FORSCHUNGSBERICIITE DES LANDES NORDRHEIN-WESTF ALEN
Nr. 2280Herausgegeben im Auftrage des Ministerprasidenten Heinz KUhn vom Minister fUr Wissenschaft und Forschung Johannes Rau
Dr. -Ing. Otmar Krettek
Institut fUr Fordertechnik und Schienenfahrzeuge der Rhein. - Westf. Techn. Hochschule Aachen
Ermittlung der Laufeigenschaften von Schienen.
fahrzeugen bei regelloser Erregung
Westdeutscher Verlag Opladen 1973
ISBN-13: 978-3-531-02280-2 DOl: 10-1007/978-3-322-88340-7
e-ISBN-13: 978-3-322-88340-7
©1973 by Westdeutscher Verlag. Opladen Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag
Vorwort
Vorliegende Arbeit ist Teil einer gr6Beren Untersuchung, die zurn Ziel hat, das Schwingungs- und Laufverhalten von Schienen- fahrzeugen rein theoretisch vorherzubestimmen, urn so optimale Lokomotiv- und Wagen-Konstruktionen zu erm6g1ichen. Die Anwen- dung der dazu erforderlichen mathematischen Systeme setzt die Kenntnis verschiedener charakteristischer EinfluBgr6Ben voraus.
In der Arbeit wird der Weg aufgezeigt, wie diese Gr6Ben, aus- gehend von praktischen Messungen, mit Hilfe von Digital- und Analog-Rechnern gewonnen werden k6nnen. Die Gr6Ben selbst wer- den angegeben. Damit wird ein wichtiger Beitrag im Rahmen der oben erwahnten Forschungsaufgabe geleistet.
Die Arbeit entstand am Institut fUr F6rdertechnik und Schienen- fahrzeuge der Rheinisch-Westfalischen Hochschule Aachen:
Direktor o. Professor Dr.-Ing. Johannes N6then
Die Verfasser danken dem Landesamt fUr Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen und der Deutschen Bundesbahn fUr ihre unter- stUtzung, ohne die diese Untersuchungen nicht roBglich gewesen waren.
Aachen, im August
1971Inhalt
1. Beschreibung des Problems: Fahrzeug und Gleis als
Schwingungssystem .•••.•••••••••••••••••••••••••••••••.• 7 2. Der EinfluB von Geschwindigkeit und Radlast auf das
Spek trum ••••••..•.••.••••.•.••••••••.••••.••••••••••••• 8 2.1. Theoretische Erorterungen •••.•••••.••.••••••••. 9 2.2. Der Dorr'sche Ansatz zur Berechnung von Eigen-
schwingungen •••••.•.••••.••••••••.••..••••••••• 11 2.3. Ein allgemeiner Ansatz zur Berechnung der Eigen-
schwingungen ..•••.•.•••.•••••••••••••••.••••••• 14 2.4. Das Normgleis •••.••••.••.•.••••.•.••••.•.•••••• 16 3. MeBtechnische Untersuchungen des Oberbauverhaltens ••••• 17
3.1.
3.2.
3.2.1- 3.2.2.
3.2.3.
3.2.4.
3.2.5.
3.2.6.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.6.1- 3.6.2.
3.6.3.
3.6.4.
3.7.
3.8.
3.8.1.
3.8.2.
3.9.
3.10.
3.10.1.
3.10.2.
3.10.3.
Einleitende Bemerkungen zur Beschreibung der MeBgroBen .••.••.•••..•••••••.•••••.••.•.•.•••••
Gebrauchliche beschreibende Funktionen •••••••.•
Die Verteilungsdichte •••••••••••••••••••••.••••
Die Momente einer Verteilung •.•••••••••••••..•••
Die GauB'sche Verteilung •..••.••••.•.•••••..••.
Die Zei tmi ttelung ••••••.•••.•••••••.•••••••••••
Die Korrelationsfunktion .••••••••••••.•••••••••
Das Leistungsspektrum ••••••••••••••••••••••••••
MeBstrecke und Versuchsprogramm ••.•••••••••••••
Signalermi ttlung ••.•.••••••••••••••••••.•••••••
Der Beschleunigungsgeber ••••••••.••••••••••••••
Signalauswertung ••••.•••••••••••••.•••••••••••.
Grundsa tzliches •...••••••••.•••••.•••••••.••.
Ermittlung der Verteilungsfunktion ••••••••••.••
Ermittlung des Leistungsspektrums ••••••••••••••
Das Auswertgera t •••••••••••.•••••••••••••••••••
Die entstehenden Fehler .••••.•••.••••••••••••••
Die notwendige MeBzei t •••••••.•••••••••••.••••.
MeBzeit bei Analyse der Amplitudenverteilung •.•
MeBzeit bei Analyse des Leistungsspektrums ••••.
Aufnahme- und Bandgeschwindigkeit •..••••••••••.
Die MeBanordnung .•••••••••••••.••••••••••••••••
Schaltungsaufbau zur Messung der Amplitudenver- teilung ••••.•.••.•.•••••••••••.•.•••••••••••..•
Probleme des Schaltungsaafbaus bei der Messung des Leistungsspektrums •••••••••••••••••••••••..
Schaltungsaufbau zur Messung des Leistungsspek- trums ••.••••.•.••...••...•••.••.••••..•••.•••••
17 17 17 17 18 18 19 20 21 22 23 23 23 24 25 26 26 27 27 30 38 39 39 39 40 4. Diskussion der Ergebnisse •••.•••••.•..•••••.•.•••••••.• 40 4.1. Grundlagen fur die Deutung des Spektrums .•••••• 41 4.2. Die Deutung der Spektren .••.••..••••••.•....••• 42 4.3. Das dynamische Verhalten verschiedener Oberbau-
arten •••.••....••..•.•.••••••••.••••••••.•..•.• 44 5
4.4. Vorschl!ge fur eine Verbesserung der Signal-
auswertung •••••••••••••••••••••••••.•••••.••••• 45 5. Die digitale Signalauswertung ••••••••••••••••.••••••••• 45
5.1-
5.2.5.3.
5.4.
5.4.1-
5.4.2.5.4.3.
5.4.4.
5.4.5.
5.4.6.
Vorteile einer digitalen Signalauswertung ••••••
Theoretische Ans!tze zur digitalen Berechnung ••
Der Anpassungstest •••••••••••••••••••••••••••••
Fehlerabsch!tzung und MeBzeit ••••••••••••••••••
Die erforderliche Schrittweite •••••••••••••••••
Die Fensterfunktion und ihre Deutung ••••••.••••
Berechnung der Standardabweichung der Analyse- punkte ••••••••••••••••••••••••••••••••••••.••••
Die Sch! tzformel •••••••••••••••.•••••••••••••••
Das Digi talprogr amm ..••••••••••••••••••••••••••
Der Schaltungseingriff ••••••••••••••••••••.••••
6. Zusammenfassung
45 46
5055 55 56
69 59 71 72 74
7. Verzeichnis der Formelzeichen •••••••••••••••••••••••••• 78 8. Li teraturverzeichnis ••••••••••••••••••••.•••••••••••••• 82 9. Abbi ldungen •••••••••••••..•.•••••••••••..•••.•••••••••• 83 Tabellen •••••••••.••.••••••.•..••••••••.••••••••••.••••••. 143
6
