CZ2014972A3 - Metoda měření adhezních poměrů mezi kolem kolejového vozidla a kolejnicí a zařízení pro tuto metodu měření adhezních poměrů a technologický kolejový vozík s tímto zařízením - Google Patents

Abstract

Metoda měření adhezních poměrů mezi kolem kolejového vozidla a kolejnicí je založena na měření kontaktních sil mezi náhradním tělesem, odvalujícím se po jízdní ploše kolejnice, a kolejnicí ve zkoumaném úseku trati. Toto náhradní těleso je zatíženo svislou silou Q o velikosti zajišťující podobnost poměrů v kontaktu náhradní těleso-kolejnice se skutečností, přičemž tato podobnost je zajištěna při vyvození kontaktního tlaku o stejné velikosti, jako působí v kontaktu skutečného kola s kolejnicí, a přičemž jsou měřeny svislé síly N a podélné a příčné skluzové síly F.sub.tx.n., F.sub.ty.n.mezi kolejnicí a náhradním tělesem, odvalujícím se po kolejnici. Náhradním tělesem je možné otáček kolem svislé osy a tím měnit její úhel (.alfa.) náběhu vůči kolejnici, čímž jsou měněny velikosti podélných a příčných sil F.sub.tx.n., F.sub.ty.n., a svislá síla N a skluzové síly F.sub.tx.n., F.sub.ty.n.jsou vyhodnoceny z měřených deformací ojnic spojující rám kladky se skříní. Náhradním tělesem je měrná kladka o průměru mnohem menším, než je běžný průměr železničních. Zařízení pro tuto metodu měření adhezních poměrů mezi kolem kolejového vozidla a kolejnicí je tvořeno měrnou kladkou (21), odvalující se po kolejnici (1), přičemž měrná kladka (21) je prostřednictvím dvou podélných ojnic (24) o proměnné délce pro natočení měrné kladky (21) kolem svislé osy, dvou příčných ojnic (23) a dvou svislých ojnic (22) připojena k rámu (25), který je spojen se skříní zařízení tak, že je umožněn pohyb rámu (25) ve svislém směru, čímž je měnitelná svislá poloha měrné klady (21), zatímco svislá poloha měrné kladky (21) je měnitelná stavěcí mechanismem, který sestává ze závitové tyče a úhlové páky (29). Dále je skříň zařízení vybavena vodícími kladkami pro přenos příčných sil mezi zařízením pro měření adheze a bokem hlavy koleje (1). Toto zařízení je uspořádáno v technologickém kolejovém vozíku, který je tvořen poddajným rámem (5), který sestává ze dvou hlavních dílů (6) rámu, které jsou vzájemně spojeny dvěma diagonálně umístěnými sférickými klouby (7). Vozík je na kolejnicích (1) nesen dvěma hnacími povozky (9) a dvěma běžnými dvoukladkovými podvozky (8), uloženými v rámech pomocí příčného čepu každého podvozku, který umožňuje naklápění podvozku kolem osy kolmé na osu koleje. Hnací podvozky (9) jsou navíc vybaveny elektromotorem (13) se šnekovou převodovkou, ovladatelnou spojkou, řemenovými převody a kloubovým spojovacím hřídelem pro přenos krouticího momentu mezi podvozky. Příčné vedení technologického vozíku na koleji (1) je realizováno pomocí svislých, volně otočných, kladek umístěných na rámech. Součástí technologického vozíku je dále jeho elektrická výzbroj tvořená akumulátory (18), střídačem, kontejnerem frekvenčních měničů (20) a ovládacími prvky.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká metody a zařízení pro měření adhesních poměrů mezi kolem kolejového vozidla a kolejnicí. Dále se týká technologického kolejového vozíku, do kterého je zařízení pro měření adhezních poměrů mezi kolem kolejového vozidla a kolejnicí možno zabudovat.

Dosavadní stav techniky

Na dvojkolí jedoucího vozidla působí v dotykovém bodě mezi kolem a kolejnicí normálové a tečné (skluzové) síly, jež jsou definovány v souřadném systému kontaktu kolo-kolejnice: N normálová síla

Ft tečná (skluzová) síla, kterou je možné rozložit do podélného a příčného směru (Ftx, Fty).

Tyto síly, vyjádřené v souřadném systému dvojkolí, jsou pak označovány jako: Q kolová síla, T podélná síla, Y vodicí síla.

Součinitel adheze je definován jako poměr tečné a normálové síly:

Měřením adhezních poměrů se rozumí měření normálových a tečných skluzových sil za účelem vyhodnocení součinitele adheze, resp. součinitele tření, při dosažení vysokých hodnot poměrných skluzů. Pro potřeby praktického zjišťování součinitele adheze jsou dále definovány součinitele podélného a příčného skluzu μχ, //y, přičemž platí:

Adhezní poměry mezi jízdní plochou kola a kolejnicí představují jeden z nej důležitějších faktorů ovlivňujících vzájemné silové účinky mezi vozidlem a kolejí jakož i jízdní vlastnosti kolejových vozidel. Z toho přímo vyplývá i jejich velký vliv na zkoušení a posuzování výsledků zkoušek těchto vozidel. Základním problémem je dokumentovat adhezní podmínky v reálných podmínkách konkrétní zkoušky. Velikost třecích sil závisí na mnoha faktorech. Těmi nej důležitějšími jsou vedle kvality povrchu kontaktních ploch vlhkost kontaktních povrchů. Vzhledem k tomu, že se tyto podmínky mohou během zkoušky značně měnit, je žádoucí mít k dispozici systém umožňující adhezi vhodným způsobem měřit. V současnosti se adhezní poměry mezi kolem a kolejnicí vyhodnocují na základě měření silových poměrů v kontaktu kolo-kolejnice reálného vozidla. Tuto metodu lze realizovat měřicím dvojkolím nebo siloměmým úsekem koleje, které běžně umožňují měření sil Q a Y. Tyto metody z principu umožňují vyhodnocení pouze součinitele příčného skluzu. Dále je v tomto případě nezbytná znalost úhlu tečné roviny v dotykovém bodě od vodorovné roviny (přepočet Q, Y na N, Ft). Z toho vyplývá, že součinitel příčného skluzu těmito systémy můžeme vyhodnotit pro kola pohybující se v daném okamžiku v koleji bez kontaktu kola s kolejnicí v oblasti okolku a která vykazují v daném okamžiku nenulový příčný skluz. Tedy například pro všechna kola jedoucí v oblouku po vnitřním kolejnicovém pásu s nenulovým úhlem náběhu kola vůči kolejnici.

Tato metoda neumožňuje dokumentovat stav koleje na vnějším kolejnicovém pásu v oblouku.

Pro vysoké hodnoty úhlu náběhu je pak součinitel příčného skluzu přibližně roven součiniteli tření. Velikost příčného skluzu není v tomto případě měřena, jeho dostatečná velikost pro určení součinitele tření je odhadována pouze z velikosti úhlu náběhu dvojkolí.

Vystrojení vozidla měřicím dvojkolím je ovšem velmi nákladná operace, která ani není vždy organizačně možná. Siloměmé kolejové úseky jsou zbudovány jen v několika zkušebních a výzkumných centrech. S nižší přesností lze síly Q a Y stanovit i měřením deformací dalších součástí pojezdu. Tedy zejména měřením deformací vypružení. Takto získané hodnoty mohou být rovněž použity pro výpočet součinitele tření. I tato zjednodušená varianta měření ovšem vyžaduje poměrně složitou přípravu a výsledky mohou být zatíženy značnou chybou.

Podstata vynálezu Výše uvedené nevýhody odstraňuje metoda pro měření adhezních poměrů mezi kolem kolejového vozidla a kolejnicí, jejíž podstata spočívá vtom, že je založena na měření kontaktních sil mezi náhradním tělesem, odvalujícím se po jízdní ploše kolejnice, a kolejnicí ve zkoumaném úseku trati. Náhradním tělesem je měrná kladka o průměru mnohem menším, než je běžný průměr železničních kol. Kladka je zatížena svislou silou Q o velikosti zajišťující podobnost poměrů v kontaktu kladka-kolejnice se skutečností, kontakt kolo-kolejnice. Tato podobnost je zajištěna při vyvození kontaktního tlaku o stejné velikosti, jako působí v kontaktu skutečného kola s kolejnicí.

Jedná se o měření svislých sil N a podélných a příčných skluzových sil Ftx, Fty mezi kolejnicí (1) a měrnou kladkou, odvalující se po kolejnici, přičemž měrnou kladkou je možné otáčet kolem svislé osy a tím měnit její úhel náběhu vůči kolejnici a, čímž jsou měněny velikosti podélných a příčných skluzů Flx, Fy.

Podstata zařízení pro měření adhezních poměrů mezi kolem kolejového vozidla a kolejnicí, spočívá v tom, že měření součinitele adheze - tření je realizováno zařízením pro simulaci poměrů kontaktu kolo-kolejnice. Základem zařízení pro měření adhezních poměrů mezi kolem a kolejnicí, dále jen zařízení pro měření adheze, je měrná kladka, která se odvaluje po jízdní ploše hlavy kolejnice. Měrná kladka je prostřednictvím dvou svislých ojnic, dvou příčných ojnic a dvou podélných ojnic připojena k rámu měrné kladky. Rám měrné kladky je spojen se skříní zařízení tak, že je umožněn pohyb rámu měrné kladky ve svislém směru a tím je možné měnit svislou polohu měrné kladky. Měrnou kladku je možno pomocí změny délky podélných ojnic natočit kolem její svislé osy.

Svislá poloha měrné kladky je nastavitelná pomocí závitové tyče, uložené ve skříni zařízení. Přes úhlovou páku je síla vyvozená tyčí přenesena na rám měrné kladky. Stavěči mechanizmus je možné doplnit o tažnou pružinu, s jejíž pomocí se měřidlo adheze lépe přizpůsobuje nerovnostem koleje.

Zařízení pro měření adheze je dále vybaveno čtveřicí vodicích kladek pro přenos příčných sil mezi měřidlem adheze a bokem hlavy kolejnice.

Zařízení pro měření adheze je dále vybaveno zařízením pro měření úhlu náběhu měrné kladky vůči koleji, které je složeno ze dvou pomocných kladek pro měření úhlu náběhu, čtyř ramen spojující tyto pomocné kladky pro měření úhlu náběhu měrné kladky, se skříní zařízení umožňující pohyb pomocných kladek v příčném směru a planžety, která je vprostřed natáčena společně s měrnou kladkou. Při změně úhlu náběhu měrné kladky je vyvolán příčný pohyb pomocných kladek vůči skříni zařízení a planžeta je deformována. Tato deformace je úměrná příčnému pohybu pomocných kladek a může být měřena např. prostřednictvím tenzometrů umístěných na planžetě.

Svislá síla Q a skluzové síly Ft jsou měřeny prostřednictvím ojnic, které fungují jako siloměrné prvky. Síly v ojnicích mohou být vyhodnoceny např. z poměrných deformací ojnic, které mohou být měřeny na ojnicích umístěnými tenzometry. Měrnou kladku je možné natáčet kolem svislé osy a tím měnit úhel náběhu vůči koleji. V závislosti na nastaveném úhlu náběhu se mění velikosti podélných a příčných skluzů. Vzhledem k válcovému profilu kladky jsou měřeny přímo síly N a podélná a příčná složka Ft. Je možné vyhodnotit součinitel příčného i podélného skluzu, celkový součinitel adheze i součinitel tření. Velikost skluzů může být touto metodou rovněž měřena. Měření lze provádět touto metodou v přímé trati i v oblouku na libovolném kolejnicovém pásu (vnější resp. vnitřní).

Ve výhodném provedení je zařízení pro měření adheze pak uchyceno v technologickém vozíku, který je schopen se vlastní silou pohybovat po koleji. Technologický vozík je tvořen poddajným rámem, jenž sestává ze dvou hlavních dílů rámu, které jsou vzájemně spojeny dvěma diagonálně umístěnými sférickými klouby. Technologický vozík je na koleji nesen dvěma hnacími podvozky a dvěma běžnými dvoukladkovými podvozky, uloženými v rámech pomocí příčného čepu každého podvozku, který umožňuje naklápění podvozku kolem osy kolmé na osu koleje. Hnací podvozky jsou navíc vybaveny elektromotorem se šnekovou převodovkou, ovladatelnou spojkou, řemenovými převody a kloubovým spojovacím hřídelem pro přenos kroutícího momentu mezi podvozky. Příčné vedení vozíku v koleji je realizováno pomocí svislých, volně otočných kladek, umístěných na rámech. Součástí vozíku je dále jeho elektrická výzbroj tvořená akumulátory, střídačem, kontejnerem frekvenčních měničů a ovládacími prvky. V případě zabudování zařízení pro měření adheze do technologického vozíku zde zařízené pro měření adheze nahrazuje jeden z běžných podvozků.

Objasnění výkresů

Vynález je dále objasněn pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněno v prostorovém provedení kolo dvojkolí a kolejnice s vyznačením sil působících v kontaktu mezi kolem a kolejnicí, na obr. 2 je schematické znázornění měrné kladky s vyznačením sil Y, Ftx, Fty působících na kladku při jejím odvalováním po kolejnici, na obr. 3 je v prostorovém provedení část zařízení pro měření adheze - měřicí kladka a její uchycení do rámu měřící kladky, na obr. 4 je v pohledu ze strany část zařízení pro měření adheze - měřicí kladka a její uchycení do rámu měřící kladky, na obr. 5 je v prostorovém provedení zobrazeno kompletní zařízení pro měření adheze, včetně systému pro měření úhlu náběhu, na obr. 6 je v prostorovém provedení zobrazeno kompletní zařízení pro měření adheze, včetně systému pro měření úhlu náběhu v pohledu ze spodu, na obr. 7 je v prostorovém provedení zobrazeno kompletní zařízení pro měření adheze, včetně systému pro měření úhlu náběhu, bez skříně, kde jsou lépe znázorněné vodicí klaky, na obr. 8 je prostorově vyobrazeno kompletní zařízené pro měření adheze, včetně mechanizmu pro regulaci přítlaku, umístěné na kolejnici, na obr. 9 je v prostorovém vyobrazení samotný technologický vozík umístěný na kolejích, na obr. 10 je v prostorovém vyobrazení detail běžného podvozku technologického vozíku, na obr. 11 je v prostorovém vyobrazení detail běžného podvozku technologického vozíku v pohledu ze spodu, na obr. 12 je v prostorovém vyobrazení detail hnacího podvozku technologického vozíku, na obr. 13 v prostorovém vyobrazení technologický vozík se zabudovaným zařízením pro měření adheze, umístěný na kolejích, na obr. 14 je v prostorovém vyobrazení technologický vozík se zabudovaným zařízením pro měření adheze, umístěný na kolejích z pohledu z boku a na obr. 15, je v prostorovém vyobrazení detail technologického vozíku -měřící zařízení pro měření adheze. Příklady uskutečnění vynálezu Základem zařízení 4 pro měření adhezních poměrů mezi kolemJ^2^a kolejnicí l je ocelová měrná kladka 2\, která se odvaluje po jízdní ploše hlavy kolejnice Měrná kladka 21 je prostřednictvím dvou svislých ojnic 22, dvou příčných ojnic 23 a dvou podélných ojnic 24 připojena k rámu 25 měrné kladky 2L Rám 25 měrné kladky 21 je spojen se skříní 26 zařízení (4) pro měření adheze tak, že je umožněn pohyb rámu 25 měrné kladky 21 ve svislém směru a tím je možné měnit svislou polohu měrné kladky 21. Měrnou kladku 21 je možno pomocí změny délky podélných ojnic 24 natočit kolem její svislé osy. Svislou polohu měrné kladky 21 je možné nastavit pomocí závitové tyče 27 uspořádané ve skříni 26 zařízení pro měření adheze. Přes úhlovou páku 29 je síla vyvozená závitovou tyčí 27 přenesena na rám 25 měrné kladky 21- Stavěči mechanizmus je možné doplnit o tažnou pružinu 28, s jejíž pomocí se zařízení 4 pro měření adheze lépe přizpůsobuje nerovnostem koleje 1. Zařízení 4 pro měření adheze je dále vybaveno čtveřicí vodicích kladek 30 pro přenos příčných sil mezi zařízením 4 pro měření adheze a bokem hlavy koleje 1.

Zařízení 4 pro měření adheze může být dále vybaveno zařízením pro měření úhlu náběhu měrné kladky 21 vůči kolejnici 1, které je složeno ze dvou pomocných kladek 31, čtyř ramen 32 spojující pomocné kladky 31 se skříní 26, umožňující pohyb pomocných kladek 31 v příčném směru a planžety 33, která je uprostřed natáčena společně s měrnou kladkou 2L Při změně úhlu náběhu měrné kladky 21 je vyvolán příčný pohyb pomocných kladek 31. vůči skříni 26 zařízení 4 pro měření adheze a planžeta 33 je deformována. Tato deformace je úměrná příčnému pohybu pomocných kladek 34 a může být měřena např. prostřednictvím tenzometrů umístěných na planžetě 33.

Svislá síla Q a skluzové síly Ft jsou měřeny prostřednictvím oj nic 22, 23 a 24, které fungují jako siloměmé prvky. Síly v ojnicích 22, 23 a 24 mohou být vyhodnoceny např. z poměrných deformací ojnic 22, 23 a 24, které mohou být měřeny na ojnicích 22, 23 a 24 umístěnými tenzometry.

Ve výhodném provedení je zařízení 4 pro měření adheze uspořádáno v technologickém vozíku 3, který je schopen se vlastní silou pohybovat po koleji I. Technologický vozík 3 je tvořen poddajným rámem 5, jenž sestává ze dvou hlavních dílů rámu 6, které jsou vzájemně spojeny dvěma diagonálně umístěnými sférickými klouby 7. Technologický vozík 3 je na koleji i nesen dvěma hnacími podvozky 9 a dvěma běžnými dvoukladkovými podvozky 8, uloženými v rámech 34 pomocí příčného čepu _12 každého podvozku, který umožňuje naklápění podvozku kolem osy kolmé na osu koleje L Hnací podvozky 9 jsou navíc vybaveny elektromotorem 13 se šnekovou převodovkou 14, ovladatelnou spojkou f5, řemenovými převody 16 a kloubovým spojovacím hřídelem T7 pro přenos kroutícího momentu mezi podvozky. Příčné vedení vozíku v koleji 1 je realizováno pomocí příčných svislých kladek 11. volně otočných, umístěných na rámech 6. Součástí technologického vozíku 3 je dále jeho elektrická výzbroj tvořená akumulátory 18, střídačem 19, kontejnerem frekvenčních měničů 20a ovládacími prvky. V případě zabudování zařízení 4 pro měření adheze do technologického vozíku 3 zde zařízení pro měření adheze nahrazuje jeden z běžných podvozků 8.

Průmyslová využitelnost

Adhezní poměry mezi jízdní plochou kola a kolejnicí představují jeden z nejdůležitějších faktorů ovlivňujících vzájemné silové účinky mezi vozidlem a kolejí jakož i jízdní vlastnosti kolejových vozidel. Z toho přímo vyplývá i jejich velký vliv na zkoušení a posuzování výsledků zkoušek těchto vozidel. Některé metodiky jízdních zkoušek se na velikost tření v kontaktní plošce logicky odvolávají. Z toho vyplývá potřebnost praktického zjišťování adhezní poměrů mezi jízdní plochou kola a kolejnicí.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Metoda pn měření adhezních poměrů mezi kolem kolejového vozidla a kolejnicí, vyznačující se t í m, že je založena na měření kontaktních sil mezi náhradním tělesem, odvalujícím se po jízdní ploše kolejnička kolejnicí ve zkoumaném úseku trati, a toto náhradní těleso je zatíženo svislou silou Q o velikosti zajišťující podobnost poměrů v kontaktu náhradní těleso-kolejnice se skutečností, přičemž tato podobnost je zajištěna při vyvození kontaktního tlaku o stejné velikosti, jako působí v kontaktu skutečného kola s kolejnicí, přičemž jsou měřeny svislé sily N a podélné a příčné skluzové sily F&, mezi kolejnicí (1) a náhradním tělesem, odvalujícím se po kolejnici (1), přičemž náhradním tělesem je možné otáčet kolem svislé osy a tím měnit její úhel náběhu vůči kolejnici a, čímž jsou měněny velikosti podélných a příčných skluzů Ftx, Fty, a svislá síla N a skluzové síly F&, F^ jsou vyhodnoceny z měřených deformací ojnic (22), (23) a (24) spojující rám kladky (25) se skříní (26).
2. 2. Metoda podle nároku 1,vyznačující se ťím, že náhradním tělesem je měrná kladka (21) o průměru mnohem menším, než je běžný průměr železničních.
3. 3. Zařízení pro měření adhezních poměrů ujíezi kolem kolejového vozidla a kolejnicí, vyznačující se tím, že je tvořeno měrnou kladkou (21), odvalující se po kolejnici (1), přičemž měrná kladka (21) je prostřednictvím dvou podélných ojnic (24) o proměnné délce pro natočení měrné kladky (21) kolem svislé osy, dvou příčných ojnic (23) a dvou svislých ojnic (22) připojena k rámu (25), který je spojen se skříní (26) zařízení tak, že je umožněn pohyb rámu (25) ve svislém směru, čímž je měnitelná svislá poloha měrné kladky (21), zatím co svislá poloha měrné kladky (21) je měnitelná stavěcím mechanizmem, který sestává ze závitové tyče (27) a úhlové páky (29) a dále je skříň (26) zařízení (4^ybavena vodícími kladkami (30) pro přenos příčných sil mezi zařízením ^>ro měření adheze a bokem hlavy kolej e^případně může být zařízení (4) doplněno o tažnou pružinu (28) pro lepší přizpůsobení celého zařízení (4) pro měření adheze nerovnostem koleje (1).
4. 4. Zařízení podle nároku 3 vyznač ující se tím, že je dále vybaveno zařízením pro měření úhlu náběhu měřicí kladky (21) vůči koleji (1), které sestává ze dvou pomocných kladek (31) pro měření úhlu náběhu, čtyř ramen (32) spojujících pomocné kladky (31) se skříní (26) zařízení (4) a umožňujících pohyb pomocných kladek (31) v příčném směru a planžety (33), která je uprostřed natáčena společně s měřicí kladkou (21), čímž je při změně úhlu náběhu měřicí kladky (21) deformována, tato deformace je úměrná příčnému pohybu pomocných kladek (31) a je měřena prostřednictvím tenzometrů umístěných na planžetě (33).
5. 5. Technologický kolejový vozík|Vyznačující se tím, že je tvořen poddajným rámu (5), jenž sestává ze dvou hlavních dílů rámu (6), které jsou vzájemně spojeny dvěma diagonálně umístěnými sférickými klouby (7), a který je na kolejnicích (1) nesen dvěma hnacími povozky (9) a dvěma běžnými dvoukladkovými podvozky (8), uloženými v rámech (34) pomocí příčného čepu (12) každého podvozku, který umožňuje naklápění podvozku kolem osy kolmé na osu koleje, přičemž hnací podvozky (9) jsou navíc vybaveny elektromotorem (13) se šnekovou převodovkou (14), ovladatelnou spojkou (15), řemenovými převody (16) a kloubovým spojovacím hřídelem (17) pro přenos kroutícího momentu mezi podvozky, přičemž příčné vedení technologického vozíku (3) v koleji (1) je realizováno pomocí svislých, volně otočných, kladek (11) umístěných na rámech (6), součástí technologického vozíku (3) je dále jeho elektrická výzbroj tvořená akumulátory (18), střídačem (19), kontejnerem frekvenčních měničů (20) a ovládacími prvky.
6. 6. Technologický kolejový vozík dle nároku ^vyznačující se t í m, že jeden z běžných dvoukladkových podvozků (8) je nahrazen zařízením (4) pro měření adhezních poměrů kolem kolejového vozidla a kolejnicí.