AT503622A2 - METHOD FOR DETERMINING FORCES ARISING BETWEEN A RAIL VEHICLE AND A RAIL - Google Patents
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von zwischen einem fahrenden Schienenfahrzeug und einer Schiene auftretenden Kräften unter Einsatz eines Dehnungsmessstreifen und Auswertemittel umfassenden Messsystems, bei dem die Deh-10 nungsmessstreifen an einem eine Achswelle und/oder Radschei ben aufweisenden Radsatz des Schienenfahrzeuges befestigt werden, das Messsystem anschließend unter Gewinnung von Kalibrierungskoeffizienten kalibriert wird, Dehnungsänderungen im rotierenden Koordinatensystem von den rotierenden Deh-15 nungsmessstreifen während der Fahrt des Schienenfahrzeuges erfasst werden, die erfassten Dehnungsänderungen im rotierenden Koordinatensystem in ein stehendes Koordinatensystem unter Gewinnung von Dehnungsänderungen im schienenfesten Koordinatensystem transformiert werden und die Kräfte aus den 20 Dehnungsänderungen im schienenfesten Koordinatensystem unter Verwendung der Kalibrierungskoeffizenten berechnet werden, wobei beim Kalibrieren eine Fehlerkorrektur zum Unterdrücken einer Restwelligkeit durchgeführt wird. 25 Ein solches Verfahren ist aus dem in ZEVrail Glasers Annalen, 126 - 5 I auf den Seiten 190 bis 199 erschienen Artikel „Die Querkräfte der Hochleistungslokomotiven der Reihe 1016/1116" von Werner Breuer und Peter-Jürgen Gaede bereits bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren werden die auf einen Radsatz 30 eines Schienenfahrzeuges wirkenden Kräfte untersucht. Hierbei kommt ein Dehnungsmessstreifen umfassendes Messsystem zum Einsatz, wobei die Dehnungsmessstreifen an den Radscheiben eines Radsatzes befestigt werden. Insbesondere bei hohen Belastungen werden hohe Kräfte in die Radsätze eingeleitet, die zur elastischen Verformungen der Radscheibe führen. Die Verformungen der Radscheiben werden von den Dehnungsmessstreifen erfasst. Geht man von einem linearen Zusammenhang zwischen den Verformungen bzw. den durch die Dehnungsmessstreifen er-5 fassten Dehnungen und den Kräften aus, welche die Verformung verursachen, können die Kräfte durch Lösung eines linearen Gleichungssystems aus den gemessenen Dehnungen bestimmt werden. Zur Lösung des Gleichungssystems sind jedoch in einem Kalibrierungsschritt Kalibrierungskoeffizienten zu bestimmen. 10 Eine Schwierigkeit der Messung liegt darin begründet, dass die Dehnungsmessstreifen während der Fahrt mit der Achse oder den Radscheiben rotieren, so dass die erhaltenen Dehnungsmessungen in ein schienenfestes oder mit anderen Worten stehendes Koordinatensystem umgerechnet werden müssen. Durch Multi-15 plikation der in Abhängigkeit der Zeit gemessenen Dehnungen mit einer Sinus- bzw. Kosinusfunktion und geeignete Addition solcher Produkte erhält man ein periodisches jedoch leider nur in erster Näherung sinusförmiges Dehnungssignal. Vielmehr weist das so erhaltene Dehnungssignal eine so genannte Rest-20 welligkeit auf, die im Englischen Rippel genannten wird. Zur Unterdrückung der Restwelligkeit wird ein gezieltes Kalibrieren der Radsätze vorgeschlagen. Genauere Ausführungen zum gezielten Kalibrieren sind der besagten Druckschrift jedoch nicht zu entnehmen. 25The invention relates to a method for determining forces occurring between a moving rail vehicle and a rail using a strain gauge and evaluation means comprehensive measuring system, in which the Deh-10 voltage gauges are attached to an axle shaft and / or Radschei Ben having wheelset of the rail vehicle, the The measuring system is then calibrated to obtain calibration coefficients, strain changes in the rotating coordinate system are detected by the rotary strain gauges during the travel of the rail vehicle, the detected strain changes in the rotating coordinate system are transformed into a stationary coordinate system yielding strain changes in the rail-fixed coordinate system and the forces can be calculated from the 20 strain changes in the track-fixed coordinate system using the calibration coefficients, with an error error in calibration is performed to suppress a ripple. 25 Such a method is from the article published in ZEVrail Glasers Annalen, 126 - 5 I on pages 190 to 199, entitled "The lateral forces of the high-performance locomotives of the 1016/1116 series". already known by Werner Breuer and Peter-Jürgen Gaede. In the method described there, the forces acting on a wheelset 30 of a rail vehicle are examined. Here, a strain gauge comprehensive measuring system is used, wherein the strain gauges are attached to the wheel discs of a wheelset. Especially at high loads high forces are introduced into the wheel sets, which lead to elastic deformation of the wheel disc. The deformations of the wheel discs are detected by the strain gauges. Assuming a linear relationship between the strains or strains measured by the strain gauges and the forces causing the deformation, the forces can be determined by solving a linear system of equations from the measured strains. To solve the equation system, however, calibration coefficients are to be determined in a calibration step. 10 One of the difficulties of the measurement is that the strain gauges rotate while traveling with the axle or the wheel discs, so that the strain measurements obtained must be converted into a rail-stable or, in other words, coordinate system. By multiplying the strains with a sine or cosine function, which are measured over time, and by appropriate addition of such products, a periodic but unfortunately only a first approximation sinusoidal strain signal is obtained. Rather, the strain signal thus obtained has a so-called residual ripple, which is called in English Ripple. To suppress the ripple a targeted calibration of the wheelsets is proposed. More detailed explanations for targeted calibration, however, can not be found in the said publication. 25
Weitere Verfahren und Vorrichtungen zur Ermittlung der Kräfte zwischen dem Radsatz eines Schienenfahrzeuges und einer den Radsatz führenden Schiene sind in den Artikeln „Radsatzwelle und Radscheibe - die richtige Kombination zur Messung der 30 Kräfte zwischen Rad und Schiene" von Hermann Berg, Gustav Gößling und Herbert Zück, erschienen in ZEV + DET Glas. Ann. 120 (1996) Nr. 2, Seite 40, „Der heutige Entwicklungsstand der Messmethode „Radsatzwellenverfahren" zur Bestimmung zwischen Rad und Schiene" von Max Ostermeyer, Herman Berg undFurther methods and devices for determining the forces between the wheel set of a rail vehicle and a rail leading to the wheelset are described in the articles "Radsatzwelle and Radscheibe - the right combination for measuring the forces between wheel and rail". by Hermann Berg, Gustav Gößling and Herbert Zück, published in ZEV + DET Glas. Ann. 120 (1996) No. 2, page 40, "The current state of development of the measurement method" Radsatzwellenverfahren ". for the determination between wheel and rail " by Max Ostermeyer, Herman Berg and
3 * • · ·♦ • · · ·3 * • · · ♦ • · · ·
Heinz-Herbert Zuck, erschienen in ZEV-Glas. Ann. 102 (1978) Nr. 2 und „Ermittlung der Kräfte zwischen Rad und Schiene aus den Biegedehnungen der Radsatzwelle" von Michael Zeilhofer, Günter Sühsmuth Günter von Piwenitzky, erschienen im ZEV-5 Glas. Ann. 96 (1972) Nr. 12, Seite 373 offenbart.Heinz-Herbert Zuck, published in ZEV glass. Ann. 102 (1978) No. 2 and "Determining the forces between the wheel and rail from the bending expansions of the wheelset shaft". by Michael Zeilhofer, Günter Sühsmuth Günter von Piwenitzky, published in the ZEV-5 glass. Ann. 96 (1972) No. 12, page 373.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem eine Restwelligkeit unterdrückt werden kann. 10The object of the invention is to provide a method of the type mentioned, with which a ripple can be suppressed. 10
Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß einer ersten Variante dadurch, dass das Kalibrieren das Bestimmen von Fehlerkräften in Abhängigkeit eines Radaufsatzpunktes und eines Drehwinkels des Radsatzes umfasst, wobei die Fehlerkräfte aus der Diffe-15 renz zwischen den beim Kalibrieren gemessenen Kräften und den unter Verwendung der Kalibrierkoeffizienten berechneten Kräften bestimmt werden, eine Fouriertransformation der Fehlerkräfte unter Gewinnung von Restwelligkeitsordnungskonstanten durchgeführt wird, aus den Restwelligkeitsordnungskonstanten 20 durch eine inverse Fouriertransformation Restwelligkeitskorrekturkonstanten berechnet werden und die Restwelligkeitskorrekturkonstanten von den berechneten Dehnungsänderungen im schienenfesten Koordinatensystem abgezogen werden. 25 Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß einer zweiten Variante dadurch, dass die Kalibrierkoeffizienten in Abhängigkeit eines Drehwinkels des Radsatzes unter Gewinnung von winkelabhängigen Kalibrierkoeffizienten erfasst werden, wobei die Kräfte aus der Dehnungsänderung unter Verwendung der winkel-30 abhängigen Kalibrierkoeffizienten berechnet werden.The invention solves this problem according to a first variant in that the calibration includes the determination of error forces as a function of a Radaufsatzpunktes and a rotation angle of the wheelset, wherein the error forces from the difference between the 15 measured between the forces measured during calibration and using the calibration coefficients a Fourier transform of the error forces to obtain ripple order constants, from the ripple order constants 20 are calculated by inverse Fourier transform ripple correction constants, and the ripple correction constants are subtracted from the calculated strain changes in the rail fixed coordinate system. The invention solves this object according to a second variant in that the calibration coefficients are detected as a function of a rotation angle of the wheel set to obtain angle-dependent calibration coefficients, wherein the forces from the strain change are calculated using the angle-dependent calibration coefficients.
Erfindungsgemäß sind dem Fachmann Möglichkeiten an die Hand gegeben, mit der dieser bereits beim Kalibrieren des zu untersuchenden Radsatzes Vorkehrungen in Form angelegten Daten- • · • · ·· ·· ·ξ · banken treffen kann, mit denen die Unterdrückung der unerwünschten Restwelligkeit ermöglicht ist. Erfindungsgemäß ist somit eine genauere Analyse der Kräfte zwischen Schiene und Rad ermöglicht. Das bislang bestehende Risiko, dass Schienen-5 fahrzeugen die Zulassung aufgrund zu hoher Kräfte zwischen Radsatz und Schiene verweigert wird, obwohl die Überschreitung der vorgegebenen Toleranzen lediglich durch Messfehler hervorgerufen wurde, ist im Rahmen der Erfindung somit herabgesetzt. 10According to the invention, those skilled in the art are provided with options with which they can already take precautions in the form of applied data in order to calibrate the wheelset to be examined, with which it is possible to suppress the unwanted residual ripple , According to the invention thus a more accurate analysis of the forces between the rail and wheel is possible. The hitherto existing risk that rail vehicles will be denied approval due to excessive forces between wheelset and rail, although the exceeding of the predetermined tolerances was caused only by measurement errors, is thus reduced within the scope of the invention. 10
Vorteilhafterweise umfassen die im Rahmen der Erfindung bestimmten Kräfte Radaufsatzkräfte, die in vertikaler Richtung zwischen Radsatz und Schiene wirken, Führungskräfte Y, die in Querrichtung zu den Radaufsatzkräften wirken, und Tangential-15 kräfte T, die in Fahrtrichtung, also senkrecht zur Ebene wirken, die von den Radaufsatzkräften Q und den Radführungskräften Y aufgespannt wird.Advantageously, the forces determined in the context of the invention comprise wheel attachment forces which act in the vertical direction between wheel set and rail, guide forces Y acting transversely to the wheel attachment forces, and tangential forces T acting in the direction of travel, that is to say perpendicular to the plane is spanned by the wheel attachment forces Q and the Radführungskräften Y.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin-20 düng sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Äus-führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei 25 Figur 1 eine schematische Darstellung zur Definition der Kräfte und der verwendeten Koordinatensysteme zeigt,Further expedient refinements and advantages of the invention are the subject matter of the following description of exemplary embodiments of the invention with reference to the figures of the drawing, wherein the same reference numbers refer to the same effecting components, and FIG. 1 shows a schematic representation for defining the forces and used coordinate systems shows
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Radscheibe in einer Draufsicht zur Definition verwendeter 30 Variablen,FIG. 2 shows a schematic representation of a wheel disk in a plan view for the definition of 30 variables used,
Figur 3 die Radscheibe gemäß Figur 2 in einer geschnittenen Teilansicht zur Definition verwendeter Variablen, ·· ·· · · ·· ·· ·#··« ♦ · · I · • ·· ······ ·# · • · · · ···· ·♦·♦ ··· ··· • * » · · · t · ·· · · « ·♦ ·· 5 10 15 203 shows the wheel disk according to FIG. 2 in a sectional partial view for the definition of variables used, ························································································ · · · · · · · · ♦ ♦ ··· ··· • * »· · · t · · · ·« · · · ♦ 5 10 15 20
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Figur Figur FigurFigure figure figure
Figur Figur 4 eine schematisch dargestellte Radscheibe mit einer übersichtlichen Anzahl von Dehnungsmessstreifen mit zugeordneten Variablen, 5 eine Dehnungsmessung zweier Dehnungsmessstreifen gemäß Figur 4, wobei die Dehnungsmessstreifen rotieren, 6 eine zweckmäßige Addition beziehungsweise Multiplikation der Dehnungsmessungen gemäß Figur 5, 7 eine Fouriertransformation der Dehnungsänderung gemäß Figur 6, 8 die beim Kalibrieren bestimmten Fehlerkräfte in Abhängigkeit des Radaufsatzpunktes und des Drehwinkels des Radsatzes, 9 eine Fouriertransformation der Fehlerkräfte gemäß Figur 8 und 10 bis Figur 12 die beim Kalibrieren bestimmten Kalibrierungskoeffizienten in Abhängigkeit eines Drehwinkels des Radsatzes zeigen. 25Figure 4 is a schematically illustrated wheel disc with a clear number of strain gauges with associated variables, 5 a strain measurement of two strain gauges according to Figure 4, the strain gauges rotate, 6 a convenient addition or multiplication of the strain measurements of Figure 5, 7 a Fourier transform the strain change according to FIG 6, 8 the error forces determined during calibration as a function of the wheel attachment point and the rotation angle of the wheel set, FIG. 9 a Fourier transformation of the error forces according to FIGS. 8 and 10 to FIG. 12 show the calibration coefficients determined during calibration as a function of a rotation angle of the wheel set. 25
Figur 1 zeigt Teile zweier Radscheiben 1 und 2 eines Radsatzes und verdeutlicht ein schienenfestes Koordinatensystem Xo, Yo, Zo sowie Radaufstandskräfte Q, Führungskräfte Y und Tangentialkräfte in Fahrtrichtung, die hier mit Tx bezeichnet sind. Ferner ist eine Verschiebung eines Radaufsatzpunktes 3 bezüglich einer mit eo bezeichneten Messebene definiert.FIG. 1 shows parts of two wheel disks 1 and 2 of a wheel set and illustrates a rail-fixed coordinate system Xo, Yo, Zo and wheel contact forces Q, guide forces Y and tangential forces in the direction of travel, which are designated here by Tx. Further, a displacement of a Radaufsatzpunktes 3 is defined with respect to a designated eo measurement plane.
Figur 2 zeigt eine der Radscheiben 1 gemäß Figur 1 in einer Draufsicht, wobei die Koordinaten x und z sowie ein Drehwin-30 kel Φ erkennbar sind.FIG. 2 shows one of the wheel disks 1 according to FIG. 1 in a plan view, whereby the coordinates x and z as well as a rotation angle φ can be recognized.
Figur 3 zeigt Teile der Radscheibe gemäß Figur 2 in einer Querschnittsansicht, wobei die mit z bezeichnete Koordinate in der Querschnittsebene eo gemäß Figur 1 liegt. Der Radauf- ·· · • · · · • ·· ·· • · · · » * : :: # · t · · t · · ·· ♦ · ·· ·· satzpunkt ist in dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel aus der Messebene e0 heraus verschoben und mit 3 bezeichnet. Die Radaufstandskräfte Q werden daher in Pfeilrichtung in den mit 3 bezeichneten Radaufstandspunkt eingeleitet. Die Ver-5 Schiebung des Radaufsatzpunktes bezüglich der Messebene eo ist wiederum mit Ay bezeichnet.FIG. 3 shows parts of the wheel disc according to FIG. 2 in a cross-sectional view, wherein the coordinate designated by z lies in the cross-sectional plane eo according to FIG. The wheel base is in the embodiment shown in FIG. 3 shifted out of the measuring plane e0 and designated 3. The wheel contact forces Q are therefore introduced in the direction of the arrow in the designated 3 Radaufstandspunkt. The Ver-5 shift of Radaufsatzpunktes with respect to the measuring plane eo is again denoted by Ay.
Die Figuren 4 bis 7 verdeutlichen eine vereinfachte Messung sowie deren Ergebnisse zum besseren Verständnis der Vorge-10 hensweise. So zeigt Figur 4 die Draufsicht auf eine Radscheibe 1 gemäß Figur 2, wobei Dehnungsmessstreifen 4 auf einem konstanten Radius bezüglich eines Radscheibenmittelpunktes 5 angeordnet sind. Dabei liegen die Dehnungsmessstreifen xo und Xi80 einander auf einer Geraden in x-Richtung gegenüber und 15 spannen miteinander bezüglich des Radscheibenmittelpunktes 5 einen Winkel von 180° auf. Entsprechendes gilt für die Dehnungsmessstreifen zo und ziso, die auf der z-Achse einander gegenüberliegend angeordnet sind. Im Fährbetrieb kommt es zur Rotation der Radscheibe 1 und somit zur Rotation der Deh-20 nungsmessstreifen 4. Die von den Dehnungsmessstreifen 4 gemessenen Dehnungsänderungen der Radscheibe 1 sind somit von dem Drehwinkel Φ der Radscheibe 1 abhängig.FIGS. 4 to 7 illustrate a simplified measurement and its results for a better understanding of the preferred method. Thus, Figure 4 shows the top view of a wheel disc 1 according to Figure 2, wherein strain gauges 4 are arranged at a constant radius with respect to a Radscheibenmittelpunktes 5. In this case, the strain gauges xo and xi80 lie opposite each other on a straight line in the x direction and 15 span with respect to the Radscheibenmittelpunktes 5 at an angle of 180 °. The same applies to the strain gauges zo and ziso, which are arranged opposite one another on the z-axis. In the ferry mode, it comes to the rotation of the wheel disc 1 and thus to the rotation of the Deh-20 voltage measurement strip 4. The measured by the strain gauges 4 strain changes of the wheel disc 1 are thus dependent on the rotation angle Φ of the wheel disc 1.
Figur 5 zeigt die Dehnungsänderung im rotierenden Koordina-25 tensystem 8rxo des Messstreifens sowie die Dehnungsänderung im rotierenden Koordinatensystem srxi8o des Messstreifens Χχβο in Abhängigkeit des Drehwinkels Φ. Bei einer Drehung in der in Figur 2 gezeigten Richtung um in etwa 90° erfährt der Dehnungsmessstreifen x0 seine größte Dehnungsänderung. Bei die-30 sem Drehwinkel nimmt der Dehnungsmessstreifen Xo die Stellung des Dehnungsmessstreifens Ζχ8ο ein. Bei einem Drehwinkel Φ von etwa 270° durchläuft die Dehnungsänderung im rotierenden Koordinatensystem des Dehnungsmessstreifens Xo wieder ein lo- ·· ·· · · ·· ·· ····· · ···· • · · *····· ·· · • · · · ···· ···· ··· ··· • · · · * · · t +· ·ψ » · ·· #· kales Maximum, das jedoch im Vergleich zu demjenigen des Drehwinkels von 90° stark abgeschwächt ist. Bei einem Drehwinkel von Φ 270° nimmt der in Figur 4 mit x0 bezeichnete Dehnungsmessstreifen die in Figur 4 gezeigte Stellung des 5 Dehnungsmessstreifens Zo ein. Entsprechende Dehnungsänderungen im rotierenden Koordinatensystem ergeben sich für den Dehnungsmessstreifen xieo·FIG. 5 shows the strain change in the rotating coordinate system 8rxo of the measuring strip and the change in strain in the rotating coordinate system srxi8o of the measuring strip Χχβο as a function of the angle of rotation Φ. Upon rotation in the direction shown in FIG. 2 by approximately 90 °, the strain gage x0 undergoes its greatest change in strain. At this angle of rotation, the strain gauge Xo adopts the position of the strain gauge Ζχ8ο. At a rotation angle Φ of about 270 °, the strain change in the rotating coordinate system of the strain gauge Xo again passes through a lo- ······················································································· ···································································································································································································································· of 90 ° is greatly attenuated. With a rotation angle of φ 270 °, the strain gauge designated x0 in FIG. 4 assumes the position of the strain gauge Zo shown in FIG. Corresponding strain changes in the rotating coordinate system result for the strain gage xieo ·
In Figur 5 sind lediglich die Messungen dargestellt, die aus 10 den Dehnungsmessstreifen xo und χχ80 erhalten werden. Analoge Messverläufe ergeben sich für die Dehnungsmessstreifen z0 und zi8o, wobei die Dehnungsänderungen jedoch phasenverschoben sind. Bei der Umrechnung in ein schienenfestes Koordinatensystem werden in einem ersten Verarbeitungsschritt die Deh-15 nungsänderungen im rotierenden Koordinatensystem der auf einem Scheibensegment um 180° versetzt angeordneten Messstellen addiert. Die daraus resultierenden Drehdehnungsverläufe srx, o,i8o und srz,o,i80 sind in Figur 6 im oberen Teil der Darstellung gezeigt. Es wird erkennbar, dass die erhaltenen Kur-20 venformen bezüglich ihrer Maxima und Minima ausgeglichen und über eine volle Drehung der Radscheibe periodisch sind. DieFIG. 5 shows only the measurements obtained from the strain gages xo and χχ80. Analogous measurement curves are obtained for the strain gauges z0 and zi8o, but the strain changes are out of phase. When converting to a rail-fixed coordinate system, the deh-15 nungsänderungen in the rotating coordinate system of the arranged on a disk segment offset by 180 ° measuring points are added in a first processing step. The resulting rotational expansion curves srx, o, i8o and srz, o, i80 are shown in FIG. 6 in the upper part of the illustration. It will be appreciated that the resulting spa forms are balanced with respect to their maxima and minima and are periodic over a full rotation of the wheel disc. The
Dehnungsänderung im schienenfesten Bezugssystem wird durch Transformation der Dehnungsänderungen im rotierenden Koordinatensystem gemäß g = £„0>i*o cos(O) - £r Λθ 180 sin(T) bestimmt. 25 Der entsprechende Kurvenverlauf ist im unteren Teil von Figur 6 dargestellt.Strain change in the rail-fixed reference frame is determined by transforming the strain changes in the rotating coordinate system according to g = "0> i * o cos (O) - £ r Λθ 180 sin (T). The corresponding curve is shown in the lower part of FIG.
Figur 7 zeigt eine Fouriertransformation oder mit anderen Worten das Spektrum der schienenfesten Dehnungsänderungen g* gemäß Figur 6. Es ist erkennbar, dass gr eine Restwelligkeit aufweist und aus verschiedenen Frequenzen zusammengesetzt 30 • ·FIG. 7 shows a Fourier transformation or, in other words, the spectrum of the rail-fixed strain changes g * according to FIG. 6. It can be seen that gr has a residual ripple and is composed of different frequencies.
·· ·· · · ·· ····· · · · ···· ···· ··· ··· • · · · ♦ · · ·· *g · · ·· ist. Wie aus dem £ -Verlauf zu erwarten ist, dominiert die. As can be expected from the £ circulation, the dominates the
Welligkeit mit dem Vierfachen der Raddrehzahl das £°r -Signal.Ripple with four times the wheel speed the £ ° r signal.
Jedoch sind auch die Zwei-, Sechs- und Achtfachen Frequenzen der Raddrehzahlen mit deutlichen Amplituden an der Restwel-5 ligkeit beteiligt. Die Verteilung der Vielfachen der Frequenzen der Raddrehzahl wird von der Lage der Messstellen an der Radscheibe und darüber hinaus von der Verschiebung Ay des Radaufsatzpunktes in Querrichtung bestimmt. Nahe am Spurkranz liegende Messstellen führen beispielsweise zu höheren Ampli-10 tuden bei der sechs- und achtfachen Raddrehzahl, da hier der Einfluss der Radaufstandskräfte Q auf die Scheibendehnungsstärke ausgeprägter ist, als bei weiter innen liegenden Radien . 15 Die Restwelligkeit in den gemessenen Dehnungsänderungen im schienenfesten Koordinatensystem verfälschen die Ergebnisse der lauftechnischen Messungen, da diese Dehnungsänderungen über die Lösung spezieller Gleichungssysteme in die gesuchten Radkräfte umgerechnet werden. Die Umrechnung erfolgt im All-20 gemeinen mittels spezieller Messrechner, die das Gleichungssystem während der fahrtechnischen Zulassungsfahrten in Echtzeit lösen. Die folgende Gleichung 1 gibt beispielhaft die Lösung eines Radscheibengleichungssystems bei bekannter Radaufstandskraft Q an: 25 £\ ~ K.\,Q ‘Q ~ /Cl,Y ’ ^ JCl,Qe ' ö’ Av (1) £l~ K.1q'Q ~ ICljQe’ ß'Ay (2) 30 Unbekannte des obigen Gleichungssystems sind die Führungskraft Q und die Lage des Kontaktpunktes auf der Lauffläche Ay, wobei Ay=0 der Messkreisebene ε0 gemäß Figur 1 ent- • · · • · ♦ • · · ·· ♦ • ·· ·· ·· · • · · · · ·♦ ·· • · · · ·· spricht. Gemessen werden ει, die Dehnungsänderung in der Messebene 1, und 82, die Dehnungsänderung in der Messebene 2. kiq , K2ßi tQe und K2Qe sind Kalibrierkoeffizienten. MitHowever, the two-, six- and eight-fold frequencies of the wheel speeds with significant amplitudes in the Restwel- 5 ligkeit involved. The distribution of the multiples of the frequencies of the wheel speed is determined by the position of the measuring points on the wheel disc and, moreover, by the displacement Ay of the wheel attachment point in the transverse direction. For example, measuring points close to the flange lead to higher amplitudes at six and eight times the wheel speed, since here the influence of the wheel contact forces Q on the pulley expansion force is more pronounced than with radii lying further inside. 15 The residual ripple in the measured strain changes in the rail-fixed coordinate system falsify the results of the running-technical measurements, since these strain changes are converted into the desired wheel forces via the solution of special systems of equations. The conversion is generally performed by means of special measuring computers, which solve the equation system in real time during the technical driving admissions. The following equation 1 gives an example of the solution of a wheel disc equation system with known wheel contact force Q: 25 £ \ ~ K. \, Q 'Q ~ / Cl, Y' ^ JCl, Qe 'ö' Av (1) £ l ~ K.1q Unknowns of the above system of equations are the guiding force Q and the position of the point of contact on the running surface Ay, where Ay = 0 corresponds to the measuring circle plane ε0 according to FIG. 1. . Ει, the strain change in the measuring plane 1, and 82, the strain change in the measuring plane 2. kiq, K2ßi tQe and K2Qe are calibration coefficients. With
5 K\ q · Q } ε2 — ε2 κ2 q · Q folgt5 K \ q · Q} ε2 - ε2 κ2 q · Q follows
10 und10 and
Wird der durch die Restwelligkeit hervorgerufene Messfehler nicht korrigiert, kann es beispielsweise für die Spurfüh-15 rungskräfte Y zu einem Messfehler bis zu 10 kN kommen. Fehler in einer solchen Größenordnung sind unerwünscht, da es sich bei diesen Größenordnungen um für die Zulassung des Schienenfahrzeuges relevante Größen handeln kann. 20 Figur 8 verdeutlicht einen ersten Verfahrensschritt zur Beseitigung der Restwelligkeit gemäß einer ersten Variante der Erfindung. So werden beispielsweise die Fehler bei der Bestimmung der Spurführungskräfte bestimmt. Dies erfolgt durch direkte Messung der Spurführungskräfte mittels einer Kalib-25 riervorrichtung, die beispielsweise in ZEV+DET Glas. Ann. 120 (1996) Nr. 2, Seite 44 gezeigt ist und die durch diese Bezugnahme Teil des Offenbarungsgehalts sein soll. In einem zweiten Schritt werden mit den beim Kalibrieren gewonnenen Kalibrierungskoeffizienten die Spurführungskräfte Y berechnet. Die 30 Fehlerkräfte werden durch einfache Differenzbildung dieserIf the measurement error caused by the residual ripple is not corrected, a measurement error of up to 10 kN, for example, can occur for the tracking forces Y. Errors on such a scale are undesirable because these orders of magnitude may be of relevance to the registration of the rail vehicle. FIG. 8 illustrates a first method step for eliminating the residual ripple according to a first variant of the invention. For example, the errors in the determination of the tracking forces are determined. This is done by direct measurement of the tracking forces by means of a Kalib-25 riervorrichtung, for example, in ZEV + DET glass. Ann. 120 (1996) No. 2, page 44 and which is intended to be part of the disclosure by this reference. In a second step, the calibration forces Y calculated using the calibration coefficients obtained. The 30 error forces are by simply subtracting this
Spurführungskräfte erhalten. In Figur 8 sind die Fehlerkräfte ·· ·· · · ·· ·· ····· · ···· ············ • ♦ · · · ···· ··· . ··· ··· ···«· · · · ·· y-J · · *· *· 5 in Abhängigkeit der Lage des Radaufsatzpunktes, die an der Achse 6 abgetragen, ist und in Abhängigkeit des Drehwinkels des Radsatzes, der auf der Achse 7 abgetragen ist, gezeigt. 5 Figur 9 zeigt die genormte Fouriertransformation der in Figur 8 gezeigten Fehlerkräfte, wobei die Ordnung der Restwelligkeit der Spurführungskräfte Y auf einer Achse 8 abgetragen ist. Die Achse 6 entspricht wiederum der Lage des Radaufsatzpunktes. Die auf diese Weise gewonnen Fourierkoeffizienten 10 werden in einer Speichereinheit einer Recheneinheit als Parameter abgelegt, so dass bei einer späteren Echtzeitmessung die Restwelligkeit auf Grundlage der abgelegten Fouriertransformationsdaten unterdrückt werden kann. 15 Figur 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Fehlerkorrektur gemäß der zweiten Variante der vorliegenden Erfindung. Hierbei werden die Kalibrierungskoeffizienten nicht nur für einen bestimmten Drehwinkel· Φ des Radsatzes, sondern für verschiedene Drehwinkel Φ des Radsatzes bestimmt. Figur 10 zeigt die 20 für die Berechnung der Spurführungskräfte gewonnen Kablibrie-rungskoeffizienten Κι,γ in Abhängigkeit des Drehwinkels Φ.Tracking personnel received. In FIG. 8, the error forces are ······························································································ , Depending on the position of the Radaufsatzpunktes, which is removed at the axis 6, and depending on the rotation angle of the wheelset, on the Axis 7 is shown removed. FIG. 9 shows the standardized Fourier transformation of the error forces shown in FIG. 8, wherein the order of the residual ripple of the tracking forces Y is plotted on an axis 8. The axis 6 again corresponds to the position of the Radaufsatzpunktes. The Fourier coefficients 10 obtained in this way are stored as parameters in a memory unit of a computing unit so that the residual ripple on the basis of the stored Fourier transformation data can be suppressed in a later real-time measurement. FIG. 10 shows an exemplary embodiment of the error correction according to the second variant of the present invention. In this case, the calibration coefficients are determined not only for a specific rotational angle .phi..sub.phi of the wheel set but for different rotational angles .phi. Of the wheel set. FIG. 10 shows the cablization coefficients Κ 1, γ obtained for the calculation of the tracking forces as a function of the angle of rotation Φ.
Figur 11 zeigt die beim Kalibrieren gewonnenen Kalibrierungskoeffizienten KI(Q für die Radaufstandskräfte Q in Abhängig-25 keit des Drehwinkels Φ und Figur 12 die Kalibrierungskoeffizienten κΙ>0β zur Berechnung des Moments, das sich aus der Querverschiebung Ay der Vertikalkraft Q auf der Lauffläche ergibt. 30 Durch die Berücksichtigung der Restwelligkeit bereits bei der Bestimmung der Kalibrierungskoeffizienten wird die Restwelligkeit bei der Echtzeitmessung nahezu vollständig unterdrückt, so dass ein diesbezüglicher Fehler minimiert ist.11 shows the calibration coefficients KI (Q for the wheel contact forces Q as a function of the rotational angle Φ and FIG. 12 the calibration coefficients κΙ> 0β for calculating the torque which results from the transverse displacement Ay of the vertical force Q on the tread. By taking into account the residual ripple already in the determination of the calibration coefficients, the ripple in the real-time measurement is almost completely suppressed, so that a corresponding error is minimized.
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