СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И БОКОВЫХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА БОКОВУЮ РАМУ ТЕЛЕЖКИ ОТ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ПРИ ДВИЖЕНИИ ВАГОНА
METHOD FOR MEASURING VERTICAL AND LATERAL FORCES IMPACTING SIDE FRAME OF CARRIAGE FROM THE WHEELSET WHEN CAR IS MOVING

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано в сфере железнодорожного транспорта, а именно для измерения и регистрации вертикальных и боковых сил, действующих на боковую раму тележки от колесной пары при движении вагона.
Известен способ измерения вертикальных сил (Анисимов, П.С. Испытания вагонов: монография / П.С. Анисимов. - М.: Маршрут, 2004. - 197 с.), включающий в себя установку двух тензорезисторов: активного и компенсационного, на верхнюю наружную часть верхнего пояса боковой рамы, в надбуксовой зоне, в сечении вертикальной внутренней челюстной направляющей, Т-образно по отношению друг к другу или в виде креста. При этом активный тензорезистор устанавливается вдоль волокон, а компенсационный - поперек волокон.
Известен способ измерения вертикальных сил (ГОСТ 33788-2016. Вагоны грузовые и пассажирские. Методы испытаний на прочность и динамические качества. - М.: Стандартинформ, 2016. - 41 с.), включающий в себя установку двух активных тензорезисторов на поверхности радиуса, образованного зоной перехода от верхнего пояса к наклонному поясу боковой рамы, и двух компенсационных тензорезисторов.
Общим недостатком известных способов является погрешность при определении вертикальных сил, связанная с влиянием продольных и боковых сил, действующих на боковую раму тележки от колесной пары при движении вагона, и отсутствие возможности определения численных значений боковых сил.
Известен способ измерения вертикальных сил (Ушкалов В.Ф. К вопросу о влиянии продольных усилий, действующих на боковую раму тележки грузового вагона, на показатели его вертикальной динамики / В.Ф. Ушкалов, Ю.С. Ромен, А.В. Заверталюк, В.И. Рубан // Наука и прогресс транспорта. Вестник Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта. - 2005. - №8. - С. 112-114), включающий в себя установку четырех тензорезисторов на верхний пояс боковой рамы, в надбуксовой зоне, в сечении вертикальной внутренней челюстной направляющей. При этом два тензорезистора устанавливаются на верхнюю наружную часть верхнего пояса боковой рамы, а оставшиеся два тензорезистора - на нижнюю наружную часть верхнего пояса боковой рамы.
Недостатком указанного способа является погрешность при определении вертикальных сил, связанная с влиянием продольных сил, действующих на боковую раму тележки от колесной пары при движении вагона, и отсутствие возможности определения численных значений боковых сил.
Известен способ измерения боковых сил (ГОСТ 33788-2016. Вагоны грузовые и пассажирские. Методы испытаний на прочность и динамические качества. - М.: Стандартинформ, 2016. - 41 с.), принятый в качестве прототипа, включающий в себя установку восьми тензорезисторов с двух сторон на верхнем и наклонном поясах боковой рамы тележки и соединение их в один измерительный мост. При этом четыре тензорезистора располагаются на боковой части верхнего пояса боковой рамы, над технологическим окном, четыре других - на наклонном поясе под технологическим окном.
Недостатком указанного способа является отсутствие возможности определения численных значений вертикальных сил, действующих на боковую раму тележки от колесной пары при движении вагона.
Решаемой технической проблемой является отсутствие достоверных способов измерений вертикальных сил и комплексной системы, позволяющей одновременное измерение вертикальных и боковых сил, действующих на боковую раму тележки от колесной пары при движении вагона.
Заявленный способ направлен на реализацию возможности измерения вертикальных и боковых сил, передающихся от колеса на боковую раму тележки при движении железнодорожных вагонов.
Технический результат заключается в повышении точности измерений вертикальных сил и обеспечении одновременного измерения вертикальных и боковых сил, передающихся на боковую раму тележки от колесной пары, и повышении безопасности движения вагонов путем улучшения качества их диагностирования.
Указанный технический результат достигается тем, что на верхнем и наклонном поясах боковой рамы тележки устанавливаются восемь тензорезисторов с наружной и внутренней стороны таким образом, чтобы четыре тензорезистора располагались на боковой части верхнего пояса боковой рамы, над технологическим окном, четыре других - на наклонном поясе под технологическим окном. При этом тензорезисторы соединяются в измерительные мосты таким образом, чтобы схема подключения тензорезисторов позволяла получать два выходных сигнала.
Обработка выходных сигналов для восстановления значений вертикальной и боковой сил происходит через сложение и вычитание значений выходных сигналов от установленных тензорезисторов, по формулам:
в
б
1
2
где K и K - постоянные коэффициенты соответственно для измерения вертикальной и боковой сил, определяемые при градуировке тензометрических схем; Е - модуль упругости; μ - коэффициент Пуассона; S и S - выходные сигналы измерительных мостов.
Сущность заявляемого изобретения поясняется графическим материалом.
На фигуре 1 показан наружный вид половины боковой рамы тележки грузового вагона с установленными тензорезисторами.
На фигуре 2 показан внутренний вид половины боковой рамы тележки грузового вагона с установленными тензорезисторами.
На фигуре 3 показана схема соединения тензорезисторов в два измерительных моста для вычисления вертикальных и боковых сил.
1
2
Способ измерения вертикальных и боковых сил, действующих на боковую раму тележки от колесной пары при движении вагона заключается в том, что на верхнем поясе 10 и наклонном поясе 11 боковой рамы 9 (фиг. 1, 2) тележки (на фиг. не показана) устанавливаются восемь тензорезисторов 1-8 с наружной и внутренней стороны, при этом четыре тензорезистора 1-4 располагаются на боковой части верхнего пояса 10 боковой рамы, над технологическим окном, четыре других 5-8 - на наклонном поясе 11 под технологическим окном. Установленные тензорезисторы 1-8 соединяются в два измерительных моста с четырехпроводной схемой подключения и каждый измерительный мост содержит по четыре тензорезистора: первый измерительный мост содержит тензорезисторы 1, 2, 7 и 8, второй - тензорезисторы 3, 4, 5 и 6, которые через измерительные приборы 12 (фиг. 3) подключены к вычислительному устройству 13, что позволяет получать сложение и вычитание выходных сигналов S и S для измерения вертикальных и боковых сил, действующих на боковую раму тележки от колесной пары при диагностировании вагонов.
При движении колеса по рельсу на боковой раме тележки возникают деформации, которые регистрируют установленные тензорезисторы.
xi
Величины вертикальной и боковой сил, выраженные через деформации ε, имеют вид
в
б
xi
xi
где K и K - постоянные коэффициенты соответственно для измерения вертикальной и боковой сил, определяемые при градуировке тензометрических схем; Е - модуль упругости; μ - коэффициент Пуассона; ε - линейные деформации, вызванные продольными нормальными напряжениями σ в измерительных точках, расположенных на поверхности боковой рамы тележки.
Если учесть, что
выражения (1) можно записать следующим образом
Тогда из выражений (2) и (3) получаем формулы для вычисления вертикальной и боковой сил, действующих на боковую раму тележки от колесной пары при движении вагона
Устройство для измерения вертикальных и боковых сил, действующих на боковую раму тележки от колесной пары при движении вагона, содержит боковую раму 9 (фиг. 1, 2) тележки (на фиг. не показана), восемь тензорезисторов 1-8, установленные на верхнем поясе 10 и наклонном поясе 11 боковой рамы 9 тележки с наружной и внутренней стороны. При этом два тензорезистора 1, 2 располагаются на боковой части верхнего пояса 10 боковой рамы 9, над технологическим окном, с наружной стороны, два тензорезистора 3, 4 - на боковой части верхнего пояса 10 боковой рамы 9, над технологическим окном, с внутренней стороны. Тензорезисторы 5, 6 располагаются на наклонном поясе 11 боковой рамы 9, под технологическим окном, с наружной стороны, два тензорезистора 7, 8 - на наклонном поясе 11 боковой рамы 9, под технологическим окном, с внутренней стороны. Для получения двух выходных сигналов тензорезисторы 1-8 соединяются в два измерительных моста с четырехпроводной схемой подключения и каждый измерительный мост через измерительные приборы 12 (фиг. 3) подключаются к вычислительному устройству 13.
Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в повышении точности измерений вертикальных сил и обеспечении одновременного измерения вертикальных и боковых сил, передающихся на боковую раму тележки от колесной пары, и повышении безопасности движения вагонов путем улучшения качества их диагностирования.