RU2817572C1 - Способ определения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ определения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2817572C1
RU2817572C1 RU2023113967A RU2023113967A RU2817572C1 RU 2817572 C1 RU2817572 C1 RU 2817572C1 RU 2023113967 A RU2023113967 A RU 2023113967A RU 2023113967 A RU2023113967 A RU 2023113967A RU 2817572 C1 RU2817572 C1 RU 2817572C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wheel
adhesion
force
gearbox
coefficient
Prior art date
Application number
RU2023113967A
Other languages
English (en)
Inventor
Олег Львович Маломыжев
Дмитрий Олегович Маломыжев
Иван Николаевич Лебедев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Application granted granted Critical
Publication of RU2817572C1 publication Critical patent/RU2817572C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к способу определения коэффициента сцепления колеса подвижного состава с рельсом. Способ определения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом включает качение колесных пар тележки, определение скорости движения тележки, измерение силы нормальной нагрузки на рельсы от колесных пар тележки. Согласно изобретению синхронизируют при движении частоту вращения колесных пар, причем колеса одной из них имеют меньший диаметр. Регистрируют изменения величины циркуляции мощности, возникающей от частичного проскальзывания колесной пары с меньшим диаметром колес, устанавливают зависимость величины циркуляции мощности от возникающей силы при скольжении, после чего рассчитывают коэффициент сцепления по формуле: где Fp - сила реакции на корпусе балансирно-качающегося редуктора, (Н); rд - радиус делительной окружности шестерни балансирно-качающегося редуктора, (м); p - расстояние от точки возникновения силы на делительной окружности шестерни редуктора до оси его вращения, (м); - расстояние от оси вращения балансирно-качающегося редуктора до точки приложения силы реакции к силоизмерительному датчику, (м); iг - передаточное число редуктора привода генератора; Rм - радиус колеса меньшего диаметра, (м); Gмк - часть веса испытательной тележки, приходящегося на рельсы от колесной пары с меньшим диаметром колес, (Н); η - суммарный коэффициент полезного действия всех редукторов, испытательной тележки и всех буксовых подшипников. Изобретение относится также к тележке для определения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом вышеуказанным способом. В результате можно определить значения коэффициентов сцепления железнодорожных колес с рельсами при различных нагрузках на колесо в процессе движения как на прямолинейных, так и криволинейных участках с различными скоростями и учетом влияния проскальзывания колеса относительно рельса при различных природно-климатических условиях. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области исследования процессов трения и изнашивания, в частности к способам определения коэффициента сцепления колеса подвижного состава с рельсом и устройств для их реализации. Целью изобретения является получение возможности измерения коэффициента сцепления для различных нагрузок на колесо, скоростей движения, а так же различной степени проскальзывания колеса относительно рельса, что позволит повысить безопасность движения и более полно реализовать тягу локомотивов за счет получения возможности определения тормозной и тяговой динамики подвижного состава в широком диапазоне режимов движения и условиях эксплуатации.
Результатами изобретения являются значения коэффициентов сцепления железнодорожных колес с рельсами при различных нагрузках на колесо в процессе движения, как на прямолинейных, так и криволинейных участках с различными скоростями и учетом влияния проскальзывания колеса относительно рельса, при различных природно-климатических, атмосферных условий.
Технический уровень
В результате патентного поиска найдены следующие патенты.
- Способ определения коэффициента сцепления колеса с рельсом (RU 2075057 С1, МПК-G01N 19/02, опубл. 10.03.1997) заключающийся в том, что задают движение колесу относительно рельса в момент трогания, определяют величину силы тяги на ободе колеса и нагрузку на колесо, регистрируют температуру поверхности головки рельса, температуру и относительную влажность окружающей среды, с учетом которых определяют степень увлажнения рельса и определяют для этих параметров коэффициент сцепления колеса с рельсом.
Данный способ не позволяет учитывать затраты силы на ободе колеса на преодоление сил инерции поступательно движущихся масс, а также моментов инерции вращающихся масс, имеющих место в момент начала трогания.
Способ не позволяет определить значение коэффициента сцепления при различных эксплуатационных скоростях движения железнодорожного колеса и влияния скорости движения центра масс колеса на коэффициент сцепления. Вместе с тем, известно, что с ростом скорости движения коэффициент сцепления уменьшается (Самме Г.В. Фрикционное взаимодействие колесных пар локомотива с рельсами: Монография. - М: Маршрут, 2005 - 80 с. ISBN 5-89035-221-0).
Также способ не позволяет определить влияние движения в кривых участках разного радиуса, на коэффициент сцепления, тогда, как известно, что при движении в кривых коэффициент сцепления имеет отличающееся от движения на прямолинейных участках значение (Самме Г.В. Фрикционное взаимодействие колесных пар локомотива с рельсами: Монография. - М.: Маршрут, 2005 - 80 с. ISBN 5-89035-221-0).
Кроме того, указанный способ не позволяет определить влияние на коэффициент сцепления степени относительно проскальзывания колеса, которая характеризуется отношением окружной скорости колеса VO к скорости движения центра масс колеса VK. Относительная скорость проскальзывания колеса δ определяется по формуле Известно, что максимальное значение коэффициента сцепления колеса возникает δ≈15%. (Самме Г.В. Фрикционное взаимодействие колесных пар локомотива с рельсами: Монография. - М.: Маршрут, 2005 - 80 с. ISBN 5-89035-221-0).
- Способ определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью и устройство для его осуществления (RU 2626581 С1, МПК G01N 19/02, опубл. 28.07.2016), включающее качение измерительного колеса транспортным средством по контролируемой поверхности, определение скорости движения измерительного колеса, измерение силы нормальной нагрузки измерительного колеса на поверхность, прикладывание к оси измерительного колеса момента силы торможения, измерение угловой скорости вращения измерительного колеса, определение текущего значения коэффициента скольжения на основании полученных значений угловой скорости вращения измерительного колеса и скорости его движения с учетом известного радиуса измерительного колеса, изменение величины тормозящего момента для приближения текущего значения коэффициента скольжения к заданному значению, определение силы сцепления измерительного колеса с поверхностью и определение коэффициента сцепления измерительного колеса с поверхностью в виде отношения полученного значения силы сцепления измерительного колеса с поверхностью к полученному значению силы нормальной нагрузки измерительного колеса на поверхность.
Недостатками данного устройства является наличие энергоемкой установки, создающей тормозной момент, а также сложность создания фиксированной величины относительной скорости проскальзывания 6.
Существенным недостатком устройства является необходимость движения испытательного колеса по плоской поверхности, что исключает возможность его применения для условий движения железнодорожного колеса.
- Наиболее близким для реализации предлагаемого способа является тележка аэродромная тормозная для определения условий торможения авиационных пневматических колес (RU 204025 U1, МПК Е01С 23/07, G01M 17/02, G01N 19/02, опубл. 04.05.2021), включающая колесо измерительное с авиационной шиной и колесо ведущее, а вал привода, передающий вращательный момент от ведущего колеса к измерительному, через шарниры равных угловых скоростей соединен со ступицами измерительного и ведущего колес, а на ведущем колесе установлена муфта включения-выключения измерительного колеса, причем дышло состоит из дышла центрального для крепления и буксировки тележки и дышла бокового в виде силового элемента нагружения измерительного датчика, причем нагружение измерительного датчика обеспечивается перемещаемой вдоль направляющей тягой.
Благодаря наличию в устройстве двух синхронно вращающихся колес разных диаметров обеспечивается фиксированная относительная скорость проскальзывания δ исключена необходимость применения сложной энергоемкой установки, создающей фиксированной величины δ.
Недостатком выбранного прототипа является реализация измерения коэффициента сцепления при постоянной, заданной нагрузке на испытательное колесо, а также ограниченном диапазоне скорости движения 60÷70 км/ч. Также, следует отметить, что реализация предлагаемого способа не представляется возможным для измерения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом, вследствие специфики конструкции и условий движения железнодорожных колес.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа определения коэффициента сцепления железнодорожных колес с рельсами при различных нагрузках на колесо в процессе движения, как на прямолинейных, так и криволинейных участках с различными скоростями, а также различных природно-климатических, атмосферных условий, позволяющие повысить точность определения тяговой и тормозной динамики подвижного состава при эксплуатации.
Поставленная задача решается следующим образом.
Способ определения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом, включающий качение колесных пар тележки, определение скорости движения тележки, измерение силы нормальной нагрузки на рельсы от колесных пар тележки, отличающий тем, что синхронизируют при движении частоту вращения колесных пар, при чем колеса одной из них имеют меньший диаметр, регистрируют изменения величины циркуляции мощности, возникающей от частичного проскальзывания колесной пары с меньшим диаметром колес, устанавливают зависимость величины циркуляции мощности Nц, (Вт) от возникающей при скольжении силы трения по формуле
где Gмк - часть веса испытательной тележки, приходящегося на рельсы от колесной пары с меньшим диаметром колес, (Н); ϕ - коэффициент сцепления между колесом и рельсом; ω - частота вращения колесных пар, (рад/с); RM - радиус колеса меньшего диаметра, (м); RБ - радиус колеса большего диаметра, (м). Значение коэффициента трения, при этом можно определить по зависимости
где Fтp - сила трения между рельсами и поверхностями катания колес колесной пары, (Н).
Сила Fтp будет создавать реактивный момент на корпусе балансирно-качающегося редуктора, а ее величину можно определить по значению силы реакции на опоре Fтp, (Н), являющейся силоизмерительным датчиком и препятствующей вращению корпуса редуктора от возникающего на нем реактивного момента
где rд - радиус делительной окружности шестерни балансирно-качающегося редуктора, (м); - расстояние от точки возникновения силы на делительной окружности шестерни балансирно-качающегося редуктора до оси его вращения, (м); - расстояние от оси вращения балансирно-качающегося редуктора до точки приложения силы реакции к силоизмерительному датчику, (м); iг - передаточное число редуктора привода генератора; η - суммарный коэффициент полезного действия всех редукторов, испытательной тележки и всех буксовых подшипников. Соответственно
В итоге, коэффициент сцепления между колесом и рельсом можно рассчитать по формуле:
Тележка для определения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом по предлагаемому способу, состоит из двух колесных пар, при чем колеса одной из них имеют меньший диаметр, каждая из колесных пар имеет редуктор привода генератора от средней части оси, редуктор, синхронизирующий частоту вращения валов привода генераторов, при чем редуктор устанавливается балансирно-качающимся на оси, тем самым обеспечивается возможность его поворота при возникновении на его корпусе реактивного крутящего момента при проходящей через него циркулирующей мощности, при чем на раме тележки установлен силоизмерительный датчик, измеряющий величину крутящего момента, возникающего на корпусе редуктора, датчик частоты вращения валов привода генераторов, позволяющий определить скорость движения тележки.
Предлагаемый способ поясняется фигурами 1 и 2.
На фиг. 1 представлен общий вид с боку устройства для осуществления способа определения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом.
На фиг. 2 представлен общий вид спереди с разрезом по фланцу балансирно-качающегося редуктора, устройства для осуществления способа определения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом.
На фиг. 1 представлен общий вид с боку устройства для осуществления способа определения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом, где 1 - колесная пара с колесами меньшего диаметра; 2 - колесная пара с колесами большего диаметра; 3 - редуктор синхронизирующий частоту вращения колесных пар; 4 - рама тележки; 5 - редукторы привода генераторов вагона; 6 - балансирная ось синхронизирующего редуктора; 7 - датчик измерения силы, создаваемой, реактивным моментом MR на корпусе редуктора; датчик частоты вращения валов синхронизирующего редуктора; 8 - датчик частоты вращения; 9 - груз, обеспечивающий необходимую нагрузку на ось; VT - скорость движения тележки; ω1, ω2 - угловые скорости колесных пар с колесами меньшего и большего диаметров соответственно (при испытаниях равны друг другу); V01, V02 - окружные скорости колес по кругу катания колесных пар с колесами меньшего и большего диаметров соответственно; FT1, FT2 - силы трения между поверхностью колес колесных пар с колесами меньшего и большего диаметров и рельсом, соответственно; - вес груза; RM, RБ - радиусы колес по кругу катания меньшего и большего диаметров соответственно.
На фиг. 2 представлен общий вид спереди с разрезом по фланцу синхронизирующего редуктора, устройства для осуществления способа определения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом, где MR - реактивный момент на корпусе балансирно-качающегося вокруг оси 6 редуктора 3 (остальные номера позиций и обозначения соответствуют номерам позиций фиг. 1).
Для реализации способа предлагается использовать тележку фиг. 1, фиг. 2, имеющую две синхронно вращающиеся колесные пары, при чем колеса одной из них имеют меньший диаметр. Определения коэффициента сцепления ϕ железнодорожного колеса с рельсом заключается в измерении циркулирующей мощности, возникающей вследствие движения одной колесной пары с частичным проскальзыванием, которая определяется путем измерения крутящего момента Мк и скорости движения тележки. Значение коэффициента сцепления определяется по формуле где rк - радиус колеса; GK - нагрузка от колесной пары на рельс.
Значение нагрузки от колесной пары на рельс Gк, принимается, как постоянная величина, замеренная перед началом испытаний. Относительная скорость проскальзывания колеса δ определяется по формуле при этом, если δ<0 движение колеса происходит с частичным волочением (режим торможения), соответственно, если δ>0 движение колеса происходит с частичным буксованием (режим тяги). Значение δ задается, как постоянная величина в зависимости от необходимого режима измерения.
Скорость движения тележки VT, м/с определяется по формуле
где ω - частота вращения вала синхронизирующего редуктора; iг -передаточное число редуктора привода генератора; Rкб - радиус колеса колесной пары с колесами больших диаметров.
Сила реакции на корпусе синхронизирующего редуктора измеряется с помощью датчика силы, которая преобразуется в величину коэффициента сцепления с помощью специальной программы, в цифровом модуле Arduino и записывается в виде числовых значений в файл на flash накопитель при одновременной записи скорости движения, рассчитанной по данным датчика частоты вращения фланца синхронизирующего редуктора.
Для изготовления предлагаемого устройства, запланировано использовать тележку пассажирского вагона КВЗ ЦНИИ. Специальная тележка имеет колесные пары с колесами разного диаметра (новая колесная пара и колесная пара с проточенными колесами). Каждая из колесных пар имеет редуктор (мультипликатор) 5 привода вращения генератора от середины оси. Колесные пары располагаются так, чтобы выходные фланцы редукторов были направлены навстречу друг другу. Синхронизация частот вращения выходных валов осуществляется редуктором 3 с цилиндрическими шестернями и передаточным числом i=1. Синхронизирующий редуктор 2 устанавливается балансирно-качающимся на оси, что обеспечит возможность его поворота при возникновении на его корпусе реактивного крутящего момента, обусловленного проходящей через него циркулирующей мощности. Величина крутящего момента MR, возникающего на корпусе редуктора измеряется тензометрическим силоизмерительным устройством 7, схема работы которого представлена на фиг. 2. Частота вращения вала синхронизирующего редуктора измеряется с помощью датчика Холла 8.
Реализация предлагаемого изобретению осуществляется в следующей последовательности:
- создается необходимая для исследования коэффициента сцепления нагрузка на колесо с помощью установка на тележку груза соответствующей массы;
- выполняется перемещение (движение) тележки по исследуемому участку пути с необходимой для исследования скоростью (скоростями);
- в процессе движения измеряются и записываются на flash накопитель: скорость движения тележки; величина циркулирующей мощности;
- регистрируются температура и влажность воздуха, наличие на рельсах влаги, льда, пр.;
- полученные результаты обрабатываются и представляются в виде таблиц и графиков.
При реализации используются:
- две синхронно вращающиеся колесные пары объединенные в одной тележке, чем обеспечивается возможность их движения по рельсовому пути;
- редуктор, синхронизирующий частоту вращения колесных пар, соединенный с валами привода генераторов от средней части осей;
- датчик силы, возникающей на корпусе балансирно-качающегося на оси редуктора, значение которой пропорционально силе трения между колесом и рельсом колесной пары, имеющей меньший диаметр колес и движущейся с частичным проскальзыванием;
- датчик частоты вращения фланца синхронизирующего редуктора, частота вращения которого пропорциональна скорости движения тележки.

Claims (4)

1. Способ определения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом, включающий качение колесных пар тележки, определение скорости движения тележки, измерение силы нормальной нагрузки на рельсы от колесных пар тележки, отличающийся тем, что синхронизируют при движении частоту вращения колесных пар, причем колеса одной из них имеют меньший диаметр, регистрируют изменения величины циркуляции мощности, возникающей от частичного проскальзывания колесной пары с меньшим диаметром колес, устанавливают зависимость величины циркуляции мощности от возникающей силы при скольжении, после чего рассчитывают коэффициент сцепления по формуле:
где Fp - сила реакции на корпусе балансирно-качающегося редуктора, (Н); rд - радиус делительной окружности шестерни балансирно-качающегося редуктора, (м); p - расстояние от точки возникновения силы на делительной окружности шестерни редуктора до оси его вращения, (м); - расстояние от оси вращения балансирно-качающегося редуктора до точки приложения силы реакции к силоизмерительному датчику, (м); iг - передаточное число редуктора привода генератора; Rм - радиус колеса меньшего диаметра, (м); Gмк - часть веса испытательной тележки, приходящегося на рельсы от колесной пары с меньшим диаметром колес, (Н); η - суммарный коэффициент полезного действия всех редукторов, испытательной тележки и всех буксовых подшипников.
2. Тележка для определения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом по п. 1, состоящая из двух колесных пар, причем колеса одной из них имеют меньший диаметр, каждая из колесных пар имеет редуктор привода генератора от средней части оси, редуктор, синхронизирующий частоту вращения валов привода генераторов, причем редуктор устанавливается балансирно-качающимся на оси, тем самым обеспечивается возможность его поворота при возникновении на его корпусе реактивного крутящего момента при проходящей через него циркулирующей мощности, причем на раме тележки установлен силоизмерительный датчик, измеряющий величину крутящего момента, возникающего на корпусе редуктора, датчик частоты вращения валов привода генераторов, позволяющий определить скорость движения тележки.
RU2023113967A 2023-05-26 Способ определения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом и устройство для его осуществления RU2817572C1 (ru)

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2022113032 Previously-Filed-Application 2022-05-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2817572C1 true RU2817572C1 (ru) 2024-04-16

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011113069A1 (de) * 2011-09-09 2013-03-14 Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH Kraftschlussbestimmung bei einem Schienenfahrzeug
RU204025U1 (ru) * 2020-12-21 2021-05-04 Открытое акционерное общество "Опытный завод N 31 Гражданской авиации" Тележка аэродромная тормозная для определения условий торможения авиационных пневматических колес
RU2755527C2 (ru) * 2017-03-31 2021-09-16 ФАИВЕЛЕЙ ТРАНСПОРТ ИТАЛИЯ С.п.А. Система и способ моделирования контакта между колесом и рельсом для определения коэффициента сцепления
RU2766481C2 (ru) * 2017-12-04 2022-03-15 ФАИВЕЛЕЙ ТРАНСПОРТ ИТАЛИЯ С.п.А. Система для определения величины сцепления между рельсом и колесом железнодорожного транспортного средства и соответствующий способ такого определения

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011113069A1 (de) * 2011-09-09 2013-03-14 Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH Kraftschlussbestimmung bei einem Schienenfahrzeug
RU2755527C2 (ru) * 2017-03-31 2021-09-16 ФАИВЕЛЕЙ ТРАНСПОРТ ИТАЛИЯ С.п.А. Система и способ моделирования контакта между колесом и рельсом для определения коэффициента сцепления
RU2766481C2 (ru) * 2017-12-04 2022-03-15 ФАИВЕЛЕЙ ТРАНСПОРТ ИТАЛИЯ С.п.А. Система для определения величины сцепления между рельсом и колесом железнодорожного транспортного средства и соответствующий способ такого определения
RU204025U1 (ru) * 2020-12-21 2021-05-04 Открытое акционерное общество "Опытный завод N 31 Гражданской авиации" Тележка аэродромная тормозная для определения условий торможения авиационных пневматических колес

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jaschinski et al. The application of roller rigs to railway vehicle dynamics
CA1087873A (en) Motor vehicle performance test system
US6192736B1 (en) Tribometer for testing the efficiency of lubrication upon a railroad track surface
CN114061989B (zh) 一种轮轨黏着特性的模拟方法及模拟测试装置
CN110595995B (zh) 铁道车辆制动下黏着系数与滑移率关系测量方法及试验台
RU2817572C1 (ru) Способ определения коэффициента сцепления железнодорожного колеса с рельсом и устройство для его осуществления
JP2719603B2 (ja) 自動車のエンジンパワーを決定する方法及び装置
CN115524147A (zh) 一种多功能轮轨黏着蠕滑试验机与模拟试验方法
RU2436061C1 (ru) Стенд испытаний колесных пар и их элементов
RU2545531C1 (ru) Модернизированный стенд осипова для диагностирования тормозов транспортного средства
CN113092141B (zh) 轨道交通车辆整车滚动试验台的惯量模拟试验系统及方法
RU165080U1 (ru) Тележка аэродромная тормозная для определения условий торможения авиационных пневматических колес
RU2390003C9 (ru) Способ определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью аэродромного покрытия
KR100799330B1 (ko) 철도차량의 견인력 및 제동력 측정 시스템 및 그 방법
RU2731163C1 (ru) Способ оценки динамической жёсткости рельсового пути и устройство для его реализации
CN215640180U (zh) 一种轮轨黏着特性模拟测试装置
RU2647336C1 (ru) Устройство измерения коэффициента сцепления колес воздушных судов с покрытием взлетно-посадочных полос
RU2612074C1 (ru) Устройство измерения коэффициента сцепления колес с аэродромным покрытием
Radosavljevic Measurement of train traction characteristics
RU199093U1 (ru) Гибридный универсальный полноопорный стенд для контроля технического состояния колесных транспортных средств
Gorbunov et al. Experimental study of the influence of friction surfaces cooling parameters on the efficiency of the braking system of a railway vehicle operation.
RU118753U1 (ru) Устройство измерения коэффициента сцепления транспортных колес с аэродромными и автодорожными покрытиями
RU2426662C1 (ru) Способ диагностирования тормозной системы автомобиля
CN211086051U (zh) 铁道车辆制动下黏着系数与滑移率关系试验台
CN111006888B (zh) 列车空气制动防滑器性能测试方法及试验台