PL228452B1 - Sposób i układ do pomiaru siły, zwłaszcza siły Y działajacej na szyne - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ służący do pomiaru siły, zwłaszcza siły Y działającej na szynę kolejową, przy pomocy zespołu przetwornika do pomiaru sił poprzecznych działających na belkę lub płytę opisanego w polskim zgłoszeniu patentowym nr. 416580.

W zgłoszeniu wynalazku poprzez siłę Y, pokazaną na fig. 1, rozumie się siłę poziomą działającą prostopadle do płaszczyzny symetrii szyny kolejowej, przyłożoną do powierzchni główki 2 tej szyny 4 w dowolnym miejscu (punkcie) w obszarze oznaczonym P na fig. 2. Pomiar wartości siły Y ma praktyczne zastosowanie w kolejnictwie przy badaniu bezpieczeństwa ruch pojazdów szynowych, i jest wymagany przez odpowiednie przepisy np. normę PN-EN 14363.

Znane jest rozwiązanie techniczne pomiaru siły Y przy pomocy tensometrów (T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8) naklejonych na stopce szyny, jak to pokazano na fig. 1. Rozwiązanie to posiada niedogodności polegającą na tym, że trwałe naklejenie tensometrów na obiekcie wymaga jego nagrzania do temperatury ok. 160°C i utrzymania tej temperatury, przez co najmniej 2 godziny, w dwóch cyklach. Pierwszy cykl z dociśniętymi tensometrami do powierzchni obiektu z odpowiednią siłą, drugi cykl bez dociskania tensometrów do powierzchni obiektu. Szyna ma długość ok. 20 metrów. Nagrzanie szyny kolejowej do temperatury ok. 160°C i jej utrzymanie jest bardzo trudne, nawet w warunkach laboratoryjnych, ze względu na wymiary szyny, a bardzo trudne w warunkach terenowych. Tensometry należy przykleić w pobliżu pionowej płaszczyzny symetrii szyny, aby uzyskać jak największy sygnał, a w tym rejonie górna powierzchnia stopki szyny nie jest równoległa do powierzchni dolnej stopki szyny, co powoduje dodatkowe niedokładności pomiarowe.

Inne rozwiązania techniczne do pomiaru siły Y zakładają jej pomiar od strony kolejowego zestawu kołowego poprzez naklejenie tensometrów na kołach i przekazywanie sygnału elektrycznego odpowiadającego wartości siły Y do aparatury pomiarowej znajdującej się na pojeździe szynowym. Takie rozwiązanie pozwala mierzyć siłę Y tyko dla jednego zestawu kołowego i z tego względu nie nadaje się do powszechnego stosowania.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie niedogodności opisanych w dwóch powyżej podanych metodach pomiarowych. Cel ten osiągnięto przez zastosowanie zespołu przetwornika do pomiaru sił poprzecznych działających na belkę lub płytę opisanego w polskim zgłoszeniu patentowym nr 416580, zwanego w dalszej części opisu zespołem przetwornika.

Celem wynalazku jest ponadto podanie nowego sposobu i układu do pomiaru siły, zwłaszcza siły Y oddziaływania kolejowego zestawu kołowego na szyny toru kolejowego, możliwego do szerokiego zastosowania we wszelkiego rodzaju systemach diagnostyki kolejowej np. w urządzeniach diagnozujących stan techniczny taboru kolejowego przed wyjazdem w trasę.

Sposób pomiaru siły, zwłaszcza siły Y poziomej działającej prostopadle do płaszczyzny symetrii szyny kolejowej, przy użyciu zespołu przetwornika do pomiaru sił poprzecznych działających na belkę lub płytę, charakteryzuje się tym, że zespołem przetwornika osadzonym w otworze wykonanym w środniku szyny, która stanowi element toru, przy czym otwór w szynie znajduje się na jej odcinku pomiędzy dwoma sąsiadującymi podkładami kolejowymi, mierzy się siłę działającą na szynę kolejową, przy czym sygnały z co najmniej dwóch tensometrów zamontowanych na zewnętrznych ściankach wewnętrznej półki zespołu przetwornika doprowadza się do układu elektronicznego, w którym sygnały z przetworników tensometrycznych wzmacnia się i sumuje, a uzyskany sygnał przetwarza na sygnał wyjściowy.

Korzystnie, sygnał wyjściowy jest sygnałem prądowym.

Korzystnie, sygnał wyjściowy jest sygnałem napięciowym.

Korzystnie, układ jest wyposażony w przetwornik analogowo-cyfrowy, a sygnał wyjściowy jest sygnałem cyfrowym.

Układ do pomiaru siły, zwłaszcza siły Y poziomej działającej prostopadle do płaszczyzny symetrii szyny kolejowej, przy pomocy zespołu przetwornika do pomiaru sił, zawierającego co najmniej dwa przetworniki tensometryczne, charakteryzuje się tym, że wyjścia co najmniej dwóch przetworników tensometrycznych zamontowanych wewnątrz zespołu przetwornika osadzonego w otworze wykonanym w środniku szyny pomiędzy dwoma sąsiadującymi podkładami kolejowymi są podłączone do wejść układu elektronicznego, wyposażonego we wzmacniacze i sumatory.

Korzystnie, układ elektroniczny przetwarzający stanowi układ procesorowy zawierający przetwornik analogowo-cyfrowy.

PL 228 452 B1

Sposób według wynalazku jest bliżej objaśniony w oparciu o rysunek fig. 2, na którym przedstawiono schematycznie odcinek szyny 4 kolejowej zawarty pomiędzy dwoma podkładami kolejowymi 3 z zamontowanym w środniku 5 szyny 4 zespołem przetwornika 1 do pomiaru sił poprzecznych działających na belkę lub płytę, oraz układem elektronicznym U służącym do przetwarzania sygnałów elektrycznych z tensometrów, zespołu przetwornika, na sygnały odpowiadające wartości siły Y.

Sposób pomiaru siły, zwłaszcza siły poziomej Y, działającej na szynę, a prostopadłej do płaszczyzny symetrii szyny kolejowej 4, przedstawionej na fig. 2, polega na pomiarze naprężeń, poprzez zastosowanie zespołu przetwornika 1, służącego do pomiaru sił poprzecznych działających na belkę lub płytę, na odcinku szyny 4 kolejowej podpartej i przytwierdzonej do podkładów kolejowych 3 i stanowiącej element toru. W przekroju szyny pomiędzy dwoma podkładami, korzystnie w połowie odległości pomiędzy sąsiadującymi podkładami 3 kolejowymi, montuje się zespół przetwornika 1 w otworze wywierconym z środniku 5 szyny 4, a wiercenie otworu jest dopuszczalne zgodnie z normą PN-EN 13674-1 „Kolejnictwo - Tor - Szyna Część 1”. Sygnały elektryczne z tensometrów zamontowanych wewnątrz zespołu przetwornika podaje się do układu, który zamienia je na sygnały elektryczne napięcia, prądu jak również może je podawać w formie cyfrowej, jeżeli jest wyposażony w prz etwornik analogowo-cyfrowy.

Zespół przetwornika 1 jest połączony kablem k z układem elektronicznym U, którego zadaniem jest odebranie sygnałów z tensometrów zamontowanych w zespole przetwornika i ich przetworzenie na sygnał wyjściowy W. Układ U elektroniczny jest wyposażony w przetwornik analogowo-cyfrowy, a sygnał wyjściowy W jest sygnałem cyfrowym.

Przedstawiony układ działa w sposób następujący: podczas przejazdu koła kolejowego po szynie w miejscu kontaktu powierzchni koła z powierzchnią główki szyny występuje siła kontaktowa F. Gdy koło znajduje się nad zespołem przetwornika 1 występująca siła kontaktowa F, która ma dwie składowe, składową pionową Q i składową poziomą Y. Zastosowany zespół przetwornika do pomiaru sił poprzecznych działających na belkę lub płytę daje sygnał zależny jedynie od wartość składowej Y siły kontaktowej F, natomiast nie daje sygnału od składowej Q siły kontaktowej F.

Przedstawiony układ mierzy siłę Y, będącą składową siły F, gdy siła F jest przyłożona do główki 2 szyny 4 w dowolnym punkcie obszaru główki szyny oznaczonego P. Obszar P pokrywa całkowicie zakres występowania siły kontaktu pomiędzy kołem kolejowym a szyną kolejową. Gdy występuje tylko składowa siła Q to układ nie daje sygnału.

Podany sposób pomiaru siły Y, może mieć szerokie zastosowanie w urządzeniach diagnozujących stan techniczny pojazdów szynowych, tym bardziej, że pomiaru tej siły wymagają odpowiednie przepisy stanowiące o bezpieczeństwie ruchu kolejowego. Na podstawie przeprowadzonych doświadczeń można stwierdzić, że jest możliwa budowa urządzeń, mierzących siły Y z dokładnością ok. 1% wartości siły.

Claims (6)

1. Sposób pomiaru siły, zwłaszcza siły Y poziomej działającej prostopadle do płaszczyzny symetrii szyny kolejowej i przyłożonej do główki szyny, przy użyciu zespołu przetwornika do pomiaru sił poprzecznych działających na belkę lub płytę, znamienny tym, że przetwornikiem (1) osadzonym w otworze wykonanym w środniku (5) szyny (4) stanowiącej element toru, przy czym otwór w środniku szyny znajduje się na jej odcinku pomiędzy dwoma sąsiadującymi podkładami kolejowymi (3), mierzy się siłę (Y) działającą na szynę kolejową, przy czym sygnały z co najmniej dwóch tensometrów zamontowanych na zewnętrznych ściankach wewnętrznej półki przetwornika doprowadza się do układu (U) elektronicznego, w którym sygnały z przetworników tensometrów wzmacnia się i sumuje, a uzyskany sygnał przetwarza na sygnał wyjściowy.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnał wyjściowy jest sygnałem prądowym.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnał wyjściowy jest sygnałem napięciowym.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że układ elektroniczny (U) jest wyposażony w przetwornik analogowo-cyfrowy, a sygnał wyjściowy jest sygnałem cyfrowym.

5. Układ do pomiaru siły, zwłaszcza siły Y poziomej działającej prostopadle do płaszczyzny symetrii szyny kolejowej, przy pomocy zespołu przetwornika do pomiaru sił, zawierającego co najmniej dwa przetworniki tensometryczne, znamienny tym, że wyjścia co najmniej

PL 228 452 Β1 dwóch przetworników tensometrycznych zamontowanych wewnątrz zespołu przetwornika (1) osadzonego w otworze wykonanym w środniku (5) szyny (4) pomiędzy dwoma sąsiadującymi podkładami kolejowymi (3) są podłączone do wejść układu (U) elektronicznego, wyposażonego we wzmacniacze i sumatory.

6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że układ (U) elektroniczny jest urządzeniem procesorowym zawierający przetwornik analogowo-cyfrowy.