(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (13) (1) T3 Int.Cl. B61K 9/12 (06.01) G01M 17/ (06.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 11/08 EP B1 (4) Tytuł wynalazku: Sposób i urządzenie do wykrywania kształtów kół szynowych (30) Pierwszeństwo: AT 9080 (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 08/06 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 11/08 (73) Uprawniony z patentu: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Wien, AT (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 JOHANNES STEPHANIDES, Wien, AT DIETMAR MAICZ, Nestelbach, AT WALTER WEILINGER, Wien, AT (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Irena Tylińska POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 1 49P27829PL00 EP B1 Opis 2 [0001] Wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do wykrywania kształtów kół szynowych. [0002] Odchylenia kształtu kół szynowych od idealnego kształtu kołowego powodują zwiększone obciążenie toru i przetaczającego się materiału, połączone z naruszaniem jakości transportu oraz odpowiednim wzrostem kosztów. [0003] Z EP B1 znane jest już urządzenie do ustalania nieokrągłości i miejsc płaskich kół pojazdów szynowych, które w obrębie zadanego wstępnie odcinka pomiarowego posiada kilka mierników siły dla ustalania oddziaływujących na szyny sił pionowych. Mierniki siły wykonane są w postaci czujników obciążenia, które zostają umieszczone pomiędzy szynami a stałymi podkładami. Elektroniczne urządzenie analizujące wylicza, po przejechaniu odcinka pomiarowego, z sygnałów siły pionowej, średnie obciążenie ciężarem i porównuje je z czasowym przebiegiem sygnałów. W przypadku przekroczenia zadanego wstępnie odchylenia następuje wskazanie nieokrągłości, względnie miejsca płaskiego. W tym znanym urządzeniu zastosowanie czujników obciążenia okazuje się niekorzystne, a to przede wszystkim ze względu na ich skomplikowaną konstrukcję. [0004] Opis EP A przedstawia układ do wykrywania uszkodzeń kół za pomocą umieszczonych na

3 2 2 szynie mierników przyspieszenia, które dokonują pomiarów ruchu szyny w kierunku pionowym, a których sygnały przy odtaczaniu koła szynowego poddawane są analizie szybką transformatą Fouriera (FFT). Wadą tej metody jest uzyskiwanie niedokładnych wyników pomiarowych. [000] Opis US A ujawnia również sposób wykrywania odkształceń kół pojazdów szynowych. W tym celu następuje elektroniczna analiza sygnałów z czujników umieszczonych na szynie. Wadę tego ujawnienia stanowi fakt, że wynik jego zastosowania ogranicza się tylko do uruchomienia alarmu w przypadku uszkodzenia koła, nie polega zaś na określeniu dokładnej jego deformacji. [0006] Niniejszy wynalazek ukierunkowany jest na stworzenie udoskonalonego sposobu i odpowiedniego urządzenia do wykrywania kształtów kół szynowych. [0007] Zgodny z wynalazkiem sposób wykrywania kształtów kół szynowych przy pomocy odcinka pomiarowego złożonego z szeregu umieszczonych na szynach elementów pomiarowych, które odbierają oddziaływania sił i doprowadzają odpowiednie sygnały elektryczne o ruchu szyny w kierunku pionowym i korzystnie również w kierunku poprzecznym, do elektronicznego urządzenia analizującego dla zobrazowania kształtów kół, charakteryzuje się tym, że w urządzeniu analizującym zostaje utworzona z sygnałów tablica informacyjna (array), która odpowiada co najmniej jednemu obwodowi koła, i która jest utworzona z kilku komórek informacyjnych w taki sposób, że składniki jej sygnałów łączą się zawsze ze sobą, przy czym korzystnie zagłębienia szyny zostają rozłożone na istotne części

4 3 2 składowe i są uwzględniane w bezpośrednim otoczeniu punktu przylegania koła. [0008] Korzystnie w urządzeniu analizującym następuje ciągłe zobrazowanie sygnałów jako funkcji kąta obrotu sprawdzanego koła. [0009] Przedmiot wynalazku stanowi również urządzenie do przeprowadzenia sposobu z odcinkiem pomiarowym złożonym z szeregu umieszczonych na szynach elementów pomiarowych oraz połączonego z nimi elektronicznego urządzenia analizującego sygnały dla zobrazowania kształtów kół, przy czym elementy pomiarowe umieszczone są na szyjce szyny i/lub na stopce szyny i/lub na główce szyny, które charakteryzuje się tym, że przynajmniej jeden element pomiarowy jest umieszczony na szyjce szyny w osi obojętnej pod ujemnym i dodatnim kątem 4 o w stosunku do osi obojętnej. [00] W ramach wynalazku przynajmniej jeden element pomiarowy ukształtowany jest jako czujnik tensometryczny. [0011] Ponadto korzystnie w ukształtowaniu zgodnego z wynalazkiem urządzenia są umieszczane piezoelektryczne elementy pomiarowe. [0012] Tak więc dla analizy sygnałów w urządzeniu analizującym przyjmuje się zgodnie z wynalazkiem zasadę, że uwarunkowane przez kształt kół czasowe przesunięcie pionowe główki szyny może być odwzorowane jako krótkotrwała reakcja szyny oraz wykryte jako sygnał wydłużenia i/lub przyspieszenia. Z omawianą reakcją szyny związana jest propagacja fal w szynie (w kierunku jazdy oraz w kierunku przeciwnym do kierunku jazdy), która w

5 4 2 rozważanym punkcie przylegania koła oraz w jego bezpośrednim otoczeniu ma wędrujący węzeł. Uwarunkowane przez kształt koła przesunięcie dominuje w punkcie węzłowym. Zachodzące stosunki ulegają zmianie dopiero wtedy, kiedy koło rozpoczyna unoszenie się, przez co ginie warunek brzegowy węzła. Utworzone zostają komórki informacyjne, które po połączeniu ze sobą utworzą tablicę informacyjną (array) tego rodzaju, że ich składniki sygnałów łączą się zawsze ze sobą. Taki stan rzeczy oferuje możliwość kontroli. [0013] Zagłębienia szyn są rozkładane na istotne części składowe, na skutek obciążenia koła (poprzez odchylenia od kształtu koła oraz inne ruchy szyny), dla oceny odchylenia kształtu koła oraz uwzględniane w bezpośrednim otoczeniu punktu przylegania koła. [0014] Dla ustalania kształtów kół, szczególnie w przypadku długofalowych mimośrodowości i owalności (itd.) są jednak niezbędne prędkości toczenia się kół minimum 40 km/h. [00] W dalszym ciągu wynalazek zostanie objaśniony bliżej za pomocą przykładu wykonania, z odesłaniem do rysunków, które na Fig. 1 pokazują schematyczny wykres nieokrągłości koła szynowego, a na Fig. 2 schematyczne zobrazowanie mierników siły na szynie. [0016] Fig. 1 obrazuje wykres nieokrągłości koła, przy czym jako odchylenie od okrągłości określa się każdy rodzaj odchylenia promienia w stosunku do koła. W przypadku odchyleń od okrągłości rozróżnia się między następującymi kształtami:

6 Przebieg promienia poprzez obwód kół (kształty kół) a) Osobliwe odchylenia od okrągłości Odchylenia od okrągłości (kształty i również amplitudy) Miejsce płaskie Wyłomy Osobliwe złuszczenia b) Periodyczne odchylenia od okrągłości Mimośrodowość Owalność Wieloboki (według kolejności) Nieokrągłości (amplitudy) c) Stochastyczne odchylenia od okrągłości Kombinacja z a) i b) Inne [0017] W oparciu o wykrywanie wartości pomiarowej zostanie w dalszym ciągu opisana zasada funkcjonowania odcinka pomiarowego. [0018] Fig. 2 pokazuje stacjonarny punkt pomiarowy ze znajdującymi się pomiędzy dwoma podkładami 1 na podpieranej przez nie szynie 2, czujnikami 3,3, 3, które co najmniej umieszczone są albo na główce szyny 2, albo na szyjce szyny 2, albo na stopce szyny 2. Możliwa jest także kombinacja czujników. Czujniki te są piezoelektrycznymi czujnikami przyspieszenia i/lub np. umieszczonymi pod dodatnim i ujemnym kątem 4 o czujnikami tensometrycznymi, które rejestrują wydłużenie, względnie przyspieszenie szyny 2 w kierunku pionowym i poprzecznym oraz transmitują je do niepokazanego na rysunku urządzenia do przetwarzania danych, w którym zostaje

7 6 2 utworzona tablica informacyjna (array). Omawiana tablica informacyjna (array) składa się z komórek informacyjnych. [0019] Sprawdzane koło tworzy przykładowo swoją nieokrągłość na szynie o okresowości obwodu koła. Obwód koła u utworzony zostaje ze średnicy koła D, która z kolei utworzona zostaje np. za pomocą pomiarowej optyki laserowej, względnie pobierana jest bezpośrednio z tablicy informacyjnej (array). Koło wchodzi pod przypadkowym kątem początkowym do tablicy informacyjnej (array), który praktycznie tworzy kąt zerowy obrazu nieokrągłości. [00] Sygnał przyspieszenia jest dodatni wtedy, kiedy główka szyny jest przyspieszana w kierunku do dołu, a więc w kierunku geocentrum. Z tego wynika, że wzgórek nieokrągłości w kierunku przyspieszenia dodatniego ma dolinę nieokrągłości w kierunku przyspieszenia ujemnego. [0021] Zredukowany, periodyczny sygnał przyspieszenia nieokrągłości może zostać przedstawiony za pomocą dyskretnego szeregu Fouriera o okresie T = u/v. Dla połączenia czasu pomiarów (indeksu czasu) i kąta obrotu ϕ sprawdzanego koła, zostaje uwzględniona prędkość jazdy v toczącego się koła w przebiegu odcinka pomiarowego. Wtedy wraz z prędkością kątową obowiązuje: oraz

8 7 stanowi kąt obrotu koła, q stanowi podstawowy okres przebiegu czasowego. [0022] W urządzeniu analizującym szereg Fouriera zostanie potraktowany w kompleksowym zapisie (liczba kompleksowa c). Wtedy otrzymamy: z z, względnie [0023] Za pomocą rozwinięcia Fouriera otrzymuje się zobrazowanie spektralne przyspieszenia. Interesujący jest sam ruch szyny, na którym odwzorowuje się kształt koła. Z tego powodu jego spektrum musi więc być ustalone jeszcze za pomocą dwukrotnego całkowania. Z chwilą, kiedy dostępne stają się harmoniczne kształtów kół, możliwe są różne zobrazowania tych kształtów kół. Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH Pełnomocnik:

9 8 49P27829PL00 EP B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wykrywania kształtów kół przy pomocy odcinka pomiarowego złożonego z szeregu umieszczonych na szynach elementów pomiarowych, które odbierają oddziaływania sił i doprowadzają odpowiednie sygnały elektryczne o ruchu szyny w kierunku pionowym i korzystnie również w kierunku poprzecznym, do elektronicznego urządzenia analizującego dla zobrazowania kształtów kół, znamienny tym, że w urządzeniu analizującym zostaje utworzona z sygnałów tablica informacyjna (array), która odpowiada co najmniej jednemu obwodowi koła, i która jest utworzona z kilku komórek informacyjnych w taki sposób, że składniki jej sygnałów łączą się zawsze ze sobą, przy czym zagłębienia szyny zostają rozłożone na istotne części składowe i są uwzględniane w bezpośrednim otoczeniu punktu przylegania koła. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w urządzeniu analizującym następuje ciągłe zobrazowanie sygnałów jako funkcji kąta obrotu (φ) sprawdzanego koła. 3. Urządzenie do przeprowadzenia sposobu według jednego z zastrzeżeń 1 albo 2 z odcinkiem pomiarowym złożonym z szeregu umieszczonych na szynach elementów pomiarowych oraz połączonego z nimi elektronicznego urządzenia analizującego sygnały dla zobrazowania kształtów kół, przy czym elementy pomiarowe umieszczone są na szyjce szyny (2 ) i/lub na stopce szyny (2 ) i/lub na główce szyny (2 ), znamienne tym, że przynajmniej jeden element pomiarowy jest umieszczony na szyjce szyny (2 ) w

10 9 osi obojętnej pod ujemnym i dodatnim kątem 4 o w stosunku do osi obojętnej. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że przynajmniej jeden element pomiarowy ukształtowany jest jako czujnik tensometryczny.. Urządzenie według zastrz. 3 albo 4, znamienne tym, że są umieszczone piezoelektryczne elementy pomiarowe. Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH Pełnomocnik:

11

12

13 DOKUMENTY PODANE W OPISIE Niniejszy wykaz podanych przez zgłaszającego dokumentów został sporządzony wyłącznie dla informacji czytelnika i nie stanowi elementu składowego europejskiego dokumentu patentowego. Omawiany wykaz został sporządzony z najwyższą starannością, jednak EPA nie przyjmuje żadnej odpowiedzialności za ewentualne błędy czy opuszczenia. Dokumenty patentowe podane w opisie EP B1 [0003] EP A [0004] US A [000]