Measurement of vertical wheel force on the rail

Ing. Özgür Yurdakul

Master's thesis

Abstract:

The efficiency of the proposed method, which measures the wheel force by using strain gauges installed on the rail, is investigated. Five full-scale tests were conducted in the maintenance center of CZ LOKO, Česká Třebová, Czech Republic. Six strain gauges (three active, three dummy) in each rail were installed in the half Wheatstone bridge configuration so that the wheel force can be calculated by the measured strain. While one active strain gauge was placed in the middle of the bottom flange of rail, two of the active strain gauges were mounted symmetrically to each other on the edges of the bottom flange. The optimal places of the strain gauges were determined by finite element analysis. Besides, both force and lateral shift dependence of the presented method were investigated with an experimentally validated finite element model. Two parametric equations corresponding to the results of finite element method are proposed. Moreover, two more equations were derived by means of a conventional method, which is an experimental calibration method. These equations are used to predict the wheel vertical force regardless from any lateral effect. All the results obtained from the equations were matched quantitively well with the measured mass in the weighing device.

Abstract:

Tato práce se zaměřuje na zjištění schopnosti navrhované metody měření kolové síly pomocí tenzometrů umístěných na kolejnici. Za tímto účelem bylo provedeno pět experimentů ve firmě CZ LOKO v České Třebové. Šest foliových tenzometrů na každé kolejnici (tři aktivní, tři kompenzační) bylo nainstalováno a zapojeno do polovičních Wheatstoneových můstků tak, aby bylo možné vypočítat kolovou sílu z měřených deformací. Vždy jeden aktivní tenzometr byl umístěn na spodní straně paty kolejnice uprostřed, zbývající dva tenzometry byly instalovány také na spodní straně paty kolejnice, avšak symetricky a blíže k hranám paty kolejnice. Nejvhodnější pozice pro umístění tenzometrů byly určeny pomocí metody konečných prvků (MKP). Kromě toho byl zkoumán vliv zatěžující síly a příčné polohy kola na kolejnici na výsledky navrhované metody s využitím validovaného konečně-prvkového modelu koleje. Výsledkem analýzy zatěžování kolejnic metodou konečných prvků byl návrh dvou parametrických rovnic. Navíc, další dvě rovnice byly odvozené za pomoci experimentální kalibrační metody. Tyto rovnice jsou použity k určení svislé kolové síly bez ohledu na jakýkoli efekt v příčném směru. Veškeré výsledky získané z těchto rovnic se kvantitativně dobře shodují směřenými kolovými silami na kolové váze.

Keywords

kolová síla, kolejnice, metoda konečných prvků, tenzometr, měření

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 5. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 9. 6. 2015
• Supervisor: Ing. Martin Kohout, Ph.D.

University of Pardubice

Faculty of Transport Engineering

Master programme / field:
Transport Engineering and Communications / Transport Means