Стенд для випробувань елементів рейкового транспортного засобу

Стенд для випробувань елементів рейкового транспортного засобу, який містить основну раму та приєднані до неї нижню і верхню рами, змонтоване на верхній рамі колесо з елементами буксового і ресорного підвішування, з'єднане з приводом, який містить послідовно з'єднані електродвигун, маховик, гідротрансформатор, редуктор та муфту, механізм вертикального навантаження, який містить гідродомкрат та механізм вертикального динамічного навантаження, імітатор рейкового шляху, який опирається на опорні і допоміжні ролики, встановлені на основній рамі, механізм подовжнього навантаження імітатора рейкового шляху, механізм горизонтального осьового навантаження, встановлений на нижній рамі з можливістю взаємодії з буксою колеса, упорні ро U 2 (19) 1 3 рейкового транспортного засобу шляхом розширення його функціональних можливостей за рахунок забезпечення оцінки розвитку пружних та пластичних деформацій в зоні контакта колеса з рейкою при різному стані поверхні рейки (суха, мокра, змащена тощо). Поставлена задача досягається тим, що стенд для випробувань елементів транспортного засобу, який містить основну раму та приєднані до неї нижню і верхню рами, змонтоване на верхній рамі колесо з елементами буксового і ресорного підвішування, з'єднане з приводом, який містить послідовно з'єднані електродвигун, маховик, гідространсформатор, редуктор та муфту, механізм вертикального навантаження, який містить гідродомкрат та механізм вертикального динамічного навантаження, імітатор рейкового шляху, який опирається на опорні і допоміжні ролики, встановлені на основній рамі, механізм подовжнього навантаження імітатора рейкового шляху, механізм горизонтального осьового навантаження, встановлений на нижній рамі з можливістю взаємодії з буксою колеса, упорні ролики, розміщені з можливістю взаємодії з боковими сторонами імітатора рейкового шляху, причому верхня рама розташована всередині нижньої рами з можливістю переміщення у вертикальному напрямку, а упорні і допоміжні опорні ролики розміщені на допоміжній рамі по обидва боки від осі колеса з можливістю їх переміщення силовими механізмами вдовж імітатора рейкового шляху, згідно корисної моделі, стенд забезпечено п'єзодатчиками, встановленими на колесі, багатоканальним підсилювачем з блоком виділення максимального сигналу, вхід якого з'єднано з виходами п'єзодатчиків, а вихід через щітковий вузол, який містить мідні кільця та графітові щітки, останніми підключено до входу запам'ятовуючого осцилографа, персональним комп'ютером з блоком вводу аналогово-цифрових сигналів, вхід якого підключено до виходу запам'ятовуючого осцилографа, виходів датчиків вертикального та горизонтального навантаження, тягового зусилля швидкості обертання колеса і швидкості руху імітатора рейкового шляху, причому мідні кільця щіткового вузла закріплено на осі колеса. Суть корисної моделі пояснюється ілюстративним матеріалом, де на Фіг.1 показано загальний вид стенда, на Фіг.2 - його вид зверху, на Фіг.3 блок-схему вимірюючої системи стенда, а на Фіг.4 - графіки вимірів інтенсивності акустичної емісії від вертикального навантаження та тягового зусилля колеса. Стенд для випробувань елементів рейкового транспортного засобу містить основну раму 1 та приєднані до неї нижню 2 і верхню 3 рами, змонтоване на верхній рамі 3, колесо 4 на осі 5 з елементами буксового 6 і ресорного 7 підвішування. Вісь 5 колеса 4 з'єднана з приводом 8, який містить послідовно з'єднані електродвигун 9, маховик 10, гідротрансформатор 11, редуктор 12 та муфту 13. Верхня рама 3 розташована всередині нижньої рами 2 з можливістю переміщення у вертикальному напрямі. Механізм вертикального навантаження 14, 15616 4 який містить гідродомкрат 15 і механізм вертикального динамічного навантаження 16, встановлено між нижньою 2 і верхньою 3 рамами таким чином, щоб він мав змогу переміщувати верхню раму 3 відносно нижньої рами 2 у вертикальному напрямі. Імітатор рейкового шляху 17 містить силові механізми 18 і 19 та змонтовані на основній рамі 1 опорні ролики 20, упорні ролики 21 і допоміжні опорні ролики 22, рейку 23, котра може переміщуватися на опорних роликах 20 та допоміжних опорних роликах 22, а також обмежувачі 24. При цьому допоміжні опорні ролики 22 і упорні ролики 21 розміщені на допоміжній рамі 25 по обидва боки від осі 5 колеса 4 з можливістю їх переміщення силовими механізмами 18 і 19 вдовж імітатора рейкового шляху 17, тобто відносно точки контакту колеса 4 з рейкою 23. Для імітації тягового зусилля колеса 4 відносно рейки 23, на нижній рамі 2 встановлено механізм подовжнього навантаження 26 імітатора рейкового шляху 17, виконаний у вигляді електромагнітного гальма. Механізм горизонтального осьового навантаження 27 встановлено на верхній рамі 3. Чотири п'єзодатчики 28 рівномірно встановлено на колесі 4 та підключено до входів багатоканального підсилювача з блоком виділення максимального сигналу 29, вихід якого через щітковий вузол 30, який містить мідні кільця 31 та графітові щітки 32, останніми з'єднано з входом цифрового запам'ятовуючого осцилографа 33. Персональний комп'ютер з блоком вводу аналогово-цифрових сигналів 34 підключено до виходу цифрового запам'ятовуючого осцилографа 33, виходів датчиків вертикального 35 і горизонтального 36 навантаження та тягового зусилля 37, котрі встановлені відповідно на механізмах вертикального 14, горизонтального 27 осьового навантаження та механізмі подовжнього навантаження 26 імітатора рейкового шляху 17. При цьому датчик тягового зусилля 37 розміщено між упорами 38 і 39, встановленими відповідно на механізмі подовжнього навантаження 26 імітатора рейкового шляху 17 та нижній рамі 2. Стенд також споряджено датчиком швидкості обертання 40 колеса 4, з'єднаним з його віссю 5, а також датчиком 41 швидкості руху 41 імітатора рейкового шляху 17. Запропонований стенд працює таким чином. При дослідженнях зчеплення колеса 4 з рейкою 23 за допомогою механізму вертикального навантаження 14 через елементи ресорного 7 та буксового 6 підвішування задають необхідне вертикальне навантаження на вісь 5 і колесо 4 шляхом переміщення верхньої рами 3 відносно нижньої рами 2. Крім цього задають відповідне значення сили опору руху рейки 23 шляхом подачі струму до електромагнітного гальма механізму подовжнього навантаження 26 імітатора рейкового шляху 17, який притискується до бокової поверхні рейки 23 і створює відповідне значення сили опору руху колеса 4. Потім вмикається електродвигун 9, який обертає маховик 10 і гідротрансформатор 11. При заповненні маслом гідротрансформатора 11 крутильний момент від електродвигуна 9 передається 5 через редуктор 12 і муфту 13 на колесо 4. За рахунок сили зчеплення колеса 4 з рейкою 23 остання переміщується на роликах 20 і 22, якщо сила зчеплення перевищить силу опору руху, задану механізмом подовжнього навантаження 26 (електромагнітного гальма), котру вимірюють за допомогою датчика тягового зусилля 37, розміщеного між упорами 38 і 39. При проведенні досліджень можна задавати динамічні навантаження на колесо 4 з необхідною амплітудою та частотою за допомогою механізму вертикального динамічного навантаження 16 та механізму горизонтального осьового навантаження 27. Сигнали від датчиків горизонтального 36 і вертикального 35 навантажень, а також тягового зусилля 37, швидкості обертання колеса 40 і швидкості руху 41 імітатора рейкового шляху 17 подаються через блок введення аналоговоцифрових сигналів персонального комп'ютера 34 для реєстрації та математичної обробки. В процесі досліджень на робочу поверхню рейки 23 наносять забруднення, які відповідають умовам експлуатації рейкових транспортних засобів. Робота стенда при дослідженнях динамічних процесів, які мають місце в реальному контакті колеса 4 з рейкою 23, пов'язана з вимірюванням сигналів акустичної емісії, генеруємих при пластичних деформаціях мікронерівностей, утворенні мікротріщин в контактуємих матеріалах колеса 4 і рейки 23. Загальновідомо, що для отримання найбільш дійсної інформації щодо пластичної деформації металів необхідно реєструвати форму хвилі, амплітуду, спектр та інтенсивність акустичної емісії. Всі ці параметри вимірюються за допомогою чотирьох п'єзодатчиків 28, розташованих на колесі 4. Так, наприклад, дослідження впливу на коефіцієнт зчеплення колеса 4 з рейкою 23 одного із найбільш вагомих факторів - вертикального навантаження Рк виконано у такій послідовності: при різній величині вертикального навантаження Рк, заданого механізмом вертикального навантаження 14, при нерухомому колесі 4 і рейці 23 (заторможеної механізмом подовжнього навантаження 26), підвищують крутний момент від гідротрансформатора 11 (поступовим заповненням його маслом) до моменту зриву зчеплення колеса 4. При цьому фіксують величину тягового зусилля Fк датчиком 37, величину вертикального навантаження Рк датчиком 35, інтенсивність акустичної емісії Ň чотирма 15616 6 п'єзодатчиками 28, а також момент зриву зчеплення - датчиком швидкості обертання 40 колеса 4 (ω). Необхідно вказати, що всі вихідні сигнали датчиків тягового зусилля 37, вертикального 35, горизонтального 36 навантажень, швидкості обертання 40 колеса 4 і швидкості руху 41 імітатора рейкового шляху 17 надходять до персонального комп'ютера 34 на входи блока введення аналоговоцифрових сигналів безпосередньо, за виключенням сигналів чотирьох п'єзодатчиків 28, котрі спочатку поступають на багатоканальний підсилювач з блоком виділення максимального сигнала 29, в якому вони підсилюються і через мідні кільця 31 і щітки 32 щіткового вузла 30 передаються на вхід цифрового запам'ятовуючого осцилографа 33 для фіксації форми, частоти і амплітуди сигналів акустичної емісії, і тільки потім поступають на вхід персонального комп'ютера 34 для математичної обробки, результати якої відображуються у вигляді графіка, наведеного на Фіг.4, причому коефіцієнт зчеплення f колеса 4 з рейкою 23 розраховують за такою залежністю: f Fk / Pk .Такі дослідження можна виконати при різних навантаженнях, створених гідродомкратом 15, механізмами вертикального динамічного навантаження 16 і горизонтального осьового навантаження 27. Параметри рейкового шляху задають імітатором рейкового шляху 17 за допомогою переміщення упорних 21 і допоміжних опорних 22 роликів, розташованих на допоміжній рамі 25, силовими механізмами 18 і 19, котрі змінюють відстань розташування упорних 21 і допоміжних опорних 22 роликів відносно точки контакту колеса 4 з рейкою 23. При цьому, якщо відстань між центрами роликів 21 і 22 буде збільшуватись, то жорсткість рейки 23 у точці зчеплення з колесом 4 буде зменшуватись. Необхідно відзначити, що переміщення імітатора рейкового шляху 17 може відбуватися тільки між обмежувачами 24, котрі встановлені на основній рамі 1. Таким чином, на відміну від прототипу, значно розширені функціональні можливості стенда для випробувань елементів рейкового транспортного засобу, що дозволяє досліджувати в динаміці розвиток пружних і пластичних деформацій в зоні контакту колеса з рейкою, котрі в значній мірі впливають на величину коефіцієнта зчеплення, який визначає тягово-зчіпні властивості локомотивів. 7 15616 8 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 15616 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601