3. Futástechnikai mérések
3.2. A futásbiztonsági mérések
3.2.3. A kerékpárra ható erők
ke-rékterheléssel lehet egyenlő. (Megjegyezzük. hogy az 1,0 értékű hányados kedvéért választot-ták éppen a μ0 = 0,27 értéket, mint a száraz, tiszta sín- és kerékfelület-párra jellemző Cou-lomb-súrlódási együtthatót, valamint kihasználták, hogy a képlet megszületésekor a kerékka-rima kúpos szakaszának a hajlásszöge történetesen β = 60o volt.)
Mindezekből következik, hogy a vezetési erők mérése mellett a függőleges kerékterhelések mérése is elengedhetetlen a futásbiztonság meghatározása szempontjából. A vezetési erők és a függőleges kerékterhelések mérése azonban közvetlenül nem lehetséges, mert egyrészt mind a keréken, mind a sínen folyamatosan mozog az érintkezési pont, másrészt az érintkezési hely közvetlen közelébe nem lehet érzékelőt telepíteni. Ezért a kerékpárra ható többi erő mérésével kell közvetett módszerrel meghatározni a vezetési erőket és a függőleges kerékterheléseket, természetesen az idő függvényében.
3.2.3. A kerékpárra ható erők
A járműszekrény terhelései a csapágyak közvetítésével jutnak el a kerékpárokra, ezeknek a reakcióerőit a sínek fejtik ki a kerékpárokra. Tekintsük át ezeket a terheléseket. Ehhez a 3.5.
ábra ad segítséget. Az ábra vázlatosan szemlélteti a menetirány szerinti első kerékpárra ható erőket: a bal- és jobboldali csapágyakra ható vízszintes Fyb és Fyj erőket, valamint a vezetési Yb és Yj erőket és a függőleges Qb és Qj erőket. A kerékpár Gk súlyerejét és a keresztirányú
A kerék és a sín B és J érintkezési pontjára felírhatjuk a felsorolt vízszintes és függőleges erők nyomatékegyensúlyi egyenletét, itt már figyelembe vesszük, hogy valamennyi erő az idő függvénye, így következő egyenletet kapjuk:
A nyomatékegyensúly a „B” pontra:
Hasonlóképpen a nyomatékegyensúly a „J” pontra:
0
Látható a nyomatékegyenletekből, hogy a keresztirányú Yb(t) és Yj(t) vezetési erőket nem lehet meghatározni a csapágyerők mért értékeiből. A keresztirányú vezetési erőket csak a ke-rékpárra ható hajlítónyomatékok ábrájának metszékeiből lehet meghatározni.
A hajlítónyomatéki ábrán két helyén ugrásszerű növekedés látható: a két kerék névleges gördülőkörének síkjában; ezekben a síkokban a nyomaték értéke MB(t) és MJ(t):
R a kerékagyak alatt nem lehet hajlítónyomatékot mérni, ehelyett a két kerék között lineárisan változó hajlítónyomatéki ábrán lehetne két nyomaték-metszéket mérni, az ábrán a középsíktól d távolságban, jobbra és balra. Ezekben a síkokban a nyomatékot az ábrán MI(t)-vel és MII
(t)-vel jelöltük. Ha méréssel meghatározzuk MI(t) és MII(t) értékét, akkor ezekből számítással hajlítónyomaték-idő függvényeknek a mérése.
A mérési feladat tehát az, hogy a forgó járműtengelyen hajlítónyomatékot kell mérni, ugya-nakkor azt sem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy a tengelyre mindig hathat tengelyirányú erő is. Így a mérési feladat kettős: először is meg kell mérni a hajlító nyomatékot, de úgy, hogy az esetlegesen ható tengelyirányú erők mérési jele ne zavarja a nyomatékmérést; másod-szor meg kell oldani a forgó tengelyen végrehajtott mérés jelének levételét és feldolgozását.
A mérési feladat első részének megoldását részletesen bemutattuk az 1. Metrológia, mérés-technika fejezet 1.3.2.4. alfejezetében. Az 1.32. ábra szerinti elrendezés és az 1.33. ábra sze-rinti kapcsolás eredményeképpen a mérőhíd Uki kimenő feszültsége jó közelítéssel csak az Mh
hajlító nyomaték számértékével lesz arányos:
h
mivel a hajlítónyomaték, és így a kimenő feszültség egyaránt változik az idő folyamán.
A mérési feladat második része a tengely forgásának a következménye. Az Mh(t) hajlító-nyomaték síkja mindig függőleges, tehát az Mh(t) vektor mindig párhuzamos a jármű hossz-tengelyével. Az RA, RB, RC, és RD bélyegek síkja viszont a tengellyel együtt forog (3.6.ábra).
Ha a tengely elfordult θ szöggel, az RA, RB, RC, és RD bélyegek a síkjukra merőleges M*h(t) nyomaték-összetevőt érzékelik, amelynek nagysága: Mh*(t) M h(t).cos , ami pedig periodikusan változik, még ha M*h(t) = áll. akkor is.
Viszont az Mh(t) hajlítónyomaték eredeti függvényét úgy lehet visszakapni, ha az RA, RB, RC, és RD bélyegek síkjára merőlegesen, hasonló elrendezésben másik négy nyúlásmérő bélye-get is felragasztunk: ezek az RE, RF, RG, és RH bélyegek lesznek. Ezek a bélyegek viszont az M**h(t) nyomaték-összetevőt érzékelik, amelynek értéke: M h**(t) M h(t).sin , mert az így alkalmazott nyolc darab nyúlásmérő bélyeggel érzékelt M*h(t) és M**h(t) nyomatékfüggvé-nyek pithagoraszi összegzésével visszakaphatjuk a tényleges Mh(t) hajlítónyomaték függvé-nyét:
(R )
3.6. ábra. Mérés a forgó tengelyen két merőleges síkban.
Ennek viszont az a méréstechnikai következménye, hogy még ha csak a két keréktárcsa kö-zötti MI.(t) és MII.(t) nyomatékokat kell is megmérnünk (3.5. ábra), akkor is 2x(4+4) = 16 mé-rőbélyeget kell felragasztani négy különböző mérőhíd alakjában, ami hidanként négy, össze-sen 4x4=16 kivezetést jelent. A jelek levételére a csúszógyűrűs, vagy a rádiófrekvenciás jelto-vábbítás jöhet számításba.
A csúszógyűrűs kivezetésnek az a nagy nehézsége, hogy a bronz csúszógyűrű és a rajta csúszó szénkefe között az átmeneti érintkezési ellenállásra csak igen csekély érték engedhető meg, mert a mérőbélyegek ellenállás-változása mΩ nagyságrendű, így a csúszógyűrű-kefe át-meneti érintkezési ellenállása a mΩ-nak legfeljebb 1/100-a, de inkább 1/1000-e lehet csak, amennyiben el akarjuk kerülni, hogy a csúszógyűrű érintkezési ellenállás-változása ne képez-zen összemérhető zajt a mérőbélyegek ellenállás-változásához képest. A Hottinger katalógus-ban olyan csúszógyűrűs kivezetés (SK5, SK6 és SK12, [6]-165.o.) létezik, amelynél a csúszó-gyűrű és a kefe közötti átvezetési ellenállásra csak annyit adnak meg, hogy az R’ < 40 mΏ, és ez az érték a körülfordulás közben R’< 2 mΏ értékkel változhat. Ha egy nyúlásmérő bélyeg-nek ugyabélyeg-nekkor a fajlagos ellenállás-változása: R 0,040 0,002 , a hozzátartozó
egyirányú bélyeg esetén az ehhez tartozó húzófeszültség:
MPa E. 2.105.(0,0001667 0,0000083333 ) 33,34 1,6667
Ez a feszültségérték egyszerűen már nem hanyagolható el, valamilyen alkalmas módon ezt ki kell szűrni a mért összes nyúlás jeléből. A gondokat még tetézi, hogy csak tengelyvégre fel-erősíthető, illetve a tengelyre ráhúzható csúszógyűrű-változat létezik, tehát csak állandó ten-gelyátmérő esetében használható. Átlagos felépítésű vasúti kerékpár esetén nagy kérdés, hogy a két keréktárcsa közé hogyan lehetne egyáltalán felhúzni a csúszógyűrűket.
A rádiófrekvenciás jelkivezetés technikailag már üzembiztos működésű, csak igen drága, főleg azért, mert egy ilyen jeltovábbító egység csak egy fél-híd vezetékeit tudja pótolni, így a jelen mérési feladat esetében nyolc ilyen továbbító egység volna szükséges.