RU2704141C1 - Способ измерения нагрузок на рельсы при воздействии колес железнодорожного подвижного состава - Google Patents
Способ измерения нагрузок на рельсы при воздействии колес железнодорожного подвижного состава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2704141C1 RU2704141C1 RU2019100110A RU2019100110A RU2704141C1 RU 2704141 C1 RU2704141 C1 RU 2704141C1 RU 2019100110 A RU2019100110 A RU 2019100110A RU 2019100110 A RU2019100110 A RU 2019100110A RU 2704141 C1 RU2704141 C1 RU 2704141C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rail
- calibration
- measuring
- deflection
- vertical
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
- B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области метрологии и предназначено для определения нагрузок (вертикальных и боковых сил), воздействующих на поверхность катания и боковую грань головки рельса при его контактном взаимодействии с колесом подвижного состав. Сущность: осуществляют установку в четырех зонах шейки рельса тензорезисторов и подключение их к входам измерительных каналов тензометрической аппаратуры, позволяющей регистрировать отклик в измерительных каналах на приращение входных факторов, градуировку измерительных каналов по определенному плану эксперимента с вычислением градуировочных коэффициентов. При градуировке дополнительно измеряют прогиб рельса, характеризующий изменение жесткости подрельсового основания, градуировку выполняют по четырехфакторному плану эксперимента комбинацией четырех факторов: вертикальной силы, изгибающего момента, боковой силы и прогиба рельса, а результат измерения компонентов нагрузки определяют, как произведение градуировочной квадратной матрицы 4×4 на приращения сигналов в тензометрических каналах, возникающих при контактном взаимодействии рельса с колесом. Технический результат: исключение влияния на результаты измерений вертикальных и боковых сил неопределенности жесткости подрельсового основания, тем самым повышая точность измерений. 6 табл., 3 ил.
Description
Изобретение относится к области метрологии и предназначено для определения нагрузок (вертикальных и боковых сил), воздействующих на поверхность катания и боковую грань головки рельса при его контактном взаимодействии с колесом подвижного состава.
Известен способ (см. Вериго М.Ф., Коган А.Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. / Под ред. М.Ф. Вериго. - М.: Транспорт, 1986. с. 490), заключающийся в том, что располагают пару тензорезисторов симметрично с двух сторон в месте с минимальной толщиной шейки рельса, включают тензорезисторы в схему моста Уинстона таким образом, чтобы ток в диагонали моста был пропорционален абсолютному значению суммы их деформаций, по которым определяют вертикальную силу от колеса на рельс, дополнительно устанавливают две пары тензорезисторов, которые располагают сверху и снизу в местах с одинаковой толщиной шейки, тензорезисторы включают в мостовую схему Уинстона таким образом, чтобы ток в диагонали моста был пропорционален разности изгибающих моментов, затем измеряют вертикальные и боковые силы, воздействующие на рельс, используя их численные зависимости от суммы деформаций и разностей изгибающих моментов, причем необходимые численные зависимости получают, нагружая рельс вертикальными и боковыми силами разного значения и для каждого значения сил фиксируя значения суммы деформаций и разности изгибающих моментов (принят за аналог).
Недостатком данного технического решения является зависимость точности измерения вертикальной и боковой сил от качества наклейки тензорезисторов. Поэтому при изменении внешних условий или обнаружении погрешностей установки тензорезисторов на рельс требуется их демонтаж и повторная установка, что приводит к дополнительным затратам материальных и временных ресурсов, а также отсутствует возможность тарировки тензометрической схемы для устранения погрешности расположения тензорезисторов на рельсе, компенсации изгиба рельса в вертикальной плоскости, вызванного изменением жесткости подрельсового основания.
Известен способ (см. патент РФ № 2623665 МПК G01L 5/16, опубл. 28.06.2017) измерения трех компонентов нагрузки в сечении рельса при контактном, взаимодействии с колесом железнодорожного подвижного состава, включающий электрическое соединение наклеенных в зонах шейки рельса тензорезисторов в измерительные мосты, подключение мостов к входу измерительных каналов тензометрической аппаратуры, позволяющей регистрировать отклик в измерительных каналах на приращение входных факторов, градуировку измерительных каналов по определенному плану эксперимента с вычислением градуировочных коэффициентов и систематических погрешностей, визуальное представление результатов измерения, причем тензорезисторы, наклеенные в четырех зонах шейки рельса, соединяют в три измерительных моста, каждый мост подключают к отдельному измерительному каналу тензометрической аппаратуры, градуировку выполняют по трехфакторному плану эксперимента комбинациями входных факторов - вертикальной силы, боковой силы и опрокидывающего момента, градуировочные коэффициенты определяют умножением матрицы плана эксперимента на матрицу правую обобщенную обратную к матрице отклика, систематические погрешности измерений определяют как разницу между приложенными и восстановленными по отклику значениями факторов плана, результаты измерения представляют в виде сочетания восстановленного по отклику значения входного фактора и максимального значения систематической погрешности, полученной при градуировке (принят за прототип).
Недостатком способа, принятого за прототип, является невысокая точность измерений из-за нелинейности подрельсового основания, когда жесткость зависит от значения вертикальной силы, т.е. возникает необходимость при выполнении измерений обеспечить неизменность жесткости подрельсового основания, равной жесткости реализованной при градуировке. В градуировочных коэффициентах не учитывается поперечный изгибающий момент, вызывающий прогиб рельса в вертикальной плоскости.
Техническая задача изобретения - повышение точности измерений за счет корректировки результатов с учетом изменения жесткости подрельсового основания и градуировки измерительных каналов вертикальной силой с различной жесткостью подрельсового основания.
Поставленная задача решается за счет того, что в четырех зонах шейки рельса устанавливают тензорезисторы и подключают их ко входам измерительных каналов тензометрической аппаратуры, проводят градуировку измерительных каналов по определенному плану эксперимента с вычислением градуировочных коэффициентов, причем при градуировке дополнительно измеряют прогиб рельса, по которому вводят поправки на изменение жесткости подрельсового основания, градуировку выполняют по четырехфакторному плану эксперимента комбинацией четырех факторов: вертикальной силы, эксцентриситета приложения вертикальной силы, боковой силы и прогиба рельса, а результат измерения компонентов нагрузки определяют, как произведение градуировочной квадратной матрицы 4×4 на приращения сигналов в тензометрических каналах, возникающих при контактном взаимодействии рельса с колесом.
На фиг. 1 изображены рельс и его поперечное сечение с наклеенными тензорезисторами и воздействующие факторы, на фиг. 2 - схема приложения нагрузки на рельс без прогиба в вертикальной плоскости, фиг. 3 - схема приложения нагрузки с прогибом в вертикальной плоскости.
Предложенный способ был реализован следующим образом. На рельс 5 типа Р65 в сечении А-А в четырех зонах шейки рельса на высоте от подошвы 45 мм и 129 мм с двух сторон шейки рельса устанавливали тензорезисторы 1, 2, 3, 4 типа ПКС-12-200, зарегистрированного в Государственном реестре средств измерений № 57245-14. Тензорезисторы подключали к входам измерительных каналов быстродействующей тензометрической системе «Динамика-3» (зарегистрирована в Государственном реестре средств измерений за № 66973-17). Градуировку проводили по четырехфакторному плану эксперимента комбинацией четырех факторов: вертикальной силы, эксцентриситета приложения вертикальной силы, боковой силы и прогиба рельса. Для измерения прогиба рельса в вертикальной плоскости на шейку рельса наклеивали ориентированную вертикально линейку 6 с диапазоном измерений от 0 до 150 мм и ценой деления, равной 0,5 мм. На расстоянии 2000 мм от рельса располагали лазерный уровень 7, луч 8 которого направляли на отметку линейки 0 мм. Прогиб рельса р в вертикальной плоскости определяли по смещению лазерного луча относительно отметки 0 мм линейки. На рельс последовательно воздействовали четырьмя факторами:
I-ый фактор - вертикальная сила Fν=100 кН без эксцентриситета с прогибом р;
II-ой фактор - изгибающий момент, вызванный эксцентриситетом вертикальной силы Fν=100 кН, эксцентриситет е=10 мм;
III-ий фактор - вертикальная сила Fν=100 кН и боковая сила Fb,=25 кН;
IV-ый фактор - вертикальная сила Fν=100 кН без эксцентриситета и без прогиба рельсошпальной решетки в вертикальной плоскости. Для исключения прогиба рельсошпальной решетки под рельс на расстоянии 0,5 м от точки приложения силы подкладывались упоры, препятствующие смещению рельса в вертикальной плоскости.
При воздействии каждого фактора определяли приращения сигналов в тензометрических каналах, которые представлены в виде матрицы приращений размерностью 4×4:
i - номер тензометрического канала, номер строки, j - номер фактора, номер столбца.
Значения приращений a i,j сигналов в тензометрических каналах, полученные экспериментально при воздействии I-IV факторов в процессе градуировки, приведены в таблице 1.
Измеренное экспериментальное значение прогиба рельса при воздействии фактором I, II, III составило р=4 мм. При воздействии фактора IV значение прогиба не превышало 0,5 мм.
Используя данные о приращениях в тензометрических каналах при градуировке (таблица 1), определяли градуировочные коэффициенты. Для вертикальной силы градуировочные коэффициенты определили делением приращений сигналов в тензометрических каналах при воздействии фактора I на значение вертикальной силы Fν по формуле:
где a i,1 - i-ый элемент 1-го столбца матрицы приращений (см. табл. 1).
Для вертикальной силы с эксцентриситетом градуировочные коэффициенты определили, вычитая из приращений сигналов при воздействии фактора III приращения сигналов при воздействии фактора II и деля полученную разность на изгибающий момент, равный произведению вертикальной силы на эксцентриситет Fν⋅е по формуле:
a i,2 - i-ый элемент 2-го столбца матрицы приращений (см. табл. 1).
Градуировочные коэффициенты для боковой силы определили, вычитая из приращений сигналов при воздействии фактора III приращения сигналов при воздействии фактора I и деля разность на боковую силу Fb по формуле:
a i,3 - i-ый элемент 3-го столбца матрицы приращений (см. табл. 1).
Градуировочные коэффициенты для прогиба рельса определили, вычитая из приращений сигналов при воздействии фактора IV приращения сигналов при воздействии фактора I и деля разность на экспериментальное значение прогиба рельса р по формуле:
а i,4 - i-ый элемент 4-го столбца матрицы приращений (таблица 1).
Результаты определения градуировочных коэффициентов в виде матрицы приведены в табл. 2:
Используя полученные градуировочные коэффициенты bi,j (см. табл. 2), определили градуировочную матрицу по правилам вычисления обратной матрицы:
Рельс нагружали комбинацией нескольких факторов, имитирующих воздействие колеса железнодорожного подвижного состава. Действительные значения воздействующих факторов приведены в табл. 3.
Определяли значения приращений сигналов в каналах тензометрической системы (см. табл. 4)
Умножали полученные для каждого испытания приращения сигналов на обратную матрицу ci,j и определяли результат измерений каждого из воздействующих факторов. Результаты измерений приведены в табл. 5.
На основании действительных значений факторов (см. табл. 3) и результатов их измерений (см. табл. 5) определили относительные погрешности измерения вертикальной и боковой сил по формуле:
Результаты оценки относительных погрешностей вертикальной и боковой сил приведены в табл. 6.
Как видно из табл. 6, заявляемый способ обеспечивает относительную погрешность измерения вертикальной силы не более 3%, а боковой силы - 2% в широком диапазоне жесткости подрельсового основания от 107 до 1012 Н/м3, что соответствует изменению прогиба рельса в вертикальной плоскости до 8 мм.
Заявляемый способ, по сравнению с прототипом, позволяет исключить влияние на результаты измерений вертикальных и боковых сил неопределенности жесткости подрельсового основания. При этом снижаются затраты на проведение измерений, за счет отсутствия необходимости изменения конструкции пути и проведения мероприятий по поддержанию заданной жесткости подрельсового основания.
Claims (1)
- Способ измерения нагрузок на рельсы при воздействии колес железнодорожного подвижного состава, включающий установку в четырех зонах шейки рельса тензорезисторов и подключение их к входам измерительных каналов тензометрической аппаратуры, позволяющей регистрировать отклик в измерительных каналах на приращение входных факторов, градуировку измерительных каналов по определенному плану эксперимента с вычислением градуировочных коэффициентов, отличающийся тем, что при градуировке дополнительно измеряют прогиб рельса, характеризующий изменение жесткости подрельсового основания, градуировку выполняют по четырехфакторному плану эксперимента комбинацией четырех факторов: вертикальной силы, изгибающего момента, боковой силы и прогиба рельса, а результат измерения компонентов нагрузки определяют, как произведение градуировочной квадратной матрицы 4×4 на приращения сигналов в тензометрических каналах, возникающих при контактном взаимодействии рельса с колесом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019100110A RU2704141C1 (ru) | 2019-01-09 | 2019-01-09 | Способ измерения нагрузок на рельсы при воздействии колес железнодорожного подвижного состава |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019100110A RU2704141C1 (ru) | 2019-01-09 | 2019-01-09 | Способ измерения нагрузок на рельсы при воздействии колес железнодорожного подвижного состава |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2704141C1 true RU2704141C1 (ru) | 2019-10-24 |
Family
ID=68318570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019100110A RU2704141C1 (ru) | 2019-01-09 | 2019-01-09 | Способ измерения нагрузок на рельсы при воздействии колес железнодорожного подвижного состава |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2704141C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1794739A1 (en) * | 1990-01-22 | 1993-02-15 | Le I Inzhenerov Zheleznodorozh | Device for determining pressure of wheel on rail |
RU2623665C1 (ru) * | 2016-05-20 | 2017-06-28 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Способ измерения трёх компонентов нагрузки в сечении рельса при контактном взаимодействии с колесом железнодорожного подвижного состава |
RU2659365C1 (ru) * | 2017-04-11 | 2018-06-29 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" | Способ оценки напряженно-деформированного состояния пути |
EP3382361A1 (en) * | 2017-03-31 | 2018-10-03 | Analisis y Simulacion, S.L. | Measurement method of forces on rails and system that executes said method |
-
2019
- 2019-01-09 RU RU2019100110A patent/RU2704141C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1794739A1 (en) * | 1990-01-22 | 1993-02-15 | Le I Inzhenerov Zheleznodorozh | Device for determining pressure of wheel on rail |
RU2623665C1 (ru) * | 2016-05-20 | 2017-06-28 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Способ измерения трёх компонентов нагрузки в сечении рельса при контактном взаимодействии с колесом железнодорожного подвижного состава |
EP3382361A1 (en) * | 2017-03-31 | 2018-10-03 | Analisis y Simulacion, S.L. | Measurement method of forces on rails and system that executes said method |
RU2659365C1 (ru) * | 2017-04-11 | 2018-06-29 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" | Способ оценки напряженно-деформированного состояния пути |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0295067B1 (en) | Digital load shift compensation | |
US3734216A (en) | Weighing device | |
US2597751A (en) | Bending beam load weighing device | |
WO2021036751A1 (zh) | 支座反力影响线曲率的连续梁损伤识别方法 | |
US20100292953A1 (en) | Method for ascertaining the pressure and the profile depth in a vehicle tire | |
PT2064532E (pt) | Sistema para determinação da pressão num pneu de veículo e/ou da velocidade do veículo | |
JP7400566B2 (ja) | 計測方法、計測装置、計測システム及び計測プログラム | |
KR101041332B1 (ko) | 변형률 측정에 의한 구조물의 변위측정방법 및 이를 이용한변위측정장치 | |
CN111964927B (zh) | 轮轨力轨旁监测方法及系统 | |
CN110502855B (zh) | 支座反力影响线曲率的等截面连续梁损伤识别方法 | |
US11713993B2 (en) | Bridge displacement measurement method | |
Carey et al. | Direct field measurement of the dynamic amplification in a bridge | |
CA2347755C (en) | Track scales | |
RU2704141C1 (ru) | Способ измерения нагрузок на рельсы при воздействии колес железнодорожного подвижного состава | |
JP7447586B2 (ja) | 計測方法、計測装置、計測システム及び計測プログラム | |
CN110608840B (zh) | 踏面制动式测力构架的制动力系测试结构及其制作方法 | |
CA3002593A1 (en) | Weight measuring device and measuring method | |
RU155518U1 (ru) | Рельсовые весы для взвешивания подвижных железнодорожных объектов в движении | |
Boronenko et al. | Develop a new approach measuring the wheel/rail interaction loads | |
RU2720188C1 (ru) | Способ измерения боковых сил, действующих от колеса на рельс, и устройство для его осуществления | |
RU2623665C1 (ru) | Способ измерения трёх компонентов нагрузки в сечении рельса при контактном взаимодействии с колесом железнодорожного подвижного состава | |
Bednarz III et al. | Identifying the magnitude and location of a load on a slender beam using a strain gage based force transducer | |
Sych et al. | Methods of determination of forces in the “wheel-rail” system | |
SU1794740A1 (en) | Device for measuring pressure of wheel on rail | |
Boronenko et al. | New Approach Measuring the Wheel/Rail Interaction Loads |