности непрерывного измерения коэффициента трения (как скольжения, так и качения) в процессе движения рельсового транспортного средства, за счет отсутствия перенастройки устройства и постоянного вращения измерительного ролика, что уменьшает его износ. The purpose of the invention is to increase the reliability of continuous measurement of the coefficient of friction (both sliding and rolling) during the movement of a rail vehicle, due to the lack of reconfiguration of the device and the constant rotation of the measuring roller, which reduces its wear.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее механизм вертикального нагружения с тензодатчиками, закрепленный одним концом на раме рельсового транспортного средства, а на другом оборудованный П-образной рамкой и роликом, контактирующим с поверхностью колеса и жестко установленным на оси с возможностью вращения в ветвях П-образной рамки, рычаг и упругую пластину с тензодатчиками, введены датчик оборотов, который установлен на оси, закрепленной в ветвях П-образной рамки, фрикционная муфта, состоящая из электромагнитной катушки и диска, который установлен на оси с возможностью одновременного вращения с нею и фрикционно взаимодействует с электромагнитной катушкой муфты, которая, в свою очередь, взаимодействует, через рычаг, с тензодатчиками упругой пластины. This goal is achieved by the fact that in a device containing a vertical loading mechanism with load cells, fixed at one end on the frame of the rail vehicle, and on the other equipped with a U-shaped frame and a roller in contact with the surface of the wheel and rigidly mounted on the axis with the possibility of rotation in the branches A U-shaped frame, a lever and an elastic plate with load cells, a speed sensor is introduced, which is mounted on an axis fixed in the branches of the U-shaped frame, a friction clutch consisting of an electromagnetic cable carcass and disk, which is mounted on the axis with the possibility of simultaneous rotation with it and frictionally interacts with the electromagnetic coil of the clutch, which, in turn, interacts through the lever with the load cells of the elastic plate.

В исходном состоянии измерительный ролик свободно вращается на оси в ветвях П-образной рамки, не влияя на состояние тензодатчиков упругой пластины. Изменение электромагнитного поля катушки приводит к тому, что диск, имеющий возможность перемещения вдоль оси, входит во фрикционное взаимодействие с поверхностью катушки. При этом сила, возникающая в результате фрикционного взаимодействия катушки и диска, через ось действует на измерительный ролик, уменьшая скорость его вращения. В точке контакта измерительного ролика и колеса возникает сила трения, пропорциональная коэффициенту трения колеса рельсового транспортного средства и зависящая от силы, прижимающей ролик к колесу (нормальная сила). Сила трения вызывает изгиб упругой пластины с тензодатчиками. В свою очередь, нормальная сила измеряется тензодатчиками, расположенными на механизме вертикального нагружения. Сопоставления данных с этих тензодатчиков со значениями, полученными с тензодатчиков упругой пластины дает коэффициент трения качения колеса рельсового транспортного средства. Трение скольжения (которое, как известно, может существенно отличаться от трения качения) измеряется при отсутствии вращения измерительного ролика, что определяется датчиком оборотов, установленным на оси ролика. In the initial state, the measuring roller rotates freely on the axis in the branches of the U-shaped frame, without affecting the state of the strain gauges of the elastic plate. The change in the electromagnetic field of the coil leads to the fact that the disk, having the ability to move along the axis, enters into frictional interaction with the surface of the coil. In this case, the force arising as a result of the frictional interaction of the coil and the disk acts on the measuring roller through the axis, reducing its rotation speed. At the point of contact of the measuring roller and the wheel, a frictional force arises proportional to the coefficient of friction of the wheel of the rail vehicle and depends on the force pressing the roller against the wheel (normal force). The friction force causes bending of the elastic plate with strain gauges. In turn, the normal force is measured by load cells located on the vertical loading mechanism. Comparison of the data from these load cells with the values obtained from the load cells of the elastic plate gives the coefficient of rolling friction of the wheel of a rail vehicle. Sliding friction (which, as you know, can significantly differ from rolling friction) is measured in the absence of rotation of the measuring roller, which is determined by the speed sensor mounted on the axis of the roller.

При измерении коэффициента трения, в точке контакта измерительного ролика и колеса рельсового транспортного средства возникает некоторая разность линейных скоростей измерительного ролика и колеса транспортного средства, то есть появляется так называемая скорость упругого скольжения Vск [3]. Эта разность может быть определена, при известной скорости транспортного средства, по данным датчика оборотов оси ролика. Значения Vск могут быть использованы при работе предлагаемого устройства в составе измерительных комплексов, позволяющих отслеживать максимальное значение коэффициента трения.When measuring the coefficient of friction, at the contact point of the measuring roller and the wheel of the rail vehicle, a certain difference in the linear velocities of the measuring roller and the wheel of the vehicle occurs, that is, the so-called elastic slip velocity V ck appears [3]. This difference can be determined, at a known vehicle speed, according to the speed sensor of the roller axis. Values of V ck can be used when the proposed device is used as part of measuring complexes that allow tracking the maximum value of the coefficient of friction.

Вышеизложенное, по мнению авторов, является необходимым и достаточным для достижения поставленной цели. The above, according to the authors, is necessary and sufficient to achieve the goal.

На фигуре 1 показано предлагаемое устройство, общий вид,
на фигуре 2 - то же, вид сверху,
на фигуре 3 - сечение А-А на фигуре 1,
на фигуре 4 - график зависимости коэффициента трения от скорости скольжения.The figure 1 shows the proposed device, a General view,
figure 2 is the same, top view,
figure 3 is a section aa in figure 1,
figure 4 is a graph of the dependence of the coefficient of friction on the sliding speed.

Устройство состоит из упругой планки 1, закрепленной винтами 2 через регулировочные прокладки 3 к несущей рамке 4, которая установлена на раме 5 рельсового транспортного средства и закреплена болтами 6. На планке 1 наклеены тензодатчики 7 и 8, а на свободном (не закрепленном) конце ее установлен измерительный ролик 9, прижатый к колесу 10 рельсового транспортного средства и жестко закрепленный на оси 11, расположенной в подшипниках 12, которые, в свою очередь, установлены в стойках 13. The device consists of an elastic bar 1, fixed with screws 2 through shims 3 to a supporting frame 4, which is mounted on the frame 5 of the rail vehicle and secured with bolts 6. Strain gages 7 and 8 are glued to the bar 1, and on the free (not fixed) end thereof a measuring roller 9 is mounted, pressed against the wheel 10 of the rail vehicle and rigidly mounted on an axis 11 located in the bearings 12, which, in turn, are installed in the racks 13.

На оси 11 установлен затормаживающий механизм в виде фрикционной муфты 14, состоящей из электромагнитной катушки 15 и диска 16, и соединенной с рычагом 17, который связан через шарнир 18 с упругой пластиной 19, жестко закрепленной на упругой планке 1. На упругую пластину 19 наклеены тензодатчики 20 и 21. Датчик оборотов 22 измеряет число оборотов оси ролика 9. A braking mechanism is installed on the axis 11 in the form of a friction clutch 14, consisting of an electromagnetic coil 15 and a disk 16, and connected to a lever 17, which is connected through a hinge 18 to an elastic plate 19 rigidly fixed to the elastic bar 1. Strain gages are glued to the elastic plate 19 20 and 21. The speed sensor 22 measures the number of revolutions of the axis of the roller 9.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Упругая планка 1, через стойки 13 и подшипники 12 прижимает измерительный ролик 9, жестко сидящий на оси 11, к колесу 10 рельсового транспортного средства. При вращении колеса 10 оно силой трения в контакте измерительного ролика 9 и колеса 10 вращает ролик 9. Тензодатчики 7 и 8 измеряют нормальную силу в контакте ролика 9 и колеса 10 транспортного средства. The elastic bar 1, through the struts 13 and bearings 12 presses the measuring roller 9, rigidly sitting on the axis 11, to the wheel 10 of the rail vehicle. When the wheel 10 rotates, it friction force in the contact of the measuring roller 9 and the wheel 10 rotates the roller 9. The load cells 7 and 8 measure the normal force in the contact of the roller 9 and the wheel 10 of the vehicle.

При отсутствии тормозящей силы, действующей на ролик 9, т.е. при отсутствии электромагнитного поля в электромагнитной катушке 15, ось 11 свободно вращается внутри катушки 15. При этом диск 16, покрытый материалом с высокими фрикционными свойствами, не взаимодействует с катушкой 15 и, следовательно, ролик 9 не взаимодействует с рычагом 17 (точка I фиг. 4). При нарастающем изменении электромагнитного поля в электромагнитной катушке 15 она начинает фрикционное взаимодействие с диском 16, вращающимся одновременно с осью 11 и имеющим небольшой ход вдоль оси 11, в результате чего в муфте 14 возникает тормозящая сила, которая через рычаг 17, соединенный с осью 11 посредством этой муфты, и через шарнир 18 изгибает упругую пластину 19. На пластине 19 наклеены тензодатчики 20 и 21, измеряющие силу, действующую на упругую пластину 19. Эта сила в данном случае пропорциональна силе трения в контакте ролика 9 и колеса 10. In the absence of braking force acting on the roller 9, i.e. in the absence of an electromagnetic field in the electromagnetic coil 15, the axis 11 rotates freely inside the coil 15. Moreover, the disk 16 coated with a material with high frictional properties does not interact with the coil 15 and, therefore, the roller 9 does not interact with the lever 17 (point I of FIG. 4). With an increasing change in the electromagnetic field in the electromagnetic coil 15, it starts frictional interaction with the disk 16, rotating simultaneously with the axis 11 and having a small stroke along the axis 11, as a result of which a braking force arises in the clutch 14, which through the lever 17 is connected to the axis 11 by this coupling, and through the hinge 18 bends the elastic plate 19. On the plate 19 are glued strain gauges 20 and 21, measuring the force acting on the elastic plate 19. This force in this case is proportional to the friction force in the contact of the roller 9 and wheel 1 0.

Коэффициент трения определяется по значениям нормальной силы, определяемой тензодатчиками 7 и 8, и силы трения, действующей в контакте измерительного ролика 9 и колеса 10 рельсового транспортного средства и определяемой тензодатчиками 20 и 21, при различных скоростях взаимного (упругого) скольжения Vск ролика 9 и колеса 10.The friction coefficient is determined by the values of the normal force determined by the load cells 7 and 8, and the friction force acting in the contact of the measuring roller 9 and the wheel 10 of the rail vehicle and determined by the load cells 20 and 21, at different mutual (elastic) sliding speeds V sc of the roller 9 and wheels 10.

При этом в режиме упругого скольжения колеса 10 и ролика 9 можно получить значение максимального (точка II фиг. 4) коэффициента трения (коэффициент трения качения) на колесе 10 при разных скоростях движения рельсового транспортного средства и состоянии поверхности колеса 10, а также значение минимального (точка III фиг. 4) коэффициента трения (коэффициент трения скольжения) при полной остановке ролика 9 под действием тормозящей силы, создаваемой муфтой 14. Измерение числа оборотов ролика 9 датчиком 22 позволяет определить момент полной остановки вращения ролика. Moreover, in the elastic sliding mode of the wheel 10 and the roller 9, it is possible to obtain the value of the maximum (point II of FIG. 4) friction coefficient (rolling friction coefficient) on the wheel 10 at different speeds of the rail vehicle and the surface condition of the wheel 10, as well as the minimum ( point III of Fig. 4), the friction coefficient (sliding friction coefficient) when the roller 9 is completely stopped under the action of the braking force created by the coupling 14. The measurement of the number of revolutions of the roller 9 by the sensor 22 makes it possible to determine the moment of the complete stop of the time Roller scheniya.

Применение описанного устройства позволяет осуществлять непрерывное измерение коэффициента трения (как скольжения, так и качения) в процессе движения рельсового транспортного средства и исключить перенастройку, что позволяет эффективно реализовать силу тяги транспортного средства и, следовательно, сэкономить энергию, затрачиваемую на его движение. The application of the described device allows continuous measurement of the coefficient of friction (both sliding and rolling) during the movement of a rail vehicle and eliminates reconfiguration, which allows you to effectively realize the traction force of the vehicle and, therefore, save the energy spent on its movement.

Использованная информация
1. А.с. СССР N 492412, кл. В 61 К 13/00, БИ N 43, 1975 г.Information used
1. A.S. USSR N 492412, class B 61 K 13/00, BI N 43, 1975

2. А.с. СССР N 1426880, кл. В 61 К 13/00; G 01 М 17/00, БИ N 36, 1988 г. (прототип). 2. A.S. USSR N 1426880, class B 61 K 13/00; G 01 M 17/00, BI N 36, 1988 (prototype).

3. В.Е. Розенфельд, И.П. Исаев, Н.Н. Сидоров. Теория электрической тяги. М., Транспорт, 1983 г. 3. V.E. Rosenfeld, I.P. Isaev, N.N. Sidorov. Theory of electric traction. M., Transport, 1983

Claims (1)

Устройство для измерения коэффициента трения колеса рельсового транспортного средства, содержащее механизм вертикального нагружения с тензодатчиками, закрепленный одним концом на раме рельсового транспортного средства, а на другом установлена П-образная рамка с роликом, контактирующим с поверхностью колеса и жестко установленным на оси с возможностью вращения в ветвях П-образной рамки, рычаг и упругую пластину с тензодатчиками, отличающееся тем, что дополнительно введены датчик оборотов, который установлен на оси, закрепленной в ветвях П-образной рамки, фрикционная муфта, состоящая из электромагнитной катушки и диска, который установлен на оси с возможностью одновременного вращения с нею и фрикционно взаимодействует с электромагнитной катушкой муфты, которая, в свою очередь, взаимодействует через рычаг с тензодатчиками упругой пластины. A device for measuring the coefficient of friction of a wheel of a rail vehicle, comprising a vertical loading mechanism with load cells, fixed at one end to the frame of the rail vehicle, and a U-shaped frame with a roller in contact with the surface of the wheel and rigidly mounted on the axis with the possibility of rotation in the branches of the U-shaped frame, the lever and the elastic plate with strain gauges, characterized in that the speed sensor is additionally introduced, which is mounted on an axis fixed in the wind Rep U-shaped frame, a friction clutch, consisting of an electromagnetic coil and a disc which is mounted on an axle with simultaneous rotation with it and frictionally interacts with the magnetic coupling coil, which in turn communicates via a lever with load cells elastic plate.
RU99124955A 1999-11-26 Device for checking rail vehicle wheel friction coefficient RU2173647C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99124955A RU99124955A (en) 2001-09-10
RU2173647C2 true RU2173647C2 (en) 2001-09-20

Family

ID=

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2452642C1 (en) * 2010-12-29 2012-06-10 Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") Device to measure coefficient of friction on railway wheel flange
RU2472660C1 (en) * 2011-09-15 2013-01-20 Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") Device to measure friction force between wheel and rail
CN110132618A (en) * 2019-06-05 2019-08-16 燕山大学 A kind of topical railway wheel problems test device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2452642C1 (en) * 2010-12-29 2012-06-10 Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") Device to measure coefficient of friction on railway wheel flange
RU2472660C1 (en) * 2011-09-15 2013-01-20 Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") Device to measure friction force between wheel and rail
CN110132618A (en) * 2019-06-05 2019-08-16 燕山大学 A kind of topical railway wheel problems test device
CN110132618B (en) * 2019-06-05 2020-04-07 燕山大学 Tire tread damage testing arrangement

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5245856A (en) Portable testing device for measuring static and dynamic drag fractors
Matsumoto et al. Creep force characteristics between rail and wheel on scaled model
CN104749096B (en) A kind of mechanical friction and adhesion coefficient determine device
RU2173647C2 (en) Device for checking rail vehicle wheel friction coefficient
JPH0250404B2 (en)
CN2284392Y (en) Dynamic measuring device for train wheel flat and wear
CN111443006A (en) Chemical fiber rope rolling friction resistance test device and using method thereof
US4829815A (en) Tire testing apparatus
US3379057A (en) Apparatus for measuring the power of motor vehicles
US3367170A (en) Surface friction tester
RU2452642C1 (en) Device to measure coefficient of friction on railway wheel flange
US4811591A (en) Device for checking the surface condition of materials
CN114397053A (en) Linear drive motor push-pull force and stroke testing device
FI77332B (en) ANORDINATION FOR THE FRICTION OF HOS EN YTA.
CN110530789B (en) Friction coefficient detection device
US6182516B1 (en) Low-cost, easy-to-use, dynamometer
JP3257617B2 (en) Vehicle output measuring device and method
RU115748U1 (en) TRIBOMETRIC COMPLEX FOR MEASURING THE FRICTION COEFFICIENT BETWEEN A WHEEL AND A RAIL RAIL
RU2115908C1 (en) Railway vehicle wheel-to-rail interaction test stand (versions)
NO142029B (en) METHOD AND DEVICE FOR AA DETERMINING THE BRAKING CAPACITY
RU117382U1 (en) TRIBOMETER FOR MEASURING THE FRICTION COEFFICIENT BETWEEN A VEHICLE WHEEL AND A RAIL
SU1344669A1 (en) Device for measuring wheel-to-rail friction coefficient
CN207096065U (en) A kind of multifunction road static and dynamic friction coefficient determines car
GB1269334A (en) Devices for the measurement of coefficients of friction
CN220556362U (en) Torsion detection device of electromagnetic brake