Onderzoek naar de rij-eigenschappen van meetwagens bij het Nederlands Scheepsbouwkundig Proefstation

(1)

TECHNISCHE HOGESCHOOL DELFT

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN TRANSPORTINRICHTINGEN

MEKELWEG 2 - DELFT _{TELEFOON 33222. TOESTEL 6631}

RAPPORT NR

289

BETREFFENDE.

Onderzoek raar d rij-eigenschaen

van meetwagen bij het Ned.

cheeps-bouwkundig Proefstaticn. OPDRACHTGE VER DATUM SAMENGESTELD DOOR GEZIEN GOEDGEKEURD U.D.C.

Prof. ir. G. Prins

februari 1969

1..3.J.M. Heyieyer

623.032.'4:625.2.O12.325:31,.78:629.12

Dit rapport bestaat uit 120 bladzijden en meg slechts woordelljk en n zijn geheel worden overgenomen voor reklame alleen na schriftelijke toesternrning. Aanvragen orn advies worden alleen behandeld op voorwearde. dat de aan-vrager aftand doct van jeder recht op aansprakelijkstelling terzake van de inhoud van het te geven of gegeven advies.

(2)

RAPPORT Nr. 289 ' BLAD Nr. i

Same njyat t ing.

Een

onderzoek is

_{ingesteld naar de oorzaken van het} onbevredigend rijden van

een.

s].eepwagen blj het

Ne-derlandsch Scheepsbouw.kundlg Proefstatlon.

Daartoe zljn aan

twee

sleepwagens een aantal metin-.

gen verricht, welke uitvoerig worden besczeven In

de bijiage van dit

rapport.

Alle

aandacht Is

besteed aan het optreden

van dwars-.

krachten bij niet

gestuurde wielen.

I

hoofdstuk 4 worden de verschijnselen

besproken,

die zieh voordoen In het contactvlak tussen wiel _en

rail, terijl in hoofdetuk 5 wordt onderzocht of

het

niogelijk 18 een wielloopvlak van

_{een materlaal}

niet een

relatief lage

elasticitelternodulus toe te

passen orn daarinee de optredende dwarskracht

te ve.r-.

minderen.

Tot slot

worden enige

_{beschouvzirigen gewijd aan de}

recoristructie van de aandrijving van

_{de hogesnel-.}

(3)

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN TIANSPORTINRICHTINGEN

RAPPORT Nr. 289 BLAD Nr. 2

I NHOUDSOPGAVE

MEKELWEG 2 DELFI

Biz.

Saine nvat t Ing

i

Inhoudsopgav e

2

Symbolen en afkortirigen

3

Afsehrift van de opdracht

4

Literatuuropgave en personenlijst

5

Rapport:

I Inleiding 6

1.]..

Het Nederlandech Scheepsbouwkundig Proef

sta-tion

6

1.1.1. Sleeptanks

1.1.2. Sleepwagens 7

1.1.3. Metingen san scheeps.. en schroefrnodellen 1].

1.2. Het onderzoek

12 1.2.1. Aanleiding tot het onderzoek

12

1.2.2. Pactoren die de rijkwaiiteiten van de

sleepwagen. be!nvloeden

14 2.Metingen

16

2.1. Overzlcht van de uitgevoerde metingen

16

2.2. Bespreking van de

metingen

₁₆

3.Het wie]. zonder dwarskracht

22

3.1. Inleiding

22 3.2. .Actief sturen

22 3.3. Pasjef 8turen

23

3.4. De dwarsbeweging van een wie].

zonder dwars..

kracht

29

3.4.1. Het sectoreri wie].

30

3.4.2. Het wiel op elastische

blokken

₃₁

3.4.3. Het wie]. met een elastisch loopvialç

31 4.Vervorwingen in het conta.ctv].ak tussen wie].

_{en rail}

33 4.1. InleidIng

4.2. De slip van twee op elkaar rollende

wielen

_niet

de assen evenwij dig

35 4.3. Vervorrn.lngen veroorzaakt door alleen de nor..

maalkracht N

₃₆

4.4. Vei-vormingen ontstaan door eeri tangentiale

-kracht T

36 4.5. Vervormlngen en dwarsbeweging veroorzaakt door

een dwarskracht D

40

(4)

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN TANSPORTINRICHTINGEN

RAPPORT Nr. 289 BLAD Nr. 2a

Blz.

5. die1loopvlak met een lage E-.modulus

45

5.1. Prob].eemstelling

45

5.2. Vulkollan

45

5.3. Silentex

47

5.4. Een urubber geveerd

wie].

48 6. Resultaten van het onderzoek

51

6.1. Meetresultaten

51

6.2. Resultaten van het onderzoek naar sen meer

elastisch wlel].00pvlak

55

6.3. Besehouwingen betreffende een nleuw te

bou-wen sleepwagen

56

7. Reconstructie van de aandrijving van de hogesnel...

heidswagen

59

7.1. Iri].eldlng

7.2. Ontwerp 1

61

7,3. Ontwerp II

61

7.4. Ontwerp 1.11

62

Bij1aje:

1. Versñellingsmetirigen aan de binnenvaarttankiagen

64

1.1. Probleemstelling

64

1.2. Beschrijving van de bïnnenvaarttankwagen

64

1.3. Beschrijving van de versneliingsmeting.

64

1.4. Gebruikte apparatuur

64

1.5. Keuze van het filter

64

i.e. Het ijken van de Stathaversnel1lngsopnenier

66

1.7. Het liken van de Sefram..scbrljver

66

1.8. Meetreeultaten

67

1.9. Beapreking van de meetresultaten

69

1.10 Conclus le

70 1.10.1 Nabeschouwlng

7].

2. Schrankproef

72

3. Ligizer..rotatlenieting

74

4. Meting doorbuiglng van de rails

75

5. Leith1e1krachtinet1ng

77

5.1. Beschrljving hogesnelheidswagen..

77

5.2. Gebruikte apparatuur

77

5.t. De metIng

77

5.5. Coriclusje

.78

6. Dvarskrachtmeting

79

6.].. Plaats van de rekstrookjes

80

(5)

MEKELWEG 2 DELFT

RAPPORT Nr. 289 BLAD Nr. 2b

hiz.

6.3. Het ijken van de rekstrookjes op de

koker-ba].ken 83

6.4. Uitvoering van de meting 87

6.5. Conciusie van de dwarskrachtmeting 90

Onderzoek near de

oorzaak van het stoorsignaal

91

Leidwielkrachtmeting' met diverse. veren en de

rail-kopbreedte-meting 92

8.1. Kopbreedtemeting

aan de leidral]. 93

Metingen van

railafvïijkingen in y'-richting

97

Meting van de wie1drukvariaties (s) 98

10.1. De meting

98

10.2. Berekening van de rek t.g.v. s 99

10.3. Vaarnemingen loo 10.4. Conduele 103

Railhoogteiueting

104

11.1. De railhoogte-nieter 104 11.2. Vaarnemingen 106 11.3. Conclude 108

Meting van de krachtpuntverplaatsing van de

statische wieldruk 109

12.1. De meting van .Mk 110

12.2. 7aarnemingen 110

12.3. l3espreking van de waarnemingen 111

12.4. Berekenlng van de maximale verpiastsing

van het drukpunt van de statische wieldruk 112

12.5. Conclusle

112 Waarnemingen

Ï13

Technische gegevens van Silentex

119

(6)

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN TJANSPORTINRICHTINGEN RAPPORT Nr.289 BLAD Nr. 3 Symbolen en afkortingen. o" 0(4,' b /3 ¿Y C D cSo E E e e E; F,Pt ,P h I i K M N p q R S Sel gl S B T z-U u V V u) wo z graad II lt It t' cm graad II kgf/m gf obm I' volt kg f/cm2 volt cm kgf cm Amp kgf kgfm kgf mm kgí' o bin Il mm kgf kgf a kgf rn/sea rn/sec räd/sec rad/sec mm schrankhoek

schrankhoek tussen rail en loopvlakring constante schrankhoek

veranderende schrankhoek momentane schrankhoek

ro tat le-hoek

effect leve loopviakbreedte

kant elho ek dz lfthoek

st ijfheidsfactor

dwar skra cht

weerstandsverschil

weerstandsverschil in een dunimle

brug spann Ing

elastic iteitsinodulus spanning

ulterste vezelafetand

r ek

kracht

verplaat sing

horizontaal

traagheidsmoment stroomsterkte kracht moment normaalkracht/w jeidruk b enut t ingsgraad

af stand tussen lelô.wielhart en

ralihart-kracht

lun.

indrukking van de leidwielveer

weerstand si Ip elastische slip glij slip max. amplitude wleldrukváriat le tangentiale kracht tljdconstante

kracht In het contactvlak In wiliekeurl.. ge richting omtreks sneihe Id

wrijv ingscoef.

sneiheid verplaateing vertikaal hoeksnelheld e Igenfrequent le verp].aatsing afkort ingen: L leidwiel W : loopwiel

N.S.P. : Nederlandech Scheepsbouwkundig Proef station B.T...wagen blnnenvaarttankwagen

(7)

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN TIANSPORTINRÌCHTINGEN.

OPDRACHT

Betr.: TrIllingen in m.eetwagens N.S.P.

Het Nederlandech Scheepsbouwkundig Proefetatlon te

Wagenin-gen heef t een aantal sleepwaWagenin-gens In bedrijf, waarvan de loop-eigenec1'appen onbevredigend zljn.

Ten gevolge hiervan ontstaan trillingen en le cok de

snel-heldsregellng niet altij,d goed te rea].lsren.

Deze opdracht zal een In hoofd.zaak praktisch georienteerd

onderzoek dienen te omvatten naar de oorzaak van de

optre-dende afwljkinen en za]. aanwijzln.gen moeten geveri tot ver.. beteringen.

Gevraagd wordt:

- ste]. een llteratuuronderzoek In naar de verschljnselen die

het onrustig lopen van Wagens kunnen veroorzaken; hiertoe

behoort cok het raadplegen van deskundigen, die met soort.. gelijke problemen hebben te maken;

geefeen diepgaande analyse van alle factoren, die de

loopeigenschappen van de meetwagens be!nvloeden;

- geef een kritische beechouwing van de door het N.S.F.,

ter correctie van de ].00pelgenschappen, toegepaste meet-..

methoden en geef, Indien hlertoe aanleidlng bestaat, voorstellen tot verbetering.

verricht a]. die metingen die nodig zljn orn de optredende

verschijnselen nader te onderzoeken; tracht daarblj zovee].

mogelljk de lnvloed van de afzonderlijke factoren te

be-palen;

geef de resultaten van de metingen duidelijk en overzic

telijk weer en trek daarult de conc].usies.

stel een staat van eisen op waaraan een s].eepwagen dient

te voldoen, zowel uit meettechnisch als uit conetructief

oogpunt gezien (dit laatste met betrekking tot de staal.. constructie, de. loopwielconstructle en -ondersteuning, de zeleidIng, de aandrijving, de bestu.ring en de rails met ondersteuning.

- geef voorstellen tot verbetering van de construct le en werk deze nader ui-t.

Het bovenstaande dient slechts als richtlijn, volgorde en indeling kunnen bij de ometandigheden worden aangepast, cok een meer theoretische aanpak van

een

of meer deelprobienien is niet ultgesioten, indien dit in de loop van het onder..

zoek nuttig b].ijkt. Indien bu de metingen niet van

be-staande apparatuur gebruik kan worden gemaakt, dient een

ontwerp van de gewenste apparatuur te

worden gemaakt.

Steeds dienen de eigenschappen van de gebruikte apparatuur zowel als van de hiermede

verkregen

metingen nauwkeurlg te worden

geanalyseerd.

(8)

RAPPORT Nr. 289 BLAD Nr. 4,a

Het versiag ai in belmopte vorm een heider en systematiech

overzicht dienen te geven van de toegepaste werkvijzen, van

de conciusie

en van de

voorstelien. De .iitwerking van de

verschil].ende onderzoeklngen dient te

worden ondergebracht

(9)

RAPPORT Nr. 289 BLAD Nr5

Ljteratuur,

H.Hser: Laufstabj1jtt und Fahrtviderstnde eines

Lauf-krans bei verschiedenen Laufradarten,

Disser-tation TH Braunschweig 1954.

J. Billich: Die Se1tenkrfte bei Laufkranfahierken, Fordern und Heben 14 (1964), S. 163/172.

W. Leven: Die Reibung zwischen Rad und

Schiene, Org. f.d. Fortschr. d. Eisenb.-wes. 96, (1941)

11. 21, S. 333-346, H. 22, S. 349-359.

P.T.Barwefl: Einige Ergebnisse iber Reibung und

Ver-sch].eiss unter besonderer Bezugnahme auf die

Reibzahl zwischen _Rad und Schiene, Glas. Ann.8]. (1957), S. 25-36.

M.Schef f 1er: Umfangskfte an den Laufrdern eines

Stat-nfahrwerks mit

Einzèlantrieben,

Hebezauge und

Fordermittel 4

(1964),s.

_375/77.

J.]. Kalker:Djssertatje4 On the rolling contact of two

elastic

bodies

in

the

presence of dry friction.

F.G. van Zijp: De rustige loop van draaistellen voor

spoorweginaterisel V .M.F.-mededel

ingen

D.I. no. 10. 1959.

H.J.C.M. Dtsch: Het schranken MJ

ioopkranen. Rapport

no. C 16 van de Afdellng Transporttechniek.

(10)

Ir. C.P. Eelzer:. Laboratoriwn voor Voertuigtechniek,

Mekeiweg 2,

De].ft.

K.raayenbrink:

Kunststoffeninstituut T.N.O., Schoerunakers..

straat 97, De].f t.

Knes: Ned. Kabelfabriek N.y. , Schleweg 9, De].ft.

Prof. dr. jr. A.J. Wi].dschut: Afdeling der

weg

en

water

bou-wkunde, Oostplantsoen 25, Deift.

Schoeyunaker: Pjna Adam, Buitenviatersloot 317, De].Í't. : Machinefabiek Bierene, Ti].burg.

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN ThAÑSPORTINRICHTINGEN

RAPPORT Nr. 289 _{BLAD Nr.5a}

Met onderstaande personen zijn gesprekken _{gevoerd i.v.m.}

het onderzoek,

E. Baas: Laboratoriwn voor

_{Scheepsbouwkunde,}

_{Mekelvzeg 2,}

(11)

i.

Inieidlng.

1.1. Ret Nederiandsch'Scbeeixsbuw)u±4ig.. 'Proefztatian.

RetNeder1andoc

_{Scheepsbouwkundlg Proefetation ( N.S.P. )}

te Vageningen, Internatlonaal bekend als N.S.M.]3.

( Nether..

lands Ship Model Basin ), is In 1929 ontstaan uit een sa-.

menwerking tussen de Staat der Nederlanden eñ een combi-.

natie van vier grote rederijèn.

Het proefetation heeft tot doel het ontwikkei.en van sehe..

pen, echroeven en roeren met optimale afmetingen, of

meer algemeen de ontwikkelthg van elk varend of drljvend

object niet hydrodynainisch verantwoorde eigenschappen.

Dit doel wordt, behaive door zuiver wetenschappelijk

onderzoek, voornamelijk bereikt door het ultvoeren van

proeven aan schaalniodellen en de analyse van de resulta..

ten daarvan.

0fchoon de theorie van de voortatuwing grote vooruitgang

heeft geboekt zedurende de laatete twee decennia, blljft

eon empirisch onderzoek aan 8chaalmodellen vereist voor

een snelle en concrete beantwoording van vragen vn de

industrie.

Voor het onderzoek aan de schaalmodellen

van schepen laat

men deze varen in een

kanaalvorinige tank;

eon

sieeptank.

Het echeepsznodel wordt daarbij begeleld door

een sleep-.

wagen, van waaraf de waarnemingen aan het model worden

gedaan. In vijf verschillende sleeptariks kan men diverse

proeven doen san allerlei scheepetypen, terwijl voor de

ontvzlkkeling

van scheepsacbroeven twee cavitat letunnels

gebruIkt worden. Speolaal

het verschijnsel van cavitatie

aan een scheepasebroef wordt hierin beetudeerd.

De scheepamodellen van paraffinewas of van hout en de

schroefmodellen worden in eigen modelmakerijen gemaakt.

Het

Proefetatlon, waar ca 300

niensen Werken, bevat onder-.

meer nog

tekeitkaTnera,een Instrwnentmakerij., afdelingen

voor service en ontwikkeling van apparatuur op het gebied

van de meet- en

regeltechniek,

electronica en sterkstroom,

een rekericentruin en

een bibliotheek.

1.1.1. Sleei,tanke.

Er zijn in de loop van de jaren, sinds de oprichting

van

het N.S.P. vijf eleeptanks gebouwd, elk met versehillende

mogelijkheden, te veten: een

diepwatertank, een hogesnel-.

heldetank, een binnenvaarttank, een zeegangstank

en een

golf stromingetank.

D

naam van de tank geeft al enigszlne aan het soort proe..

ven welke in de tank gedaan kunnen worden.

(12)

L -

Hoofdafrnetjngen van de tanks.

De diepwatertank heeft een ].engte van 252 in, een breedte

van 10,5m, een diepte van 5,5

in

en is daarniee de tank

met de grootete. waterinhoud.

De hogeenelheidstank met een lengte van 212 in, een breedte

van

in

en oen diepte van 4

in

is voor het doen van

exeri-meriten met hoge sneiheden. In deze tank kunrien golven wor..

den opgewekt

d.rn.v. een

golfopwekker.

De bftjenvaarttank is speelaal gebouwd voor hat beproeven

van binnenvaartschepen en b.v. duwbakcozabinaties. Deze

tank is 212

in

lang, 15,75

in

breed en 1,20

in

diep.

De zeegangstank heeí't de volgende afmetingen: lengte 100 in,

breedte 24,5

in

en een waterdiepte van 2,5 in.

Het

bassin

is in breedterichting in drie delen gedeeld nl. een gedeel..

te waarin de golven worden opgewekt, eenmeetgedeelte en

een gedeelte waarin

het

strand voor het deinpen van de gol..

ven is aangebracht. De golven kan men varieren in richting,

hoogte en lengte. Hiermee kan een zeegang op zeer realiz-.

tische wijze worden nagebootst.

Als laatete

is gebouwd de golfetromingetank (1964).

Deze

tank, die 60 m lang en 40

in

breed is, heeft een geringe

waterdiepte van rnaximaal 1,2 in. Men kan niet alleen gol-.

ven in

elke gewenste richting opekken, maar ook hat va..

ter laten stromen. Hierin worden kleinere schaalmodellen

beproefd, die men radiografiseb bestuurd kan laten rond

varen. Ret manoivreren van achepen In b.v. een haven onder

moeilijke omstandigheden, ala goifslag,

stroming en wind,

kan in deze tank gesimuleerd worden.

1.1.2? S1eewágen8.

Boyen de vier eerstgenoemde tanks rijden aleepwagens. Daze

dienen orn waarnemingen aan het scheepamodel t.e

kunnen doen,

tijdens de voortgang van het model door het water. Er zijn

proeven, waarbij het model geeleept wordt, maar het'komt

vakei'.

. voor,

dat het model zieh zeif voortstuwt en dan

zal de wagen het model alleen begeleiden (sturen). De

wa-gen rijdt over rails, die op de lange zijden van de tank

liggen. De afmetingen van de wagen worden dus hoofdzakelijk

bepaald door de breedte van de tank.

Hier voigt nu een kort.e besch.rijving van de wagens, waar-.

aan in verband met dit onderzóek metingen z.ijn verricht nl:

de binnenvaarttankwagen en de

hogesneiheidawagen.

De bjyinenvaarttankiaen, (B.T..wagen)

Het friìne. De wagen bestaat uit een rechthoekig frame met.

uitvendlge afmetingen van 14,5

in

x 17,25 in, en Is

(13)

L

_{LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN TANSPORTINRICHTINGEN}

die de tank overspannen en twee langsllggers, breed 1,10 m, en hoog .1,60 m, die de emden van de hoofdliggers

ver-binden ( fig. i.).

De liggèrs hebben een vakwerkconstructie.

De open ruimte, die ontstaat binnen de vier liggers, wordt

in 1engter1ching van de tank overspnnen

door

een meet.brug

zowel rtikaal als zijwarts verstelbaar Is, en

beyes..

tigd. Is aan de hoofdliggers. Op de meetbrug staan opgestel4

de meetapparatuur voor de waarnemthgeh aan de modellen en de bedIenInsapparatuur van de wagen.

RAIL.

_{f R.LICI4rIIIG}

I LEIDRAIL

+

o-b

*14

De wagen wordt ondersteund door vier wielen. De kussen

-blokken, waarin de wielassen draalen, zijn zonder enkele

vorm van vering of dexnping direct op de balken

van het

frame gemonteerd. De

_wagen

word.t op de rails gehouden door

vier horizontale leidwielen, die lopen op de flanken

van

en rail, de

leId.raIl.

Loopwielen: diem.

1400

iimi, breedte 65imn.

Lei.dwlelen: dIem. 240 , breedte 30 .

Aandrii,viri.1k wiel wordt aangedreven door

_een

electro-motor, met als vertraging

een wormwielkast.(

_{1=22). Tussen} wormwielas en loopwielas: bevindt zich een cardnkoppeling.

Gegevens.

electromotoren:

Pabrlka:at: Smit Siikkerveer.

Type 6-24/12 no. 47102

110 volt 134 Amp.

17 Pic. 12,5 Kw.

Gelijkstroom

shuntachakeling,

Bekrachtiging 220 volt

1,1 Amp.

Fig. i. Schema B.T.-wagen.

O.= HOOFDLIcE&.

b: L.ANCZL!CCE&

C.

I'lEErBAu&

MEKELWEG 2 DELFT

le

+

a.

b C

(14)

Remmen. Het remen kan geschieden elecbrisch met behuip

van de electroinotoren en mechanisch door middel van

pneumatisch bediende reias].off en op de loopwielen. Aan

het einde van de tank ligt een reinrai]., die de wagen moet kunnien

afreminen blj het nj den met de, hoogete sneiheden. De

rerail is een echuinoplopende binnenrail, waar de wagen

met remsioffen oploopt. Op deze wijze wordt een zeer korte

reeg verkregen, omdat de rolbeweging wordt veranderd In

een glljbeweglng met grote.wnijving. Deze methode

voor-kont besohadiging aan loopwiel en rail bIj enel afreniinen.

Gegevens.

Gewicht van de totale

Max. wieldruk

Max. sneiheid

Max. verenelling

Max. ventraging

Rails.Type: zwaarste spoorweg-prouiel met een kopbreedte

van 65 n

nabewerking. De loopvlakken van beide rails

en de flanken van de leidrail zljn viak geschaafd.

Lengte ralistuk

¡

9500

.

Afstand. .railondersteunirig

:

4'90 r.

Hoçzesnelheidswagen(H.S._wagen.)

RAPPORT Nr. 289 BLAD Nr.9

wagen.

52000 kgf.

15000 kgf.

4fl2/sec.

:

0,5 rn/sec.

:

l,25:m/sec

O: WDOFtlICEsQ

b:

¿.4w..sLICGEA. C.: MEEr6RL/G

d :

,IEErPLATFORM

Fig. 2. Schema R1S.-wagen.

oxoo

5o

#.J= LOOPWIE.L 1- =

(15)

Frame. De wagen bestaat uit. een rechthoekig frame met

uI1tvendige

afmetingen van 6,70 x 4,80 ra, waardoor een open

ruimte van 4,30 x 3,30 m omzloten wordt

( fig. 2.).

Het frame is opgebouwd uit twee hoofdliggere, die de tank

overspannen en twee langsliggers, die de emden van deze

hoofdliggers verbinden. De vakwerkcoristructie bestaat uit

kokerproflelen en heef t een hoogte van 2,50 ra.

De genoerade open ruimte wrdt in lengterichting van de

tank overspannen door een meetbrug, die verstelbaar is in

hoogte en bevestigd is aan de

hoofdllggers.

De meetbrug la eenvoudig te.vervangen door een andere brug,

waarin een oscillator Is gebouwd. Aan weerszlj den van de

meetbrug bevindt zieh een meetbordes.

Wielen. Het wagenframe wordt ondersteund door 4 wielen, en

wordt op de rail izehouden door vier leidwielen, waarvan

er twee

( L2 en L3 )

star op het frame zljn bevestigd en

twee

(Li en L;-4 ) door middel van een

veer op de flank van

de leidráil wordgedrukt. De loopwielen hebben geharde

en geelepen loopvlakken en zljn vervaardigd uit gietstaal.

Loopwielen: diam.

1000 mm

breedte

70 .

Leidwielen: diam,

200

,

bréedte

35 .

Aandrjj.yjr,, Elk loopwiel wordt afzonderlijk aangedreven

door een electromotor. Een rondsel op de motoras grljpt in

een tandkrans op het wiel, met een reductie van 1=8,3.

Gegevens electrornotoren:

Fabrikaat:

it Slikkerveer,

Type: G 27/16

no. l-5348..1A

140 volt

350 Amp.

56.5 Pk.

41,5 Kw.

2000 0mw/min.

Gelijkstroom ..shuntschakeling,

Vreemd bekrachtlgd

40 volt

11,5 Amp.

Reimnen, Luchtdrukreinmen zorgen voor een vertraging van

2 m/sec

met een totale remkracht van 3000 kgf verdeeld

over 4 reinachoenen, twee aan elke zijde van de wagen, die

de zljkanten van de railkop grijpen. Cok op de

electro-motoren kan worden afgerernd.

Gesiev ens.

Tanklengte: 214m,

Nuttige tanklen,gte:

Max, sneiheld

Max. versnelllng

:

Max. vertraging

180 ra,

12,5 in/sec,

1,5

m/se,

2

in/sed.

Gewicht van de wagen : 16000 kgf.

Max. wieldruk

:

4800 kgf.

MEKEIWEG 2 DELFT

BIj max. verenelling

_{sneiheid en vertraging zljn:}

aanloopweg :

52 ra

8,35 sec.)

meetweg

: 81 ra

(6,5

sec.)

(16)

L_ -

_{LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN TANSPORTINRICHTINGEN}

RAPPORT Nr. 289

_{BLAD Nr. ii}

Wlndweerstand

ca. 8Ö kgf.

Modeiweerstand

ca. 60 kgf.

Roiweerstand

ca. 40 kgí'.

Ralle.

_{Profiel IP 46; het zwaarste spoorwegprof}

_lei

_{xiet een}

kopbreedte van 70

na bewerking. De loopvlakken van

beide rails en de flanken van de leidrall zijn viak

ge

schaafd.

Lengte van een rallztuk :

9785

.

Afetand railondersteunlng: 515

.

De ligging van de rail bepaa].t in belangrijke

_{mate de}

rijelgenachappen van de wagen. Daarom la het noodzakelijk,

dat de rail goed ugt en indien nodig

00k

_{bijgesteld kan}

worden. Piguur 3 toont een schema

_{van de railondersteuning}

en de verstel.moge.lijkheden. Met behuip van de bouten kan

de rail In elke gewenste richting worden

_gesteld.

+

m

UM

mii

-Ip-

nAIfrÄ

L11

DOOR$wf.DE.

40'm'?vz

VE &S P&OÑ C.5 W

Pig. 3. Schema ra

ilonder8teuning.

1.l.3.Metjngen aan acheeps-en

achroefmodellen.

Metingen aan de acheepa.. eu

_{schroefuiodeiien ziju zeer}

uiteen1operd van aard. Enicele van de meest

_voorkomende

proeven worden hieronder in het kort beschreven.

De weerstandsproef. Hierbij wordt

_{e weeretand gemeten,}

die hét vaartuig met aanhangseis

_{tljdens het varen blj}

verschlilende sneiheden ondervindt.

_{Aanhangsels van}

schepen zijn b.v. asbroeken, aedragers,

_{roeren, straal..}

buizen, kimkielen

(17)

]. .2.

RAPPORT Nr.289 BLAD Nr. 12

en het moment aan de achroefas geineten met behuip van

een dynaxnometer bij verschillende :snelheden èn

d.iep.-gangen ( onbelast en belast ).

De "vrijvarende

proef. Dit is een proef orn de eigen

schappen van een schroef in een karakterlstiek vast te

leggen. 0m de invloed van ht schip te vermijden, wordt de

echroef aan een lange as v6or een standaard scheepaìnodel

gemonteerd.

De

nuvrproef. Het bepalen van de wendbaarheld van

een scMp.en het effect van een roer of andere aanhangsels.

Het bepalen van de tijd waarin een schip kan worden

afgereind.

De stabilisatie-proef. Hiez'bij worden gemeten de zes

be-wegingsmogelijkheden van eeri schip niet de daarbij optre..

deride krachten, sneiheden en versneilingen.

De scheepstermen voor de zes bewegingen van een schip sijn:

schrikken, verzetten en dmpen voár transiáties in resp.

1egterichting, dwareichting en loodrechte richting en

s].ingeren, stampen en gieren voor rotaties orn resp. de

lengte-as, de dwars..ae en de vertikale as door hét

zwarte-punt van het schip.

Voor het meten van de slingerbeweging en de stampbeweging

wordt gebruik gem.aakt vari een vértikale.gyroscoop.

Het onderzoek.

1.2.1. Aanlejdjng tot het onderzoe],.

De aanleidirig tot dit onderzoek is geweest het onbevre-.

digerid lopen van de hogesne'lheidswagen. De term

tonbe-vredigend

lopenu kan men vanuit twee verschillende

standpunten benaderen:

Het meten sari het scheepsmodel. Sneiheidevariaties en

trillingen van de wagen atoren of verstoren de inetingen,

Het bedienen van de wagen en het onderhouden van de

wagen en de rail. Trillingen en stoten van de wagen

ervaart het bedienend personeel als onaangenaam. Een

rustig lopende wagen geef t een gevoel van velligheid.

Het steeds opnieuw moeten instellen van de wielen, de

tandlngrijping en de rail kost veel moelte èn tïjd.

ad.a. Bij het meten san de scheepsmodellen bestaat het

onbevredigend lopen uit het trillen en stoten van de wagen

en de sneTheidsveranderingen tijdens het doorlopen van de

meetweg.

Bij de zogenaamde loavarende proeven zijn bovengenoemde

bezwaren niet zo nadelig als bij de mechanisch gekoppelde

proeven.

Een loavarende proef,

ia een proef waarbij het model

geen of bijna geen contact heeft met de wagen. Het model

MEKELWEG 2 DELFT

(18)

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN TRANSPORTINRICHIINOEN

heeft een eigen voortstuwing of wordt voortgetrokken door

een systeem, dat los van de wagen gedacht kan worden.

Het systeem is een soort balans, waarmee

snelheidsverschil-len tussen wagen en model kunnen worden gecompenseerd.

Blj mechanisch gekoppelde proeven is het scheepsmodel

aan de wagen gekoppeld met b.v. een meetarie. voor positie

bepaling. De meetarm is met rekstrookjes beplakt,om de

krachten, die hot model op de meetarm uitoefent te kunnen

bepalen. Trillingen van de wagen kunnen de meetarm in

beweging brengen en daardoor de meting storen. In welke

mate deze storing hinderlijk is bangt geheel af van de

ometandigheden zoals b.v. de elgenfrequentie van de

meet-arm, de sterkte van het te meten signaal, de mogelijkheid

orn het stoorsignaal weg te filteren, enz.

Tot nu toe worden de metingen zo goed mogelijk aan de be

staande toestand aangepast. Dit betekent een beperking van

de meetmogelljkheden en het zal duidelljk zijn, dat als de

wagen trillinsvrij loopt, er meer en beter gemeten kan

worden.

Snelheidsveranderingen zijn ook storend. Vrijwel alle

proeven möeten worden uit evoerd blj een constante snel-.

held. De sneiheid wordt als en constante in de bewerking

van de meetegevens openomen. Ben snelheids-afwijklng

van enkele procenten over de gehele meetweg is vanuit

dit gezlchtspunt acceptabel.

Snelle snelheidsveranderingen, aihoewel enkele procenten,

kunnen grote versnellingen zijn met als gevoig grote

ma s s akr achten.

Deze mas3akrachten zijn storend bij weerstândsmetingen,

voortstuwinsmet1ngen en positlemetingen. De grootte

van de massakracht is niet alleen afhankelljk van de

versnelling, maar ook van de massa van het scheepernodel. 0m de

orde van grootte aan te geven voigt hier een rekenvoorbeeld:

Massa van het scheepsniodel is 2000 kf.

Wrijving van het model in het water Is

: 10 kgf.

Stel, dat de versnellingskrachten kleiner

jrioeten zijn

dan .5 kgf=50 N.

K=m.a. De versnellingen raogen dan

niet groter worden dan

50/2000=0,025 rn/sec2.

ad. b. Hot onbevredigend lopen betreffende de ervaringen

van het bedienend personee]. bestaat uit het trillen en het

stoten van de wagen en het ree1m.tlg opnleuw moeten

ultrichten van wielen, tandingriJping en rail.

De zeer stijve constructie van de wagen rust ongeveerd op

de wielassen. Gehardegletijzeren wielen lopen over stalen

rails. Zeer kleine oneffenheden van 0,1

worden, als

de wielen erover rollen,ervaren als stoten. Degeheel

'

gelaste constructie heeft geen dempende werking everimin

(19)

De aandrijving van de vielen geschiedt door middel

van

rondsel en tandkrans.

De tand.krans la aan het wie],

be-vestigd; het rondsel Is op het ver].engde van de

electro-motoras gekronipen. Het uitlijnen van rondsel

en tandkrans

en

het instellen van de tandapeling is uiterst last 1g,

door-dat de motor

ondersteboven aan het wagenfraine is

gemon-teerd. Het loasen van de fund.atiebouten van de motor heeft

direct een verplaatsing van de rondselas tot gevoig.

Daarbij koint nog, dat de motoras onder belasting

_aanien4ijk

vervormt., hetgeen uit eerder gedane metirigen Is gebleken.

Dientengevolge is de tandingrijping siecht.

wat

tijdens

het nj den, gebrom en tnillingen veroorzaakt.

De

wagen wordt met horizontale leidwielen op de rai].

ge-houden. De oorspronkelljke leidwielconstructies b].eken

te zwak te zljn en werden vervangen door sterkere..

Hier-uit kan men afleiden, dat tijdens het rljden grote

dwara-krachten ontstaan, of' met andere woordnCdAtde.wagen.een

sterke neldng heeft te ontsporen.

Door

het uitlijnen

of richten van de wle].en hoopte men de dwarskrachten te

verminderen,

Na enite tijd b].eek dan, dat de wielen

_weer

ontateld waren.

Men verklaart dit als voigt.

De wagen

bestaat geheel uit

een gelaste conetructfe, zodat in-wendige épanningen In de

conatructie mogelijk zijn. Door de dynamische krachten

C

stoten) tijciens het nljden zouden de inwendle

spanningen

afnemen en zodoends de wagen vervonnien

_{en de wielen}

ont-steilen.

Voor het ultlijnen van de wielen wordt een stalen draad

honizontaal en evenwijdig aan de wagen

op eon hoogte van

de wielasseri gespannen. Tussen de draad

en hot wie].vlak

wordt op twee plaatsen de afatand gemeten

en zonoditz wordt

de stand van het wie]. gecornigeerd. De al' stand vrordt

geineten met een meetstift. Het bezwaar

van een stalen

draad als referentielljri is het felt, dat deze onder

de

druk van de meetstift ultbuigt. 0m contact tussen meetstlft

en meetdraad te kunnen constateren, zonder druk op de

draad uit te oefenen zijn beide

opgenomen In een

elec-tnj.sch circuit, Zodra contact gemaakt wordt tussen

meet-draad en meetstlft gaat eenlampje branden. Deze

meet-.

methode voor het ultlijnen van de vielen kost veel

_tijd

en vereist veel ervaring.

1.2.2. Factoren, dIe de rïjkwaliteiten van de

_{wagen be!nvloeden.}

Factoren, die de nljkwaiiteiten van de

wagen benvloeden

worden In de volgende systemen ingedeeld.

4e rail en de railond.ersteuning,

het wie]. en de wielophanging,

de aandrljving,

de constructie van de wagen,

de gelelding.

(20)

L

_{LABORATORIUM VOOR I-1 EFWERKTUIGEN EN TANSPORTINRICHTINGEN}

ad. 1. De rail en de railondersteunin.

- iiging van de rail,

- gelijkvormigheid. van de doorsnede, - materiaaleigenschappen,

- wljze van ondersteuning; continu of discontinu, - kwaliteit van de raillassén.

ad.2. Het wiel en de wielophanging.

- stand van het wie]. t.o.v. de rail; met of zonder schrank.-hoek, loodrecht of gekanteld,

- afmetingen van het wie].; diameter, 'oreedte, rondheid,

vorm van het

].00pv].ak,

gelijkvormlgheld van de wielen

onderling,

- materiaal van het wie]. en het loopv].ak,

- elasticiteit van het wiel, het loopvlak en de

wielop-hanging.

ad. 3. De aandrijving

- aantal aangedreven wielen,

gelijkvormigheid in motorkarakteristieken,

- speling in het aandrijfrnechanisme; osci].].atìe in combi-natie met de regeling,

- verschil].en in onderlirige wieldruk, de e].ectronische regeling.

ad. 4. De constructie van de wagen.

- afmetirigen; verhouding van radstand en ralibreedte,

- stijfheid van de constructie; eigenfrequentie,

demping van de constructie, gewicht en gewichtsverdeling. ad. 5. Geleiding van de wagen. - santal leidwielen,

- afmetingen,

plaats van de leidwielen,

- speling of voorspanning tussen leidwie]. en rai].fiank,

- elasticiteit van de leidwielconstructie, - materlaal van het leidwiel.

Vele van deze factoren zijn gedurende het onderzaek aan

de orde gekomen. Het is niet mogelijk orn van elke factor aÍ'zonderlijk de lnv].oed op de rijeigenschappen te bepalen. Het is een samenwerkend geheel. Verandering van een

be.-paalde factor beinvloedt oak de eigenschappen of gedra.-

-gingen van de andere factoren.

Bij dit onderzoek is voora. aandacht besteed aan de

sy-stemen van wie]. en wielophanging, rail en

(21)

verricht aan het systeem van de aandrijvlrìg. Dit systeem

kan men eplitsen in een mechanisch ge.deeite( transmissie en koppelirigen), een electriech gedeelte (electromotoren,

besturing en voeding) en een electroniech gedeelte

(elec-tronische regeling).

Wat het mechanische gedeelte betreft. worden in hoofdstuk

7 veranderingen voorgesteld, die gebaseerd. zljn op de

resultaten van dit onderzoek. He.t electrlsche en

electro-nische gedeelte valt buiten dit onderzoek.

2. Metlngen.

2,1. Overzlcht van de uitevöerde metingen.

Het nuìer achter elke meting verwijst naar een bladzljde

van de bijiage, waar de meting uitvoex'lg wordt besproken.

Metingen aan de binnerivaarttankwagen (B.T.wagen).

Blz.

Versnelllngsmetlngen. 64

Schrankproef. 72

Llggerrotatle-.metlng 74

Meting doorbuiging van de rails 75

Metingen aan hogesnelheldstankwaen (H.S.-wagen).

5.Leldwie].krachtmetlng 77

arskrachtmeting aan een loopwiel 7

Leidwie1'achtmetlng met diverse veren in de

leidwielconstruct le 92

Ra.i1kopbreedtemetlng 93

Metingenvan rallafwljkingen in y-richtlng 97

Metingen van wleldrukvarlatles 98

Rallhoogtemeting 104

Meting van de krachtpuntverp].aatslng van de

statische wleldruk 109

2.2. Bespreklng van de metingen.

De metingen 1 t/m 12 zljn uitgevoerd lnde volgorde zoals ze In het overzicht aljn opgenomen. De voigorde

van de met ingeri Is niet' uitgevoerd volgens een tevoren

opgesteld plan. Een bepaald facet Tan een meting, b.v.

een stoorsignaai , gaf aanleldlng tot het doen van ¿en

of meer andere metingen.

De eerste vier metingen werden aan de B.T.-wagen verricht,

omdat de H.S..-wagen in die periode bulten bedrijf was.

(22)

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEÑ EN TANSPORTINRICHTINGEN

RAPPORT Nr. 89 BLAD Nr. ₁₇

Versnellinsmet1ngen aan B.T.wagen.

Deze meting heeí't tot doel de snelhe.idsvariaties in rij

richtinir te bepalen. Snelheidsvariatie in rijrichting is

ee.n van de hinderlijke factoren, die bij metiriren aan

scheepsmodellen optreden. De meting werd. uitgevoerd met

eeri veranellingsopnemer. Blj de meting is gebleken, dat

diverse stoorsigna].en groter waren, dan het gewenste

signaal van de snelheidsvariatie. Het is dan ook niet

gelukt de snelheldsvariaties in rijrichtin.g te bepalen.

0m de oorsprong van de stoorsignalen te kunnen vaststellen

werden trillinzsrnetlngen gedaan op vier punten van de

wazen in de drie coordinaatrichtingen, een schrankproef,

een liggerrotatie..meting en een meting orn de doorzakklng

van de rail te bepalen.

Schrankproef aan B.T.-waen.

Met deze schrankproef werd bepaald de stijfheid van de

wagen in een horizontaal viak, 0m de elgenfrequentle

van een oscillerende schrankbeweging te kunnen vaststellen.

De gevonden elgenfrequentie bleek niet overeen te stemmen

met de frequentie van het stoorsignaal en het stoor-.

signaal kon hierrnee dus niet worden verklaard.

L1errotatie-.metjng.

Bij deze meting werd bepaald. de rotatie van een

knoop-punt van een in trilling zijnde ligger. De versnellings-.

nietingen in vertikale zin wezen uit, dat de langsliggers

van de wagen tijdens het rijden sen vertikale trilling

uitvoeren.

_{en versnel1insopnemer, geplaatst in een}

knooppunt van een ligger, zal t.g.v. de rotatie ter plaatse

een oscillerend signaal afgeven. Dit signaal zou het

stoorsignaal kunnen zijn. De rotatie van de I1ger in

een knooppunt, gemeten met behuip van een laserstraal,

bleek echter te klein orn als verkiaring voor het stoor

signaa]. in rljrichtlng te dienen.

Bij toeval werd de oorzaak van het stoorslgnaal gevonden.

Het bleek, dat een aantal verlichtingee].ementen

en hun

constructie door het rljden van dewagen in een heen en

weer gaande beweízing werden gebracht(3 Hz.). De beweging

van de verlichtingselernenten plant zich voort over de

izehele wagen en deze beweging werd dan ook gerneten.

Nadat de verlichtingselementen waren vastgesjord,

was het

stoorsignaal ongeveer

1/3 vanhet-oorspronkeljjke.

Desondanks is het gebleken, datwil

men de

_ne1héids...

'varlatjes in rljrichtingbepalen,

_{men tot sen andere}

(23)

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN TIANSPORTINRÌCHTINGEN

Meting doorbuiging van de rail va de D.T.

Deze meting werd uitgevoerd _{orn een verkiaring te vinden} voor de hinderlljke vertikale trilling van de meetbrug

bij een rljsne].heid van 2,75 rn/sec. De verenelli gsmet Ing

geeft bij deze sneiheid een duidelijke resonantletrifling

te zien met een frequentle _{van 5,5 Hz eneen verplaat}

singsamplitude van 0,5 mn.

Tijdens het passeren van een wiel was de doorbulging van

de rail midden tussen twee _{ondersteunInzspunten genilddeld}

0,2 n. Een wie]. hee±'t dus blj het rijden _{over de rail}

tevens een op en neer gaande beweging _{en door deze} bewe-ging wordt de wagen aangestoten.

De aanstootfrequentie bij _{een rijsnelheid van 2,75 rn/sec}

en een rallaondersteunjngsafstand _{van 0,49 ni is 5,6 Hz,} welke frequentie overeenkomt met de elgenfrequentie van

de meetbrug.

De doorzakking van de rail is de oorzaak van de vertikale

resonantie...trllling van de meetbrug.

De volgende etingen erden alle aan de hogesneiheids...

wagen en -rail verricht.

Leidwjelkrachtrnetj!lg.

De mate waarin de _{wagen van de rail wil lopen, dus de}

' mate van ontsporing kan worden afgeleld

uit de kracht, waarnise de wagen op de rails gehouden moet worden. Deze kracht treeop aan de leidwielen.

Blj een leidwielkrachtmeting _{aan ].eidwiel}

i

C L1, uig.2)

tijdens het rjden van de wagen bleek de _{leldwielkracht}

sterk te varieren. De _{emiddelde leidvrielkracht} _was

1200 kgf, het max. 2200 kgf. _{en het min. was 200 kgf.}

Het ver].00p van de leidwjelkracht _{bleek bij elke meting}

onafhankelijk van de rljsne].heid en goed reproduceerbaar

te zljn.

De

grootte van

_{de leidwie]Jcracht was onafhankelljk van:} - de r.ijsnelheid van de wagen,

de versnellingen en vertragingen van de

_wagen,

maar

afhankeiijk van:

-

de rijrichting en

- de plaats van de wagen op de rail.

Uit bovenstaande felten kan worden afgeleld, dat de stand

van de wie].en een oorzaa.k is _{van de leidwjelkracht en niet}

zoals v6r de meting was ver.ondersteld _een schrankbe-weging van de wagen tljdens het versnellen.

Als het wielviak niet samenvalt m _{de railrichtlng,}

tér-wiji het wiel toch in raliricliting beweegt, _{dan most er}

sen dwarskracht zljn, die de dwarsbewegln _{van het wie].}

realiseert. Deze d.warskracht wordt ontleend aan de leid-wielen.

(24)

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN _{TRANSPORTINRICHTINGEN}

RAPPORT Nr. 289 _{BLAD Nr. 19}

De leldwlelkracht vr ordt hoofdzakelljk _{bepaald door}

de dwarskrachten op de loopwielen voor ( w1 en w2 ig.2).

( is een arwljking van ca. 3,5 .% aan leidwieT 1, door

het felt, dat dit wIel 20 cm uit het hart _{van de loop-.} wielen

zjt1

_{de inv].oed van de dwarskrachten achter op het}

leidwiel voor lit in dezelfde grootorde) _{We kunnen dus}

steilen, dat de leldwielkracht _{voor de algebra.sche son is}

van de d.warskracht van wiel i en 2.

De leidwielkracht (K.) geeft _{geen aanwijzing voor de groot..}

te van elke dwarskracht afzonderlijk. _{0m de dwarskrachten}

te elimineren is het noodzakelljk _{ze afzonderlijk te bepa-.}

len. Dit heeft geleld. tot de _{dwarskrachtmet Ing.}

6. Dwarskrachtmet Ing aan een loopwiel.

'De _{dwarskracht, die de dwarsbeweging} _{van het wiel levert,}

als het wielviak een hoek _{maakt met de ralirichting,} heerst ook in het contactvlak tussen _{wiel en rail.}

( fig.4)

RA IL.R ICNT sIJ G

REUL.TE RENDE. ßa.4Ia GI NG / / D',IAR5aEWEÇlN&. R.OL&1CI4T,N G.

ROI. aEWE GING.

\A/I E. L.

(25)

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEÑ EN TANSPORTINRICHTINGEN

geeft vervormingen aan de constructie en we). de grootete vervormingen op plaatsen waar de conetructie het :slapst

is. De vervormingen kan men bepalen met behuip van

reketrook-jes. Het is dus zaak de vervorrnlngen daar te meten, waar

4e krachtstroinen van reap. wie). i en 2 zieh gespflts.t

hebben en waar de vervormlngen het grootst zljn. Ulteraard meet men rekening houden met andere krachtstromen, _{die de} meting kunnen verstoren.

De rekstrookjes werden geplakt op de horizontale kokerbalken

van de wielophanging. Blj het verand.eren van rijrlchting,

verandert de dwarskracht van richting en zo oak het

sig-nsa). van de rekstrookjes.

De grootte van de dwarskracht bleek afhankelljk te zijn van de stand van het wie)., met andere woorden van de

schrankhoek o(

Wanneer men het wiel zodanig verstelt ( draaien _{orn de z-as),} dat men tussen het signaal van vooruit en achteruit rijden geen nlveau-verschil meer constateert, dan heeft het

wie). z'n gunetigete stand en de dwrskracht is nul. Het overgebleven stoorsignaal heeft andere _{oorzaken. De}

volende

_{etlngen hebben allen tot doe). ghad een}

verk].a-ring voor dit stoorsignaal in de dwarskrachtmeting te

vinden.

7. Leldwleikrachtxnet.ing met diverse veren in de 1eldwiel

constructie Rallkopbreedte...meting,

Metingen van railafwij.klngen In y-rlchtlng, Railhoogte-.meting.

Bovenenoemde metingen gayen kleine afwijkingen te zien in railafmeting en railllgzing, maar deze konden _geen

verklang zijn voor het stoorslgnaal van de dwarskracht..

me t I ng.

.Metinen van de wieldrukvanjat les.

Een grote wleldrukvarlatie zou de dwarskracht kunnen _doen

fluctueren, want

D=p.N.

D= dwarskracht,

= wrijv ingscoef. N = wieldruk.

Daarnaast zou de dwarskrachtmetin _{kunnen worden verstoord,}

door het felt dat het sinaa1

t9fz.v.

_{de wieldrukvarjatje}

niet gehee]. geelimineerd wordt, omdat de wielophanig

niet precies syimnetriech le.

De wleldrukvarjat lea werden gemeten met twee rekstrookjes

van de dwarskrachtmetlng en twee dummies in _{een gewijzigde} schakeling. Ze bieken echter klein te zljn en de storing

op de dwarskrachtmeting bleef onverklaard.

Deze meting heeft wel een voordeel opgeleverd. _{Ze bleek n)..}

zeer geschlkt voor het opsporen van oneffenhederi aan wie1 en railloopvlak, daar steten op het wie.)., veroorzaakt door

de. oneffenheden tijdens het nijden, duidelljk werden

gere.-gistreerd. MEKELWEG 2 DELFT

(26)

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN T1ANSPORTINRICHTINGEN

RAPPORT Nr.289 _{BLAD Nr. 21}

12. Meting van de rachtpurtverplaatsing van de

statische wieldruk.

Bu _{vorige metingen is steeds aangenomen, dat de} _resui

tante van de statische wieldruk door _{het hart van het} wiel gaat. Ligt het wiel op de rai]. niet over de gehe].e

breedte aan, dan zal de resultante niet door het hart van

het wiel gaan. _{r ontstaat een moment op de liggers van}

de wielophanging. Dit moment is _{niet te onderecheiden van}

het moment t.g.v. de dwarskracht.

Door verandering in railligging zal tijdens het nj den

het krachtpunt verpiaatsen _{en zodoende een. wie seiend moment} op de we1ophanging ultoefenén. De grootte van het

momentane moment is afhankelijk van de railligging ter plaatse. Het venloop van het signaal t.g.v. _{het moment} is heen en terugnijdend hetzelfde; echter _{in omgekeerde} volgorde, terwiji het signaal t.g.v. _{de dwarskracht bij}

omkeren van rijnlchting _{van teken wisselt.}

Waarneming IX toont aan, dat blj de meest gunstige stand van het wiel, bij dwarskracht nui, het verloop van het

stoorsignaal over een groot gedeelte _{van de. rail bij}

heen- als hij terugnijden hetzelfde _is.

Het moment t.g.v. het verplaatsen van het krachtpunt is

op verschjllende _{unten van de rail bepaald. Hierbij werd}

de dwarskracht geelimineerd door het _{wiel even van de}

rail te lichten.( Het wiel dwarskrachtvrlj maken voor elk

meetpun.t) De spreiding in de waarden van het moment kent

overeen met de spreiding van het stoorsignaa]. voor het gemeten gedeelte van de rail.

De verplaatsing _{van het krkchtpunt van de statische}

wie].-druk tijdens het rijden, _{zou een verklaning binnen zijn}

(27)

Het wiel zonder dwarskracht.

3.1. In].eiding.

Het wie]. van

een sleepwaen moet in staat zijn deze wagen

t.e versnelien. De hiertoe benodigde _{verenellingakrachten}

worden ontleend aan de wrijving, die hearst

tussen wiel

en rail. Dank zij deze wrIjvIng heef t er kracht-overdracht

p].aats tussen wiel en rail. De maxlniaal over te rengen

kracht (Urn ) j afhanke].ijk van de wrijvingscoeffjcj

De krachtTh kan een wil].ekeurige richting hebben.

De kracht waarmee de wagen versneld moet worden Is een

tangentiale omtrekskracht (T).

'erkt In het eontactvlak alleen de kracht T, dan is

T U en T = Um .

/erkt

er in het contactvlak ook nog een dwarskracht D, dan

15 kleiner dan Um , want _Li V'TI

+

BIj een toenernende dwarskracht zal, bij een bepaalde

de beschikbare tangentiale omtrekskracht T _{kleiner worden,} of met ander woorden, de dwarskracht D consumeert de

wrijv Ing ten koste van de tangent laie kracht T.

Het Is belangrljk, de sleepwagen maxlmaal te _kunnen

ver-sne].len. Hoe korter de versnellingsweg, des te langer de

meetweg. BIj een snelhe1d van 12,5 rn/sec is de meettijd

slechbs

6,5 sec. Vandaar de noodzaak de dwarskracht aan de wielen te vermljden.

Het rljden zonder dwarskracht is in principe op. twee

manie-ren te verwzenlljken door:

het wiel te sturen. Dit sturen kan op twee manieren

geschieden en wel met een actIez. en een passiefstuur mechanisms.

de dwarsbeweglng van het wiel te realiseren zonder _er een dwarskracht op uit te oefenen. Hierbij gaan we er

vanuit, dat er steeds een hoeko( bestaat tussen

rail-richt Ing en rolrlchting, hoe klein deze ook moge zljn.

Er is dus steeds een dwarsbeweglng nodig _{orn het wiel in}

railricht Ing te doen bewegen. 3.2. ActieZ sturen.

Sturen betekent het waarnemen van een afwljklng tussen

de bewegingarichting en de rIlrlchting en het veranderen van

de atand.van het wiel zodat:. de afwijking kleiner wordt.

Een actiefetuurmechanlsme bestaat uit : een.opnemer, die

de stand van het wiel meet en een automatische regelaar, _die deze stand van het wiel vergelijkt met de gewenste stand

en dienovereenkomstig signalen doorgeef t aan een

serve-mechanlame, dat de stand van het wiel corrigeert.

Men zou alle vier wielen van de wagen moeten _{voorz len van}

een 'dergelijk stuurmechanlsme. Het zou een principlele opio ssing zijn, maar niet. zonder. problemen. Daarbij. Is

deze oplossing gecompliceerd, kwetsbaar en duur.

(28)

3.3. PasSief sturen.

Passief sturen heeft ook de kenmerken van waarnemen,

constateren van een afwijking en cOrrigeren, maar deze taken

worden hier verricht door het mechanisme van wie]. en

wielophanging zeif.

Het proces werkt als voigt:

Het wiel rolt over de rail. Op het tijdetipclat het wiel

zich beweegt in een richting

die afwijkt van de raliricli..

ting ontstaan er krachten.( De leidwielen dwingen inunere

het wie]. orn op de rail te blijven). Deze krachten

vervor-men de wielophanging, waardoor het wie]. een andere stand

gaat innemen en de afwijking corrigeert.

Voor de wielen van de hogesnelheidswagen hebben we dit

principe van passief sturen wat verder uitgewerkt.

In f iguur 5 is een schema van een wie]. en wielophanging

gegeven. De as van het wie]. Is gemoriteerd. op twee balken,

die een hoek van

450

maken met de horizontaal. Het

aan-rakingepunt tussen wie]. en rail, heeft een uitwijklng u

t.o.v. de hartlijn van de rail. We veronderstellen dat

het hart van het wie]. (M) loodrecht boyen het hart van

de rail wordt gehouden door middel van de kracht Da, die

geleverd wordt door de leidwielen.

In dit geva]. werkt er sen kracht D: aan de omtrek van het

wie]. (D=Da).

De kracht D zal sen moment ultoefenen op de balken.

Ten gevolge van dit moment werkt een kracht Fa op de

balk a In het punt A en een kracht

b op

de balk b In

het punt B. Beschouwen wein f Iguur Sb de

aangegeven-rijrichting dan moet het wiel voor correctie van de

afwijking u linksom draalen. Dit betekent, dat het punt

B in rijrïchtlng moet verplaatsen (

In fig. 5b naar

achteren) en het punt A zich tegen de rijrichtlng In

moet verplaatsen( In fig. Sb naar voren).

De vereiste verplaatsingen van de punten A en B wor-.

den verkregen door de krachten

en FB op de balken

aenb.

In fig. 5c is de balk a afzonderlijk getekend

. De in

punt A werkende kracht Is ontbonden in de krachten FA'

en EA" in resp. een richting loodrecht op de balk en

in lengterichting van de balk.

De vervorming van de balk t.g.v. de kracht

_{A' geeft}

het punt A sen verp].aatslng ZA. We zullen de

verplaat-sing van het punt A t.g.v. Ff verwaarlozen t.o.v. de

verplaatsinz z.

zA is te ontbinden in een horizontale verplaatsing van

het punt A, hA en sen vertikale verplaatsing VA. De ho-.

rizontale verplaatsing van het punt A is de vereiste be...

(29)

L --

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN. TANSPORTINRICHTINGEN RAPPORT Nr. 289 BLAD Nr.24

6a.

FaG. Sc RsRICHTING

FIG.

5d

MEKELWEG 2 DELFT -C Ri&ICHT1WG FA

(30)

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN ThANSPORTINRICHTINGEN

RAPPORT Nr. 289 .BLAD Nr. 25

In fig. 5d is de balk b getekend met krachten _{en ver.}

plaatsingen. De kracht Fi3 is nu riaar boyen gerïcht met

het gévoig dat de horizontale beweging ván _{het punt B,hB,}

tegengesteld is aan hA.

Door de horizontale verplaatsingen van de punten A en B wordt de stand van het wiel bij de gegeven rijrichting

in de juiste richtin,g gecorrigeerd. Men kan hier spreken

van een tegenkoppeling.

Nu veranderen we de rijrichting In fig. _{5 terwijl de}

uit-wijking u hetze].fde blijft. Voor een juiete correctie van

de uitwijking moet hèt wiel _{nu rechtsom draalen, due} te--gengesteld aan de hiervoor geechetete _{situatle. De krachten} op en de vervormingen van de balken blijven echter gelijk gericht, want deze worden bepaald door het _{teken van u.} Er vindt due meekoppellng plaats.

Voor correct sturen hebben _{vie drie gegevens nodig nl.:}

het teken van de ultwijking, de grootte van de uitwljklng, de rijrlchting.

Bij het bovengeschetste systeem wordt het teken van de

uitwijking aangegeven door de rlchtinß van D; de grootte van de uitwijklng wordt aangegeven door de grootte _{van D;} de rijrichtirigwordt echter niet _waargenomen.

Het systeem is in principe alleengeschjkt _{voor een rij} richting en dus ongeschikt voor de sleepwagen, _{daar deze}

in beide rijrlchtingen moet kunnen rljden.

Daai'naast dqen zich _{nog andere moeilijkheden voor. Kunnen}

de balken zo gedimensloneerd worden dat _{de vervorrningen}

t.g.v. de beschlkbar.e dwarskracht voldoende _{zljn orn het}

nodige stuureffect te kunnen leyeren? Uit metingen is

wel gebleken, dat de benodigde correctie zeer klein Is en voor de punten A en B in de grootorde van enkele 0,01 n

ugt. Hoe zijn de dynamische _{eigenschappen van het systeern}

en we].ke invloed oefenen de wielen op elkaar uit?

Daarbij treedt er blj dit mechanisme toch _{een dwarskracht}

op, die we in principe willen vermljd.en.

Al deze factoren deden one beslulten, dit mechanlsme niet verder te onderzoeken.

PassIefstuurmechanje van een draalstel.

Een ander voorbeeld van een _{passiefstuijrmechanjsrne vindt} men In een draaistel van b.v. een spoorwegrijtuig. Een _rij

tuigbak wordt meestal ondersteund door twee _{draaistel].en.}

(Een draaiste]. is _{een soort wagentje en beat twee of meer}

wlelstel].en.) Een draalstel is ze].fsturend, _{omdat voldaan is}

aan de volgende voorwaarden

1. de twee wielen van een wielstel zijn vast op n as ge-mont eerd (meedrasiende as).

(31)

dè loopvlakken van de wielen hebberi de vorm van een afgeknotte kegel.

de vier vielen worden samengehouden door een frame. In

dit frame zijn vering en demping in een horlzontaa]. vlak zodanig gekozen, dat de zogenaamde t)slnusgangu

beperkt wordt. ( zie f iguur 7a blz.28)

Pig. 6. Wieletel.

In fig. 6 is een schema van een wieletél gegeven. .,,:

Het etuurnechanjsme berust op de eigenschap van het kegel-.

vorznige loopvlak. Als het loopvlak

zich t.o.v. de rail

in dwarsriohting beweegt, zal de actieve of werkende dia... meter veranderen.

Op een recht stuk rails zal zich _{sen statioriaire toestand}

inste].].en, waarbij de werkende diameters van de wielen

gelljk zijn. De vielen hebben steeds een zelfde toerental

door het felt, dat ze op een as geinonteerd zijn.

Ren bocht

in de rail kan men

_{opvatten as een storing op}

het bestaande evenwicht. Bij, het ingaan van de bocht zal

het wielstel in eerste instantie rechtdoor blijven rijden.

Het wie]. aan de buitenzijde van de bocht komt daardoor op

een grotere

werkende diameter

en het andere viel komt

te-gelijkertljd op

een. kleinere

diameter

te rijden. Het re-.

sultaat Is, dat het wie]. In de

bultenbocht een

grotere

sneiheld krijgt dan het viel in de blnnenbocht en daardoor

gaat

het wielst.el de bocht door; er stelt zich

een

nleuw

evenwicht In. 1lke andere storing, zoals b.v. een afwijklng

in de railligging wordt op

soortgelijke

_{wijze gecorrigeerd.} Het kan zich voordoen dat door dynamische krachten bij

grotere sneiheden de

stationaire

toestand niet berelkt

wordt, naar dat het wielste].

een

schoìmneiende beweging

uitvoert orn de evenwichtstoestand.

De baan

van het wie]...

stel Is dan elnuevormig; vandaar de naarnsinuagang.

Bij het doorlopen van een afwljking uit

de

evenwicits-toestand

zullen de assen van een

draaistel een

draalende

(32)

LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEÑ EN TaANSPORTINRICHTINGEN

beweging inaken in een horizontaa]. vlak. Nu zijn stijfheid

en demping van het draaistel in ht horizontale. vlak zo.. dariig ge.kozen, dat de beweging an de assen t.o.v elkaar

wordt gedempt, waardoor de siriusgang tot een minimuuni

wordt teruggebracht. _{( fig. 7.) 3en rustige loop} _{van het}

draaistel wordt hierdoor verkreen. (7).

In principe zou een draalstel kunnen rijden zonder flenzen aan de wielen. Ze dienen echter als veiligheid wanneer de stuurcapacitelt van het systeem niet toereikend _{is bij}

een te grote storing.

B11j de bestaande sleepwagen is het niet moge].ijk een soort

gelijk passiefstuurmechanisme In te bouwen.

\T

(33)

1

r- > o-4

rI

- V)

XI

ox

_0O

rn

on

-4f' ç, -4 _{m m}

I-I

z 'o o' 'JAIAIAI'

---k WIEGVEER LWGHANGER AAGPOT -ii

L1%I W

MEGHANGER ONDERWIEG LLEGVEER 4ÎIGSLIGGER WRIJVINGSDEMPER LANGSLIGG DRAAGPOT VEER KOPBALK SCHUIFSTUK DR4AIKOM

(34)

3.4. De dWarsbewegjj van een vzlel zonder dwarskracht.

In het voorgaande Is ge8teld dat er geen dwarskraclit nodig

Is als het wielv].ak, dus de rolrichtlng, _{samen valt met de}

railhartlljn. In felte is het echter zo, dat er geen dwars..

kracht optreedt wanneer de afstand tussen rolrichtlng en ield.railflank constant blijft of m.a.w. wanneer deze evén..

wljdlg aan elkaar zljn. Dit geidt zow1 vcr de ìoopvxielen

op de leidrail, ale voor de loopwielen op de andere rail.

uit de metingen is gebleken, dat _{efwijkingen van de} leid-:

railflan.kert ten opzichte van diene hartlijn verwaarloosbaar klein zijn.

In het volgende betoog zullen we dan ook aannemen dat flan-... ken en hartlijri van de leidral]. evenwijdIg zijn.

Indien we een wie]. niet sturen neent het t.o.v. de wagen

een vaste stand in. Btj een ideale railligging, de rail ugt langs een rechte lijn, en een Ideale geleiding

van de

_wagen

IB de ligging van de rail t.o.v. de wagen langs de gehe].e

baari hetze].fde. In dit geval neent het wie]. t.o.v. de rail

een vaste stand In. Bestaat er een hoek o( tuseen bet

wie].-v].ak en de ideale railhartlijn, dan zal deze hoek langa de

gehele baan constant zijn. We zullen deze hoek aanduiden

met c , de constante sch.rankhoek.

In werkelijkheid zijn railligging en gelelding niet ldeaa]..

De rail ugt, wat overdreven uitgedrukt,in bochten. De _stand

van de wagen t.o.v. de rail za]. daardoor tijdens het rljden vooz'tdurend veranderen, waardoor cok de stand van het wie].

t.o.v. de ralThartlijn voortdurend verandert. Deze verande..

rende hoek tuseen wielviak en railhartiijn zullen _{we aan..}

dulden met

0(y,

de veranderende achran.khoek.

De momentane schrankhoek is de soin van o

en o(.

= O(+

v.

(Ale =-o.v, dan Is de momentane schrankhoek nul).

De constante schrankhoek word.t bepaald door de stand van

bet wie]. t.o.v. de wagen en de veranderende schrankhoek

wordt bepaald door de ligging van de rail en de kwaliteit

van de geleiding.

De nauwkeuriglield waarmee bet wie]. en de railligging kuranen

worden ultgericht, bepaalt dus de grootte van _o.resp.

,

Die nauwkeurlgheld ugt binnen zekere grenzen.

Hlerniee is aangetoond, dat er a].tljd een hoek bestaat tus-.

sen wielviak en leidrallhartlijn, hoe klein deze ook moge

zijn.

C TJltgezonderd wanneer o-oj.

Bestaat er een hoek tussen wielviak en leidrailhartlljn,

dan za]. bet wie]. een dwarsbeweging moeten maken, _{orn de rail}

te kunnen volgen. Zoekendenaar een wie]., dat deze dwars-beweging kan uitvoeren zonder dat daarblj een dwarskracht

optreedt zljn we ultgegaan van een zuiver theoretisch

con-cept; bet sectoren wie].. Daarna zijn we,rekenlng houdend

(35)

gekomen tot een bruikbaar wie].; het wiel met eau elastisch ioopvlak.

3.4.1. Hebt seotore-wiel.

Dit wiel is verdeeld in sectoren, die axiaal t.o.v. el1ar

kurinen bewegen. (fig. 8. ). Zijn de sectòren axiaa]. onbe-.

last dan liggen ze in

het viak van het wie]..

Laten we een dergelijk wie]. over de rail rollen onder een hoek 0

,

dan ontstaat de volgende situatie

De dragende sector rolt z'n boog af in de rolrichting. Het

hart van

het wel wordt door de wagen boyen de hartliju

van de rail

gebouden en beweegtzich dus

volgens de

hart-lijnrichting van de rail. De dragende sector heef t aan de

voet

een andére

bêwagingsricht Ing dan

aan de top en zal

dus uit het viak van

het wie]. buigen. Als de boog van

de

dragende sector afgerold is, is de ultbuiging maximaal. De volgende ector die

met de rail in

aanracing komt

be-vindt zieh voor

het moment van aanraken

boyen

het hart van

de

rail en zal op zIjn beu.rt gaan rollen en ultbulgen,

tot-dat de draagfunctle

weer

_{wordt overgenomen door een volgen..}

de sector. Het spoor, dat een

dergelijk

wiel achterlaat, Is in f iguur 9 sterk overdreven uitgebeeld.

Een dergelijk wiel Is practiech niet toepasbaar. Een wagen met vier sectoren-wielen staat In feite op vier sectoren, die slap zijn

in axiale zin. De

wagen is daardoor Instable].

en zal due instorten.

0m aan dit bewaar

tegemoet te

komen wijken we af van. bet

"ideale" wie]. met betrekking tot

de dwarsbeweglng

en zoeken

de oplosslrtg bij een meer reee]. wie].; het wie]. op elseti-sehe blokken.

Fig. 8. Sectorenwiel. a: draende sector, b:"net nog niet"

dragende sector.

RIcI4r, NC.

_gAiL4AR'rLN

ROLR.iCI4rJriIG-LABORATORIUM VOOR HEFWERKTUIGEN EN TANSPORTINRICHTINGEN

SEC rOR..ENw'LL.

Fig. 9. Spoor van het sectorenwiel.