Untersuchung des Laufverhaltens von Fahrzeugen auf Rollscheibenprüfständen PDF
Preview Untersuchung des Laufverhaltens von Fahrzeugen auf Rollscheibenprüfständen
RORSCHUNGSBERICHT DES LANDES NORDRHEIN -WESTF ALEN Nr. 2647/Fachgruppe Umwelt/Verkehr Herausgegeben im Auftrage des Ministerprasidenten Heinz Kuhn yom Minister fUr Wissenschaft und Forschung Johannes Rau Dr. -Ing. Klaus-Dieter Gramatke Lehrstuhl und lnstitut fUr F6rdertechnik und Schienenfahrzeuge der Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen Direktor: o. Prof. Dr. -lng. J. N6then Untersuchung des Laufverhaltens von F ahrzeugen auf RollscheibenprufsHinden WESTDEUTSCHER VERLAG 1977 CIP-Kurzti telauf'nahme delr Deutschen Bibliothek Gramatke, Klaus-Dieter Untersuchung des Laufverhaltens von Fahrzeu gen auf' Rollscheibenprlif'standen. - 1. Auf'l. - Opladen: Westdeutscher Verlag, 1977. (Forschungsberichte des Landes Nordrhein Westf'alen; Nr. 2647 : Fachgruppe Umwelt/ Verkehr) ISBN-13: 978-3-531-02647-3 e-ISBN-13: 978-3-322-88380-3 DOl: 10.1007/978-3-322-88380-3 © 1977 by Westdeutscher Verlag GmbH Opladen Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag ISBN-13: 978-3-531-02647-3 Inhalt 1. Verzeichnis der Formelzeichen 3 2. Tabellen- und Bildverzeichnis 5 3. Wissenschaftliche Grundlagen ......................... . 7 3.1. Allgemeines ............................... . 7 3.2. Anforderungen an Rollprlifstande ........... . 11 3.3. Die funktionelle Abhangigkeit der den Fa~rzeuglauf beeinflussenden Bestimmungs- groBen .................................... . 17 3.3.1. Die Reibung ............................... . 18 3.3.1.1. Der EinfluB der Reibung auf den Kraft- schluB .................................... . 18 3.3.1.2. Der Mechanismus der Reibung ............... . 18 3.3.1.3. Ergebnisse bisheriger Reibungsunter- suchungen ................................. . 18 3.3.1.3.1. Der EinfluB der Oberflachenrauhigkeit ..... . 19 3.3.1.3.2. Der EinfluB von Zwischenschichten ......... . 19 3.3.1.3.3. Der EinfluB der Beanspruchung ............. . 19 3.3.1.3.4. Die Abhangigkeit der Reibung von der Gleitgeschwindigkeit ...................... . 19 3.3.1.3.5. Der EinfluB der Temperatur ................ . 20 3.3.1.3.6. Die sekundaren EinfluBfaktoren ............ . 20 3.3.2. Das KraftschluBgesetz ..................... . 20 3.3.2.1. Die Bedeutung der Aufstandsellipse ........ . 21 3.3.2.2. Der EinfluB der Beanspruchung ............. . 21 3.3.2.3. Der EinfluB der Luftfeuchte ............... . 21 3.3.3. Das elastische Verhalten des Gleises ...... . 22 3.3.4. Die /c,r- und y-Funktion .................... . 22 3.4. Konstruktionsbedingte Abweichungen der gen. BestimmungsgroBen beim Rollprlifstand gegen- tiber Rad und Schiene ...................... . 23 3.4.1. Die Anderung des Reibwertes ............... . 23 3.4.2. Die Anderung der KraftschluBfunktion ...... . 24 3.4.3. Sonstige konstruktionsbedingte Anderungen .. 26 4. Der Rollprtifstand des Instituts fUr Fordertechnik und Schienenfahrzeuge der RWTH Aachen '" ................. . 27 4.1. Allgemeines ............................... . 27 4.2. Die gegenseitige Beeinflussung des Laufes der Drehgestelle eines Fahrzeuges ......... . 28 4.2.1. Gleis ..................................... . 28 4.2'.2. Fahrzeugbrticke ............................ . 29 4.2.2.1. Beeinflussung ,durch translatorische Drehgestellbewegungen ..................... . 30 4.2.2.2. Beeinflussung durch rotatorische Drehgestellbewegungen ..................... . 32 4.3. Der Prtifstand ............................. . 35 4.3.1. Der konstruktive Aufbau ................... . 35 4.3.2. Die Antriebs- und Steuerungstechnik ....... . 36 4.3.3. Die MeBtechnik - Aufbau und Verfahren .. , .. . 37 4.3.4. Zusatzliche Anwendungsmoglichkeiten ., ..... . 38 - 2 - 5. Zusarnrnenfassung ••.••••..••.•••..•••.•••••••••.•.•••••• 39 6. Literaturverzeichnis 40 Anhang a) Tabellen •..•••.•..•••••••..•••..•••..•.•.••••••.•.••.• 45 b) Abbildungen ••••.•••••••••••••••..•••••••••••.••••••.•• 48 - 3 - 1. Verzeicbnis der Formelzeichen a halber Achsstand im Drehgestell a groBe Balbachse der Radaufstandsellipse b kleine Halbachse der Radaufstandsellipse c Federzahl h senkrechte Fahrzeugabmessungen H senkrechte Abstlnde m Masse n Drehzahl r allgemein Radius sj stellungsabh~ngige Entfernung zwischen den Radaufstands punkten des rechten bzw. linken Rades yom Radsatzschwer punkt v Fahrgeschwindigkeit (m/s) wx' Wy Gleitgeschwindigkeit in x- bzw. y-Richtung momentaner Abstand in x-Richtung (rechts oder links) momentaner Abstand in y-Richtung (rechts oder links) momentaner Abstand in z-Richtung (rechts oder links) D allgemein D~pferkraft F allgemein Kraft, Federkraft G Gewicht M Drehmoment N~ momentane Normalkraft im Radaufstandsp~kt des rechten ~ bzw. linken Rades Q~ momentane Radlast des rechten bzw. linken Rades ~ R allgemein Radius T allgemein Zeit Tx Gleitreibungskr~fte in x-Richtung Gleitreibungskrafte in y-Richtung Gleitreibungskrafte in z-Richtung T allgemein Temperatur cOe) - 4 - Geschwindigkeit (km/h) Fuhrungskrafte im rechten bzw. linken Radaufstandspunkt Gleitwinkel gegenuber der x-Richtung des rechten bzw. linken Rades Vorverlagerungswinkel Schienenlaufflachenneigungswinkel im rechten bzw. linken Radaufstandspunkt normierter KraftschluBbeiwert nach KALKER; dieser Bei wert in x-Richtung wird durch Multiplikation mit dem Reibwert in den naturlichen KraftschluBbeiwert T um x gerechnet wie vor, jedoch fur die Querrichtung T y Reibwert (Maximum des KraftschluBbeiwertes T) L~ngs- bzw. Querschlupf Ersatzradius (charakteristischer Radius) T KraftschluBbeiwert Wankwinkel Wendewinkel + w- Winkelgeschwindigkeit des Radsatzes oder der Pruf standsrollen - 5 - 2. Tabellen- und Bildverzeiohnis Tabelle 1: Ubersioht uber wiohtige Leistungs- und RollprUfstande Tabelle 2: Senkreohte Federzahlen des Gleises Bild 1: Der RollprUfstand des Instituts fUr Forderteohnik und Sohienenfahrzeuge der RWTH Aaohen mit aufgesetztem Fahrzeug, Ausbauzustand 1972 Bild 2: Der RollprUfstand des Instituts mit aufgesetztem Dreh gestell und Spezialhaltevorriohtung, Ausbauzustand 1974 Bild 3: Bewegungsablauf des freien Radsatzes Bild 4: Die Krafte am Radsatz Bild 5: MeSstellenanordnung beim Radsatz zur Bestimmung der Krafte in den Radaufstandspunkten beim RollprUfstand Bild 6: z und tan y von Rad und Sohiene als Funktion der Quer bewegung y eines Radsatzes (Neuprofil): zRad = f(y), tan YRad = f(y), zSohiene = f(y), tan YSchiene = fey) Bild 7: Umfangsgesohwindigkeiten bei verschiedenen Rollscheiben ausfuhrungen Bild 8: Das Gleis als Federsystem Bild 9: Einsenkungen und Federzahlen von Holz- und Betonschwel lengleisen bei offener und stark gefrorener Bettung [2] Bild 10: Langs~ und Qu~rKraftschluBbeiwerte in Abhangigkeit von Sohlupf v, Gleitwinkel ~ und Rollendurchmesser R fur die Radsatzmittenstellung und einen Raddurohmesser von 950 mm [19] Bild 11: Parameter der Aufstandsflache und oharakteristischer Radius im Radaufstandspunkt in Abhangigkeit vom Rollenradius Bild 12: Reibkraft in Abhangigkeit von der Oberflachenrauhigkeit Bild 13: Zunahme der Oberflaohenrauhigkeit auf tangential bean spruchten PrUfrollen [23] Bild 14: Abnahme der Oberflachenrauhigkeit bei schlupffrei ab rollenden PrUfrollen [23] Bild 15: Abhangigkeit des Reibwertes von der Fahrgeschwindigkeit berechnet nach Kraft [21] Bild 16: Gefligeanderung infolge Walzreibung [23] - 6 - Bild 17: LangskraftschluBbeiwerte als Funktion des Schlupfes und der Beanspruchungsdauer [23J Bild 18: LangskraftschluBbeiwerte als Funktion des Schlupfes und der Luftfeuchtigkeit [23J Bild 19: Mitschwingende Masse in Abhangigkeit von Bettungsziffer und Achsstand berechnet nach Hanker, H. (14J Bild 20: Profilneigung~ una ~KrUmmung von Schienen Bild 21: LangskraftschluBbeiwerte in Abnangigkeit von Schlupf und verschiedenen Reibwerten Bild 22: Die Begrenzung der Rollscheibendurchmesser durch den Achsstand Bild 23: Ausgelenkter Radsatz auf dem Rollstand; Geometrie, Krafte Bild 24: Drehgestell Bauart Minden-Deutz Bild 25: Drehhemmung bei Drehpfanne und Schraubenfeder Bild 26: Momente und Krafte bei der Drehbewegung Bild 27: Simulation des Wagenlaufs mit Hilfe eines Drehgestells Bild 28: Spurweitenanderung als Funktion der Radlast Bild 29: Belastetes Drehgestell am PrUfstand Bild 30: Das Steuerpult des Rollprlifstandes Bild 31: PrUfstandssteuerung Bild 32: MeBstellenanordnung beim Radsatz zur Bestimmung der Krafte, Beschleunigungen und Schlupfwerte Bild 33: MeB- und Registriergerate - 7 - 3. Wissenschaftliche Grundlagen 3.1. Allgemeines Die stetige Erhohung der Fahrgeschwindigkeiten in Verbindung mit neuen Traktionsarten deckte im weiteren Verlauf der Ent wicklung z.T. erhebliche Mangel bei den Laufeigenschaften der Schienenfahrzeuge auf. Eisenbahnverwaltungen sahen sich daher veranlaBt, diesem Umstand Rechnung zu tragen, und dies umso mehr, als .gegenUber Fragen des Komforts die Betriebssicherheit in den Vordergrund trat. So dienen RollprUfstande heute nicht mehr der Verbesserung des Wirkungsgrades von Triebfahrzeugen, sondern vielmehr der Suche nach spurfUhrungstechnischen Zu sammenhangen beim Rad/Schiene-System. Theorie und bisherige Versuche auf diesem Gebiet zeigen Ubereinstimmend, daB eine sehr groBe Zahl von Parametern zu beachten ist, deren Be deutung noch nicht erforscht werden konnte, weil sie im Streckenversuch zu vielen Uberlagerungen von StorgroBen aus gesetzt. sind. Andererseits sind infolge unzulanglicher Modell vorstellungen gesicherte theoretische Aussagen z.Z. ebenfalls nicht moglich. Von entscheidender Bedeutung ist allerdings die Tatsache, daB die in den Radaufstandspunkten der Fahrzeuge auftretenden Storungen von stochastischer Art sind und dazu fUhren, daB auch das Fahrzeug zu stochastischen Bewegungen angeregt wird. Die mathematische Behandlung in geschlossenen Systemen ist aus dem genannten Grund nicht moglich und er schwert somit auch den Einsatz von EDV-Anlagen. Als Ausweg bietet sich der Bau einer neuen Generation orts fester PrUfstande an, auf denen gegebenenfalls definierte StorgroBen simuliert werden konnen. Dieser Weg wird denn auch von der SNCF, der DB, der DR sowie den BR und den JNR z.T. bereits seit langerer Zeit beschritten. DarUber hinaus sind weitere Versuchsstande an der TH Aachen und bei der "Arbeitsgemeinschaft Rad/Schiene zur Erforschung der Grenzen des Rad/Schiene-Systems" in MUnchen im Bau bzw. geplant. Entsprechend der geanderten Fragestellung ist jedoch an die Stelle des frUheren RollprUfstands als LeistungsprUfstand nun der RollprUfstand als LaufprUfstand getreten, dessen
The list of books you might like
