HU200432B - Measuring method and apparatus for qualifying the condition of railway tracks - Google Patents

Description

A találmány tárgya egyrészt eljárás vasúti pályák minősítésére, másrészt az eljárás foganatosítására alkalmas berendezés, amely a szokásos vasúti járművekre szerelhető és amellyel a mérések a jármű menettulajdonságainak megváltoztatása nélkül végezhetők el.

A vasúti pályák karbantartásának elsődleges célja a biztonságos közlekedés feltételeinek megteremtése. További feladatot jelent a forgalomban megengedett sebesség és terheléshatárok, valamint az utazás komfortjának növelése. A pályafenntartás során a vasúti pályákat rendszeresen ellenőrizni kell.

A vasúti közlekedés biztonságát, az adott pályán megengedhető sebességet és tengelynyomást, valamint az utazás komfortját elsődlegesen a vasúti pálya állapota befolyásolja.

Vasúti pályák telepítésekor és későbbi karbantartásukkor - a pályafenntartás során - ellenőrizik a vágány geometriai jellemzőit, mikoris a mért adatoknak az elméleti adatokkal való összevetése alapján minősítik a pályát, és szükség esetén intézkednek a korrekciók, javítások iránt.

A vágány geometriai jellemzőinek mérésére alkalmazott legismertebb módszer az ún. .hárompont' vagy húrmódszer, amelynek során a pálya hossza mentén mérik a vágányt alkotó sínnek legalább három pontján az egyenestől való eltérését. Az egyenestől való eltérés (húrmagasság) alapján számítják a pálya görbületét, illetve a pálya egyenetlenségeit. Az eltérést mérik mind függőleges, mind vízszintes irányban.

A húrmódszer hiányossága, hogy segítségével nem mutathatók ki megbízhatóan olyan pályaegyenetlenségek, amelyek hullámhossza közel azonos a két legtávolabbi mérési pont távolságával, vagy annak egészszámú törtrésze.

Ez különösen periodikus jellegű pályadeformációk esetében káros jelenség, csökkenthető azáltal, hogy a mérési pontokat egymáshoz szimmetrikusan helyezik el, vagy háromnál több mérési pontot alkalmaznak. Annak ellenéire azonban, hogy egyik megoldás sem tökéletes, mégis jelentősen bonyolítják a mérés menetét, sót speciális mérőkocsik alkalmazását teszik szükségessé.

A .hárompont' mérési módszer fent ismertetett káros jelenség, teljesen kiküszöbölhető az úgynevezett inerciális mérési módszer alkalmazásával, amint a nemzetközi irodalom TRIM (Track Recording Inertial Measurements) módszerként említ. Ennek lényegét a következőkben ismertetjük:

A sínszálak keresztirányú és függőleges geometriájának elméleti pontosságú mérését a Földhöz rögzített, .álló koordinátarendszerben kellene végezni. Ilyen jellegű mérést járműbe, például mérőkocsiba telepített mérőrendszerrel gyakorlatilag nem lehet menet közben végezni. Közelítő mérés végezhető azonban oly módon, hogy az álló koordinátarendszert a jármű gyorsulásainak kétszeres integrálásával - bizonyos korlátozással reprodukálják. A korlátozás legfőbb lényege abban van, hogy kétszeres integrálást csak közelítőleg hajtják végre, mivel nincs szükség a gyorsulásoknak a pálya földrajzi vonalvezetésére jellemző igen lassan változó összetevőinek integrálására.

Ily módon egy olyan jellegű koordinátarendszert nyernek, amely csak a pálya vonalvezetésének nagyobb változásait jelzi, mig a geometriai vonalvezetés nagyobb íveit figyelmen kívül hagyja. Ez a koordinátarendszer viszont kielégítően alkalmas a pályaegyenetlenségek kimutatására.

A TRIM módszer gyakorlati alkalmazásával mérőkocsin jól rugózott tehetetlen tömeget alkalmaznak és a pálya geometriai méreteit ehhez- a tömeghez viszonyítják. Ily módon az integrálás egy részét magával a tehetetlen tömeggel el lehet végeztetni, és bizonyos korrekciók elektronikus vagy matematikai úton is elvégezhetők.

Mind a TRIM módszer, mind a húrmódszer (az utóbbi megfelelő módosításokkal) alkalmas arra, hogy feltérképezze a vasúti pályák geometriai hibáit a megtett út függvényében. Sajnos azonban az alkalmazott mérőkocsik többnyire nem a valós üzemhelyzetet tükrözik, mivel a mérőkocsik menet jellemzői (súly, tengelynyomás, rugózás, sebesség stb.) nem egyeznek meg a rendes forgalomban résztvevő járművek menetjellemzőivel.

Feltéve, ha meg tudják oldani azt, hogy a mérőkocsik raenetjellemzöi megegyezzenek a rendes forgalom valamely átlagos járművének menetjellemzóivel, továbbra is megoldatlan a forgalombiztonságot veszélyeztető pályahibák biztonságos kimutatása, mivel nincs egyértelmű összefüggés a pálya geometriai hibái (elméleti vonalvezetéstől való eltérései) és a jármű futásbiztonsága között. A gyakorlatban ezért úgy járnak el, hogy a pályageometriára szigorú tűréseket adnak meg és a tűréshatárok túllépése esetén intézkednek a javításiról.

Célul tűztük ki, hogy a vasúti pályák állapotát olyan mérési eljárások segítségével minősítsük, amelyek a valóságos forgalmi körülményeket jellemzik (terhelés, járműtípus, sebesség stb.).

Különösen fontosnak tartottuk az egyszerű geometriai hibák és a biztonságot valamilyen szempontból veszélyeztető hibák elkülönítését, mivel igy lehetővé válik a pályafenntartás során elvégzendő feladatok műszaki meghatározása és a túl szigorú geometriai feltételek betartására pazarolt felesleges munkavégzés elkerülése.

További célunk volt az is, hogy a pályahibákat geometriailag is kimutassuk, mert egyrészt így lehetőség van a korábbi módszerekkel való összehasonlításra, másrészt a hibajavítást végülis geometriailag kell ellenőrizni.

HU 200432 Β

Természetszerűleg az is célunk volt, hogy a mérési eljárások foganatosítására megfelelő berendezést hozzunk létre, mégpedig lehetőleg olyan, amelyik átlagos vasúti járművekre felszerelve nem, vagy csak elhanyagolható mértékben változtatja meg annak tulajdonságait.

Találmányunk azon a felismerésen alapul, hogy vasúti pályák minősítésére felhasználjuk a vasúti járműben menet közben - lehetőleg a forgalomban szokásos sebesség mellett - ébredő reakciókat, a jármű és a pálya közötti kölcsönhatásokat, amelyekből következtetni tudunk arra az üzembiztonságot elsődlegesen befolyásoló erörendszerre, amely a pálya és a kerekek közötti kapcsolódást jellemzi. Felismertük azt is, hogy ugyanezen fizikai mennyiségek befolyásolják azokat a hatásokat is, amelyek a pályát keresztirányban és adott esetben maradandóan deformálják.

A találmány szerint vasúti pályák állapotának minősítésére olyan mérési eljárást alkalmazunk, amelynek során vasúti jármű által megtett út függvényében mérjük a vasúti járművön lévő rugózott tömeg gyorsulását, valamint a vasúti pályának a rugózott tömeghez viszonyított geometriai jellemzőit. Ezzel egyidöben mérjük a jármű által megtett utat. A találmány szerinti mérési eljárás újdonsága abban van, hogy a fenti mérésekkel egyidöben mérjük a rugózott tömeg által a kerékpárra gyakorolt erőket, majd a mérési eredményekből a megtett út függvényében az adott járműre jellemző futásbiztonsági mérőszámot és pályabiztonsági mérőszámot határozunk meg.

Egyszerű és gazdaságos megoldás, ha rugózott tömegként a jármű saját kocsiszekrényét alkalmazzuk és mérjük a kocsiszekrény bal- és jobboldalán a jármű, a jármű egyik kerékpárja fölött levő pontok függőleges irányú gyorsulását és a kerékpár egyes kerekeinek ezen pontokhoz viszonyított függőleges irányú elmozdulását. Mérjük továbbá a kocsiszekrényhez képest rögzített tengelymagasságban vagy az alatt levó pont vízszintes irányú, pontosabban keresztirányú gyorsulását, valamint ezen pont és a vasúti pálya egyes sitiéinek egymáshoz viszonyított vízszintes irányú, pontosabban keresztirányú elmozdulását. Mérjük továbbá a rugózott tömeg által a kerekek ágyazásán át a kerékpárra ható erőket az ágyazásban ébredő függőleges és keresztirányú erők érzékelése révén. Ily módon a jármű eredeti menettulajdonságai nem változnak meg.

Pontosabban mérhetünk, ha a rugózott tömeg által a kerékpárra ható erőket korrigáljuk. Ehhez mérjük a kerékpár keresztirányú gyorsulását, valamint az egyes kerekek függőleges irányú gyorsulását. Ezen gyorsulások és a kerékpár tömege alapján meghatározhatjuk magában a kerékpárban ébredő tömegerőket, amelyekkel korrigálhatjuk a ru4 gózott tömeg által a kerékpárra gyakorolt erőket. így matematikai módszerekkeú erők érzékelése révén. Ily módon a jármű eredeti menettulajdonságai nem változnak meg.

Pontosabban mérhetünk, ha a rugózott tömeg által a kerékpárra ható erőket korrigáljuk. Ehhez mérjük a kerékpár keresztirányú gyorsulását, valamint az egyes kerekek függőleges irányú gyorsulását. Ezen gyorsulások és a kerékpár tömege alapján meghatározhatjuk magában a kerékpárban ébredő tömegerőket, amelyekkel korrigálhatjuk a rugózott tömeg által a kerékpárra gyakorolt erőket. így matematikai módszerekkel meghatározhatjuk a kerekek és az egyes sínszálak között ébredő egyes függőleges irányú erőket, valamint a keresztirányú erők eredőjét.

A találmány szerinti mérési eljárás előnyösen kiegészíthető hárompontos geometriai mérési módszerré, oly módon, hogy az egyik sinszálnak a rugózott tömeghez viszonyított keresztirányú helyzetét legalább még egy további ponton megmérjük. Természetszerűleg a harmadik pontot az eddig még nem említett, de a valóságban szükségszerűen létező legalább még egy kerékpár keresztirányú helyzete adja. Ily módon összehasonlítható a különböző mérési eljárásokkal nyert ivgörbület.

A vasúti pályák iveiben szokásosan alkalmazott túlemelés nagysága oly módon határozható meg, ha mérjük a rugózott tömegnek a valóságos vízszinteshez képesti szöghelyzetét, meghatározzuk a rugózott tömegnek a kerékpár tengelyével bezárt szögét, majd a két szög különbségéből kiszámítjuk a pálya túlemelését.

A vasúti gyakorlatnak megfelelően célszerű, ha a rugózott tömeg által a menetirány szerinti utolsó kerékpárra gyakorolt erőket mérjük.

A találmány szerinti mérési eljárás kiegészíthető annak érdekében, hogy meghatározhassuk az utazási komfortot. Ehhez mérjük a jármű menetirány szerinti hátulsó forgóváza felett középen a kocsiszekrény padlószintjén a függőleges, pontosabban a padlószintre merőleges, valamint a keresztirányú, pontosabban a padlószinttel párhuzamos és a haladási irányra merőleges gyorsulást.

A találmány szerinti mérési eljárás foganatosítására olyan berendezést hoztunk létre, amelynek a vasúti jármű egyik kerékpárjához erősített útimpulzus-adója a vasúti jármű járműszekrényének bal- és jobboldalán elrendezve függőlegesen irányított gyorsulásérzékelói, valamint a jármű kerekeinek és a kocsiszekrény egymáshoz viszonyított távolságát mérő relatív elmozdulásérzékelői, a vasúti járművet alátámasztó sínszálakkal kapcsolatban levő síntapogatói vannak. A találmány szerinti berendezés adott esetben kiértékelő egységgel van ellátva, amely a mért értékeket és adott esetben számított értékeket analóg vagy digitális formában tároló regisztrálóval van ellátva.

HU 200432 Β

A találmány szerinti mérési eljárás foganatosítására a találmány szerinti berendezés el van látva a jármüszekrénytöl lefelé nyúló mérökonzollal és a kerekek csapágytokjaihoz csatlakozó mérókerettel. A mérókerethez a sinszálak keresztirányú helyzetét érzékelő letapogatón át mérő relatív elmozdulásérzékelók csatlakoznak. A mérókonzol és a mérókeret egymáshoz a mérókonzol és a mérókeret egymáshoz viszonyított keresztirányú kitérését mérő relatív elmozdulásérzékelővel kapcsolódik. A kerekek csapágy tokjaihoz függőleges és keresztirányú csapágyeróket mérő eróérzékelők csatlakoznak.

A mért jellemzők és a megtett út azonosíthatósága érdekében célszerű útarányos regisztrálót alkalmazni, amelynek vezérlóbemenete az útimpulzus-adóhoz csatlakozik.

A találmány szerinti eljárás és a foganatosítására szolgáló berendezés további jellemzőit és előnyös tulajdonságait a mellékelt rajzon bemutatott példakénti kiviteli alak kapcsán ismertetjük részletesebben. A rajzon az 1.' ábra a találmány szerinti berendezéssel ellátott vasúti jármű áttekintő vázlata, a 2. ábra az 1. ábra szerinti jármű A-A vonal menti metszete vázlatosan ábrázolt érzékelőkkel, a 3. ábra az 1. ábra B-B vonal menti metszete vázlatosan ábrázolt érzékelőkkel, a 4. ábra a találmány szerinti berendezés kiértékelő egységének részlete, az 5. ábra a találmány szerinti berendezés kiértékelő egységének további részlete, a 6. ábra a találmány szerinti berendezés kiértékelő egységének további részlete, a 7. ábra a találmány' szerinti mérési eljárással nyert futásbiztonsági mérőszám kiértékelési diagramja.

A találmány szerinti eljárás foganatosítására alkalmas berendezést, pályafelügyeleti (felépítményi) mérőkocsiként alkalmazandó tipikus, (járatos) négytengelyes forgóvázas személykocsin helyeztük el, de tetszés szerinti járművön, sőt mozdonyon is elhelyezhető. A berendezés megfelelően elrendezett érzékelőket, kiértékelő egységet és regisztrálót foglal magába.

Az 1. ábra az érzékelőknek a személykocsi hossziránya mentén vett elrendezését mutatja. A személykocsi 1 járműszekrénye első és második 2, 2’ forgóvázkereten és a benne ágyazott 3, 3’ és 4, 4’ kerékpárokon át 10 vágányon támaszkodik. Az egyszerűség kedvéért a két forgóváz azonos részeinek hivatkozási jelei vesszővel vannak egymástól megkülönböztetve. A két 2, 2’ forgóvázkeret egymástól L távolságra levő forgáspontokon kapcsolódik az 1 járműszekrényhez. Az első 2 forgóvázkeret 3, 4 kerékpárjainak csapégytokjain 5 mérókeret van oly módon elrendezve, hogy az a 3, 4 kerékpárok eredeti vezetési tulajdonságait (működését) gyakorlatilag ne befolyásolja (rugalmas-deformábilis felfüggesztés pl. szilent-blokkal).

A 2 forgóvázkeret közepében, valamint attól közép felé 1 távolságra (c keresztmet10 szeti síkban) első és második 6 és 7 mérőkonzol van az 1 -járműszekrényhez erősítve, amely lefelé lenyúlik legalább a 3, 4 kerékpárok tengelyének szintjéig, ahol az 5 mérőkeret is elhelyezkedik.

A jármű két szélső, A és A’ keresztmetszeti síkjában elhelyezkedő 3, és 3* kerékpárjai csapágyeró-méró Iterékpárokká vannak kialakítva.

A jármű valamelyik, példánkban 4’ ke20 rékpárja S útimpulzusadóval van ellátva.

Az érzékelők elhelyezését, az A keresztmetszeti síkban elhelyezett érzékelőket a 2. ábra mutatja. A 3 kerékpár tengelyének külső végei 14 csapágytokban vannak csapa25 gyazva, amelyet függőleges irányban 15 rugók támasztanak a 2 forgóvázkerethez. A 14 csapágy-tokok és a 15 rugók között FI és F2 eróérzékelők vannak, mig a tengelyvégeket, tengelyirányban F3a és F3b eróérzékelők tá30 masztják a 14 csapágytokhoz. Az F3a és F3b eróérzékelők egyetlen F3 éróérzékelóvé vannak összekapcsolva, amely a tengelyirányú, másl&pp keresztirányú csapágyerőt mutatja. Az FI, F2, F3 erőérzékelőket a konkrét szer35 kezetekhez igazodva kell elkészíteni, például nyúlásméró bélyegek megfelelő elhelyezésével, majd az ily módon felszerelt kerékpárt, mint erőraérő kerékpárt statikus mérőpadon hitelesíteni, kalibrálni kell.

Az erőmérö 3 kerékpár 14 csapágytokjain egy-egy Al, A2 gyorsulásérzékeló van függőleges, mig az egyik 14 csapágytokon A3 gyorsulásérzékeló van keresztirányú irányítással elrendezve.

A 3' kerékpár azonosan a 3 kerékpárhoz ugyancsak erőmérö kerékpárként van kialakítva és el van látva Al, A2, A3 gyorsulásérzékelőkkel (nincs ábrázolva).

Az 1 járműszekrényben az A kereszt50 metszeti síkban, nagyjából a 14 csapágytokok fölött egy-egy Dl, illetve D2 relatív elmozdulásérzékelő és függőleges irányítással A4, illetve A5 gyorsulásérzékeló van, amelyek mérik az 1 járműszekrény egy-egy oldalén az 1 járműszekrény padlósíkjaira merőleges gyorsulását és ugyanezen pontoknak a 14 csapágytokokhoz viszonyított elmozdulását, ami lényegében megegyezik a 10 vágány, 10A, 10B sínszálai által meghatározott vágány-já60 rósikhoz képest merőleges relatív elmozdulással, mivel a 14 csapágytokokat egy-egy 11 drótkötél (feszített) köti össze a vonatkozó Dl, illetve D2 relatív elmozdulásérzékelóvel.

A 3. ábra az 1 járműszekrény B ke65 resztmetszeti síkjában elhelyezett érzékelőket 5

HU 200432 Β mutatja. Az 5 mérőkerethez egy-egy, a 10A, illetve 10B sínszálaknak az 5 mérökerethez viszonyított helyzetét letapogató 12 síntapogató csatlakozik, amely a vágány-járósíkkal párhuzamosan, keresztirányban közvetíti a vonatkozó távolságokat D5, illetve D3 relatív elmozdulásérzékelöknek. Természetesen a letapogatás és az elmozdulásérzékelés akár mechanikusan (például csúszótapogatóval), akár optikai úton is történhet. (Ugyanez vonatkozik az előzőleg említett és a későbbiekben említendő elmozdulásérzékelésre is.) Nagyobb sebességek (80-100 km/h felett) esetében az optikai síntapogatás előnyben részesítendő.

Az 5 mérőkeret D4 relatív elmozdulásérzékelővel kapcsolódik a 6 mérőkonzol végéhez, ahol keresztirányú irányítással A6 gyorsulásérzékelő is el van rendezve a padlósikkal párhuzamos gyorsulás mérésére. Az 1 jármüszekrény padlósíkjában és közepén függőleges és keresztirányú irányítással egy-egy A7 és A8 gyorsulásérzékelö van elrendezve az 1 járműszekrénynek a padlóslkra merőleges, illetve párhuzamos gyorsulásai mérésére. Az A7 és A8 gyorsulásérzékelők a B’ keresztmetszeti síkban meg vannak ismételve, de egyszerre mindig csak a menetirány szerinti hátsók vannak bekapcsolva.

Ugyancsak a 3. ábrán tüntettünk fel két további érzékelőt, amelyek a C keresztmetszeti síkban vannak elrendezve. (A megkülönbőztethetőség érdekében ezek hivatkozási jelét zárójelben tüntettük fel az ábrán.) A C keresztmetszeti síkban egy további 12d sintapogató van, amely az 5 mérökerethez erősített D6 relatív elmozdulásérzékelőhöz csatlakozik. Az mérőkeret ugyanezen síkban D7 relatív elmozdulásérzékelön át a 7 mérőkonzol végéhez csatlakozik.

Az 1 jérműszekrényben bárhol - esetünkben a B keresztmetszeti síkban feltüntetve - giroszkópos G műhorizont van elrendezve, amelynek kimenőjele 'a padlósiknak a vízszintestől való szőgeltérésével arányos.

A 4., 5., 6. ábrákon a találmány szerinti berendezés kiértékelő egységének részleteit ábrázoltuk. A kiértékelő egység bemenetelt a hozzájuk csatlakozó érzékelő hivatkozási jelével jelöltük, és feltételeztük, hogy az egyes érzékelők kimenőjelei egységesek és arányosak az általuk mért jellemzőkkel. Az ismertetett kiviteli példa analóg számítógéphez hasonló megoldásra vonatkozik, de természetesen digitális rendszer is alkalmazható. A kiértékelő egység ábrázolása során az egyszerűség kedvéért sem fázisforditókat, sem erősítőket nem tüntettünk fel, hanem ezeket a műveleteket súlyozott összegezést végző összegzőkkel valósítottuk meg. A súlyozási faktort a bemeneteknél az összegzőn belül tüntettük fel. Negatív súlyozási faktorral különbségképzést jelöltünk. Az egyes egységeket összekötő vezetékeket jelző vonalakon azokat a mennyiségeket tüntettük fel, amelyekkel vezetéken levő jelszint arányos.

A kiértékelő egység 80-94 kimenetel nem ábrázolt útarányos regisztrálóra csatlakoznak, amelynek regisztrálási sebességét vezérlöbemenetén át az S utimpulzus-adó impulzusai vezérlik.

A 4. ábrán a kiértékelő egységnek az ismert TRIM módszerrel mérhető jellemzőket előállító részlete látható.

Az S útimpulzus-adó 31 sebességképző egységre, kapcsolódik, amelynek egyik kimenetén a megtett úttal arányos S’ mar kér jelek jelennek meg, amelyek a regisztrálóra kapcsolva egyenletes távolságoknál megjelölik a regisztrátumot, amelynek alapján a megtett út és a regisztrátum megfelelő pontjai azonosíthatók. A 31 sebességképző egység másik kimenetén - idő szerinti differenciálhányados képzése révén - a jármű v sebességével arányos jelet szolgáltat.

Az A4 és A5 gyorsulásérzékelők 32, illetve 34 kettős integrátorra csatlakoznak, amelyeknek felületáteresztó szűrő jellegük is van. Ilyen jellegű kettős integrátor egyszerűen alakítható aktív 4. rendű Butterworthszűrövel. A Dl, D2 realtív elmozdulásérzékelók 33, illetve 35 felületáteresztő szűrőkön át első, illetve második 36, illetve 38 Összegező invertáló bemenetére csatlakoznak, mig a 32, illetve 34 kettős integrátorok a 36, illetve 38 összegezók nem invertáló bemenetére csatlakoznak. A 36, illetve 38 összegezók 37, illetve 39 aluláteresztó szűrőkkel vannak egybeépítve.

A 32 és 34 kettős integrátorok, a 33, 35 felületáteresztó szűrők és a 37, 39 aluláteresztó szűrök kivitele olyan, hogy integrálási állandójuk, illetve átviteli frekvenciahatárai arányosak a vezérlőbemenetükre érkező jel szintjével. Ezek a vezérlőbemenetek a 31 sebességképzö egység kimenetére csatlakoznak.

Az első és második 37, illetve 39 aluláteresztő szűrő kimenetei különbségképzőként kapcsolt harmadik 40 ősszegezöre és a nem ábrázolt regisztrálóhoz csatlakozó 80, 81 kimenetekre csatlakoznak. A harmadik 40 őszszegező kimenete egyrészt 82 kimenetre, másrészt 41 késleltetön át negyedik 42 őszszegezőre csatlakozik. A késleltető útarányos késleltető (például mintavevő-tárolók sorbakapcsolásával kialakított lépésenként vezérelhető művonal), amelynek vezérlőbemenete az S útimpulzus-adóval van kapcsolatban. A negyedik 42 összegező kimenete a 83 kimeneten át csatlakozik a regisztrálóra.

A Dl, D2 realtiv elmozdulásérzékelők, valamint a G giroszkóp harmadik 44 aluláteresztő szűrővel ellátott ötödik 43 összegező súlyozott bemenetelre csatlakozik.

A súlyozási faktorok értéke rendre 1/b, - 1/b, és -1, ahol b a Dl és D2 relatív elmozdulásérzékelők közötti távolság. A 44 aluláteresztó szűrő kimenete első 45 abszolútérték-képzőn át a 84 kimeneteire csatlakozik.

HU 200432 Β

Az F3A és F3B erőérzékelőkből összekapcsolt F3 erőérzékeló és az A3 gyorsulásérzékelő hatodik 59 összegező 1, illetve -m súlyozású bementeire csatlakoznak, ahol m a 3 kerékpár tömegét jelenti. Az 59 összegező kimenete egyrészt második 60 abszolútérték képzőre, másrészt 49 nullkomparétoron keresztül vezérelhető elektronikus 48 váltókapcsolóra csatlakozik. Az FI, F2 erőérzékelők nyolcadik 45 összegező 1/2 súlyozású bemenetelre és kilencedik 46 összegező bz/2bA, illetve -bz/2b* súlyozású bemenetelre csatlakoznak, ahol bz a 14 csapágytokokat támasztó 15 rugók kőzéptávolságának, b* pedig a 3 kerékpár futókörei távolságának a fele (lásd a 2. ábrát), igy a bz/bx hányados az FI és F2 erőérzékelők karáttételét jelenti. A nyolcadik 45 összegezőre csatlakoznak továbbá -m/4 súlyozással az Al, A2 gyorsulésérzékelők és a statikus tengelyterheléssel arányos jelet szolgáltató, nem ábrázolt Qstat jelforrás, amelyet mérlegeléssel mért tengelyterhelés alapján kell beállítani. A kilencedik 46 összegező kimenete egyrészt közvetlenül, másrészt 47 polaritásfordítón át az elektronikus 48 váltókapcsoló bemenetelre csatlakozik.

A második 60 abszolútérték-képző kimenete első 51 osztó és második 52 osztó számláló bemenetelre csatlakozik. Az első 51 osztó nevező bemenetére hetedik 50 összegező kimenete csatlakozik. Az 50 összegező 1 súlyozású bemenetére 10 kN terhelésnek megfelelő nagyságú jelet szolgáltató (nem ábrázolt) jelforrás, 2/3 súlyozású bemenetére a nyolcadik 45 összegező kimenete csatlakozik, amely egyúttal a második 52 osztó, továbbá harmadik 53 osztó nevező bemenetelre is rákapcsolódik. A harmadik 53 osztó számláló bemenete a 48 váltókapcsoló kimenetére, kimenete pedig egyrészt tizedik 54 összegező B súlyozású bemenetére, másrészt a 87 kimenetre csatlakozik. Az 54 összegező másik A súlyozású bemenete egy értékű (1) viszonyszámnak megfelelő jelet szolgáltató (nem ábrázol) jelforrásra, kimenete negyedik 55 osztó nevezőbemenetére csatlakozik. Az 55 osztó számlálóbemenete a második 52 osztó kimenetére, kimenete a 86 kimenetre csatlakozik.

Az A7 és A8 gyorsulásérzékelók 56, illetve 57 sávszűrőkön át a 88, illetve 89 kimenetekre csatlakoznak. Az 56 és 57 sávszűrők átviteli sávja 0,5-12 Hz. Az A8 gyorsulásérzékeló ezenkívül 58 aluláteresztó szűrőn (0-0,5 Hz) át a 90 kimenethez csatlakozik.

A 6. ábrán a D3 relatív elmozdulásérzékeló tizenegyedik 61 összegező 2/(Lxl) súlyozású, tizenharmadik 67 összegező 1 súlyozású és tizennegyedik 71 összegező -1 súlyozású bemenetelre csatlakozik. A D4 relatív elmozdulásérzékelö a 61, 67 összegezők azonos súlyozású bemenetelre csatlakozik. A D6 és D7 relatív elmozdulásérzékelők a tizenegyedik 61 összegező -2/(Lxl) súlyozású bemenetelre csatlakoznak. Az A6 gyorsulásérzékelö tizenkettedik 65 összegező 1 súlyozású bemenetére,. A D5 relatív elmozdulásérzékelö a tizennegyedik 71 összegező -1 súlyozású bemenetére csatlakozik. A 31 sebességképző egység kimenete 75 négyzetreemeló bemenetére csatlakozik, amelynek kimenete 63 szorzóáramkőr bemenetére csatlakozik. A tizenegyedik 61 összegező kimenete 62 'aluláteresztő szűrőn át egyrészt a 91 kimenetre, másrészt a 63 szorzó másik bemenetére csatlakozik. A 63 szorzó kimenete tizenhetedik 64 összegező 1 súlyozású bemenetére csatlakozik, amelynek g súlyozású (nehézségi gyorsulás) bemenetére a giroszkópos G műhorizont csatlakozik. A 64 összegező kimenete a tizenkettedik 65 összegező -1 súlyozású bemenetére csatlakozik. A 65 összegező 66 kettős integrátorral van egybeépítve, amely 66 kettős integrátor felüláteresztő szűrövei van ellátva, és kimenete 70 aluláteresztő szűrővel ellátott tizenötödik 69 összegező 1 súlyozású bemenetére csatlakozik. A tizenharmadik 67 összegező harmadik 68 felüláteresztő szűrővel van egybeépítve, amelynek kimenete a tizenötödik 69 összegező 1 súlyozású bemenetére csatlakozik. A tizenötödik 69 összegező hatodik 70 aluláteresztó szűrővel van egybeépítve, amelynek kimenete egyrészt a 92 kimenetre, másrészt tizenhatodik 74 összegező 1 súlyozású bemenetére kapcsolódik. A tizennegyedik 71 összegező negyedik 72 felüláteresztő szűrővel van egybeépítve és kimenete hetedik 73 aluláteresztő szűrőn keresztül egyrészt a 94 kimenetre, másrészt a tizenhatodik 74 összegező 1 súlyozású bemenetére csatlakozik, amelynek kimenete a 93 kimenetre kapcsolódik.

A találmány szerinti berendezés működése a kővetkező:

Az 1., 2, és 3. ábrán részletesen bemutatott és korábban ismertetett érzékelők mérik a jármű haladása közben a vonatkozó geometriai paramétereket, erőket, illetve gyorsulásokat, és ezekkel arányos jeleket bocsátanak a 4., 5. és 6. ábrákon bemutatott és korábban részletesen ismertetett kiértékelő egységre. A kiértékelő egység kimenetei pedig nem ábrázolt regisztrálóra a mért értékekből képzett jeleket továbbítanak. A számított értékek számítási módja az ábrák és a leírás alapján egyértelmű, de összefoglalóan az alábbiakban megadjuk.

80	kimenet:	bal hosszúság (süppedés)
81	kimenet:	jobb hosszmagasság (süppedés)
82	kimenet:	keresztmagasság (keresztsüppedés)
83	kimenet:	siktorzulás
84	kimenet:	túlemelési szög (kvázistatikus érték: 0-0,5 Hz)
85	kimenet:	B2 pályabiztonsági mérőszám, amelyet a Prud’homme-féle empirikus összefüggés alapján származtattunk.

-611

HU 200432 Β

86	kimenet:	Bi futásbiztonsági mérőszám, amelyet a nyomkarima felkúszási határhelyzetének Nadal-féle megfogalmazásából származtattunk.
87	kimenet:	kiegészítő futásbiztonsági mérőszám, amely a fajlagos kerékterhelés-külőnbséget jellemzi,
88	kimenet:	függőleges dinamikus komfort
89	kimenet:	keresztirányú dinamikus komfort
90	kimenet:	keresztirányú kvázistati- kus komfort.

A fenti elnevezések a 85, 86, 87 kimenetekre vonatkozóaktól eltekintve a vasúti gyakorlatban elterjedt kifejezéseket takarnak. Szokásosan ezek alapján minősítik a vasúti pályák állapotát és a mért értékek alapján adnak utasítást a karbantartások elvégzésére. Az általunk bevezetett mérőszámok lehetővé teszik a vasúti pályák újfajta minősítését, amelynek alapján felfedhetők a vasúti közlekedés biztonságát ténylegesen befolyásoló pályahibák és azok helye. Ezáltal a felesleges karbantartási munkák elkerülhetők.

A rend kedvéért megjegyezzük, hogy egyes kimenetek közelítő jeleket szolgáltatnak, mivel a 4., 5- és 6. ábrákon bemutatott kiértékelő egység a vonatkozó trigonometrikus függvényeket lineárisan közelíti. A közelítések mikéntje nem szorul magyarázatra, mivel ez a szakember számára a kapcsolási elrendezésnek a közismert elméleti összefüggésekkel való összevetése alapján nyilvánvaló.

A 85 kimenet az általunk B2 pályabiztonsági méröszámnak nevezett mennyiséggel arányos kimenőjelet szolgáltat. Alapjául a 2. ábra jelölései és az alábbi (Prud’homme-féle) empirikus összefüggés szolgálnak:

2Q (Yi + Y2) krit = 10 + ·— (kN), ahol 3

Yi és Y2 keresztirányú kerékerök (ld. 2. ábra),

Q átlagos kerékterhelés, a függőleges irányú Q1 és Q2 erők számtani közepe (ld. 2. ábra).

Ebből az összefüggésből a maradó keresztirányú vágánymező elcsúszást okozó lokális pályahibák megítélésére alkalmas B2 pályabiztonsági mérószám képezhető:

(Yi + Yz)

B2 = (Υι +Y2) krit

Ennek alapja az, hogy nem kell tartani maradandó keresztirányú pályaeltolódástól, ha a

Υι + Y2 < (Υι + Y2) krit. feltétel teljesül.

A 86 kimenet az általunk Bi futásbiztonsági méröszámnak nevezett mennyiséggel arányos jelet szolgáltat. Vasúti járművek kerékpárjára vonatkozóan elterjedten alkalmazzák a nyomkarima felkúszási határhelyzetét leíró .Nadal-féle összefüggést. Ebből származtatva nem kell kisiklási veszéllyel számolni, amíg az alábbi feltétel teljesül:

Υι + Y2 aQ

- < A + B~Q Q ahol

Υι, Y2 és Q jelentése azonos az előzővel, aQ a függőleges csapágyerők okozta kétoldali kerékterhelés különbség,

A és B a kerékprofil adatoktól, továbbá a nyomkarima/sín és kerék-futófelület/sín között feltételezett súrlódási tényezők értékétől függő állandók, amelyek szokásos értéke 0,4, ill. 0,2.

A feltétel viszonyszám formájában kifejezve nyerhető a Bt futásbiztonsági mérőszám.

Y1 + Y2

Q

Bt = aQ

A + B-—·

Q

A BI futásbiztonsági és a B2 pályabiztonsági mérőszámok, . amelyek a találmány szerinti mérési eljárás révén nyerhetők, és segítségükkel az adott sebességű és terhelésű és típusú jármű közlekedése során jól jellemzik a kisiklások és a keresztirányú pályadeformációk előfordulási valószínűségét, illetve mértékét, anélkül természetesen, hogy közöttük pontosan megfogalmazható matematikai összefüggést tudnánk megadni. Ilyen jellegű empirikus összefüggések csak hosszú idejű tapasztalat alapján adhatók meg.

A BI futásbiztonsági mérőszám értéke a pálya mentén folyamatosan változik. Kiértékelésére még egy további kiegészítő futásbiztonsági mérőszám figyelembevétele is célszerű, mert óvatossági okokból a túlságosan nagy negatív Q/Q fajlagos kerékterhelés-kűlőnbség is kritikusnak tekintendő.

A BI futásbiztonsági mérőszám jól értékelhető a 7. ábrán bemutatott diagram alapján. A diagram egyes tartományai a következőképp értékelhetők:

I. Kifogástalan pályaállapot

II. A pálya várhatóan javításra szorul

III. Javítás szükséges (pl. 1 héten belül)

IV. A pálya a méréskor alkalmazott futási feltételek mellett veszélyesnek tekintendő, azonnali sebességkorlátozást kell bevezetni.

Az értékelés maga nem képezi a találmány tárgyát, de elvégezhetőségének előfeltétele a találmány szerinti mérési eljárás foganatosítása. Az ismertetett kiviteli példa

-Ί13

HU 200432 Β forgóvázas vasúti járművön való alkalmazást szemléltet, de természetesen az eljárás és a foganatosításához szükséges berendezés mérökerete egyetlen kerékpárhoz is adaptálható. Ekkor a mérőkeret oly módon készíthető 5 el, hogy keresztirányban rugalmas legyen.

Claims (13)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Mérési eljárás vasúti pályák állapoté- 10 nak dinamikus minősítésére, amelynek során vasúti jármű által megtett út függvényében mérjük a vasúti járművön levő rugózott tömeg adott esetben járműszekrény gyorsulását, és a vasúti pályának a rugózott tömeg- 15 hez viszonyított geometriai jellemzőit, a jármű által megtett utat, azzal jellemezve, hogy ezzel egyidöben mérjük a jármű által az egyik kerékpárra (3) gyakorolt függőleges és keresztirányú erőket, majd a mérési eredményekből a megtett út függvényében az adott pályán adott sebességgel haladó járműre jellemző futásbiztonsági mérőszámot (Bl) képezünk.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal 25 jellemezve, hogy mérjük a járműszekrénynek (1) a jármű egyik kerékpárja (3) fölött balés jobboldalon levő pontjának függőleges irányú gyorsulását, a kerékpár (3) egyes kerekeinek ezen pontokhoz viszonyított függőleges irányú elmozdulását, a járműszekrényhez (1) képest rögzített, tengelymagasságban vagy azalatt levő pont vízszintes irányú gyorsulását, valamint ezen pont és a sínek egymáshoz viszonyított vízszintes irányú 35 elmozdulását, továbbá mérjük a kerékpár (3) ágyazásában ébredő vízszintes és függőleges irányú erőket.
3. 3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mérjük a kerékpár (3) ke- 40 resztirányú gyorsulását, valamint a kerékpár (3) egyes csapágytokjainak (14) függőleges irányú gyorsulását és ezen gyorsulások és a kerékpár tömege alapján a rugózott tömeg által a kerékpárra gyakorolt erőket matema- 45 tikailag korrigálva meghatározzuk a kerekek és a sinszálak közötti függőleges erők átlagát (Ö), valamint a keresztirányú erők eredőjét (Yi + Y2).
4. 4. Az 1. vagy 3. igénypont szerinti eljá- 50 rás, azzal jellemezve, hogy mérjük az egyik sínszálnak a járműszekrényhez (1) viszonyított keresztirányú helyzetét legalább még egy további ponton.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike sze- 55 rinti eljárás, azzal jellemezve, hogy mérjük a járműszekrénynek (1) a valóságos vízszinteshez képesti szöghelyzetét, meghatározzuk a járműszekrénynek (1) a kerékpár (3) tengelyével bezárt szögét és a két szög különbségéből meghatározzuk a pálya túlemelését.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a járműszekrény (1) által a menetirány szerinti utolsó kerékpárra gyakorolt erőket mérjük.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a jármű menetirány szerinti hátulsó forgóváza felett középen a padlószinten függőleges és keresztirányú gyorsulást mérünk és ebből meghatározzuk az utazási komfortot.
8. 8. Berendezés az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosításába, amelynek a vasúti jármű egyik kerékpárjához erősített útimpulzus-adója, a vasúti jármű járműszekrényének bal- és jobboldalán elrendezett függőlegesen irányított gyorsulásérzékelói, a jármű kerekeinek és a járműszekrénynek egymáshoz irányított távolságát mérő relatív elmozdulásérzékelői, sinszálakkal kapcsolatban levő sin20 tapogatói, és mért értéket tároló regisztrálója van, azzal jellemezve, hogy a járműszekrényhez (1) lefelé nyúló mérökonzol (6) és a kerékpár (3, 4) csapágytokjaihoz (14) mérőkeret (5) csatlakozik, továbbá a mérőkerethez (5) a sínszálak (10A, 10B) keresztirányú helyzetét érzékelő letapogatón át mérő relatív elmozdulásérzékelők (D3, D5) és a mérőkonzol (6) keresztirányú kitérését mérő relatív elmozdulásérzékelő (D4) csatlakozik, to30 vábbá a kerékpár (3) csapágytokjaihoz (14) függőleges és keresztirányú csapágyerőket mérő erőérzékelők (FI, F2, F3a, F3b) csatlakoznak.
9. 9. A 8. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a regisztráló kiértékelő egységgel van ellátva.
10. 10. A 8. vagy 9. igénypont szerinti berendzés, azzal jellemezve, hogy a regisztráló útarányos regisztráló, amelynek vezérlőbemenete az útimpulzus-adóhoz (S) csatlakozik.
11. 11. A 8-10. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a mérőkerethez (5) az egyik sinszál (10B) keresztirányú helyzetét mérő járulékos relatív elmozdulásérzékelő (D6) csatlakozik.
12. 12. A 8-11. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a járműszekrényhez (1) padlószintjének vízszintestől eltérő szőghelyzetét mérő műhorizont (G) csatlakozik.
13. 13. A 8-12. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a jármű menetirány szerinti utolsó kerékpárja (3) adott esetben hátsó forgóvázának közepe fölött a padlószinten függőleges és keresztirányú gyorsulásérzékelők (A7, A8) vannak.