Современные системы контроля динамики взаимодействия железнодорожных транспортных средств и рельсов основаны на косвенных измерениях деформаций, сил и виброускорений. Системы позволяют эффективно обнаруживать неисправный подвижной состав, оказывающий сверхнормативное воздействие на путь. Однако для их массового применения на железных дорогах РФ необходимо решить вопросы метрологического обеспечения. Целью работы является создание методики калибровки тензометрического участка пути и оценка погрешности измерения динамических сил в системе колесо - рельс под поездной нагрузкой. Исследования проводились расчетным методом конечных элементов и экспериментально в реальных условиях эксплуатации. Создан оснащенный тензодатчиками измерительный участок, и разработано специализированное нагружающее устройство, воспроизводящее вертикальную силу до 218 кН и боковую силу до 110 кН. Для натурных испытаний применялась быстродействующая микропроцессорная тензометриче-ская система «Динамика-3». Разработана конечно-элементная модель с переменным средним размером элементов, равным 1 мм в средней части и 5 мм на торцах модели. Выполнена оценка влияния среднего размера элементов, граничных условий на торцах модели и способа приложения вертикальной силы на результаты расчета. Неопределенности результатов не превышают 0,5 %. Исследованы источники погрешности измерения сил для способа «РЖД-2016» и способа измерения вертикальной силы одной парой тензодатчиков. Обнаружено влияние несимметричности установки пары тензодатчиков и жесткости подрельсового основания на точность измерений силы. Вертикальный эксцентриситет пары тензодатчиков, равный 5 мм, определяет погрешность на уровне 5 %, которая не может быть устранена на этапе калибровки. Возникающие после калибровки вариации жесткости подрельсового основания приводят к погрешностям измерений методом «РЖД-2016» на уровне 20-30 %. Для обеспечения погрешности не более 1 % необходимая точность установки преобразователей деформаций составляет 1 мм. Проведена калибровка измерительного участка пути. Экспериментально обоснована линейная зависимость симметричных деформаций в паре тензодатчиков от силы с коэффициентом корреляции более 0,99. Показано, что влияние бокового воздействия на погрешность измерения вертикальной силы сопоставима с дрейфом нуля тензосистемы и не превышает 1 %.
Purpose. The modern control systems of dynamic interaction between railway vehicles and efficiently rails are based on indirect measurements of deformations, forces and vibration accelerations. Systems allow to find efficiently the faulty rolling stock making excess impact on a path. However, for their mass application on Russian Federation railroads it is necessary to resolve metrological issues. The work purpose is calibration technique creation of the strain-measuring way site and error estimation of dynamic forces measurement in system wheels - rails under train loading. Methods. Researches were conducted by a calculation finite elements method and experimentally in operation. The measuring site equipped with strain gages is created and the specialized loading device reproducing vertical force to 218 kN and side force up to 110 kN is developed. The rapid microprocessor strain-measuring «Dinamika-3» system was applied to field tests. The terminating and element model with a variable average size of elements, equal 1 mm in the mid-range and 5 mm at model end faces is developed. The average size of elements, boundary conditions at end faces of model and a way of vertical force application on results of calculation evaluation is executed. Indeterminacies of results do not exceed 0.5%. Results and conclusions. Error sources of force measurement for a way of Russian Railway-2016 and a way of vertical force measurement by one pair of strain gages are investigated. Asymmetry installation influence of strain gages and a rigidity of the sub rail basis on accuracy of force measurements are established. The vertical eccentricity in pair of strain gages of 5 mm defines 5% an error that cannot be eliminated at a calibration stage. The calibration variations of the sub rail basis rigidity arising later lead to measurements errors by «RGD -2016» method at the level of 20-30%. For providing an error no more than 1% the necessary installation accuracy of deformation converters is 1 mm. Calibration of the measuring site of a way is carried out. The linear relation of the symmetric deformations in pair of strain gages at most with a coefficient of correlation more than 0,99 is experimentally proved. It is shown, that influence of side impact on a bias of vertical force it is comparable to a drift of zero strain measurement system and does not exceed 1%.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.