RU228875U1 - RAILWAY WHEEL - Google Patents
RAILWAY WHEEL Download PDFInfo
- Publication number
- RU228875U1 RU228875U1 RU2024111336U RU2024111336U RU228875U1 RU 228875 U1 RU228875 U1 RU 228875U1 RU 2024111336 U RU2024111336 U RU 2024111336U RU 2024111336 U RU2024111336 U RU 2024111336U RU 228875 U1 RU228875 U1 RU 228875U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wheel
- groove
- compound
- tape
- railway wheel
- Prior art date
Links
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 15
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 92
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 17
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 14
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 53
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 17
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 12
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 229940125898 compound 5 Drugs 0.000 description 5
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 239000013527 degreasing agent Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 1
- 238000013100 final test Methods 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к колесам железнодорожного транспорта, использующихся для установки на них средств автоматического контроля и номерного учета на железнодорожном транспорте. Может быть использована для получения достоверной информации при идентификации железнодорожных колес. Технический результат полезной модели заключается в расширении арсенала технических средств выполнения кольцевых проточек на ступице железнодорожного колеса. Кроме того, полезная модель обеспечивает оптимальные параметры расположения и геометрии проточки, которые обеспечивают стабильную выносливость колеса и снижают риск возникновения трещин из-за проточки. Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлено железнодорожное колесо, имеющее кольцевую проточку в зоне ступицы, где проточка имеет переходную поверхность от стенок к дну проточки, отличающееся тем, что кольцевая проточка выполнена глубиной не более 8 мм, шириной не более 15 мм и с удаленной от торца ступицы колеса не менее чем на 20 мм, а также имеет переходную поверхность от стенок к дну проточки с радиусом кривизны не менее 2 мм. The utility model relates to railway wheels used for installation of automatic control and number accounting devices on railway transport. It can be used to obtain reliable information when identifying railway wheels. The technical result of the utility model consists in expanding the arsenal of technical means for making annular grooves on the hub of a railway wheel. In addition, the utility model provides optimal parameters for the location and geometry of the groove, which ensure stable wheel endurance and reduce the risk of cracks due to the groove. The specified technical result is achieved due to the fact that a railway wheel is claimed, having an annular groove in the hub area, where the groove has a transition surface from the walls to the bottom of the groove, characterized in that the annular groove is made with a depth of no more than 8 mm, a width of no more than 15 mm and with a distance from the end of the wheel hub of no less than 20 mm, and also has a transition surface from the walls to the bottom of the groove with a radius of curvature of no less than 2 mm.
Description
Полезная модель относится к колесам железнодорожного транспорта, использующихся для установки на них средств автоматического контроля и номерного учета на железнодорожном транспорте. Может быть использована для получения достоверной информации при идентификации железнодорожных колес.The utility model relates to railway wheels used for installation of automatic control and number accounting devices on railway transport. It can be used to obtain reliable information when identifying railway wheels.
При формировании или ремонте колесных пар на предприятиях железнодорожного транспорта, запись номера колес в большинстве случаев производится вручную в учетные и отчетные формы вагонного хозяйства. Такая существующая практика приводит к дублированию и искажению информации. Также следует отметить, что текущая система маркировки не обеспечивает возможности идентификации номера колеса в движении при различных скоростях в связи с тем, что существующая маркировка наносится на внешней стороне обода, подвергаясь износу в процессе эксплуатации, и, в конечном итоге, становится нечитаемой. Отсутствие достоверной электронной информации о колесах препятствует развертыванию системы управления предотказным состоянием колесных пар, для обеспечения большего уровня безопасности перевозочного процесса. Передача параметров колесных пар в режиме эксплуатации осуществляется без привязки к конкретной колесной паре, и ограничивается порядковым номером колесной пары под определенным вагоном.When forming or repairing wheel pairs at railway transport enterprises, the wheel number is in most cases recorded manually in the accounting and reporting forms of the wagon economy. This existing practice leads to duplication and distortion of information. It should also be noted that the current marking system does not provide the ability to identify the wheel number in motion at different speeds due to the fact that the existing marking is applied to the outer side of the rim, subject to wear during operation, and, ultimately, becomes illegible. The lack of reliable electronic information about the wheels prevents the deployment of a pre-failure condition control system for wheelsets to ensure a higher level of safety in the transportation process. The transfer of wheel pair parameters in the operating mode is carried out without reference to a specific wheel pair, and is limited to the ordinal number of the wheel pair under a specific wagon.
В технике известен ряд решений, предлагающих вести автоматическую идентификацию железнодорожных колес в движении состава.There are a number of known solutions in technology that propose automatic identification of railway wheels while a train is moving.
Известно решение по патенту на полезную модель №168729 «ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ КОЛЕСО СО СРЕДСТВАМИ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ», опубл.: 17.02.2017., в котором описано железнодорожное колесо, содержащее закрепленные на нем идентификационные метки, отличающееся тем, что на боковой поверхности ступицы с внутренней стороны в зоне перехода от цилиндрической поверхности к тороидальной размещены пассивные радиочастотные метки (RFID). Пассивные радиочастотные метки (RFID) установлены на ступице колеса на равноудаленном расстоянии друг от друга в зоне цилиндрической части ступицы, заключенной между ее торцом и началом тороидальной поверхности. Метки выполнены с возможностью считывания их в статичном состоянии колесной пары ручными считывателями или автоматическими напольными средствами радиочастотной идентификации при движении вагона во всем диапазоне температур окружающей среды. A solution is known for patent for utility model No. 168729 "RAILWAY WHEEL WITH RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION MEANS", published: 17.02.2017, which describes a railway wheel containing identification tags fixed thereto, characterized in that passive radio frequency tags (RFID) are placed on the side surface of the hub on the inner side in the transition zone from the cylindrical surface to the toroidal one. Passive radio frequency tags (RFID) are installed on the wheel hub at an equal distance from each other in the zone of the cylindrical part of the hub, enclosed between its end and the beginning of the toroidal surface. The tags are designed with the possibility of reading them in a static state of the wheelset by hand-held readers or automatic floor radio frequency identification means when the car is moving in the entire range of ambient temperatures.
За ближайший аналог предложенного решения принят патент на полезную модель №219987, опубл.: 17.08.2023 на железнодорожное колесо, имеющее на поверхности углубление для размещения идентификационной метки, отличающееся тем, что в месте сопряжения с углублением для размещения идентификационной метки на железнодорожном колесе выполнена переходная поверхность, которая представлена в виде скругления, выполненного по радиусу от 1 до 3 мм.The closest analogue of the proposed solution is patent for utility model No. 219987, published: 17.08.2023 for a railway wheel having a recess on the surface for placing an identification mark, characterized in that at the junction with the recess for placing the identification mark on the railway wheel, a transition surface is made, which is presented in the form of a rounding made along a radius of 1 to 3 mm.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в снижении риска появления локальных трещин в области углубления для размещения идентификационной метки. The technical result that the utility model is aimed at achieving consists in reducing the risk of local cracks appearing in the area of the recess for placing the identification mark.
Недостатком данного решения является то, что указывается размер переходной поверхности, но указан его размер при определенных размерах кольцевой канавки, при этом дана достаточно широкая вариативность таких размеров.The disadvantage of this solution is that the size of the transition surface is indicated, but its size is indicated for certain sizes of the annular groove, while a fairly wide variability of such sizes is given.
Кроме того, совершенно непонятно, как в такой канавке может фиксироваться идентификационная метка.Moreover, it is completely unclear how an identification mark can be fixed in such a groove.
Такой же недостаток имеет решение по патенту на изобретение №2788012, опубл.: 16.01.2023 «ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ КОЛЕСО» и имеющее ту же сущность. The same drawback is found in the solution for the patent for invention No. 2788012, published: 16.01.2023 “RAILWAY WHEEL” and having the same essence.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении оптимальных параметров расположения и геометрии проточки, которые обеспечивают стабильную выносливость колеса и снижают риск возникновения трещин из-за проточки.The technical result of the utility model consists in ensuring optimal parameters of the location and geometry of the groove, which ensure stable wheel endurance and reduce the risk of cracks due to the groove.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлено железнодорожное колесо, имеющее кольцевую проточку в зоне ступицы, где проточка имеет переходную поверхность от стенок к дну проточки, отличающееся тем, что кольцевая проточка выполнена глубиной не более 8 мм, шириной не более 15 мм и с удалением от торца ступицы колеса не менее чем на 20 мм, а также имеет переходную поверхность от стенок к дну проточки с радиусом кривизны не менее 2 мм. The specified technical result is achieved due to the fact that a railway wheel is claimed, having an annular groove in the hub area, where the groove has a transition surface from the walls to the bottom of the groove, characterized in that the annular groove is made with a depth of no more than 8 mm, a width of no more than 15 mm and with a distance from the end of the wheel hub of no less than 20 mm, and also has a transition surface from the walls to the bottom of the groove with a radius of curvature of no less than 2 mm.
Предпочтительно, внутри проточки закреплены идентификационные метки в количестве не менее трех штук при помощи крепежной ленты с замком и компаундом.Preferably, at least three identification marks are fixed inside the groove using a fastening tape with a lock and compound.
Предпочтительно, в качестве идентификационных меток использованы радиочастотные метки RFID, рабочая частота которых с нанесенным поверх слоем компаунда находится в пределах 863-868 МГц.Preferably, RFID radio frequency tags are used as identification tags, the operating frequency of which with a compound layer applied on top is in the range of 863-868 MHz.
Предпочтительно, в качестве идентификационных меток использованы радиочастотные метки RFID с частотой в пределах 980 МГц.Preferably, RFID tags with a frequency of within 980 MHz are used as identification tags.
Предпочтительно, верхний край поверхности ступицы выполнен с переходной поверхностью, имеющей фаски с углом 45° или скругления.Preferably, the upper edge of the hub surface is formed with a transition surface having chamfers with an angle of 45° or roundings.
Предпочтительно, идентификационные метки закреплены в выполненной проточке с одинаковым угловым расстоянием от смежных меток.Preferably, the identification marks are fixed in the groove made at the same angular distance from adjacent marks.
В качестве идентификационных меток использованы радиочастотные метки RFID с возможностью считывания с них информации на скорости до 150 км/ч.RFID tags are used as identification tags, with the ability to read information from them at speeds of up to 150 km/h.
Предпочтительно, идентификационные метки уложены между двух слоев компаунда, где метки расположены по оси с лентой, так, чтобы чип метки был ближе к краю наименьшей стороны колеса. Preferably, the identification tags are laid between two layers of compound, where the tags are located axially with the tape, so that the tag chip is closer to the edge of the smallest side of the wheel.
Крепление металлической или пластиковой ленты в кольцевой проточке выполнено заливкой дополнительного слоя компаунда сверху. The fastening of a metal or plastic tape in a ring groove is accomplished by pouring an additional layer of compound on top.
Также крепление металлической или пластиковой ленты в кольцевой проточке может быть выполнено предварительной заливкой слоя компаунда снизу на дне проточки, и последующей укладкой на него ленты. Also, fastening of a metal or plastic tape in a ring groove can be done by preliminary pouring a layer of compound from below at the bottom of the groove, and then laying the tape on it.
Также крепление металлической или пластиковой ленты в кольцевой проточке может быть выполнено предварительной заливкой слоя компаунда снизу на дне проточки, с последующей укладкой ленты и затем повторной заливкой дополнительного слоя компаунда сверху. Also, fastening of a metal or plastic tape in a ring groove can be done by preliminary pouring a layer of compound from below at the bottom of the groove, followed by laying the tape and then re-pouring an additional layer of compound on top.
Предпочтительно, в качестве металлической крепежной ленты используют стальную ленту с замком.Preferably, a steel tape with a lock is used as a metal fastening tape.
Крепление при помощи крепежной ленты и компаунда выполнено таким, что компаунд покрывает ленту на 1 мм.The fastening using fastening tape and compound is made in such a way that the compound covers the tape by 1 mm.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На фиг. 1 показана схема ленты с замком и установленными внутри метками, залитыми компаундом;Fig. 1 shows a diagram of a tape with a lock and marks installed inside, filled with compound;
на фиг. 2, 3 показаны различные геометрии железнодорожных колес с проточками (А), крупный план которой приведен на фиг. 4;Fig. 2, 3 show various geometries of railway wheels with grooves (A), a close-up of which is shown in Fig. 4;
на фиг. 5, 6 показаны схемы нагружения колес в ходе испытаний, соответственно колесам фиг. 2, 3;Fig. 5, 6 show the wheel loading diagrams during the tests, respectively for the wheels of Fig. 2, 3;
на фиг. 7 показан общий вид испытания на предел выносливости колеса с проточкой на испытательной машине ЦДМ 200 ПУ-1;Fig. 7 shows a general view of the endurance limit test of a wheel with a groove on the TsDM 200 PU-1 testing machine;
на фиг. 8, 9 показаны эквивалентные напряжения в колесе с проточкой геометрии фиг. 2 (вариант нагружения №1), Па: фиг. 8 - колесо в целом; фиг. 9 - зона проточки (σэквmax = 172 МПа);Fig. 8, 9 show the equivalent stresses in the wheel with a groove of the geometry of Fig. 2 (loading option No. 1), Pa: Fig. 8 - the wheel as a whole; Fig. 9 - the groove zone (σeqmax = 172 MPa);
на фиг. 10, 11 показаны эквивалентные напряжения в колесе с проточкой геометрии фиг. 2 (вариант нагружения №2), Па: фиг. 10 - колесо в целом; фиг. 11 - зона проточки (σэквmax = 249 Мпа);Fig. 10, 11 show the equivalent stresses in the wheel with a groove of the geometry of Fig. 2 (loading option No. 2), Pa: Fig. 10 - the wheel as a whole; Fig. 11 - the groove zone (σeqmax = 249 MPa);
на фиг. 12, 13 показаны эквивалентные напряжения в колесе с проточкой геометрии фиг. 2 (вариант нагружения №3), Па: фиг. 12 - колесо в целом; фиг. 13 - зона проточки (σэквmax = 158 МПа);Fig. 12, 13 show the equivalent stresses in a wheel with a groove of the geometry of Fig. 2 (loading option No. 3), Pa: Fig. 12 - the wheel as a whole; Fig. 13 - the groove zone (σeqmax = 158 MPa);
на фиг. 14, 15 показаны эквивалентные напряжения в колесе с проточкой геометрии фиг. 3 (вариант нагружения №1), Па: фиг. 14 - колесо в целом; фиг. 15 - зона проточки (σэквmax = 156 МПа);Fig. 14, 15 show the equivalent stresses in a wheel with a groove of the geometry of Fig. 3 (loading option No. 1), Pa: Fig. 14 - the wheel as a whole; Fig. 15 - the groove zone (σeqmax = 156 MPa);
на фиг. 16, 17 показаны эквивалентные напряжения в колесе с проточкой геометрии фиг. 3 (вариант нагружения №2), Па: фиг. 16 - колесо в целом; фиг. 17 - зона проточки (σэквmax = 206 Мпа);Fig. 16, 17 show the equivalent stresses in the wheel with a groove of the geometry of Fig. 3 (loading option No. 2), Pa: Fig. 16 - the wheel as a whole; Fig. 17 - the groove zone (σeqmax = 206 MPa);
на фиг. 18-19 показаны эквивалентные напряжения в колесе с проточкой геометрии Фиг. 3 (вариант нагружения №3), Па: фиг. 18 - колесо в целом; фиг. 19 - зона проточки (σэквmax = 153 МПа);Fig. 18-19 show the equivalent stresses in a wheel with a groove of the geometry of Fig. 3 (loading option No. 3), Pa: Fig. 18 - the wheel as a whole; Fig. 19 - the groove zone (σeqmax = 153 MPa);
на фиг. 20 показаны примеры создания опытных образцов лент с RFID-метками, залитых компаундом, которые еще находятся внутри форм, зафиксированных на опоре;Fig. 20 shows examples of the creation of prototypes of tapes with RFID tags filled with compound, which are still inside the forms fixed on the support;
на фиг. 21 показан готовый рабочий опытный образец кольцевой ленты с замком и RFID-метками, залитых компаундом;Fig. 21 shows a finished working prototype of a ring belt with a lock and RFID tags filled with compound;
на фиг. 22, 25 показаны опытные образцы колес с проточками, внутрь которых установлены ленты с RFID-метками различного количества (от 3 до 5 штук), залитые компаундом;Fig. 22, 25 show prototypes of wheels with grooves, inside which tapes with RFID tags of various quantities (from 3 to 5 pieces) filled with compound are installed;
на фиг. 26 показан пример проверки работоспособности RFID-меток на колесе;Fig. 26 shows an example of checking the functionality of RFID tags on a wheel;
на фиг. 27 показана схема размещения UHF/RFID-антенн на участке опытных испытаний (вид сверху);Fig. 27 shows the layout of the UHF/RFID antennas at the experimental test site (top view);
на фиг. 28 показана схема размещения UHF/RFID-антенн на участке опытных испытаний (вид сбоку в разрезе);Fig. 28 shows the layout of the UHF/RFID antennas at the experimental test site (side sectional view);
на фиг. 29 показана блок-схема размещения оборудования автоматической идентификации колесных пар;Fig. 29 shows a block diagram of the arrangement of equipment for automatic identification of wheel pairs;
на фиг. 30 показана гистограмма считываемых RFID-меток на посту регистрации;Fig. 30 shows a histogram of read RFID tags at the registration post;
на фиг. 31 показан опытный образец тестирования смещения частоты метки RFID, расположенной по центру медной подложки, компаунд с двух сторон;Fig. 31 shows a prototype for testing the frequency offset of an RFID tag located in the center of a copper substrate, compound on both sides;
на фиг. 32 показан опытный образец тестирования смещения частоты метки RFID, расположенной по центру медной подложки, компаунд только снизу;Fig. 32 shows a prototype of testing the frequency offset of an RFID tag located in the center of a copper substrate, compound only at the bottom;
на фиг. 33 показан опытный образец тестирования смещения частоты метки RFID, расположенной на краю медной подложки, компаунд с двух сторон;Fig. 33 shows a prototype for testing the frequency offset of an RFID tag located on the edge of a copper substrate, compounded on both sides;
на фиг. 34 показан опытный образец тестирования смещения частоты метки RFID, расположенной на краю медной подложки, компаунд только снизу;Fig. 34 shows a prototype of testing the frequency offset of an RFID tag located on the edge of a copper substrate, compound only at the bottom;
на фиг. 35 показан опытный образец тестирования смещения частоты метки RFID без медной подложки, компаунд с двух сторон;Fig. 35 shows a test sample of frequency offset testing of RFID tag without copper substrate, compound on both sides;
на фиг. 36 показан опытный образец тестирования смещения частоты метки RFID без медной подложки, компаунд только снизу;Fig. 36 shows a prototype of testing the frequency offset of an RFID tag without a copper substrate, compound only on the bottom;
на фиг. 37 показан измерительный комплекс;Fig. 37 shows the measuring complex;
на фиг. 38 показана диаграмма считывания метки в воздухе и на металле;Fig. 38 shows a diagram of reading a mark in air and on metal;
на фиг. 39 показана диаграмма считывания метки на медной подложке (по центру), окруженной компаундом снизу/сверху;Fig. 39 shows a diagram of reading a mark on a copper substrate (center) surrounded by compound from below/above;
на фиг. 40 показана диаграмма считывания метки на медной подложке (на краю), окруженной компаундом снизу/сверху;Fig. 40 shows a diagram of reading a mark on a copper substrate (at the edge) surrounded by compound from below/above;
на фиг. 41 показана диаграмма считывания метки без подложки, окруженной компаундом снизу/сверху;Fig. 41 shows a diagram of reading a label without a substrate surrounded by a compound from below/above;
На фиг. 42 показаны результаты тестирования опытных образцов по аналогии с вышеприведенными, но с метками смещенной частоты.Fig. 42 shows the results of testing prototypes similar to those above, but with shifted frequency marks.
На чертежах: 1 - замок, 2 - RFID-метка, 3 - кольцевая проточка, 4 - лента, 5 - компаунд, 6 - максимальная глубина проточки, 7 - максимальная ширина проточки, 8 - минимальный отступ от края торца ступицы, 9 - минимальный радиус кривизны переходной поверхности у дна проточки, 10 - фаски углом в 45°, 11 - колесо, 12 - обод колеса, 13 - неподвижные опоры испытательной машины, 14 - рельс, 15 - антенна, 16 - контактный провод антенны, 17 - кронштейн крепления антенны к рельсу, 18 - опорный узел крепления кронштейна, 19 - отступ плоскости антенны от поверхности катания рельса, 20 - RFID-ридер, 21 - компьютер, 22 - GSM-модем, 23 - постовое помещение диагностики.In the drawings: 1 - lock, 2 - RFID tag, 3 - annular groove, 4 - tape, 5 - compound, 6 - maximum groove depth, 7 - maximum groove width, 8 - minimum indent from the edge of the hub end face, 9 - minimum radius of curvature of the transition surface at the bottom of the groove, 10 - chamfers at an angle of 45°, 11 - wheel, 12 - wheel rim, 13 - fixed supports of the testing machine, 14 - rail, 15 - antenna, 16 - antenna contact wire, 17 - antenna mounting bracket to the rail, 18 - bracket mounting support unit, 19 - antenna plane indent from the rail running surface, 20 - RFID reader, 21 - computer, 22 - GSM modem, 23 - diagnostic post room.
Осуществление полезной моделиImplementation of a utility model
Многолетними опытными испытаниями были подобраны оптимальные параметры расположения, ширины и глубины кольцевой проточки.Through many years of experimental testing, the optimal parameters for the location, width and depth of the annular groove were selected.
Согласно полезной модели кольцевую проточку 3 (фиг. 4) выполняют глубиной 6 не более 8 мм, шириной 7 не более 15 мм и с удалением 8 от торца ступицы колеса не менее чем на 20 мм, а также имеющей переходную поверхность 9 от стенок к дну проточки с радиусом кривизны не менее 2 мм, а идентификационные метки в ней закрепляют в выполненной проточке при помощи крепежной ленты 4 и компаунда 5 согласно заявленного решения. According to the utility model, the annular groove 3 (Fig. 4) is made with a depth 6 of no more than 8 mm, a width 7 of no more than 15 mm and with a distance 8 from the end of the wheel hub of no less than 20 mm, and also having a transition surface 9 from the walls to the bottom of the groove with a radius of curvature of no less than 2 mm, and identification marks in it are secured in the groove made using fastening tape 4 and compound 5 according to the declared solution.
То есть, максимальные размеры кольцевой проточки могут быть: глубина - 8 мм, ширины - 15 мм, минимальное удаление от торца ступицы колеса - 20 мм, наличие переходной поверхности от стенок к дну проточки с минимальным радиусом кривизны 2 мм. That is, the maximum dimensions of the annular groove can be: depth - 8 mm, width - 15 mm, minimum distance from the end of the wheel hub - 20 mm, the presence of a transition surface from the walls to the bottom of the groove with a minimum radius of curvature of 2 mm.
Предпочтительно, верхний край поверхности ступицы выполнен с переходной поверхностью, имеющей фаски с углом 45° или скругления.Preferably, the upper edge of the hub surface is formed with a transition surface having chamfers with an angle of 45° or roundings.
Именно такие оптимальные параметры расположения и геометрии проточки обеспечивают стабильную выносливость колеса и снижают риск возникновения трещин из-за проточки.It is precisely these optimal parameters of the location and geometry of the groove that ensure stable wheel durability and reduce the risk of cracks due to the groove.
Как показали испытания, показанные далее, проведенные на разной геометрии колес (фиг. 2, 3), выполнение размеров меньших значений кольцевой проточки, либо ее удаление от торца ступицы на большее расстояние, будет способствовать снижению напряжений.As shown by the tests shown below, carried out on different wheel geometries (Fig. 2, 3), making the dimensions of the annular groove smaller, or removing it from the end of the hub at a greater distance, will help reduce stress.
Расчетные схемы нагружения колеса №1 (фиг. 2).Calculation schemes for loading wheel No. 1 (Fig. 2).
Расчет напряженного состояния для колеса №1 с такими максимальными параметрами проточки был проведены для трех характерных вариантов нагружения колеса при эксплуатации в составе колесной пары вагона: The calculation of the stress state for wheel No. 1 with such maximum groove parameters was carried out for three typical wheel loading options during operation as part of a wagon wheel pair:
1) движение колесной пары по прямому участку пути, когда на колеса, в основном, действует вертикальная сила (V1) по кругу катания - Вариант нагружения № 1; 1) movement of a wheelset along a straight section of track, when the wheels are mainly subjected to a vertical force (V1) along the rolling circle - Loading option No. 1;
2) движение колесной пары в кривой, когда на гребень одного из колес действует горизонтальная боковая сила (L2), а на обод - вертикальная, смещенная в сторону гребня (V2) - Вариант нагружения № 2; 2) movement of a wheelset in a curve, when a horizontal lateral force (L2) acts on the flange of one of the wheels, and a vertical force, shifted towards the flange (V2), acts on the rim - Loading option No. 2;
3) движение колесной пары по кривому участку пути, когда вертикальная сила действует на внешнюю (полевую) часть поверхности катания обода одного из колес (V3) - Вариант нагружения №3. 3) movement of a wheelset along a curved section of the track, when a vertical force acts on the outer (field) part of the rolling surface of the rim of one of the wheels (V3) - Loading option No. 3.
Значения механических нагрузок рассчитаны исходя из максимальной статической нагрузки от колесной пары на рельсы Q = 25 тс (245,0 кН). Вертикальные нагрузки рассматриваются как квазистатические, умноженные на коэффициент динамики f = 3: The mechanical load values are calculated based on the maximum static load from the wheel pair on the rails Q = 25 tf (245.0 kN). The vertical loads are considered as quasi-static, multiplied by the dynamic coefficient f = 3:
V1 = V2 = V3 = (f⋅Q/2)⋅g = 368 кН; L2 = 0,5⋅V2 = 184 кН. V1 = V2 = V3 = (f⋅Q/2)⋅g = 368 kN; L2 = 0.5⋅V2 = 184 kN.
Схема приложения нагрузок к ободу 12 колеса 11 представлена на фиг. 5, 6, где 13 - неподвижные опоры испытательной машины (фиг. 7).The diagram of the application of loads to the rim 12 of the wheel 11 is shown in Fig. 5, 6, where 13 are the fixed supports of the testing machine (Fig. 7).
Напряженное состояние колеса для различных вариантов приложения нагрузок представлено в виде эквивалентных напряжении по Мизесу [МПа] - IV теория прочности: The stress state of the wheel for various variants of load application is presented in the form of equivalent stresses according to von Mises [MPa] - IV theory of strength:
, ,
где σ1, σ2, σ3 - главные (окружные, радиальные и осевые) напряжения. where σ 1 , σ 2 , σ 3 are the principal (circumferential, radial and axial) stresses.
Значения напряжений, возникающих в местах приложения нагрузок, не рассматривали ввиду приложения нагрузок в узлы конечно-элементной модели. Это обуславливало высокую концентрацию напряжений в зоне приложения нагрузки к ободу и под ней, поэтому при анализе результатов данные зоны были исключены.The stress values arising at the points of load application were not considered due to the application of loads to the nodes of the finite element model. This caused a high stress concentration in the zone of load application to the rim and under it, therefore these zones were excluded from the analysis of the results.
Результаты расчета нагружения колеса №1 (фиг. 2).Results of the calculation of the loading of wheel No. 1 (Fig. 2).
На фиг. 8-13 представлены результаты расчета эквивалентного напряженного состояния колеса с проточкой для трех расчетных схем нагружения с учетом монтажной нагрузки при его напрессовке на ось с натягом. Значения максимальных эквивалентных напряжений, определяющих усталостную выносливость, представлены в таблице 1.Fig. 8-13 shows the results of calculating the equivalent stress state of a wheel with a groove for three design loading schemes taking into account the mounting load when it is pressed onto the axle with interference. The values of the maximum equivalent stresses determining the fatigue endurance are presented in Table 1.
Таблица 1. Максимальные эквивалентные напряжения в колесе с проточкой.Table 1. Maximum equivalent stresses in a wheel with a groove.
(в целом)in the wheel
(generally)
Как видно из фиг. 8-13 и данных в таблице 1 при всех схемах нагружения максимальные эквивалентные напряжения в колесе возникают не в зоне проточки, а в приободной (варианты нагружения 2 и 3) или приступичной (вариант нагружения 1) зонах диска. Сопоставление эквивалентных напряжений в зоне проточки с эквивалентными напряжениями, действующими в колесе в целом, свидетельствует, что максимальные напряжения в зоне проточки при всех вариантах нагружения существенно ниже максимальных напряжений в колесе в целом. При этом коэффициент запаса по напряжениям в зоне проточки в зависимости от варианта нагружения находится в диапазоне 1,6-2,8, т.е. в зоне проточки на ступице не возникает значительной концентрации напряжений.As can be seen from Fig. 8-13 and the data in Table 1, for all loading schemes, the maximum equivalent stresses in the wheel arise not in the groove zone, but in the rim (loading variants 2 and 3) or edge (loading variant 1) zones of the disk. A comparison of the equivalent stresses in the groove zone with the equivalent stresses acting in the wheel as a whole shows that the maximum stresses in the groove zone for all loading variants are significantly lower than the maximum stresses in the wheel as a whole. In this case, the safety factor for stresses in the groove zone, depending on the loading variant, is in the range of 1.6-2.8, i.e. no significant stress concentration occurs in the groove zone on the hub.
Максимальные эквивалентные напряжения возникают в зоне проточки при варианте нагружения 2 (движение колесной пары в кривой) и составляют 249 МПа. По IV теории прочности критерием безопасности напряженного состояния с точки зрения возникновения трещин является величина эквивалентных напряжений меньшая, чем предел текучести материала, т.е. σэкв < σт. Учитывая, что предел текучести металла ступицы колеса марки Т составляет ~450 МПа, величина максимальных эквивалентных напряжений в зоне проточки характеризуется соотношением σэкв = 0,67σт, что свидетельствует о безопасности данного напряженного состояния.The maximum equivalent stresses occur in the groove zone under loading option 2 (movement of the wheelset in a curve) and amount to 249 MPa. According to the IV theory of strength, the safety criterion of the stress state from the point of view of crack occurrence is the value of equivalent stresses less than the yield strength of the material, i.e. σ eq < σt. Considering that the yield strength of the metal of the hub of the T-brand wheel is ~450 MPa, the value of the maximum equivalent stresses in the groove zone is characterized by the ratio σ eq = 0.67 σt , which indicates the safety of this stress state.
Анализ результатов прочностного расчета и оценки напряженного состояния колеса по параметрам с проточкой, имеющей размеры согласно заявленного решения.Analysis of the results of strength calculation and assessment of the stress state of the wheel according to the parameters with a groove having dimensions according to the declared solution.
Расчет включал в себя конечно-элементное моделирование напряженного состояния цельнокатаного колеса из стали марки Т по ГОСТ 10791-2011 с конструкцией и расположением проточки согласно заявленного решения, имеющего кольцевую проточку в ступице по ТУ 26.20.30-003-14199399-2023, при условии его эксплуатации в составе колесной пары грузового вагона с максимальной статической нагрузкой от колесной пары на рельсы 25,0 тс.The calculation included finite element modeling of the stress state of a solid-rolled wheel made of grade T steel according to GOST 10791-2011 with the design and location of the groove according to the declared solution, having an annular groove in the hub according to TU 26.20.30-003-14199399-2023, subject to its operation as part of a wheelset of a freight car with a maximum static load from the wheelset on the rails of 25.0 tf.
Целью расчета являлся анализ напряженного состояния в зоне проточки ступицы колеса при приложении определенного набора механических нагрузок, характерных для основных режимов работы колеса в эксплуатации: движение по прямым участкам пути и движение в кривых участках пути.The purpose of the calculation was to analyze the stress state in the wheel hub groove zone when applying a certain set of mechanical loads characteristic of the main operating modes of the wheel: movement along straight sections of the track and movement in curved sections of the track.
Использованная в расчетах методика учитывала эксплуатационные нагрузки с учетом добавления динамической составляющей, а также монтажные нагрузки, обусловленные посадкой колеса на ось с натягом при формировании колесной пары. В качестве программного обеспечения для проведения расчетов использован комплекс автоматизированного инженерного анализа ANSYS. По результатам расчета сделаны выводы о надежности колеса с проточкой в ступице с точки зрения коэффициента запаса прочности по напряжениям и о возможности использования колеса такой конструкции в колесных парах железнодорожного подвижного состава.The methodology used in the calculations took into account operational loads with the addition of a dynamic component, as well as assembly loads caused by the wheel being fitted to the axle with interference when forming the wheel pair. The ANSYS automated engineering analysis suite was used as software for performing the calculations. Based on the calculation results, conclusions were made about the reliability of a wheel with a groove in the hub in terms of the safety factor for stresses and about the possibility of using a wheel of such a design in wheel pairs of railway rolling stock.
Описание конечно-элементной модели колеса №2 (фиг. 3).Description of the finite element model of wheel No. 2 (Fig. 3).
Геометрия колеса была задана в соответствии с номинальными размерами (фиг. 14). Анализ напряженного состояния колеса был проведен для минимальных значений толщины обода и ступицы с кольцевой проточкой в ступице номинальной глубиной 8 мм (фиг. 15). На фиг. 14 дополнительно (синим цветом) показаны размеры, необходимые для учета толщины обода колеса 22 мм, минимально допускаемой в эксплуатации для колес грузовых вагонов, и для моделирования напрессовки колеса на ось с максимально допускаемым натягом 0,25 мм в соответствии с требованиями РД ВНИИЖТ 27.05.01-2017.The wheel geometry was set in accordance with the nominal dimensions (Fig. 14). The analysis of the stress state of the wheel was carried out for the minimum values of the rim and hub thickness with an annular groove in the hub with a nominal depth of 8 mm (Fig. 15). Fig. 14 additionally shows (in blue) the dimensions necessary to take into account the wheel rim thickness of 22 mm, the minimum allowed in operation for freight car wheels, and to simulate the pressing of the wheel onto the axle with a maximum allowable interference of 0.25 mm in accordance with the requirements of RD VNIIZhT 27.05.01-2017.
На фиг. 5 и 6 представлена геометрическая модель колеса и оси. Для закрепления модели по торцам оси использована жесткая заделка.Fig. 5 and 6 show a geometric model of the wheel and axle. A rigid fixture is used to secure the model to the axle ends.
Конечно-элементная модель колеса с проточкой, закрепленного на оси, показана на фиг. 7. The finite element model of a wheel with a groove, fixed on an axle, is shown in Fig. 7.
Ввиду симметрии конструкции колеса и прикладываемых нагрузок, при расчете использована модель половины колеса с заданием соответствующих условий на плоскостях симметрии. Дискретизация модели выполнена восьмиузловыми конечными элементами - гексаэдрами. Размерность модели составила порядка 350000 элементов. В области проточки была создана более дискретная сетка с размерами элементов, достаточным для корректного установления значений концентрации напряжений.Due to the symmetry of the wheel design and the applied loads, a half-wheel model was used in the calculation with the corresponding conditions on the planes of symmetry. The discretization of the model was performed by eight-node finite elements - hexahedrons. The model size was about 350,000 elements. In the groove area, a more discrete grid was created with element sizes sufficient for the correct establishment of stress concentration values.
Расчетные схемы колеса №2 (фиг. 3).Calculation schemes of wheel No. 2 (Fig. 3).
Расчет напряженного состояния был проведены для трех характерных случаев нагружения колеса при эксплуатации в составе колесной пары вагона:The calculation of the stress state was carried out for three typical cases of wheel loading during operation as part of a wagon wheel pair:
движение колесной пары по прямому участку пути, когда на колеса, в основном, действует вертикальная сила (V1) по кругу катания - Вариант нагружения № 1;movement of a wheel pair along a straight section of the track, when the wheels are mainly subject to a vertical force (V1) along the rolling circle - Loading option No. 1;
движение колесной пары в кривой, когда на гребень одного из колес действует горизонтальная боковая сила (L2), а на обод - вертикальная, смещенная в сторону гребня (V2) - Вариант нагружения № 2;movement of a wheelset in a curve, when a horizontal lateral force (L2) acts on the flange of one of the wheels, and a vertical force, shifted towards the flange (V2), acts on the rim - Loading option No. 2;
движение колесной пары по кривому участку пути, когда вертикальная сила действует на внешнюю (полевую) часть поверхности катания обода одного из колес (V3) - Вариант нагружения №3.movement of a wheel pair along a curved section of track, when a vertical force acts on the outer (field) part of the rolling surface of the rim of one of the wheels (V3) - Loading option No. 3.
Результаты расчета колеса №2 (фиг. 3).Calculation results for wheel No. 2 (Fig. 3).
На Фиг. 14-19 представлены результаты расчета эквивалентного напряженного состояния колеса №2 с проточкой для трех расчетных схем нагружения с учетом монтажной нагрузки при его напрессовке на ось с натягом. Значения максимальных эквивалентных напряжений, определяющих усталостную выносливость, представлены в таблице 2.Fig. 14-19 show the results of calculating the equivalent stress state of wheel No. 2 with a groove for three design loading schemes taking into account the mounting load when it is pressed onto the axle with interference. The values of the maximum equivalent stresses determining fatigue endurance are presented in Table 2.
Таблица 2. Максимальные эквивалентные напряжения в колесе с проточкой.Table 2. Maximum equivalent stresses in a wheel with a groove.
(в целом)in the wheel
(generally)
Как видно из фиг. 14-19 и данных в таблице 2 при всех схемах нагружения максимальные эквивалентные напряжения в колесе возникают не в зоне проточки, а в приободной (варианты нагружения 1 и 3) или приступичной (вариант нагружения 2) зонах диска. Сопоставление эквивалентных напряжений в зоне проточки с эквивалентными напряжениями, действующими в колесе в целом, свидетельствует, что максимальные напряжения в зоне проточки при всех вариантах нагружения существенно ниже максимальных напряжений в колесе в целом. При этом коэффициент запаса по напряжениям в зоне проточки в зависимости от варианта нагружения находится в диапазоне 2,1-2,8, т.е. в зоне проточки на ступице не возникает значительной концентрации напряжений.As can be seen from Fig. 14-19 and the data in Table 2, for all loading schemes, the maximum equivalent stresses in the wheel arise not in the groove zone, but in the rim (loading variants 1 and 3) or edge (loading variant 2) zones of the disk. A comparison of the equivalent stresses in the groove zone with the equivalent stresses acting in the wheel as a whole shows that the maximum stresses in the groove zone for all loading variants are significantly lower than the maximum stresses in the wheel as a whole. In this case, the safety factor for stresses in the groove zone, depending on the loading variant, is in the range of 2.1-2.8, i.e. no significant stress concentration occurs in the groove zone on the hub.
Максимальные эквивалентные напряжения возникают в зоне проточки при варианте нагружения 2 (движение колесной пары в кривой) и составляют 206 МПа. По IV теории прочности критерием безопасности напряженного состояния с точки зрения возникновения трещин является величина эквивалентных напряжений меньшая, чем предел текучести материала, т.е. σэкв < σт. Учитывая, что предел текучести металла ступицы колеса марки Т составляет ~450 МПа, величина максимальных эквивалентных напряжений в зоне проточки характеризуется соотношением σэкв = 0,67σт, что свидетельствует о безопасности данного напряженного состояния.The maximum equivalent stresses occur in the groove zone under loading option 2 (movement of the wheelset in a curve) and are 206 MPa. According to the IV theory of strength, the safety criterion of the stress state from the point of view of crack occurrence is the value of equivalent stresses less than the yield strength of the material, i.e. σ eq < σt. Considering that the yield strength of the metal of the T-brand wheel hub is ~450 MPa, the value of the maximum equivalent stresses in the groove zone is characterized by the ratio σ eq = 0.67 σt , which indicates the safety of this stress state.
Стендовые испытания колеса с проточкой на усталостную выносливость.Bench tests of a grooved wheel for fatigue endurance.
Стендовые испытания колеса с проточкой были проведены с целью подтверждения соответствия предела выносливости колеса требованиям пункта 6.23 ГОСТ 10791-2011 с учетом области его применения в колесных парах с осевой нагрузкой 25 тс.Bench tests of a wheel with a groove were carried out in order to confirm that the wheel's endurance limit complies with the requirements of paragraph 6.23 of GOST 10791-2011, taking into account the area of its application in wheel pairs with an axle load of 25 tf.
Стендовым испытаниям подвергали колесо с параметрами проточки согласно заявленного решения с глубиной проточки 4 мм по ТУ 26.20.30-003-14199399-2023 с установленным комплектом автоматической идентификации (по результатам прочностных расчетов колесо данной конструкции является наиболее нагруженным в зоне проточки). Для испытаний был отобрано бывшее в эксплуатации колесо с толщиной обода 29 мм.The wheel with the groove parameters according to the declared solution with a groove depth of 4 mm according to TU 26.20.30-003-14199399-2023 with an installed automatic identification kit was subjected to bench tests (according to the results of strength calculations, the wheel of this design is the most loaded in the groove zone). A used wheel with a rim thickness of 29 mm was selected for testing.
Испытание проводили с учетом методических требований пункта 8.11.1 ГОСТ 10791-2011 по схеме, приведенной на фиг. 15. При этом колесо с проточкой устанавливали вертикально на испытательную машину и через отверстие ступицы пропускали стальную ось, диаметр которой на 2 мм меньше диаметра отверстия ступицы колеса. Ось опиралась на две неподвижные профильные опоры испытательной машины.The test was carried out taking into account the methodological requirements of paragraph 8.11.1 of GOST 10791-2011 according to the diagram shown in Fig. 15. In this case, the wheel with a groove was installed vertically on the testing machine and a steel axle, the diameter of which was 2 mm smaller than the diameter of the wheel hub hole, was passed through the hub hole. The axle rested on two fixed profile supports of the testing machine.
Циклическую нагрузку при испытании прикладывали в радиальном направлении к ободу колеса в соответствии со схемой на фиг. 15 (точка приложения нагрузки к поверхности катания колеса на расстоянии 48 мм от боковой поверхности обода с внутренней стороны).The cyclic load during testing was applied in the radial direction to the wheel rim in accordance with the diagram in Fig. 15 (the point of application of the load to the wheel rolling surface was at a distance of 48 mm from the side surface of the rim on the inner side).
Испытание проводили на универсальной машине ЦДМ 200 ПУ-1, способной обеспечить максимальную циклическую нагрузку до 1000 кН и частоту действия циклических нагрузок в пределах 4-10 Гц с коэффициентом асимметрии 0,1.The test was carried out on a universal machine TsDM 200 PU-1, capable of providing a maximum cyclic load of up to 1000 kN and a frequency of cyclic loads within 4-10 Hz with an asymmetry coefficient of 0.1.
Контроль величины и стабильности действия циклической нагрузки в процессе испытания осуществляли по показаниям силоизмерительных устройств испытательной машины. Отсутствие трещин в колесе контролировали визуально и с использованием керосиновой пробы без остановки испытательной машины.The magnitude and stability of the cyclic load during testing were monitored using the force-measuring devices of the testing machine. The absence of cracks in the wheel was monitored visually and using a kerosene sample without stopping the testing machine.
Испытание колеса проводили до достижения базового количества циклов нагружения (5 млн. циклов) или до выявления усталостной трещины длиной 20 мм и более, в зависимости от того, что наступит ранее, с фиксированием числа пройденных циклов нагружения.The wheel was tested until the base number of loading cycles (5 million cycles) was reached or until a fatigue crack of 20 mm or more in length was detected, whichever came first, with the number of loading cycles completed recorded.
Колесо испытывали в двух сечениях с приложением максимальной циклической нагрузки 495 кН, которая превышает минимально допустимый предел выносливости 450 кН в соответствии с пунктом 6.23 ГОСТ 10791-2011. По завершении испытаний каждое из двух сечений колеса с проточкой прошло базовое количество циклов нагружения без образования усталостных трещин.The wheel was tested in two sections with a maximum cyclic load of 495 kN, which exceeds the minimum permissible fatigue limit of 450 kN in accordance with paragraph 6.23 of GOST 10791-2011. Upon completion of the tests, each of the two sections of the wheel with a groove passed the basic number of loading cycles without the formation of fatigue cracks.
Таким образом, по результатам стендовых усталостных испытаний установлено, что минимальный предел выносливости колеса с кольцевой проточкой в ступице согласно заявленного решения составляет 495 кН, что соответствует требованиями пункта 6.23 ГОСТ 10791-2011 для осевой нагрузки 25 тс. Учитывая, что по результатам прочностных расчетов колесо с заявленной конструкцией является наиболее нагруженным в зоне проточки, полученные для него результаты стендовых испытаний, могут быть распространены на колесо с конструкцией и проточкой в ступице.Thus, based on the results of the bench fatigue tests, it was established that the minimum fatigue limit of the wheel with an annular groove in the hub according to the declared solution is 495 kN, which corresponds to the requirements of paragraph 6.23 of GOST 10791-2011 for an axle load of 25 tf. Considering that, according to the results of strength calculations, the wheel with the declared design is the most loaded in the groove zone, the results of bench tests obtained for it can be extended to the wheel with the design and groove in the hub.
Таким образом, проведенное исследование по расчету прочности колеса оси с круговой проточкой для колес 23.5 ТС и 25 ТС, свидетельствует о безопасности изготовления данной кольцевой проточки с максимальными параметрами согласно заявленного решения. Thus, the conducted study on calculating the strength of the axle wheel with a circular groove for 23.5 TC and 25 TC wheels indicates the safety of manufacturing this annular groove with maximum parameters according to the declared solution.
Крепление меток автоматической идентификации на железнодорожном колесе, характеризуется выполнением кольцевой проточки в зоне ступицы железнодорожного колеса, внутрь которой помещают идентификационные метки, которые покрывают слоем заливочного компаунда.The fastening of automatic identification marks on a railway wheel is characterized by the execution of a ring groove in the area of the hub of the railway wheel, inside which identification marks are placed, which are covered with a layer of casting compound.
Для подготовки средств автоматической идентификации используют форму для заливки (см. фиг. 20), которая повторяет форму проточки в железнодорожном колесе.To prepare automatic identification means, a casting form is used (see Fig. 20), which repeats the shape of the groove in a railway wheel.
В данную форму помещают ленту 4 с замком 1 (см. фиг. 1) и натягивают (см. фиг. 20), например, закрепляя к опоре.A tape 4 with a lock 1 (see Fig. 1) is placed in this form and stretched (see Fig. 20), for example, by securing it to a support.
В форму заливают компаунд 5 и укладывают идентификационные метки 2.Compound 5 is poured into the mold and identification marks 2 are placed.
Далее сгибают фольгированную антенну каждой метки к металлизированному основанию метки. При этом идентификационную метку располагают по оси с лентой так, чтобы чип метки был ближе к краю наименьшей стороны.Next, the foil antenna of each tag is bent toward the metallized base of the tag. In this case, the identification tag is positioned along the axis with the tape so that the tag chip is closer to the edge of the smallest side.
После отвердевания компаунда 5 вынимают сформированную готовую (см. фиг. 21) крепежную ленту 4 с компаундом 5 и метками 2 из формы. Затем крепежную ленту 4 с компаундом 5 и метками 2 устанавливают в проточку 3 железнодорожного колеса и фиксируют ее концы замком 1.After the compound 5 has hardened, the formed ready (see Fig. 21) fastening tape 4 with the compound 5 and marks 2 is removed from the mold. Then the fastening tape 4 with the compound 5 and marks 2 is installed in the groove 3 of the railway wheel and its ends are fixed with the lock 1.
При этом в качестве идентификационных меток 2 используют радиочастотные метки RFID, рабочая частота которых с нанесенным поверх слоем компаунда находится в пределах 863-868 МГц, что обеспечивает достижение результата, заключающегося в устранении проблемы невозможности считывания вследствие использования компаунда и установки радиочастотной метки в углубление.In this case, RFID radio frequency tags are used as identification tags 2, the operating frequency of which with a layer of compound applied on top is within the range of 863-868 MHz, which ensures the achievement of a result consisting in eliminating the problem of the impossibility of reading due to the use of compound and the installation of the radio frequency tag in a recess.
У заявленного решения в отличие от прототипа и других аналогов есть то преимущество, что устранена проблема смещения частоты радиометок, возникающая при погружении метки в проточку и использовании компаунда для крепления метки и защиты от воздействия окружающей среды.The claimed solution, in contrast to the prototype and other analogues, has the advantage of eliminating the problem of frequency shift of radio tags, which occurs when the tag is immersed in a groove and a compound is used to attach the tag and protect it from environmental influences.
Крепление металлической или пластиковой ленты в кольцевой проточке осуществляют укладкой и последующей заливкой дополнительного слоя компаунда сверху. The fastening of a metal or plastic tape in a ring groove is carried out by laying it and then pouring an additional layer of compound on top.
Также крепление металлической или пластиковой ленты в кольцевой проточке осуществляют предварительной заливкой слоя компаунда снизу на дне проточки, и последующей укладкой ленты. Also, fastening of a metal or plastic tape in a ring groove is carried out by preliminary pouring of a layer of compound from below at the bottom of the groove, and subsequent laying of the tape.
Также крепление металлической или пластиковой ленты в кольцевой проточке осуществляют предварительной заливкой слоя компаунда снизу на дне проточки, с последующей укладкой ленты и затем повторной заливкой дополнительного слоя компаунда сверху. Also, fastening of a metal or plastic tape in a ring groove is carried out by preliminary pouring a layer of compound from below at the bottom of the groove, followed by laying the tape and then re-pouring an additional layer of compound on top.
Предпочтительно, в качестве металлической крепежной ленты используют стальную ленту с замком.Preferably, a steel tape with a lock is used as a metal fastening tape.
Крепление при помощи крепежной ленты и компаунда выполняют так, чтобы компаунд покрывал ленту на 1 мм.Fastening using fastening tape and compound is carried out so that the compound covers the tape by 1 mm.
Пример 1 заливки формы.Example 1 of filling a form.
Наносят первый слой компаунда в форму поверх ленты и распределяют его так, чтобы компаунд покрывал ленту на 1 мм; выждав не менее 15 мин, укладывают идентификационные метки на первый слой компаунда; после чего заливают форму вторым слоем компаунда, обеспечивая сохранение установленной геометрии каждой метки.Apply the first layer of compound to the mould over the tape and distribute it so that the compound covers the tape by 1 mm; after waiting at least 15 minutes, place the identification marks on the first layer of compound; then fill the mould with the second layer of compound, ensuring that the established geometry of each mark is maintained.
Пример 2 заливки формы.Example 2 of form filling.
На уложенную в форму ленту укладывают идентификационные метки, после чего покрывают слоем компаунда, обеспечивая сохранение установленной геометрии каждой метки.Identification marks are placed on the tape laid in the form, after which they are covered with a layer of compound, ensuring that the established geometry of each mark is maintained.
Пример 3 заливки формы.Example 3 of form filling.
Наносят первый слой компаунда в форму, затем укладывают поверх ленту, после чего укладывают идентификационные метки; затем заливают форму вторым слоем компаунда, обеспечивая сохранение установленной геометрии каждой метки.The first layer of compound is applied to the mold, then tape is placed on top, after which identification marks are placed; then the mold is filled with a second layer of compound, ensuring that the established geometry of each mark is maintained.
Принцип автоматизации процесса идентификации колеса состоит в следующем.The principle of automation of the wheel identification process is as follows.
После записи индивидуального номера колеса в пользовательскую память меток и добавлении индивидуального номера оси, данные с помощью доступных радиочастотных считывателей и программного обеспечения, передаются в соответствующие документы на колёсную пару, при этом исключается возможность предоставления неточных данных из-за человеческого фактора. Во время эксплуатации метки могут регистрироваться на существующих постах контроля технического состояния подвижного состава, при установке дополнительных доступных для приобретения стационарных радиочастотных считывателей и наличием программного обеспечения, позволяя привязывать технические параметры к конкретной колесной паре, что является первостепенными для анализа предотказного состояния колесной пары. Также указанная система позволяет ремонтным предприятиям значительно сократить финансовые издержки при ремонте колесной пары, путем внедрения информационных и цифровых систем управления процессами производства и ремонта. After recording the individual wheel number in the user memory of the tags and adding the individual axle number, the data is transferred to the relevant documents for the wheel pair using available radio frequency readers and software, thereby eliminating the possibility of providing inaccurate data due to the human factor. During operation, the tags can be registered at existing rolling stock technical condition monitoring posts, with the installation of additional stationary radio frequency readers available for purchase and the availability of software, allowing you to link technical parameters to a specific wheel pair, which is paramount for analyzing the pre-failure condition of the wheel pair. Also, this system allows repair companies to significantly reduce financial costs when repairing a wheel pair by implementing information and digital systems for managing production and repair processes.
Надежная идентификация колесных пар с использованием указанного технического решения, средства считывания информации на сети дорог и предприятиях, и их взаимодействие с Информационной базой межгосударственного уровня, способны сформировать общую систему учета и слежения за информацией о колесных парах и ее элементах.Reliable identification of wheel pairs using the specified technical solution, means of reading information on the road network and enterprises, and their interaction with the Information Base of the interstate level, are capable of forming a common system of accounting and tracking information on wheel pairs and its elements.
Технический эффект, связанный с повышением надежности крепления системы автоматического контроля и номерного учета на железнодорожном транспорте, достигается путем использования комбинированного крепления при помощи металлической или пластиковой ленты и компаунда, что дает запас надежности при деформации и вибрации. Технический эффект, связанный с устранением проблемы неточности считывания вследствие использования для закрепления только компаунда, достигается путем использования радиометок с заниженной частотой, частота которых в рабочем состоянии с покрытым слоем компаунда смещается до 863-868 МГц и может быть считана стандартными устройствами, разрешенными в Российской Федерации для свободного использования. The technical effect associated with increasing the reliability of the fastening of the automatic control and number accounting system on railway transport is achieved by using a combined fastening using a metal or plastic tape and compound, which provides a safety margin during deformation and vibration. The technical effect associated with eliminating the problem of inaccuracy of reading due to the use of only compound for fastening is achieved by using radio tags with a reduced frequency, the frequency of which in the working state with a coated layer of compound shifts to 863-868 MHz and can be read by standard devices permitted in the Russian Federation for free use.
Как уже отмечалось ранее, существует проблема смещения частоты радиометок, возникающая при погружении метки в проточку и использовании компаунда для крепления метки и защиты от воздействия окружающей среды (той же эпоксидной смолы). Она ведет к невозможности считывания вследствие использования компаунда и установки радиочастотной метки в углубление проточки.As noted earlier, there is a problem of RFID tag frequency shift that occurs when the tag is immersed in a groove and a compound is used to attach the tag and protect it from environmental influences (the same epoxy resin). It leads to the impossibility of reading due to the use of compound and installation of the RFID tag in a groove recess.
Проблема обусловлена смещением исходной частоты стандартных радиометок диапазона частот 863-868 МГц. The problem is caused by a shift in the original frequency of standard radio tags in the 863-868 MHz frequency range.
Это было выявлено в ходе испытаний различных вариантов комплектов ленты, меток и компаунда, где проверялись метки Confidex Silverline Slim II (4 шт.). Измерения были выполнены для следующих случаев:This was revealed during testing of various variants of tape, tag and compound sets, where Confidex Silverline Slim II tags (4 pcs.) were tested. Measurements were made for the following cases:
RFID-метка окружена компаундом снизу/сверху и наклеена по центру медной подложки (фиг. 31);The RFID tag is surrounded by compound from below/above and is glued to the center of the copper substrate (Fig. 31);
RFID-метка окружена компаундом только снизу и наклеена по центру медной подложки (фиг. 32);The RFID tag is surrounded by compound only from below and is glued to the center of the copper substrate (Fig. 32);
RFID-метка окружена компаундом снизу/сверху и наклеена на край медной подложки (фиг. 33);The RFID tag is surrounded by compound from below/above and is glued to the edge of the copper substrate (Fig. 33);
RFID-метка окружена компаундом только снизу и наклеена на край медной подложки (фиг. 34);The RFID tag is surrounded by compound only from below and is glued to the edge of the copper substrate (Fig. 34);
RFID-метка окружена компаундом снизу/сверху, без медной подложки (фиг. 35);The RFID tag is surrounded by compound from below/above, without a copper backing (Fig. 35);
RFID-метка окружена компаундом только снизу, без медной подложки (фиг. 36).The RFID tag is surrounded by compound only from below, without a copper backing (Fig. 36).
Для всех случаев стальная полоса была замкнута, диаметр получившейся окружности 250 мм.For all cases, the steel strip was closed, the diameter of the resulting circle was 250 mm.
Измерительный комплекс (см. фиг. 37) включал прибор Voyantic мощностью Р=2 Вт, с частотой f=800-1000 МГц, линейная поляризация антенны. The measuring complex (see Fig. 37) included a Voyantic device with a power of P=2 W, a frequency of f=800-1000 MHz, and linear polarization of the antenna.
Результаты измерений показаны на диаграммах фиг. 38-41, где отображены зависимости расстояния считывания меток. The measurement results are shown in the diagrams in Fig. 38-41, where the dependences of the reading distance of the marks are displayed.
Из диаграммы фиг. 38 видно, что метка Confidex Silverline II имеет ярко выраженный резонансный пик на частоте 860 МГц и расстояние считывания в воздухе - 4,5 м, на металле - 6,5 м. А из других диаграмм (фиг. 39-41) следует, что компаунд, особенно верхний слой расположенный над меткой, оказывает сильное влияние на ее АЧХ, сдвигая ее в область низких частот. В результате чего резонансный пик смещается на 40-50 МГц и в несколько раз падает расстояние считывания метки. Метка Confidex Silverline II, как и любые иные RFID-метки рассчитаны для работы на металлических поверхностях, поэтому медная подложка, расположенная под ней, дает прибавку в расстоянии считывания в 1,5 раза. Смещение метки по медной подложке не оказывает существенного влияния на АЧХ метки.From the diagram in Fig. 38 it is evident that the Confidex Silverline II tag has a pronounced resonance peak at a frequency of 860 MHz and a reading distance in the air of 4.5 m and on metal of 6.5 m. And from other diagrams (Figs. 39-41) it follows that the compound, especially the upper layer located above the tag, has a strong effect on its frequency response, shifting it to the low frequency region. As a result, the resonance peak shifts by 40-50 MHz and the tag reading distance decreases several times. The Confidex Silverline II tag, like any other RFID tags, is designed to work on metal surfaces, therefore the copper substrate located under it provides a 1.5-fold increase in the reading distance. The shift of the tag along the copper substrate does not have a significant effect on the tag's frequency response.
Таким образом, из данных результатов исследований наглядно демонстрируется наличие проблемы смещения частоты RFID метки при заливке ее компаундом.Thus, the results of these studies clearly demonstrate the existence of a problem of RFID tag frequency shift when it is filled with compound.
Для устранения данной проблемы в качестве идентификационных меток было решено использовать радиочастотные метки RFID с частотой в пределах 980 МГц.To eliminate this problem, it was decided to use RFID tags with a frequency of 980 MHz as identification tags.
Применение же меток RFID с частотой в пределах 980 МГц дало нужный результат выходной рабочей частоты из под слоя компаунда в пределах 863-868 МГц.The use of RFID tags with a frequency within 980 MHz gave the desired result of the output operating frequency from under the compound layer within 863-868 MHz.
Результаты тестирования опытных образцов по аналогии с вышеприведенными, но с метками смещенной частоты, можно видеть на фиг. 42. Они ясно демонстрируют, что рабочая частота находится в нужном частотном диапазоне, когда метки под слоем компаунда находятся в проточке колеса.The results of testing prototypes similar to those above, but with shifted frequency marks, can be seen in Fig. 42. They clearly demonstrate that the operating frequency is in the desired frequency range when the marks under the compound layer are in the groove of the wheel.
Крепление меток осуществляется в кольцевую проточку при помощи металлической или пластиковой крепежной ленты и заливочного компаунда. Причем закрепление может производиться различными способами. The marks are fixed in the annular groove using metal or plastic fastening tape and casting compound. Moreover, the fixing can be done in various ways.
Первым вариантом является способ закрепления, когда сначала в кольцевую проточку устанавливают метки при помощи металлической или пластиковой ленты, после чего сверху наносят слой компаунда для защиты от механических и климатических воздействий. The first option is a method of fastening, when marks are first installed in the annular groove using metal or plastic tape, after which a layer of compound is applied on top to protect against mechanical and climatic influences.
Вторым вариантом является способ закрепления, когда сначала в кольцевую проточку заливают компаунд, а сверху крепят метки при помощи металлической или пластиковой ленты. The second option is a method of fastening, when first the compound is poured into the annular groove, and the marks are attached on top using metal or plastic tape.
Третьим вариантом является способ закрепления, при котором, сначала в кольцевую проточку заливают компаунд, после чего крепят метки при помощи металлической или пластиковой ленты, а затем повторно заливают компаунд. The third option is a method of fastening, in which, first, compound is poured into the annular groove, after which the marks are attached using metal or plastic tape, and then the compound is poured again.
При этом ленты могут иметь различные форм-факторы и замки.Moreover, the tapes can have different form factors and locks.
В качестве компаундов могут использоваться различные заливочные компаунды, отверждаемые при комнатной температуре.Various room temperature curing casting compounds can be used as compounds.
Могут использоваться, например, компаунд заливочный Силант ЭПИ-222 КЭ2-222, компаунды УНИФИКС (https://npfatlas.ru/catalog/384/), компаунды СТЭП.For example, the casting compound Silant EPI-222 KE2-222, UNIFIKS compounds (https://npfatlas.ru/catalog/384/), and STEP compounds can be used.
Полезная модель поясняется примером.The utility model is illustrated by an example.
Для изготовления железнодорожного колеса с возможностью автоматической идентификации, имеющее кольцевую проточку в зоне ступицы, внутрь которой установлены идентификационные метки и залиты компаундом, используется, например следующий набор предметов и веществ:For the production of a railway wheel with the possibility of automatic identification, having a ring groove in the hub area, inside which identification marks are installed and filled with compound, the following set of objects and substances is used, for example:
Специализированная форма для заливки, которая повторяет форму проточки в железнодорожном колесе с комплектующим метизом;A specialized casting mold that replicates the shape of a groove in a railway wheel with associated hardware;
Набор лопаток для нанесения эпоксидной смолы;Set of spatulas for applying epoxy resin;
Модернизированный пистолет КВТ TG-05 для затяжки стальной ленты;Modernized gun KVT TG-05 for tightening steel tape;
-Лента стальная с замком 4,6×1000 мм (Стальные стяжки FORTISFLEX СКС 304 4.6×1000 74918);- Steel tape with a lock 4.6×1000 mm (Steel ties FORTISFLEX SKS 304 4.6×1000 74918);
Разделительный воск в спрее (опционально);Release wax spray (optional);
Лопатка-шпатель (несколько штук);Spatula (several pieces);
Весы измерительные;Measuring scales;
Обезжириватель;Degreaser;
Компаунд СТЭП-3К9;STEP-3K9 compound;
RFID-метка Z13100M-3DC.RFID tag Z13100M-3DC.
Заявленный способ крепления меток автоматической идентификации на железнодорожном колесе осуществляется следующими этапами:The declared method of attaching automatic identification marks to a railway wheel is carried out in the following stages:
1. Собрать специализированную форму для заливки и закрепить на ровной поверхности.1. Assemble a specialized pouring form and secure it to a flat surface.
2. Очистить поверхность формы, обезжирить ее.2. Clean the surface of the mold and degrease it.
3. Нанести разделительный воск, подождать высыхания.3. Apply release wax and wait until dry.
4. Вложить стальную ленту с замком в форму: закрепить ленту стороной с замком в форму; натягивая ленту с помощью модернизированного пистолета для затяжки (малое усилие) закрепить в форме второй конец.4. Insert the steel tape with the lock into the mold: fix the tape with the side with the lock into the mold; tighten the tape with the modernized tightening gun (low force) and fix the other end in the mold.
5. Нанести компаунд в форму, малым количеством поверх стальной ленты, и распределить специализированной лопаткой-шпателем так, чтобы компаунд покрывал стальную ленту на 1 мм (размер обеспечивается инструментом).5. Apply the compound to the mold, in small quantities over the steel tape, and spread it with a specialized spatula so that the compound covers the steel tape by 1 mm (the size is provided by the tool).
6. Через 15 мин положить RFID-метки на первый слой компаунда, при этом: согнуть фольгированную антенну к металлизированному основанию метки; RFID-метку расположить по оси со стальной лентой так, чтобы чип метки был ближе к краю наименьшей стороны.6. After 15 minutes, place the RFID tags on the first layer of compound, while: bending the foil antenna to the metallized base of the tag; positioning the RFID tag along the axis with the steel tape so that the tag chip is closer to the edge of the smallest side.
7. Через 15 мин залить форму компаундом, распределяя его специализированной другой лопаткой-шпателем и обеспечивая геометрию метки.7. After 15 minutes, fill the form with compound, distributing it with a specialized spatula and ensuring the geometry of the mark.
8. После отвердевания осмотреть качество компаунда, при необходимости произвести заливку локально.8. After hardening, inspect the quality of the compound and, if necessary, fill it locally.
9. Разобрать крепление к форме и аккуратно извлечь ленту с метками и компаундом.9. Disassemble the fastening to the form and carefully remove the tape with marks and compound.
10. Снять следы компаунда по краям.10. Remove traces of compound from the edges.
11. Проверить работоспособность RFID-меток (см. пример на фиг. 26).11. Check the functionality of RFID tags (see example in Fig. 26).
12. Очистить форму от следов компаунда. 12. Clean the mold from traces of compound.
Установка сформированной ленты с метками и компаундом на железнодорожное колесо 25 ТС и 23.5 ТС.Installation of formed tape with marks and compound on a 25 TS and 23.5 TS railway wheel.
Для операции по установке на железнодорожное колесо потребуется: For the installation operation on a railway wheel you will need:
Обезжириватель;Degreaser;
Компаунд СТЭП-3К9;STEP-3K9 compound;
Весы измерительные;Measuring scales;
Лопатка-шпатель;Spatula;
Модернизированный пистолет КВТ TG-05 для затяжки стальной ленты;Modernized gun KVT TG-05 for tightening steel tape;
Бокорезы.Side cutters.
Операции по установке:Installation operations:
1. Обезжирить поверхность проточки колеса, дать высохнут.1. Degrease the surface of the wheel groove and let it dry.
2. Нанести тонким слоем компаунд либо в проточку колеса, либо на нижнюю сторону ленты.2. Apply a thin layer of compound either into the wheel groove or onto the underside of the tape.
3. Вставить сформированную ленту (см. фиг. 21) в проточку, при этом, конец стальной ленты вдеть в замок (для колеса 23.5 ТС излишки компаунда удалить бокорезами).3. Insert the formed tape (see Fig. 21) into the groove, while inserting the end of the steel tape into the lock (for a 23.5 TC wheel, remove excess compound with side cutters).
4. С помощью модернизированного пистолета для затяжки стальной ленты затянуть ее в проточке.4. Using a modified steel band tightening gun, tighten the band into the groove.
5. Откусить стальную ленту заподлицо с замком.5. Bite off the steel strip flush with the lock.
6. Убрать весь лишний компаунд, который выдавило при затяжке.6. Remove all excess compound that was squeezed out during tightening.
7. Залить компаундом в место, где расположен замок, форму проточки придать лопаткой-шпателем, и убрать излишки.7. Pour the compound into the place where the lock is located, shape the groove with a spatula, and remove the excess.
8. Проверить работоспособность меток. 8. Check the functionality of the tags.
Испытания готовых колес с проточкой и установленными внутри нее лентой с RFID-метками и компаундом, согласно заявленного решения.Testing of finished wheels with a groove and a tape with RFID tags and compound installed inside it, according to the declared solution.
Объектом испытаний были опытные образцы (фиг. 22-25) комплектов автоматической идентификации железнодорожных колес, укомплектованные связкой от трех до пяти RFID-меток в месте технологической проточки по диаметру ступицы колеса. Места установки меток были законсервированы и окрашено с целью защиты от внешних механических воздействий и климатических воздействий окружающей среды.The objects of the tests were prototypes (Fig. 22-25) of automatic identification kits for railway wheels, equipped with a bundle of three to five RFID tags in the place of the technological groove along the diameter of the wheel hub. The places of installation of the tags were preserved and painted for the purpose of protection from external mechanical impacts and climatic impacts of the environment.
Число объектов испытаний: четыре колеса с метками (два с тремя метками и два с пятью RFID-метками в составе двух колес, размещенных на двух колесных парах со стороны принимающих напольных UHF/RFID-антенн 15 (фиг. 27, 28) в комплектации одной тележки опытного полувагона.Number of test objects: four wheels with tags (two with three tags and two with five RFID tags as part of two wheels placed on two wheel pairs on the side of the receiving floor UHF/RFID antennas 15 (Fig. 27, 28) in the configuration of one bogie of the experimental gondola car.
Антенны 15 (см. фиг. 27) крепились с отступом 19 их плоскости от поверхности катания рельса 14. Крепление антенн 15 осуществлялось с помощью кронштейнов 17, которые фиксировались на опорном узле 18, который, в свою очередь, устанавливался с упором о рельс 14.Antennas 15 (see Fig. 27) were attached with an indentation 19 of their plane from the rolling surface of rail 14. The antennas 15 were attached using brackets 17, which were fixed to support unit 18, which, in turn, was installed with an emphasis on rail 14.
Антенна 15 соединялась с помощью контактного провода 16 с RFID-ридером 20 (см. фиг. 29), который находился уже внутри постового помещения 23 диагностики, находящегося на определенном удалении от полотна. При этом RFID-ридер 20 подключался к компьютеру 21, который через соединение с GSM-модемом 22 имел возможность беспроводной передачи данных через сеть интернет на удаленный мониторинговый узел сбора информации (не показан).Antenna 15 was connected by means of contact wire 16 to RFID reader 20 (see Fig. 29), which was already located inside diagnostic post room 23, located at a certain distance from the track. RFID reader 20 was connected to computer 21, which, through connection with GSM modem 22, had the ability to wirelessly transmit data via the Internet to a remote monitoring node for collecting information (not shown).
Целью испытаний была оценка работоспособности способа автоматической идентификации колесных пар на ходу поезда (в процессе движения вагона).The purpose of the tests was to evaluate the performance of the method for automatic identification of wheel pairs while the train is moving (while the car is moving).
Задачами испытаний было определение оптимального варианта комплектации RFID-метками, обеспечивающего стабильное считывание радиосигнала на скорости не менее 70 км/час, а также определение работоспособности способа автоматической идентификации колесных пар в условиях исправного состояния RFID-оборудования при прохождении полувагоном участка пути, оборудованного UHF/RFID-антеннами, при распознании условного порядкового номера каждого колеса.The objectives of the tests were to determine the optimal option for equipping the cars with RFID tags, ensuring stable reading of the radio signal at a speed of at least 70 km/h, as well as to determine the operability of the method for automatic identification of wheel pairs under conditions of serviceable RFID equipment when a gondola car passes a section of the track equipped with UHF/RFID antennas, when recognizing the conditional serial number of each wheel.
Технические характеристики исследуемых колес с метками согласно заявленного решения, RFID-меток и ленты, на которой были размещены RFID-метки, соответственно приведены в таблицах 3 - 5.The technical characteristics of the investigated wheels with tags according to the declared solution, RFID tags and the tape on which the RFID tags were placed are respectively given in Tables 3 - 5.
Таблица 3. Технические характеристики опытного образца железнодорожного колеса с проточкой и установленных внутри нее ленты с RFID-метками, залитых компаундом.Table 3. Technical characteristics of the prototype railway wheel with a groove and tapes with RFID tags installed inside it, filled with compound.
Таблица 4. Технические характеристики RFID-метокTable 4. Technical characteristics of RFID tags
Таблица 5. Технические характеристики стяжной ленты с замкомTable 5. Technical characteristics of the tie-down strap with a lock
Для оценки работоспособности железнодорожного колеса с проточкой и установленных внутри нее ленты с RFID-метками, залитых компаундом, и регистрации сигналов, поступающих от RFID-меток, использовалось опытное оборудование, включая стационарные аппаратные средства (фиг. 29):To evaluate the performance of a railway wheel with a groove and a tape with RFID tags installed inside it, filled with compound, and to record signals coming from RFID tags, experimental equipment was used, including stationary hardware (Fig. 29):
три стационарные (напольные) UHF/RFID-антенны 15, размещенные по одной стороне железнодорожной колеи для распознавания колес по одной стороне вагона;three stationary (floor) UHF/RFID antennas 15, placed on one side of the railway track to recognize the wheels on one side of the car;
RFID-ридер 20 (считывающее устройство);RFID reader 20 (reading device);
персональный компьютер 21, предназначенный для аккумулирования и хранения первичной информации, поступающей с GPS/ГЛОНАСС-трекера о координатах и скорости перемещения опытного вагона и с уникальных номеров (EPC) RFID-меток, а также обработки данной информации и ее предоставления пользователям в виде итоговых протоколов результатов испытаний;personal computer 21, designed to accumulate and store primary information received from the GPS/GLONASS tracker about the coordinates and speed of movement of the test car and from the unique numbers (EPC) of RFID tags, as well as processing this information and providing it to users in the form of final test results protocols;
подключенный к компьютеру GSM-модем 22;GSM modem 22 connected to the computer;
опытное (пробное) программное обеспечение.experimental (trial) software.
В ходе испытаний на экспериментальном кольце АО «ВНИИЖТ» грузовой поезд, в состав которого включен опытный полувагон с колесными парами, оборудованными метками, установленными в кольцевую проточку колес согласно заявленного решения, осуществлял периодические проходы через пост регистрации RFID-меток (место расположения напольных UHF/RFID-антенн) со скоростью до 70 км/ч включительно.During tests on the experimental ring of JSC VNIIZhT, a freight train, which included an experimental gondola car with wheel pairs equipped with tags installed in the annular groove of the wheels in accordance with the declared solution, periodically passed through the RFID tag registration post (location of floor UHF/RFID antennas) at a speed of up to 70 km/h inclusive.
Приостановка испытаний осуществлялась в случае выявления за смену десяти и более последовательных случаев отсутствия регистрации сигнала RFID-меток конкретного колеса.The tests were suspended if ten or more consecutive cases of failure to register a signal from RFID tags of a specific wheel were detected during a shift.
Заданное количество проходов опытного полувагона через пост регистрации до полного завершения испытаний согласно программе и методике испытаний составляло не менее 2000 ед.The specified number of passes of the experimental gondola car through the registration post until the full completion of the tests in accordance with the test program and methodology was at least 2000 units.
В ходе испытаний в объеме 2066 проходов через пост регистрации радиосигналов RFID-меток не было зафиксировано ни одного случая нераспознанного колеса, т.е. в ходе испытаний при каждом проходе для каждого колеса, оборудованного меткой, происходило считывание и идентификация уникального номера (EPC) хотя бы одной RFID-метки.During the tests, which included 2066 passes through the RFID tag radio signal registration post, not a single case of an unrecognized wheel was recorded, i.e. during the tests, at each pass for each wheel equipped with a tag, the unique number (EPC) of at least one RFID tag was read and identified.
В таблице 6 приведены результаты расчетов теоретической вероятности распознавания колеса в случае комплектации его разным числом RFID-меток (от 3 до 5 шт.), которые были получены по результатам прогона полувагона в 2066 проходов.Table 6 shows the results of calculations of the theoretical probability of wheel recognition in the case of its assembly with a different number of RFID tags (from 3 to 5 pieces), which were obtained based on the results of running a gondola car in 2066 passes.
Таблица 6. Вероятность распознавания (идентификации) колеса при различном
числе RFID-меток.Table 6. Probability of recognition (identification) of the wheel for different
number of RFID tags.
Из таблицы 6 следует, что для варианта комплектации тремя RFID-метками расчетное значение показателя работоспособности в виде вероятности распознавания (идентификации) колеса хотя и не соответствует значению равному 99,9%, заявленному в программе и методике испытаний, но в случае установки антенн 18 по обе стороны полотна, а меток на оба колеса пары, вероятность уже соответствует значению 99,9%. Этот вывод позволяет говорить о возможности сокращения числа RFID-меток на колесо до трех при условии установки на оба колеса колесной пары, а также при условии считывания антеннами по обе стороны полотна.It follows from Table 6 that for the option of three RFID tags, the calculated value of the performance indicator in the form of the probability of recognition (identification) of the wheel, although it does not correspond to the value equal to 99.9%, declared in the program and test methodology, but in the case of installing antennas 18 on both sides of the track, and tags on both wheels of the pair, the probability already corresponds to the value of 99.9%. This conclusion allows us to talk about the possibility of reducing the number of RFID tags per wheel to three, provided that they are installed on both wheels of the wheel pair, and also provided that they are read by antennas on both sides of the track.
Таблица 7. Относительные частоты считывания RFID-меток, прошедших испытания.Table 7. Relative read frequencies of tested RFID tags.
ппNo.
pp
Из таблицы 7 следует, что значения относительных частот считывания RFID-меток имеют отклонения относительно средней частоты.From Table 7 it follows that the values of the relative reading frequencies of RFID tags have deviations from the average frequency.
С целью понимания являются ли данные отклонения естественными (случайными) или имеет место влияние конкретного превалирующего фактора, в таблице 8 приведены обобщенные фактические данные о распределении относительных частот и вероятностей одновременного считывания заданного числа RFID-меток при проходе через пост регистрации.In order to understand whether these deviations are natural (random) or whether there is an influence of a specific prevailing factor, Table 8 provides generalized factual data on the distribution of relative frequencies and probabilities of simultaneous reading of a given number of RFID tags when passing through the registration post.
Таблица 8. Относительные частоты и вероятности считывания заданного числа RFID-меток при проходе через пост регистрации.Table 8. Relative frequencies and probabilities of reading a given number of RFID tags when passing through a registration post.
На фиг. 30 приведена гистограмма с сопоставлением относительных частот и вероятностей считывания заданного числа RFID-меток при проходе через пост регистрации радиосигналов.Fig. 30 shows a histogram comparing the relative frequencies and probabilities of reading a given number of RFID tags when passing through a radio signal registration post.
Из таблицы 8 и фиг. 30 видно несовпадение фактического распределения частот и теоретического распределения вероятностей одновременного считывания заданного числа RFID-меток при каждом проходе через пост регистрации радиосигналов. From Table 8 and Fig. 30 it is evident that there is a discrepancy between the actual frequency distribution and the theoretical probability distribution of simultaneous reading of a given number of RFID tags during each pass through the radio signal registration post.
Для оценки степени данного несовпадения, а, следовательно, формирования выводов о взаимном соответствии (несоответствии) теоретического и фактического распределения провели расчеты, результаты которого содержатся в таблице 9.To assess the degree of this discrepancy, and, consequently, to form conclusions about the mutual correspondence (discrepancy) between the theoretical and actual distributions, calculations were carried out, the results of which are contained in Table 9.
Таблица 9. Фактическое и теоретическое распределение заданного числа одновременно считываемых RFID-меток в расчете на 2066 проходов.Table 9. Actual and theoretical distribution of a given number of simultaneously read RFID tags based on 2066 passes.
Результаты таблицы 9 показывают, что распределение фактических частот и вероятностей случайной величины (числа одновременно считываемых RFID-меток) взаимно не соответствуют друг другу. The results in Table 9 show that the distribution of actual frequencies and probabilities of the random variable (the number of simultaneously read RFID tags) are not mutually consistent with each other.
Из чего следовало, что причиной отклонений числа одновременно считываемых RFID-меток при проходе через пост регистрации является зависимость приема сигналов RFID-меток друг от друга и/или с индивидуальными особенностями RFID-меток (отклонениями их технических характеристик), возникающими вследствие допусков на изготовление или проявляющимися при их взаимной компоновке в колесе.From which it followed that the reason for the deviations in the number of simultaneously read RFID tags when passing through the registration post is the dependence of the reception of RFID tag signals on each other and/or on the individual features of RFID tags (deviations in their technical characteristics), arising as a result of manufacturing tolerances or manifested in their mutual arrangement in the wheel.
С целью проведения анализа влияния порядковых номеров колесных пар (последовательности расположения колесных пар по ходу движения), укомплектованных метками, на результаты распознавания колес были проведены исследования, результаты которых о результатах считывания RFID-меток отдельно для колесной пары с условным номером №1 и колесной пары №2, приведены в таблице 10.In order to analyze the influence of the serial numbers of wheel pairs (the sequence of the arrangement of wheel pairs along the direction of travel) equipped with tags on the results of wheel recognition, studies were conducted, the results of which on the results of reading RFID tags separately for the wheel pair with the conventional number No. 1 and the wheel pair No. 2 are presented in Table 10.
Таблица 10. Распределение принятых и непринятых радиосигналов RFID-меток по отдельным колесам опытных колесных пар.Table 10. Distribution of received and unreceived radio signals of RFID tags on individual wheels of experimental wheel sets.
Из таблицы 10 видно, что на колесо №1 приходится 51% всех считываний радиосигналов RFID-меток за период испытаний против 49%, приходящихся на колесо №2. При этом распределение по числу непринятых радиосигналов RFID-меток следующее: для колеса №1 - 43%, для колеса №2 - 57%.Table 10 shows that wheel No. 1 accounts for 51% of all RFID tag radio signal readings during the testing period, compared to 49% for wheel No. 2. The distribution by the number of RFID tag radio signals not received is as follows: for wheel No. 1 - 43%, for wheel No. 2 - 57%.
Результаты данного анализа показали, что совокупное число проходов через пост регистрации радиосигналов, сопровождаемое максимальным числом одновременно считываемых RFID-меток в диапазоне 4 - 5 единиц, при распознавании колеса №1 больше, чем для колеса №2 почти на 10%, а для колеса №2 наоборот - совокупное число проходов с минимальным числом считываемых RFID-меток в диапазоне 1 - 3 ед. больше на 10% по сравнению с колесом №1.The results of this analysis showed that the total number of passes through the radio signal registration post, accompanied by the maximum number of simultaneously read RFID tags in the range of 4 - 5 units, when recognizing wheel No. 1 is greater than for wheel No. 2 by almost 10%, and for wheel No. 2, on the contrary, the total number of passes with the minimum number of read RFID tags in the range of 1 - 3 units is greater by 10% compared to wheel No. 1.
В результате наблюдается неравномерность распределения доли считываний RFID-меток в зависимости от порядкового номера колесной пары (последовательности расположения колесных пар по ходу движения поезда). As a result, there is an uneven distribution of the share of RFID tag readings depending on the serial number of the wheel pair (the sequence of the wheel pairs along the train’s movement).
Кроме того, данные результаты свидетельствуют о некотором снижении качества считывания радиосигналов RFID-меток по мере увеличения порядкового номера колесных пар. В данном случае под качеством считывания радиосигналов понимается полнота считывания RFID-меток от нуля до пяти RFID-меток.In addition, these results indicate a slight decrease in the quality of reading radio signals of RFID tags as the ordinal number of wheel pairs increases. In this case, the quality of reading radio signals is understood as the completeness of reading RFID tags from zero to five RFID tags.
Вышеизложенное, дало основание утверждать, что качество распознавания колес может уменьшаться или колебаться по мере прохождения поста регистрации радиосигналов поездом, колесные пары вагонов которого оборудованы метками.The above gave grounds to assert that the quality of wheel recognition may decrease or fluctuate as a train passes the radio signal registration post, the wheelsets of whose carriages are equipped with marks.
Поэтому целесообразным является оборудование метками обоих колес пары, а также установкой антенн 15 по обе стороны полотна.Therefore, it is advisable to equip both wheels of the pair with marks, as well as to install antennas 15 on both sides of the track.
В соответствии с условиями испытаний комплектами меток в количестве от 3 до 5 были оборудованы четыре колеса с одной стороны тележки четырех колесных пар опытного полувагона.In accordance with the test conditions, four wheels on one side of the bogie of four wheel pairs of the experimental gondola car were equipped with sets of marks in quantities of 3 to 5.
По результатам испытаний подтверждена работоспособность способа автоматической идентификации колесных пар на ходу поезда в условиях исправного состояния RFID-оборудования и системы его считывания при прохождении полувагоном участка пути, оборудованного UHF/RFID-антеннами.The test results confirmed the operability of the method for automatic identification of wheel pairs while the train is moving, provided that the RFID equipment and its reading system are in good working order when the gondola car passes a section of the track equipped with UHF/RFID antennas.
По результатам испытаний на ограниченном числе проходов через пост регистрации радиосигналов RFID-меток, равном 2066 ед. фактическая доля распознавания условных номеров колес составила 100%.Based on the results of tests on a limited number of passes through the RFID tag radio signal registration post, equal to 2066 units, the actual share of recognition of conventional wheel numbers was 100%.
В ходе испытаний также было зафиксировано смещение рабочей частоты RFID-меток с 980 МГц (частота самой метки при прямом открытом использовании).During the tests, a shift in the operating frequency of RFID tags from 980 MHz (the frequency of the tag itself during direct open use) was also recorded.
Для чего колесные пары с метками испытывали без вагона на скорость, вращая каждую из них на испытательном стенде.For this purpose, wheel pairs with marks were tested without a wagon for speed, rotating each of them on a test bench.
Радиочастотные метки RFID четырех колесных пар полувагона, установленные внутри кольцевой проточки одного из колес пары с нанесенным поверх слоем компаунда, имели рабочую частоту в пределах 863 2024111336 868 МГц в зависимости от скорости движения колес (от 0 до 150 км/ч).The RFID radio frequency tags of the four wheel pairs of the gondola car, installed inside the annular groove of one of the wheels of the pair with a layer of compound applied on top, had an operating frequency within 863 2024111336 868 MHz depending on the speed of the wheels (from 0 to 150 km/h).
Таким образом, установкой RFID-меток со смещенной частотой под слой компаунда удалось устранить проблему невозможности считывания меток стандартными средствами считывания, поскольку рабочая частота меток уже находилась в пределах 863-868 МГц. Thus, by installing RFID tags with a shifted frequency under the compound layer, it was possible to eliminate the problem of the impossibility of reading tags with standard reading means, since the working frequency of the tags was already in the range of 863-868 MHz.
Claims (12)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU228875U1 true RU228875U1 (en) | 2024-09-12 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2977290A1 (en) * | 2013-03-18 | 2016-01-27 | Universidad Eafit | System and method for inspecting the geometric parameters of the wheels of railway vehicles |
RU168729U1 (en) * | 2016-04-14 | 2017-02-17 | Александр Олегович Ладыченко | RAILWAY WHEEL WITH RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION |
RU2788012C1 (en) * | 2022-06-29 | 2023-01-16 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Аллегро" | Railway wheel |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2977290A1 (en) * | 2013-03-18 | 2016-01-27 | Universidad Eafit | System and method for inspecting the geometric parameters of the wheels of railway vehicles |
RU168729U1 (en) * | 2016-04-14 | 2017-02-17 | Александр Олегович Ладыченко | RAILWAY WHEEL WITH RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION |
RU2788012C1 (en) * | 2022-06-29 | 2023-01-16 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Аллегро" | Railway wheel |
RU219987U1 (en) * | 2022-06-29 | 2023-08-17 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Аллегро" | railway wheel |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Alemi et al. | Condition monitoring approaches for the detection of railway wheel defects | |
Papaelias et al. | Online condition monitoring of rolling stock wheels and axle bearings | |
KR101018723B1 (en) | Mechanical parts using IC tag, quality control method and abnormal inspection system | |
US20210224727A1 (en) | Asset management | |
US7825770B2 (en) | System and method of identification, inspection and training for material lifting products | |
Dirks et al. | The development of a crack propagation model for railway wheels and rails | |
CN100447691C (en) | Machine component using ic tag and its method for quality control and system for inspecting abnormality | |
Maglio et al. | Railway wheel tread damage and axle bending stress–Instrumented wheelset measurements and numerical simulations | |
WO2007021538A8 (en) | Rail wheel measurement | |
RU228875U1 (en) | RAILWAY WHEEL | |
WO2006011438A1 (en) | Wheel bearing device and its quality management method | |
Nielsen et al. | Probability of instant rail break induced by wheel–rail impact loading using field test data | |
RU2831955C1 (en) | Method of fixing automatic identification marks on railway wheel and railway wheel with possibility of automatic identification obtained by this method | |
RU2831954C1 (en) | Method of fixing automatic identification marks on railway wheel and railway wheel with possibility of automatic identification obtained by this method | |
CN117725804B (en) | Rail geometrical parameter and vehicle dynamics fusion influence analysis method and system | |
JP4610259B2 (en) | Quality control method for wheel bearings | |
KR20120042257A (en) | Wheel load measuring method of the railway vehicles | |
JP4458981B2 (en) | Quality control method for machine element products | |
KR20110070244A (en) | Method and device for diagnosing axle condition of railway vehicle | |
JP4458980B2 (en) | Production control method for machine element products | |
Müller et al. | Definition of wheel maintenance measures for reducing ground vibration | |
KR101084873B1 (en) | Plant pipe spool construction verification method | |
RU215508U1 (en) | RAILWAY AXLE OF WHEELS WITH RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION | |
RU2606410C2 (en) | Method of integration of railway wheel by automatic means of radio frequency identification | |
CN210946324U (en) | Railway detection track and track bed inspection device |