专利名称：用于测量轨道车辆在车轮/轨道接触时的负载的系统的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及轨道车辆的技术领域以及一种用于模拟及记录轨道车辆在车 轮/轨道接触时发生的负载的系统。本发明尤其涉及一种用于记录由轨道车辆作用到轨道上的力和/或力矩的测量 系统，其中，轨足设置在支承装置中，该支承装置设置在用于记录力和/或力矩的测量装置 上。
背景技术：
这类装置例如已在DE 10 2006 015 924 Al中公开。其涉及一段在轨道上的测量 距离，通过多个在轨道纵向上间隔且设置在轨道之下的诊断装置记录作用于轨道上的力。 为此，轨道不可移动地夹持到连接板上，该连接板通过间隔板支撑到测力计上。测力计固定到支撑部件上，该支撑部件稳固在碎石基层中。在轨足和测力计之间 铺设有膜(未详细描述)或不会下陷的材料板，这些材料首先被用作电绝缘材料并通过测 力计和连接在其之上的电子评估单元能够实现有效的力值记录。GB 801912 A公开了一种轨道固定装置，其中在轨足和混凝土枕木之间设置有间 隔板(其例如由橡胶制成)，该间隔板一方面起到电绝缘材料的作用，另一方面则用于为轨 道提供在枕木上的弹性支撑。混凝土枕木通常稳固在碎石基层中。类似的装置也在DE 28 06 817 Bl中公开。在DE 10 2005 057 473 Al中描述了一种测量体，其接收作用到轨道上的力，这些 力或者被传到枕木中或者被传到固定的路基中。“固定路基”通常称为贯穿轨道纵向的混凝 土基座，其通常用来代替碎石基层。假设使用例如由DE 39 37 318 Al公开的测力计，在待测力的作用下将使得测力 计内部的变形部件形变，由此电阻通过设置在变形部件上的拉伸测量条产生变化，从而能 够作为测量值进行记录。精确的测量要借助于变形部件，例如测力计或拉伸测量条，其前提 条件是需要一种尽可能坚固的测量结构的构造。另一方面，这种坚固的固定系统(由轨道、受振板、测量装置及固定的混凝土路基 组成)不符合石基铁路的实际情况。例如在实际的系统中出现的，通常情况下都会出现偏 差，从而变形部件的电阻变化不再与待测量的力成比例。因此，已知的装置不足以对车辆压 过轨道时产生的力和/或力矩进行实际的测量。在实践中往往非常需要用于测量轨道车辆与铁路之间的负载的装置，其所得出的 结构不仅要切合实际而且需要能够复制。在此，在尽可能不变的条件下，需要测量出真实的 垂直力及动态力⑴力和Y力)是特别重要的。如前文所述，迄今为止使用固定的路基加上 采用轨道和轨道基座之间的弹性及传感技术都没有达到满意的结果。在其他已知的测量系 统中，传感技术或者通过在真实的石基铁路上直接应用而使得在测量技术上没有最佳化的 实施，或者利用测量轨道来实现，该测量轨道并不符合石基铁路的实际情况，因为测量轨道 相对而言设置的更坚硬一些。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提出一种用于测量轨道车辆在车轮/轨道接触时的负 载的系统，在该系统中，轨道中承受通过轨道车辆产生的力和/或力矩不仅能够被精确的 测量，而且还能够切合实际的测量。根据本发明，在轨足和测量装置之间设置至少一个弹性部件，其模拟出碎石基层 的弹性。通过这种方式能够在测量系统中设置一种具有可设定且维持不变特性的碎石基层 替代物，其模拟出真实碎石基层的特性。在此，弹性部件的机械特性及特别是弹性这样选 择，即该弹性部件模拟出用于铁路的真实碎石基层的机械特性或弹性。弹性部件的机械特性相比真实碎石基层的机械特性固定不变，这将能够实现在同 一条件下实施多种测量。所模拟的碎石基层的特性及弹性像真实的碎石基层的情况那样通 过弹性部件而保持不变。因此，通过根据本发明的系统能够真实且可复制的测量出由行驶 或静止的轨道车辆引起的作用到铁路上的力。在本发明的实施例中，弹性部件设计为弹性的衬底或垫板，其设置在轨足和用于 支承轨足的支承装置之间。为了得到最佳的测量结果，该用于支承轨足的支承装置可移动 地设置在路基垫板上。用于支承轨足的支承装置可以例如设计为钢材成型件或混凝土成型 件。路基垫板不可移动且固定的稳固。用于支承轨足的支承装置的可移动设置可以是支承 装置相对于不可移动的路基垫板在垂直方向和/或水平方向上的某种自由移动度。因此，轨道车辆在轨道上的负载会引起轨道的支承装置在垂直方向和/或水平方 向上相对于路基垫板的移动。支承装置在垂直方向和/或水平方向上相对于路基垫板的移 动可以借助于测量仪进行记录，并且根据测量值计算出轨道产生的负载。对此，优选在用于 支承轨足的装置和路基垫板之间设置至少一个测量仪，用于记录作用在轨道上的力和/或 随着力形成的力矩。在根据本发明的测量系统的这种结构中将弹性部件或弹性垫板或弹性衬底的影 响保持限制在用于支承轨足的装置上，这些部件模拟出真实碎石基层在真实铁路上的影 响。因为用于支承轨足和弹性部件的装置被剩余的测量结构分离，并且测量仪设置在支承 装置和路基垫板之间的可移动连接上，所以在支承装置和路基垫板之间的可移动连接上能 够进行有效且可复制的测量。由此，本发明提出一种测量系统，在该系统中不必在碎石基层中设置大量传感器。 在根据本发明的测量系统中，直接在轨足下设置多个弹性部件或弹性垫板或衬底，在此这 些部件在轨道上产生相应的影响，这些影响跟真实铁路上存在的一样。通过测量仪与测量 结构的弹性部分的区分，测量能够保持精确并且在相同边界条件下复制。在此，测量仪能够设置用于记录在轨道上垂直方向和/或水平方向上作用的力 (车轮垂直力和车轮动态力)和/或力矩。额外地或可选地，测量仪可以仅设置用于记录在 水平方向作用到轨道上的力(X力/y力)或力矩。根据两个垂直和水平的自由组合也可以 计算出在负载下轨道的倾斜力矩。轨道的倾斜力矩可以控制，其中弹性部件或弹性垫板或 衬底横向于轨道纵向固定。通过轨足下的弹性部件创造出一种测量结构，其模拟出具有设置在碎石基层上轨 道的铁路的真实情况。弹性部件或弹性垫板或衬底在垂直方向和水平方向上都提供了某种移动自由度，该自由度符合轨道在真实碎石基层上的自由度。通过弹性部件或弹性垫板或 衬底随之提出一种用于轨道的移动自由度，其符合真实轨道在碎石基层上的移动自由度。在根据本发明的测量系统中，除了轨道在支承装置中的移动自由度还设置了对于 支承装置相对于路基进行相对移动的其他移动自由度。支承装置相对于路基的这些移动自 由度是充足的，即测量装置的测量仪的拉伸敏感的变形部件，例如测力计或拉伸测量条在 负载中力和/或力矩作用到轨道上时会形变，并且所发生的力和/或力矩由此能够有效的、 可复制的且真实地测量。在根据本发明的测量系统的实施例中，通过固定的路基能够做出长时间稳定的、 能够实现更高的测量可复制性的比例关系。这就是说，一方面通过根据本发明的装置基于 该装置的结构中的变化或软化的组件能够创造出这种测量条件，该测量条件能够尽可能地 接近所涉及的负载情况的真实比例关系。另一方面，通过根据本发明的测量装置基于固定 的路基以至于在该装置结构中的变化或软化的组件能够保持负载情况的高测量可复制性。
通过根据本发明的测量系统，垂直作用的车轮静止力和水平作用的车辆动态力⑴ 力和Y力)能够在尽可能保持不变且真实的条件下来测量。此外，通过根据本发明用于测 试轨道车辆的测量系统，能够在弯曲区域承受会发生出轨的比例关系，例如Y/Q力对或在 水平面上作用的χ/y力分量。在一般的碎石基层中，这种测量几乎不能复制，因为真实的碎 石基层一般是不稳定的。根据本发明的测量系统能用于测量轨道的运行测量值，例如，力、力矩或振动，其 通过静止的、或动态的轨道车辆施加到铁路上。根据本发明的测量系统可以特别用于在拐 弯处记录轨道车辆的行驶动作，因为在拐弯处行驶中会加大出轨的风险。为了预料到这样 的风险，基于通过根据本发明的测量系统计算出的运行测量值而能够在轨道车辆上更改特 定的参数，例如车轮轮廓、重量分配或轴距，以便于改善车轮/轨道接触。另外，借助于所计 算出的运行测量值能够更改铁路的特定参数，例如弯曲半径或轨道轮廓。
本发明的特别的设计方案和有利的实施例在从属权利要求中说明。接下来，本发 明根据实施例和附图来详细说明。在附图中图1示出了根据本发明实施例的系统的截面图，该系统用于测量由行驶或静止的 轨道车辆作用到轨道上的力和/或力矩；图2示出了根据本发明方法的实施例的测量系统的上部组件的透视分解图。附图标记1 轨道2弹性部件、弹性衬底3用于支承轨足的支承装置或混凝土枕木4测量仪或测力计或者称重盘5 基座板6基座或固定的路基7角度导向板8紧固夹6
9枕木螺栓10 轨足11在上方组件1、2、3和路基3、6之间的铰接的连接器12在混凝土枕木3中的轨道通道13绝缘板14间隔板15用于在混凝土枕木3中的轨道螺栓9的孔
具体实施例方式在图1的垂直截面图中能看出根据本发明实施例的测量系统的结构。用于轨道车 辆(尤其是快速列车)的铁道的轨道1具有轨足10，其固定在用于支承轨足10的装置3中 (在图1示出的安装状态中)。用于支承轨足10的装置3可以例如设计为钢材成型件或混 凝土成型件。在图1所示的实施例中，用于支承轨足10的装置3设计为钢材成型件，在其 上部中这样成型有椭圆形的轨道通道12，轨足10包括固定部件7都可以容纳到该轨道通道 中。在轨道通道12中，在两个相对的角度导向板7之间的轨道1的轨足10分别通过 从上方设置到轨足10上的紧固夹8和轨道螺栓9来固定，该轨道螺栓分别从上方通过角度 导向板7和紧固夹8拧入混凝土枕木中。通过这种方式，两个角度导向板的每一个都形状 配合地保持在混凝土枕木3的轮廓或轨道通道12中，并且在该混凝土枕木上通过枕木螺栓 9稳固。因此，轨道1在水平方向上通过角度导向板7及在垂直方向上通过紧固夹8固定到 轨道支承装置3的轨道通道12中。在拐弯处的轨道导向中，角度导向板7按照弯曲半径来更换并且以合适的垫片来 代替。用于固定轨道1的固定组件7、8、9也可以预装配到混凝土枕木3上，这将有助于实 现轨道固定系统或测量系统的经济目的。在轨足10下方设置有至少一个弹性部件，该弹性部件具有最大程度上符合碎石 基层弹性的弹性。因此，一种具有可确定且基本上不变特性的碎石基层替代物被设置在测 量系统的轨道固定装置中，该替代物模拟出真实的碎石基层特性。在图1示出的实施例中， 弹性衬底或垫板2用作弹性部件，其设置在轨足10和支承装置3之间，该支承装置设计为 混凝土枕木且用于支承轨足10。基座板5不可移动地固定拧入到基座6中，其中基座6例如可以是固定的路基，例 如其用于高速列车的轨道导向。枕木3不直接与基座5连接，而是通过铰接的连接器11与 基座板5可移动的连接。这种铰接的连接器11可以例如由枕木3和基座板5之间的螺纹 连接装置构成，该装置可以构成枕木3相对于基座板5的某种程度上的可移动性。轨道1、 用于支承轨足10的枕木或装置3、其间设置的弹性部件、衬底或垫板2和固定部件7、8、9也 可以看作是上部组件1、2、3，其相对于基座板5和固定的路基6通过铰接的连接器可移动地 设置。用于支承轨足10的支承装置或混凝土枕木3的可移动设置通过铰接的连接器可 以实现混凝土枕木3的某种程度上的可移动性，并因此轨道1相对于不可移动的基座板5 在垂直方向和水平方向上移动地设置。这种移动自由度可以例如通过机械的挡板或倾斜保护装置进行限制。此外，上部组件1、2、3的移动自由度借助于合适的弹簧或减震器在其刚 性和/或阻尼上进行相应地调节。在轨道1上通过在其之上静止或驶过的轨道车辆而作用的力，其在图1中通过垂 直和水平作用的力对⑴力和Y力或车轮静态力和车轮动态力)分别通过双箭头表示。轨 道车辆负载造成了在轨道1上作用的力、力矩或振动，其本身在根据本发明的结构中在轨 道支承装置1、2、3相对于基座板5的相对运动中产生。这种相对运动可以通过测量仪4记 录，并且根据测量值可以推断出轨道1的负载以及轨道车辆的行驶动作。为此，例如在铰接的连接器11旁还设有一个或多个测量仪4，其将记录轨道1的 力、力矩和/或振动。上方组件1、2、3的混凝土枕木3随后通过连接器11和测力计4支撑 到基座板5和混凝土基座6上，从而测量仪4能够从测量到上方组件1、2、3相对于基座5、 6的每次移动。由此，测量仪4也可以直接地记录轨道1的力线通量和力矩通量。测量仪 4可以例如设置为测力计4或所谓的称重盘，其例如包含拉伸测量部件，用于记录轨道的移 动。测量仪4的测量信号传送到评估单元(未示出)，该评估单元将估算出所计算的测量信 号或测量值。如说明书中所述，在根据本发明的测量系统中通常凝结或非凝结的碎石基层通过 混凝土基座代替，其在行驶过轨道的车辆轴的负重下首先不会表现出弹性下陷。混凝土基 座的这种不足的弹性下陷在根据本发明的测量装置中由弹性部件或弹性衬底或垫板2的 弹性替代。弹性部件或弹性衬底或垫板2例如有大约22. 5kN/mm的弹簧刚性，并且由此可 以在负重下下陷到1. 5mm。如前文所述，该弹性衬底2不处于混凝土枕木3之下(如其在真实的轨道上时)， 而是直接处于轨足10之下，即轨足10和混凝土枕木3之间。根据需要也可以使用一个间 隔板或多个具有不同刚性的间隔板。如下文所述，在轨足10之下也可以交替相叠地设置多 个弹性部件2和多个坚硬或金属的垫片。图2示出了根据本发明方法的实施例的测量系统的上方组件的透视分解图。在该 实施例中，上方组件基本上包括轨道1 ；用于支承轨足10的支承装置3 ；多个其间设置的 弹性部件、衬底或垫板13、14、2以及多个固定部件7、8、9。从图2中可以看出，在用于支承轨足10、设计为混凝土枕木3的支承装置中成型 有轨道通道12，其这样规定尺寸，即轨足10连同两个角度导向板7被容纳到该轨道通道12 中。此外，在混凝土枕木3中，在轨道通道12的区域中设有用于轨道螺栓9的孔16。通过外部弹簧臂保持在以俯视视角来看W形的紧固夹8中的轨道1弹性地导入到 混凝土枕木3的轨道通道12的位置中，并且侧向上轨道1穿过角度导向板8。由轨道1带 来的侧向的力通过角度导向板7和具有垫板13、14和弹性衬底2的混合层组传递到枕木3 的混凝土基体上。通过插入轨足10的紧固夹8的中间环，固定系统具有第二种刚度，该刚 度防止了紧固夹8的弹簧臂的过度应力或其弹性形变。同时中间环被用作轨道1的倾斜保 护装置。在枕木3的轨道通道12中，在轨足2的下侧和轨道通道12的底部之间设置有三 明治形式的混合层组，其由不同材料的层组成。该混合层组在图2示出的实施例中自上而 下包括绝缘板13、金属的间隔板14和弹性的衬底或垫板。绝缘板13可以由不能压缩的塑 料制成并且作为相对于轨道固定装置导电部分的轨道绝缘材料。间隔板14可以由金属铸成并且作为轨足10对于枕木3的间隔部件。弹性的衬底或垫板2例如由硬-弹性塑料制成，并且具有较高的弹性，其弹性符合 用于轨道1的一般碎石基层的弹性。通过这种方式弹性衬底或垫板2模拟出静止或驶过的 轨道车辆在轨道上负载时碎石基层的影响。基于通过弹性部件或弹性衬底或垫板2模拟出 碎石基层，在根据本发明的测量系统中可以以装置来代替真实的碎石基层，其中从而能够 实现真实及可复制的测量值。在说明书及附图中描述了本发明特定典型的实施例，但是这些实施例仅仅是用于 解释本发明并不表示限定了本发明所要保护的范围。在此需要说明，在没有偏离本发明核 心及通过本发明权利要求保护范围之外时，本发明可以在所描述和示出的实施例或其他实 施例上做出不同的变化。
权利要求
1.一种用于记录由轨道车辆作用到轨道(1)上的力和/或力矩的测量系统，其中，轨足 (10)设置在支承装置(3)中，所述支承装置设置在用于记录力和/或力矩的测量装置(4) 上，其特征在于，在所述轨足(10)和所述测量装置(4)之间设置至少一个弹性部件O)，所述弹性部件 模拟出碎石基层的弹性。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述弹性部件(2)设计为弹性的衬底或垫 板，其设置在所述轨足(10)和用于支承所述轨足(10)的所述支承装置C3)之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述多个弹性部件(2)在所 述轨足(10)和所述测量装置(4)之间分层相叠地设置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述轨足(10)以多个弹性部 件( 安设弹性的衬底或垫板。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述多个弹性部件(2)通过 多个坚硬或金属的垫片交替相叠地设置在所述轨足(10)和所述测量装置(4)之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述弹性部件(2)设计为弹 性的衬底或垫板，其形状配合地容纳到用于支承所述轨足(10)的所述支承装置C3)中且设 置在所述轨足(10)下方。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，用于支承所述轨足(10)的所 述支承装置( 被设计为混凝土枕木。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述支承装置(3)与其中容 纳的所述轨足(10)和所述弹性部件( 形成独立的组件(1、2、3)，所述这些组件可移动地 设置在固定的基座(5、6)上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，用于支承所述轨足(10)的支 承装置可移动地设置在基座板( 上，从而所述支承装置C3)能够在垂直方向和/或水平 方向上相对于所述基座板( 移动。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，在用于支承所述轨足(10) 的所述支承装置( 和所述基座板( 之间设置有至少一个测量仪，其用于记录作用到 所述轨道(1)上的力和/或力矩。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其特征在于，所述基座板(5)设计为用于轨道车 辆的铁路的路基或设置在所述路基上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述测量仪(4)设置用于记 录在轨道上垂直方向和/或水平方向上作用的力和/或力矩。
13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述弹性部件(2)横向于所 述轨道(1)的纵向固定。
14.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述弹性部件O)由一种材 料制成，所述材料的机械特性基本上符合碎石基层的机械特性。
15.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述弹性部件O)由一种材 料制成，所述材料的弹性基本上符合碎石基层的弹性。
16.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统设置在测量距离中，所述测量距离是用于轨道车辆的真实铁路的一部分。
全文摘要
本发明的目的在于，提出一种用于记录由轨道车辆作用到轨道(1)上的力和/或力矩的测量系统，其中，轨足(10)设置在支承装置(3)中，该支承装置设置在用于记录力和/或力矩的测量装置(4)上，根据本发明，该目的由此实现，即在轨足(10)和测量装置(4)之间设置至少一个弹性部件(2)，所述弹性部件模拟出碎石基层的弹性。通过根据本发明的测量系统，一方面能够模拟出铁路的真实情况，另一方面能够实现负载情况中高效测量的可复制性。
文档编号G01G19/04GK102046445SQ200980120498
公开日2011年5月4日 申请日期2009年4月1日 优先权日2008年4月9日
发明者弗里茨·埃姆克, 彼得·格罗尔, 拉尔夫·米勒 申请人:申克公司