RU2682567C1 - Device of information collection and method of evaluation of the interaction between the wheel and the rail - Google Patents

Device of information collection and method of evaluation of the interaction between the wheel and the rail Download PDF

Info

Publication number
RU2682567C1
RU2682567C1 RU2017143085A RU2017143085A RU2682567C1 RU 2682567 C1 RU2682567 C1 RU 2682567C1 RU 2017143085 A RU2017143085 A RU 2017143085A RU 2017143085 A RU2017143085 A RU 2017143085A RU 2682567 C1 RU2682567 C1 RU 2682567C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wheel
rail
interaction
forces
results
Prior art date
Application number
RU2017143085A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Третьяков
Кирилл Валентинович Елисеев
Мария Викторовна Зимакова
Антон Анатольевич Петров
Павел Викторович Козлов
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-внедренческий центр "Вагоны" (АО "НВЦ "Вагоны")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-внедренческий центр "Вагоны" (АО "НВЦ "Вагоны") filed Critical Акционерное общество "Научно-внедренческий центр "Вагоны" (АО "НВЦ "Вагоны")
Priority to RU2017143085A priority Critical patent/RU2682567C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2682567C1 publication Critical patent/RU2682567C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

FIELD: calculating; counting.SUBSTANCE: using: to measure and record the interaction forces between wheel and rail. Summary of the invention is that the device for collecting information about the results of the interaction between the wheel and the rail contains a railway wheel pair with a curved S-shaped disk, strain gauges included in half-bridge circuits and placed on two concentric circles of 398.2 mm and 586.6 mm on the inner side of the wheel disk at the intersection with the axles that pass through their centre and shifted relative to each other at angle of 22.5°, data acquisition and wireless data transmission equipment connected via a router with a signal receiving module and an on-board computer using the IEEE 802.11g "Wi-Fi" protocol. Method of evaluating the results of the interaction between the wheel and the rail is to consider the forces directly in contact with the rail, that is reduced to the preliminary formation of a system of 64 linearly dependent "deformation / force" equations by artificially applying vertical, lateral and longitudinal forces to the contact spot, building a “pseudoinverse” matrix C and the subsequent solution of the system of linear equations B = C × E, where E - the deformations obtained from the results of the experiment, and B - the desired values of forces.EFFECT: technical result: improved measurement accuracy.6 cl, 7 dwg

Description

Устройство сбора информации и способ оценки результатов взаимодействия между колесом и рельсомInformation gathering device and method for evaluating the results of interaction between a wheel and a rail

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам для измерения и регистрации сил взаимодействия между колесом рельсового транспортного средства и рельсом.The invention relates to instrumentation, and in particular to devices for measuring and recording the forces of interaction between the wheel of a rail vehicle and the rail.

Известно устройство регистрации вертикальных и боковых сил взаимодействия колеса и рельса (патент РФ №2441206 С1, МПК G01L 5/16, G01L 1/22, опубл. 27.01.2012 г.), включающее в себя цельнокатаную вагонную колесную пару, тензорезисторы, включенные диаметрально в полумостовые тензометрические схемы и размещенные по разные стороны от оси на концентричных диаметрах внутренней стороны диска колес с шагом 90° по дуге окружности, тензометрические усилители, программируемый логический контроллер, датчики регистрации поперечного и углового положения колесной пары относительно рельсов, блок синхронизации, блок передачи сигналов по радиоканалу, связанный с блоком приемки сигналов и бортовым компьютером.A device for recording vertical and lateral forces of interaction of a wheel and a rail (RF patent No. 2441206 C1, IPC G01L 5/16, G01L 1/22, publ. 01/27/2012), which includes a solid-rolled wagon wheel pair, strain gauges included diametrically in half-bridge strain gauge circuits and placed on opposite sides of the axis on concentric diameters of the inner side of the wheel disc with a pitch of 90 ° along an arc of a circle, strain gauge amplifiers, a programmable logic controller, wheel pair transverse and angular position sensors relative to the rails, a synchronization unit, a transmission unit via radio signals associated with the signal receiving unit and the onboard computer.

В известном устройстве из-за расположения активных тензорезисторов с угловым интервалом π/2 на диске колеса и съеме информации в положении перпендикулярном рельсу, при диаметре колеса (950-1050) мм, путь, пройденный без регистрации силового воздействия составит 0,7-0,8 м за один оборот колеса.In the known device due to the location of the active strain gauges with an angular interval π / 2 on the wheel disc and the removal of information in the position perpendicular to the rail, with the wheel diameter (950-1050) mm, the path traveled without registering the force impact will be 0.7-0, 8 m per wheel revolution.

Недостатками данного устройства являются: большой период расстановки активных тензорезисторов, который не позволяет данному устройству обеспечить достаточную выборку измерений вертикальных и поперечных сил при качении колесной пары по коротким неровностям пути, а дополнительный набор данных требует временных затрат. Недостаточное количество информативных значений за оборот колеса и отсутствие учета продольной силы снижают точность определения коэффициента запаса устойчивости против схода колеса с рельса.The disadvantages of this device are: a large period of placement of active strain gages, which does not allow this device to provide a sufficient sample of measurements of vertical and lateral forces when rolling a pair of wheels along short path irregularities, and an additional data set requires time. The insufficient number of informative values per wheel revolution and the lack of consideration of longitudinal force reduce the accuracy of determining the safety factor against wheel derailment.

Также известно устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия между колесом и рельсом (патент РФ №2591739 С1, МПК G01L 1/22, G01L 5/16, опубл. 20.07.2016 г.), выбранное в качестве прототипа, включающее в себя железнодорожную колесную пару, тензорезисторы, предназначенные для измерения вертикальных сил, включенные диаметрально в полумостовые тензометрические схемы и расположенные на внутренней и наружной сторонах диска (4 тензорезистора на каждую диагональ), тензорезисторы, предназначенные для измерения боковых (горизонтальных) сил, включенные диаметрально в полумостовые схемы и расположенные с внутренней стороны диска (2 тензорезистора на каждую диагональ), тензометрические усилители, программируемый контроллер, блок определения угла набегания колеса на рельс, флэш-накопитель, блок передачи сигнала по радиоканалу, принимающее устройство, бортовой компьютер. Тензорезисторы, расположенные на внутренней стороне диска колеса установлены на окружности размерностью 0,6-0,7 диаметра колеса, а тензорезисторы, расположенные на наружной стороне диска колеса, установлены на окружности размерностью 0,6-0,8 диаметра колеса. Тензорезисторы размещены на дуге окружности с угловым интервалом от 36° до 60°.Also known is a device for measuring vertical and lateral forces of interaction between a wheel and a rail (RF patent No. 2591739 C1, IPC G01L 1/22, G01L 5/16, published on 07.20.2016), selected as a prototype, including a railway a pair of wheels, strain gauges designed to measure vertical forces, included diametrically in half-bridge strain gauges and located on the inner and outer sides of the disk (4 strain gauges per diagonal), strain gauges designed to measure lateral (horizontal) forces, incl li ne diametrically in half-bridge circuit and arranged on the inner side disk (2 gage on each diagonal), strain gage amplifier, a programmable controller unit determining the angle of attack on a rail wheel, a flash drive, a block transmission on a radio channel signal receiving device, the onboard computer. The strain gages located on the inner side of the wheel disc are mounted on a circle of dimension 0.6-0.7 of the diameter of the wheel, and the strain gages located on the outside of the wheel disc are mounted on a circle of dimension 0.6-0.8 of the diameter of the wheel. Strain gages are placed on an arc of a circle with an angular interval from 36 ° to 60 °.

Известное решение разделяет тензометрические схемы на группы для отдельного анализа вертикальных и боковых сил, количество тензометрических схем колеблется от шести до десяти в зависимости от углового шага, что обеспечивает малый бесконтрольный интервал при качении колеса от 0,3 м до 0,5 м и дает возможность оценки влияния коротких неровностей.The known solution divides tensometric schemes into groups for a separate analysis of vertical and lateral forces, the number of tensometric schemes ranges from six to ten depending on the angular step, which provides a small uncontrolled interval when the wheel is rolling from 0.3 m to 0.5 m and makes it possible assess the impact of short irregularities.

Недостатком указанного устройства является погрешность в определении силового воздействия между колесом и рельсом за счет отсутствия учета продольной составляющей вектора силы в «пятне» контакта и принятие истинных значений вертикальных и боковых сил как среднее от суммы точечных измерений за оборот колеса. Кроме того, расположение тензорезисторов снаружи колеса и наличие дополнительных средств анализа положения «пятна» контакта усложняют функциональную схему измерения и снижают надежность известного устройства при неблагоприятных условиях эксплуатации.The disadvantage of this device is the error in determining the force between the wheel and the rail due to the lack of consideration of the longitudinal component of the force vector in the contact "spot" and the adoption of the true values of vertical and lateral forces as the average of the sum of point measurements per wheel revolution. In addition, the location of the strain gauges outside the wheel and the presence of additional means of analyzing the position of the "spot" of the contact complicate the functional measurement scheme and reduce the reliability of the known device under adverse operating conditions.

Решаемой технической проблемой является: небольшое число и усреднение информативных значений сил за оборот колеса, отсутствие учета компоненты продольной силы снижает точность измерения, а сложное конструктивное исполнение снижает надежность работы в процессе эксплуатации.The technical problem to be solved is: a small number and averaging of informative values of forces per wheel revolution, the lack of consideration of the longitudinal force components reduces the measurement accuracy, and a complex design reduces the reliability of operation during operation.

Технический результат заявляемых устройства и способа заключается в повышении точности и надежности измерений.The technical result of the claimed device and method is to increase the accuracy and reliability of measurements.

Указанный технический результат достигается за счет измерения трех компонент сил в контакте между колесом и рельсом с учетом его геометрического положения и повышение надежности за счет использования современного оборудования сбора и беспроводной передачи данных по сети «Wi-Fi», наличие эффективного (как сумма достаточного и резервного) набора тензорезисторов и расположение основных компонентов измерительной схемы во внутреннем контуре колесной пары.The specified technical result is achieved by measuring the three components of the forces in contact between the wheel and the rail, taking into account its geometric position and improving reliability through the use of modern equipment for collecting and wireless data transmission over the Wi-Fi network, the availability of effective (as the sum of sufficient and backup ) a set of strain gages and the location of the main components of the measuring circuit in the inner contour of the wheelset.

Заявляемое устройства сбора информации результатов взаимодействия между колесом и рельсом содержит железнодорожную колесную пару, активные тензодатчики, размещенные радиально на внутренней стороне диска колеса на двух концентричных окружностях с угловым шагом 22,5°, включенные в тензометрические полумостовые схемы с компенсационными тензодатчиками (всего 64 полумостовые тензометрические схемы), компактное устройство сбора и беспроводной передачи данных, маршрутизатор, модуль «Wi-Fi» передачи данных и бортовой компьютер. Оборудование сбора и беспроводной передачи данных включает в себя независимый источник питания, тензометрический усилитель, контроллер сбора данных, аналого-цифровой преобразователь, блок синхронизации, флэш-накопитель информации, радиомодуль «Wi-Fi» передачи данных. Оборудование условно разделено на два независимых блока, каждый из которых отвечает за регистрацию данных с отдельного колеса, два блока регистрируют сигналы в едином временном формате, т.е. полностью синхронизированы между собой.The inventive device for collecting information on the results of the interaction between the wheel and the rail contains a railway wheel pair, active load cells placed radially on the inside of the wheel disk on two concentric circles with an angular pitch of 22.5 °, included in strain gauge half-bridge circuits with compensated strain gauges (64 total half-bridge strain gauges circuit), a compact device for collecting and wireless data transfer, a router, a Wi-Fi data transfer module and an on-board computer. The equipment for collecting and wireless data transmission includes an independent power supply, a strain gauge amplifier, a data collection controller, an analog-to-digital converter, a synchronization unit, an information flash drive, and a Wi-Fi radio data transmission module. The equipment is conventionally divided into two independent blocks, each of which is responsible for recording data from a separate wheel, two blocks register signals in a single time format, i.e. fully synchronized with each other.

Отличительными признаками заявляемого устройства сбора информации результатов взаимодействия между колесом и рельсом являются:Distinctive features of the claimed device for collecting information on the results of the interaction between the wheel and the rail are:

- устройство кроме вертикальных и боковых сил позволяет проводить измерения продольных сил взаимодействия колеса и рельса;- the device, in addition to vertical and lateral forces, allows measurements of the longitudinal forces of interaction between the wheel and the rail;

- устройство позволяет проводить измерения поперечного смещения и угла качения колес колесной пары при ее движении в составе тележки без дополнительных устройств регистрации положения колесной пары относительно рельсов (датчиков углового и поперечного перемещения, блока синхронизации и др.);- the device allows you to measure the lateral displacement and the angle of the wheels of the wheelset when it moves in the cart without additional devices for recording the position of the wheelset relative to the rails (angular and lateral displacement sensors, synchronization unit, etc.);

- устройство снабжено современным компактным оборудованием беспроводной передачи данных по протоколу IEEE 802.11g «Wi-Fi» с возможность одновременно автоматически проводить регистрацию, передачу и обработку до 64 процессов (вертикальных, боковых и продольных сил взаимодействия колеса и рельса);- the device is equipped with modern compact equipment for wireless data transmission via IEEE 802.11g “Wi-Fi” protocol with the ability to simultaneously automatically register, transfer and process up to 64 processes (vertical, lateral and longitudinal forces of wheel and rail interaction);

- устройство оборудовано полумостовыми тензометрическими схемами, активные тензорезисторы которых расположены радиально на двух концентрических окружностях с диаметрами 398,2 мм и 586,6 мм на внутренней стороне диска колеса и смещены друг относительно друга на угол 22,5°, (всего 64 тензометрических схем, по 32 на каждое колесо, по 16 на каждый диаметр);- the device is equipped with half-bridge strain gauge circuits, the active strain gauges of which are located radially on two concentric circles with diameters of 398.2 mm and 586.6 mm on the inside of the wheel disc and are offset from each other by an angle of 22.5 °, (a total of 64 strain gauge circuits, 32 for each wheel, 16 for each diameter);

- устройство обладает возможностью «горячего резервирования», т.е. восстановлению результатов измерения при нарушении работоспособности до 50% тензометрических схем.- the device has the ability to "hot standby", ie restoration of measurement results in case of malfunction up to 50% of strain gauge schemes.

Также заявляется способ оценки результатов взаимодействия между колесом и рельсом, заключающийся в рассмотрении сил непосредственно в контакте с рельсом. Такой подход позволяет уйти от приложения сил на колесную пару со стороны вагона, когда за счет трения между колесом и рельсом задача определения реакций в «пятне контакта» сводится к решению множества частных случаев нелинейного уравнения и ограничится определением зависимости «деформация-сила», руководствуясь упруго-физическими свойствами металла и основами тензометрии.Also claimed is a method of evaluating the results of the interaction between the wheel and the rail, which consists in examining the forces directly in contact with the rail. This approach allows you to get away from the application of forces on the wheelset from the side of the car when, due to friction between the wheel and the rail, the problem of determining reactions in the “contact spot” is reduced to solving many special cases of the nonlinear equation and will be limited to determining the “deformation-force” relationship, guided by -physical properties of the metal and the basics of strain measurement.

Технический результат в заявляемом способе достигается за счет реализации непрерывной записи процесса изменения вектора силы в «пятне» контакта и, как следствие, получения большого набора статистических данных для анализа, а также возможности воспроизведения поперечного смещения и угла качения колеса без использования дополнительного оборудования со своей погрешностью измерений.The technical result in the claimed method is achieved by implementing a continuous recording of the process of changing the force vector in the contact "spot" and, as a result, obtaining a large set of statistical data for analysis, as well as the ability to reproduce the lateral displacement and the angle of the wheel without the use of additional equipment with its own error measurements.

Отличительная особенность заявляемого способа оценки результатов взаимодействия между колесом и рельсом заключается в переходе от усреднения точечных информативных значений силовых компонент за оборот колеса к непрерывной записи процесса на всем измерительном участке рельсовой колеи.A distinctive feature of the proposed method for evaluating the results of the interaction between the wheel and the rail is the transition from averaging point informative values of the power components per wheel revolution to continuous recording of the process over the entire measuring section of the rail track.

Заявленное устройство и способ оценки показаны на фиг. 1-7.The claimed device and evaluation method are shown in FIG. 1-7.

На фиг. 1 изображено расположение элементов устройства на железнодорожной колесной паре, на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1, на фиг. 3 - блок-схема устройства, на фиг. 4 - соединение тензорезисторов в схемы для каждого диска, на фиг. 5 - сигнал изменения относительных деформаций с тензометрических схем при качении колеса по рельсу, на фиг. 6, 7 - вертикальная и боковая силы, соответственно, после применения предлагаемого способа обработки сигналов с тензометрических схем.In FIG. 1 shows the arrangement of the elements of the device on a railway wheelset, in FIG. 2 is a section AA of FIG. 1, in FIG. 3 is a block diagram of a device; FIG. 4 - connection of strain gages in the circuit for each disk, in FIG. 5 is a signal of a change in relative deformations from strain gauges when the wheel is rolling along the rail, FIG. 6, 7 - vertical and lateral forces, respectively, after applying the proposed method for processing signals from strain gauge circuits.

Устройство сбора информации результатов взаимодействия между колесом и рельсом (фиг. 1, 2, 3 и 4) содержит железнодорожную колесную пару 1, активные тензорезисторы (SnBm) 2, включенные с компенсационными тензорезисторами (RKn) в тензометрические полумостовые схемы 3-18, 19-34, 35-50, 51-66, размещенные на внутренней 67 стороне диска 68 колеса 69 на концентрических окружностях 70, 71. Устройство также содержит многофункциональное измерительное оборудование сбора и передачи информации, которое условно разделено на два независимых блока 72, 73, каждый из которых отвечает за регистрацию данных с отдельного колеса и передает по радиоканалу через маршрутизатор 74 и модуль приемки сигналов 75 оцифрованные сигналы с тензометрических схем 3-18, 19-34, 35-50, 51-66 в бортовой компьютер 76.The device for collecting information on the results of the interaction between the wheel and the rail (Fig. 1, 2, 3 and 4) contains a railway wheel pair 1, active strain gages (S n B m ) 2, included with compensation strain gages (RK n ) in strain gauge half-bridge circuits 3- 18, 19-34, 35-50, 51-66 located on the inner 67 side of the disk 68 of the wheel 69 on concentric circles 70, 71. The device also contains multifunctional measuring equipment for collecting and transmitting information, which is conditionally divided into two independent blocks 72, 73, each of which tvechaet for data recording with a single wheel and transmits by radio through a router 74 and a signal receiving unit 75 the digitized signals from the strain gauge circuits 3-18, 19-34, 35-50, 51-66 in the onboard computer 76.

Устройство работает следующим образом. При качении колесной пары 1 по рельсам 77 аналоговые сигналы от тензометрических полумостовых схем 3-18, 19-34, 35-50, 51-66 поступают на входы блоков 74, 75, далее после коммутации по передающему радиоканалу оцифрованные сигналы через маршрутизатор 74 и модуль приемки сигнала 75 поступают на бортовой компьютер 76. В результате качения колесной 1 пары по рельсам 77 на бортовом компьютере 76 формируется массив данных напряженно-деформированного состояния диска в виде сигналов с тензометрических схем, смещенных на угол 22,5° (фиг. 5). Если принять положение, когда диаметральные оси 78-85 с полумостовыми тензометрическими схемами 3-18, 19-34, 35-50, 51-66 внутренней стороны 68 диска 69 каждого колеса 70 при качении колесной пары 1 занимают положение перпендикулярно к рельсам 77, синхронизированные блоки 72, 73 через маршрутизатор 74 и блок приемки 75 на бортовой компьютер 76 посылают 64 информативных значений напряженно-деформированного состояния каждого колеса 70. Формируется матрица 64×8, где первые 6 столбцов содержат коды искомых сил, а 2 последних столбца - координаты точек контакта правого и левого колеса 70 колесной пары 1, несложно получить, используя предварительно полученные калибровочные коэффициенты, истинные значения вертикальной, боковой и продольной сил. При качении колеса 70 создаются периодические сигналы с шагом 0,19 м (фиг. 5), опрос тензометрических схем 3-18, 19-34, 35-50, 51-66 проводится с частотой дискретизации не менее 400 Гц, после фильтрации и применения заявляемого способа оценки формируются непрерывные сигналы вертикальной (фиг. 7) и боковой (фиг. 6) сил, на всем протяжении рельсового пути с учетом составляющей от продольной силы и положений «пятен» контакта.The device operates as follows. When the wheelset 1 is rolled along rails 77, the analog signals from tensometric half-bridge circuits 3-18, 19-34, 35-50, 51-66 are fed to the inputs of blocks 74, 75, then after switching over the transmitting radio channel, the digitized signals through the router 74 and the module signal 75 is received on-board computer 76. As a result of rolling the wheelset 1 on rails 77, an on-board computer 76 generates an array of stress-strain state data of the disk in the form of signals from strain gauges displaced by an angle of 22.5 ° (Fig. 5). If we take the position that the diametrical axes 78-85 with half-bridge tensometric circuits 3-18, 19-34, 35-50, 51-66 of the inner side 68 of the disk 69 of each wheel 70, when the wheelset 1 is rolling, occupy a position perpendicular to the rails 77, synchronized blocks 72, 73 through the router 74 and the receiving block 75 to the on-board computer 76 send 64 informative values of the stress-strain state of each wheel 70. A 64 × 8 matrix is formed, where the first 6 columns contain the codes of the sought forces, and the last 2 columns are the coordinates of the contact points right and the left wheel 70 of the wheelset 1, it is easy to obtain, using the previously obtained calibration coefficients, the true values of the vertical, lateral and longitudinal forces. When the wheel 70 is rolling, periodic signals are generated with a step of 0.19 m (Fig. 5), the survey of strain gauges 3-18, 19-34, 35-50, 51-66 is carried out with a sampling frequency of at least 400 Hz, after filtering and application of the proposed evaluation method, continuous signals of vertical (Fig. 7) and lateral (Fig. 6) forces are generated, along the entire length of the rail track, taking into account the component of the longitudinal force and the positions of the contact "spots".

Таким образом, алгоритм заявляемого способа оценки обработки сводится к решению системы линейных уравнений. Давая приращения одной из сил и отслеживая изменения измеряемых деформаций, можно получить зависимость вида Е=А×В, где:Thus, the algorithm of the proposed method for evaluating processing is reduced to solving a system of linear equations. Giving increments of one of the forces and tracking changes in the measured strains, we can obtain a dependence of the form E = A × B, where:

Е=(ε1 ε2 … εm)т - вектор - столбец относительных деформаций;E = (ε 1 ε 2 ... ε m ) t - vector - column of relative deformations;

А - матрица Якоби, размерностью n×m;A is the Jacobi matrix, dimension n × m;

В=(b1 b2 … bn)т - вектор - столбец искомых величин;B = (b 1 b 2 ... b n ) t - vector - column of the sought quantities;

εm - относительная деформация, m=1…8;ε m is the relative deformation, m = 1 ... 8;

bn - искомая величина, n=1…8.b n is the desired value, n = 1 ... 8.

Число уравнений (64) больше числа неизвестных (8). Система уравнений не имеет точного решения. Предлагается находить так называемое «псевдорешение» В=С×Е, где:The number of equations (64) is greater than the number of unknowns (8). The system of equations does not have an exact solution. It is proposed to find the so-called "pseudo-solution" B = C × E, where:

С=(Ат×А)×А-1 - «псевдообратная» матрица празмерностью n×m.C = (A t × A) × A -1 is a “pseudoinverse” matrix with dimension n × m.

Поскольку предлагаемое устройство определяет 8 величин по 64 тензометрическим схемам, матрица С имеет размер 8×64. Проведение экспериментов над математической моделью и натурных опытов доказали, что коэффициенты матриц А и С с достаточной достоверностью восстанавливают силы и смещения «пятна контакта» для данного устройства, если тензорезисторы расположить на окружностях с диаметрами 398,2 мм и 586,6 мм. Для учета изменения положения пятна контакта используются варианты матриц А и С, определенные минимум по трем точкам, распределенным по поверхности катания колеса. Используется сплайн интерполяция для восстановления деформаций по найденным силам.Since the proposed device determines 8 values using 64 tensometric schemes, the matrix C has a size of 8 × 64. Carrying out experiments on a mathematical model and full-scale experiments proved that the coefficients of the matrices A and C restore with sufficient accuracy the forces and displacements of the “contact spot” for this device, if strain gages are placed on circles with diameters of 398.2 mm and 586.6 mm. To take into account the change in the position of the contact spot, variants of matrices A and C are used, which are determined by at least three points distributed over the surface of the wheel. Spline interpolation is used to recover deformations from the found forces.

Для учета поворота колесной пары используются варианты матриц, полученные для разных углов поворота ТКП.To account for the rotation of the wheelset, matrix options are used, obtained for different angles of rotation of the TCH.

Таким образом, конструктивное исполнение заявляемого устройства обеспечивает надежность процесса измерения, а функциональные возможности заявляемого устройства и способ оценки повышают точность измерения сил при взаимодействии колеса и рельса в процессе эксплуатации.Thus, the design of the inventive device ensures the reliability of the measurement process, and the functionality of the inventive device and the evaluation method increase the accuracy of measuring forces during the interaction of the wheel and rail during operation.

Claims (11)

1. Устройство сбора информации результатов силового взаимодействия между колесом и рельсом содержит железнодорожную колесную пару, активные тензорезисторы, размещенные на внутренней стороне диска колеса и включенные в тензометрическую полумостовую схему с компенсационными тензорезисторами, оборудование сбора и беспроводной передачи данных, маршрутизатор, модуль приемки данных и бортовой компьютер, отличающееся тем, что тензорезисторы, включенные в полумостовые схемы, регистрируют одновременно 64 динамических процесса и расположены диаметрально на двух концентрических окружностях внутренней стороны диска колеса по два на каждом диаметре, при этом угловой шаг между соседними диаметрами внутренней стороны диска колеса, на которых расположены тензорезисторы, составляет 22,5°.1. The device for collecting information about the results of the force interaction between the wheel and the rail contains a railway wheel pair, active strain gauges located on the inner side of the wheel disk and included in the strain gauge half-bridge circuit with compensating strain gauges, equipment for collecting and wireless data transmission, a router, a data and on-board data receiving module a computer, characterized in that the strain gauges included in the half-bridge circuit simultaneously record 64 dynamic processes and are located diametrically on two concentric circles of the inner side of the wheel disk, two on each diameter, while the angular pitch between adjacent diameters of the inner side of the wheel disk on which the strain gages are located is 22.5 °. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что снабжено оборудованием беспроводной передачи данных по протоколу IEEE 802.11g «Wi-Fi».2. The device according to p. 1, characterized in that it is equipped with equipment for wireless data transmission via IEEE 802.11g "Wi-Fi". 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что регистрирует динамические процессы с частотой дискретизации не менее 400 Гц.3. The device according to claim 1, characterized in that it registers dynamic processes with a sampling frequency of at least 400 Hz. 4. Способ оценки результатов взаимодействия между колесом и рельсом, отличающийся тем, что определяют взаимодействие между колесом и рельсом на основе анализа напряженно-деформируемого состояния диска колеса путем предварительного формирования зависимостей εm/bn искусственным приложением сил к области «пятна» контакта и последующего решения системы линейных уравнений В=С×Е,4. A method of evaluating the results of interaction between the wheel and the rail, characterized by determining the interaction between the wheel and the rail on the basis of analysis of stress-deformed state of the wheel disc by preforming dependencies ε m / b n to artificial app forces "spot" contact area and subsequent solving a system of linear equations B = C × E, где εm - относительная деформация, m=1…8;where ε m is the relative deformation, m = 1 ... 8; bn - искомая величина, n=1…8;b n is the desired value, n = 1 ... 8; В - вектор-столбец искомых величин;B is a column vector of the sought quantities; С - "псевдообратная матрица" размерностью n×m;C is a “pseudoinverse matrix” of dimension n × m; Е - вектор-столбец относительных деформаций размерностью n.E is a column vector of relative strains of dimension n. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что воспроизводят непрерывный процесс измерения взаимодействия между колесом и рельсом.5. The method according to p. 4, characterized in that they reproduce a continuous process of measuring the interaction between the wheel and the rail. 6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что определяют поперечное смещение и угол качения колесной пары по измеренным деформациям диска каждого колеса.6. The method according to p. 4, characterized in that they determine the lateral displacement and the rolling angle of the wheelset from the measured deformations of the disk of each wheel.
RU2017143085A 2017-12-08 2017-12-08 Device of information collection and method of evaluation of the interaction between the wheel and the rail RU2682567C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143085A RU2682567C1 (en) 2017-12-08 2017-12-08 Device of information collection and method of evaluation of the interaction between the wheel and the rail

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143085A RU2682567C1 (en) 2017-12-08 2017-12-08 Device of information collection and method of evaluation of the interaction between the wheel and the rail

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2682567C1 true RU2682567C1 (en) 2019-03-19

Family

ID=65805850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017143085A RU2682567C1 (en) 2017-12-08 2017-12-08 Device of information collection and method of evaluation of the interaction between the wheel and the rail

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2682567C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115060407A (en) * 2022-06-14 2022-09-16 华东交通大学 Flexible multi-mode sensing device for multi-dimensional wheel-rail force measurement and fusion method
RU2780704C2 (en) * 2021-01-26 2022-09-29 Акционерное общество "Научно-внедренческий центр "Вагоны" (АО "НВЦ "Вагоны") Method for monitoring of technological condition of railway track and device for its implementation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU972273A1 (en) * 1981-02-24 1982-11-07 Ленинградский Ордена Ленина Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Им.Акад.В.Н.Образцова Device for measuring forces
SU1312412A1 (en) * 1985-05-16 1987-05-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта Device for measuring vertical and side interaction forces between wheel and rail
EP2180303A2 (en) * 2008-10-23 2010-04-28 Bohumil Culek System of measuring the power effects between vehicle wheel and rail in driving railway vehicle and method of measuring the power effects
RU2441206C1 (en) * 2010-11-02 2012-01-27 Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (ОАО "РЖД") Apparatus for measuring vertical and lateral forces of interaction between wheel and rail
EP2439508A1 (en) * 2010-10-07 2012-04-11 PJ Messtechnik GmbH Measuring wheel set for rail vehicles
RU2591739C1 (en) * 2015-04-29 2016-07-20 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" (АО "ВНИИЖТ") Device for measuring vertical and lateral forces of interaction between wheel and rail

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU972273A1 (en) * 1981-02-24 1982-11-07 Ленинградский Ордена Ленина Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Им.Акад.В.Н.Образцова Device for measuring forces
SU1312412A1 (en) * 1985-05-16 1987-05-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта Device for measuring vertical and side interaction forces between wheel and rail
EP2180303A2 (en) * 2008-10-23 2010-04-28 Bohumil Culek System of measuring the power effects between vehicle wheel and rail in driving railway vehicle and method of measuring the power effects
EP2439508A1 (en) * 2010-10-07 2012-04-11 PJ Messtechnik GmbH Measuring wheel set for rail vehicles
RU2441206C1 (en) * 2010-11-02 2012-01-27 Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (ОАО "РЖД") Apparatus for measuring vertical and lateral forces of interaction between wheel and rail
RU2591739C1 (en) * 2015-04-29 2016-07-20 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" (АО "ВНИИЖТ") Device for measuring vertical and lateral forces of interaction between wheel and rail

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780704C2 (en) * 2021-01-26 2022-09-29 Акционерное общество "Научно-внедренческий центр "Вагоны" (АО "НВЦ "Вагоны") Method for monitoring of technological condition of railway track and device for its implementation
CN115060407A (en) * 2022-06-14 2022-09-16 华东交通大学 Flexible multi-mode sensing device for multi-dimensional wheel-rail force measurement and fusion method
CN115060407B (en) * 2022-06-14 2023-12-26 华东交通大学 Flexible multi-mode sensing device for measuring multi-dimensional wheel rail force and fusion method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2600420C2 (en) Railway freight car on-board weighing system
CA2574051C (en) Apparatus for detecting hunting and angle of attack of a rail vehicle wheelset
EP2862778B1 (en) Method for generating measurement results from sensor signals
CN102144144B9 (en) Device and method for determining and adjusting the chassis geometry of a motor vehicle
AU2018401402B2 (en) Railway overload and unbalanced load system and detection method
CN107314838B (en) Force measuring wheel set for measuring axle load spectrum
CN100371198C (en) Stepping type rail track detection vehicle and detection method
KR20050092375A (en) Device for measuring the roundness of a railroad wheel
EP2180303A2 (en) System of measuring the power effects between vehicle wheel and rail in driving railway vehicle and method of measuring the power effects
CN202644332U (en) Rail top surface irregularity detecting device
CN104260752B (en) The integrated test facility and device of wheel rail force
Bižić et al. Development of method for experimental determination of wheel–rail contact forces and contact point position by using instrumented wheelset
RU2682567C1 (en) Device of information collection and method of evaluation of the interaction between the wheel and the rail
CN204676401U (en) A kind of subgrade resilient modulus Analytical system based on two rear axle inspection vehicle
RU2591739C1 (en) Device for measuring vertical and lateral forces of interaction between wheel and rail
RU2441206C1 (en) Apparatus for measuring vertical and lateral forces of interaction between wheel and rail
CN105923015B (en) It is a kind of using vibration reduction platform as the rail undulatory wear traverse measurement method of inertia displacement benchmark
RU155518U1 (en) RAIL SCALES FOR WEIGHING MOBILE RAILWAY OBJECTS IN MOVEMENT
RU2469894C2 (en) Method for determination of longitudinally-stressed state of rail strings for continuously-welded track
RU2780704C2 (en) Method for monitoring of technological condition of railway track and device for its implementation
CN112665882B (en) Real-time monitoring method for wheel rail force of loop accelerated loading test device
CN108007419A (en) A kind of vehicle double-front axle corner measuring apparatus
CN114878055B (en) Nondestructive train wheel rail force monitoring system
JPS6357722B2 (en)
KR100516959B1 (en) Select method and measurement installation that load interference exclusion location of wheel-set to running safety test of railway vehicle