Стенд для дослідження зчеплення колеса з рейкою та випробування елементів буксового ресорного підвішування залізничного рухомого складу

Корисна модель відноситься до залізничного транспорту і може бути використана в пристроях для дослідження тягово-динамічних якостей рухомого складу. Відомо стенд для дослідження зчеплення колеса з рейкою та випробування елементів буксового ресорного підвішування залізничного рухомого складу [див. пат. України №67235А, МПК7 G01M1/04, 2004р., бюл. № 6], що містить встановлене на рамі колесо з приводом та елементами ресорного підвішування, імітатор рейкового шляху, встановлений на роликах, механізм навантаження, пристрій для створення сили опору руху, датчики та вимірювальну апаратуру, пристрій для створення динамічних вертикальних коливань імітатора рейкового шляху, пристрій для створення поперечних коливань рейки, пристрій для створення високочастотних коливань зони контакту колеса з рейкою, пристрій для формування фрикційного стану контакту колеса з рейкою, пристрій для регулювання температури плями контакту колеса з рейкою, а також наявність в імітаторі рейкового шляху різних видів стикових з'єднань і нерівностей. Даний стенд обрано за прототип. Недоліком відомої конструкції є недостатнє наближення умов випробувань до реальних умов експлуатації, обумовлене ігноруванням впливу вібрацій великих навантажень в горизонтальній й вертикальній площинах, що виникають при русі локомотива, роботі енергетичного та іншого обладнання, що впливає на формування плями контакту колеса з рейкою, не реалізується явище спіна (переміщення колеса по рейці відносно горизонтальній повздовжньої осі) Імітатора рейкового шляху. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення стенда для дослідження зчеплення колеса з рейкою та випробування елементів буксового ресорного підвішування залізничного рухомого складу шляхом того, що стенд забезпечено пристроєм для створення вібрацій великих навантажень у вертикальній та горизонтальній площинах, пристроєм для створення явища спіну імітатора рейкового шляху, що наблизить умови випробувань до реальних умов експлуатації. Поставлена задача досягається тим, що стенд для дослідження зчеплення колеса з рейкою та випробування елементів буксового ресорного підвішування залізничного рухомого складу, який містить встановлене на рамі колесо з приводом та елементами ресорного підвішування, імітатор рейкового шляху, встановлений на роликах, механізм навантаження, пристрій для створення сили опору руху, датчики та вимірювальну апаратуру, пристрій для створення динамічних вертикальних коливань імітатора рейкового шляху, пристрій для створення поперечних коливань рейки, пристрій для створення високочастотних коливань зони контакту колеса з рейкою, пристрій для формування фрикційного стану контакту колеса з рейкою, пристрій для регулювання температури плями контакту колеса з рейкою, а також наявність в імітаторі рейкового шляху різних видів стикових з'єднань і нерівностей, відповідно до корисної моделі, стенд споряджено пристроєм для створення вібрацій великих навантажень у горизонтальній та вертикальній площинах, що містить ішевмогідропщсилювач, який з'єднаний з гідроциліндрами вертикального і горизонтального навантаження, а також пристроєм для моделювання явища спіну імітатора рейкового шляху. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на Фіг.1 схематично показаний загальний вид стенда (вид збоку), на Фіг.2 - стенд, вид зверху, на Фіг.3 - схема системи керування пристроєм створення сили опору, на Фіг.4 - гідравлічна схема керування вертикальним і горизонтальним навантаженнями колеса, а також вертикальними коливаннями імітатора рейкового шляху, і поперечними коливаннями рейки, імітатора рейкового шляху, на Фіг.5 - рейкова основа, на Фіг.6 - схема установки пристрою для створення поперечних коливань рейки, імітатора рейкового шляху, на Фіг.7 - схема імітуємих динамічних коливань, на Фіг.8 - схема пристрою для формування фрикційного стану контакту колеса з рейкою. Стенд для дослідження зчеплення колеса з рейкою та випробування елементів буксового ресорного підвішування залізничного рухомого складу містить встановлений на фундаменті 1 привод, в складі якого є електродвигун 2, маховик 3, гідротрансформатор 4, зв'язаний карданом 5 з реверсивним редуктором 6. Редуктор 6 встановлено на гумових опорах з можливістю переміщення і зв'язано за допомогою муфти 7 з колесом 8. Колесо 8 разом з дисковим гальмом 9 встановлено на осі в буксовому вузлі 10, який за допомогою елементів ресорного підвішування 11 зв'язаний з рамою 12 стенда. Рама 12 стенда встановлена на рамі 13 з можливістю вертикального переміщення. До рами 13 кріпляться елементи колодкового гальма 14. У верхній частині рами 13 є штирі 15, що входять у пази 16 рами 12 стенда і служать для фіксації рами 12. Фіксований поворот рами 12 стенда зі змонтованим на ній колесом 8 щодо рами 13 здійснюється за допомогою силових циліндрів 17. Силові циліндри 17 знаходяться по обидва боки рами 12 на кронштейнах 18, що кріпляться до рами 13. Поворот рам щодо одна одній дозволяє змінювати кут набігання колеса 8. Пристрій для формування фрикційного стану плями контакту колеса з рейкою містить встановлені на рамі 13 бак 19 для фрикційного матеріалу, форсунку 20, з’єднану з баком 19 трубопроводом 21, електропневматичний вентиль 22, з'єднаний повітряпроводом 23 з форсункою 20, бак 24 для мастильного матеріалу, з'єднаний мастилопроводом 25 з електрогідравлічним вентилем 26, форсунку 28 з'єднану мастилопроводом 25 з електрогідравлічним вентилем 26 і повітряпроводом 23 з електропневматичним вентилем 28, встановлені на рамі 29 компресор 30 і блок керування 31. Компресор 30 з'єднано повітряпроводом 23 з електропневматичними вентилями 22 і 28, електрогідравлічним вентилем 26 і баком 24. Блок керування 31 з'єднаний із входами електропневматичних вентилів 22 і 28 і електрогідравлічним вентилем 26. На підставі 32 стенда встановлено на підставі 33 раму 34 з опорним котком 35, встановленим на пристрої вертикальних коливань імітатора рейкового шляху, що містить листові ресори 36, на які діють гідроциліндри 37, що приводяться до руху ексцентриковим механізмом пресвібратора 38, встановленим на рамі 39 з укріпленим на ній двигуном 40 і здійснюючим привід ексцентрикового механізму 41 пасовой передачі 42. Пристрій для створення високочастотних коливань містить блок керування (БК) 43, встановлений на рамі 34 електродвигун 44 і ударний елемент 45, що взаємодіє з гідроциліндром 37. Для переміщення рами 34 в поперечній площині застосовано гідроциліндр 46 подвійної дії, для переміщення підстави 33 у подовжній площині - гідроциліндр 47 подвійної дії, блок керування (БКГЦ) 48 гідроциліндрами 6 і 47. Рейка 49 через елементи шпал 50 із клинами 51 встановлена на балці 52 і на двох опорних роликах 53, висота виступу яких регулюється двома гідроциліндрами 54, які забезпечують імітацію руху на підйом. Рейка 49 контактує з імітатором подовжніх коливань рейки 49 імітатора рейкового шляху, що містить ролик 55, листові ресори 56 і гідроциліндри 57, що приводяться в дію ексцентриковим механізмом прес-вібратора 38. Пристрій для регулювання температури плями контакту колеса з рейкою містить джерело постійного струму (ДПС) 58, блок регулювання (БР) 59, позитивний вихід якого приєднаний до колеса 8, а негативний - до рейки 49. Балка 52 переміщується в поперечному напрямку разом з підставою 33 і рамою 34, на якій кріпиться електромагнітне гальмо (ЕМГ) 60, що забезпечує створення сили опору руху колеса 8. На котушках 61 електромагнітного гальма 60 з упорами 62, що контактують з виступами 63, встановлено датчики сили тяги. На рамі 12 стенда встановлено механізм вертикального навантаження 64 колеса 8 (гідродомкрат). Уздовж осі через пружні підшипники 65 встановлений гідроциліндр 66, що слугує для передачі горизонтального навантаження, і механізм керування, який містить гідроциліндри 67 і 68 відповідно для вертикального і горизонтального динамічного навантаження колеса 8, що приводяться до руху ексцентриковим механізмом пресвібратора 38. У районі контакту колеса з рейкою встановлений датчик шуму 69. Керуючий сигнал на котушки 61 електромагнітного гальма 60 подається через керований випрямляч (KB) 70 від блоку керування (БК) 71, що містить електричну схему регулювання сили опору (сили тети). Схема пристрою керування електромагнітним гальмом 60 наведена на Фіг.3 і містить, крім вищевказаного керованого випрямляча 70 і електромагнітного гальма 60, регульований розподільник напруги 72, генератор регульованих інтервалів (ГРІ) 73, що комутує пристрій 74, генератор синусоїдальної напруги (ГСН) 75, перемикач виду характеристики напруги. Регульований розподільник напруги 72 містить ряд послідовно з'єднаних перемінних резисторів, наприклад шість, підключених до джерела постійної напруги. Комутуючий пристрій 74 з інтервалами часу, обумовленими генератором тимчасових інтервалів (ГТІ) 73, підключає по черзі відводи розподільника напруги 72 до верхнього за схемою перемикача виду характеристики (СПХ) 76 таким чином, що на верхньому відводі перемикача 76 формується східчаста напруга. Тривалість циклу та інтервал часу кожної ступені визначається ГП 73, а амплітуда кожної ступені встановлюється движками резисторів 72. На середній за схемою вивід перемикача 76 подається напруга генератора синусоїдальної напруги 75, а нижній вивід - напруга з генератора лінійного наростаючого напруги (ГНН) 77. Частота і амплітуда напруг генераторів 75 і 77 регулюються за величиною. З рухомого контакту перемикача 76 напруга подається на вхід керованого випрямляча (KB) 78, до виходу якого підключені котушки 61 електромагнітного гальма 60. Таким чином, за допомогою перемикача виду характеристики регулювань дільника напруги 72 і генераторів 73, 75, 77 на вхід керованого випрямляча 70 можна подавати різні напруги керування: східчасте, лінійнонаростаюче і синусоїдальне. Відповідно керуючому випрямлячу 70 змінюється і величина струму електромагнітного гальма 60. Стенд постачений також датчиками контролю швидкості руху колеса 8 і рейки 49, датчиками контролю гідро- і пневмосистеми стенда, підсилювальною і реєструючою апаратурою (на кресленні не показано). На Фіг.4 зображена схема керування вертикальним і горизонтальним навантаженнями колеса, а також вертикальними коливаннями імітатора рейкового шляху, і поперечними коливаннями рейки імітатора рейкового шляху. Живлення гідросистеми для створення статичних навантажень здійснюється насосом 79. Гідроциліндри 67, 68 приводяться від пресвібратора 38 (Фіг.2) і з'єднані відповідно з напірними магістралями 80, 81, 82 і 83 та з гідроциліндрами вертикального 64 і горизонтального навантаження 66 колеса 8, а також гідроциліндрами 37 вертикальних і поперечних коливань рейки 49 імітатора рейкового шляху. Пневмогідропідсилювач 84 з'єднується з гідро циліндрами вертикального 64 і горизонтального 66 навантаження колеса 8. Явища спіну рейки 49 імітатора рейкового шляху забезпечується болтами 85. На підставі 32 стенда встановлено обмежники 86 ходу рейки 49. Запропонований стенд працює наступним чином. Встановлюється рейка 49 із заданим радіусом кривизни з необхідним ухилом, що виставляється клинами 51. Моделювання явища спіну рейки 49 імітатора рейкового шляху забезпечується зміною зусилля затиску бовтів 85. При дослідженні зчеплення колеса з рейкою та випробуванні елементів ресорного підвішування до колеса 8 за допомогою гідродомкрата 64 прикладають через елементи ресорного підвішування 11 необхідне навантаження. Також за допомогою гідродомкратів 54 та опорних роликів 53 встановлюється необхідний підйом рейки 49. При русі колеса 8 в кривій ділянці шляху забезпечується необхідне поперечне переміщення балки 52 за допомогою котка 35, що переміщується уздовж подовжньої осі гідроциліндром 46 подвійної дії, а також переміщення котка 35 уздовж подовжньої осі рейки 49 гідроциліндром 47 подвійної дії, робота яких регулюється спеціальним блоком керування 48. Проходження колеса 8 по зовнішній і внутрішній рейках здійснюється розворотом рейки на 180° у горизонтальній площині. При русі колеса 8 по рейці 49 коефіцієнт зчеплення змінюється в залежності від кількості мастила, що наноситься на гребінь колеса 8, форсункою 27 і кількістю подаваного в зону контакту колеса 8 з рейкою 49 фрикційного матеріалу - форсункою 20, температура плями контакту колеса 8 з рейкою 49 змінюється в залежності від сили струму, який подається блоков регулювання 59 до рейки 49 і колеса 8. Рейку 49 загальмовують електромагнітним гальмом, що діє на балку 52. При передачі струму в котушці 61 останні притискаються до бічних поверхонь балки 52 і створюють тим самим визначену силу опору пересуванню по роликах 53 імітатора рейкового шляху, що залежить від величини живлячого струму. Величина струму, регульована через блок керування електромагнітним гальмом 71, дозволяє забезпечити програмувальну східчасту характеристику сили опору переміщенню імітатора рейкового шляху. Крім того, блок керування 48 дозволяє здійснювати пульсацію сили опору, імітуючи тим самим коливання приводу. Електродвигун 2 розкручує до заданої частоти обертання маховик 3, гідротрансформатор 4 заповнюють мастилом, і він передає обертаючий момент через реверсивний редуктор 6 на колесо 8. Під дією сили зчеплення колеса 8 з рейкою 49, рейка 49 з балкою 52 переміщується по роликах 53 уздовж електромагнітного гальма (природно, якщо сила зчеплення перевищує силу опору руху, створювану електромагнітним гальмом), а встановлені між упорами 62 котушок 61 і виступами 63 рами стенда датчики безупинно реєструють силу зчеплення колеса 8 з рейкою. Для зміни кута набігання колеса 8 силові циліндри 17 впливають на верхню частину рами 12 стенда зі змонтованими на ній колесом 8, в результаті чого відбувається поворот на фіксований кут. Сигнали з датчиків, що реєструють ці зміни, а також сигнали від датчиків сили зчеплення, вертикального статичного навантаження, швидкості руху колеса і рейки подаються на підсилювач і далі на реєструючу апаратуру. Процес випробування триває певний час, що залежить від швидкості рейки 49. При використанні робочої довжини рейки 49 з гідротрансформатора 4 автоматично зливається олія, і припиняється, тим самим, передача обертаючого моменту колесу 8, інерцію частин, що рухаються, гасять гальмами до повної їхньої зупинки. Для створення динамічного вертикального і горизонтального навантажень від колеса 8 на рейку 49 використовують пристрій, що містить гідравлічну систему (Фіг.4) пресвібратор 38 і силозадючи елементи у вигляді гідродомкрата 64 і гідроциліндра 66. Вертикальні коливання імітатора рейкового шляху, створюються пристроєм, який містить листові ресори 36, на які впливають гідроциліндри 37, що приводяться до руху ексцентриковим механізмом пресвібратора 38. Поперечні коливання рейки 49 створюються пристроєм, який містить ролик 55, листові ресори 56 і гідроциліндри 57, що приводяться в дію ексцентриковим механізмом прес-вібратора 38. Запропонована конструкція стенда для дослідження зчеплення колеса з рейкою та випробування елементів ресорного підвішування залізничного рухомого складу дозволить, у порівнянні з прототипом, наблизити умови випробувань до реальних умов експлуатації і дозволить імітувати наступні умови роботи локомотива: зрушення, розгін до швидкості 4 м/с, рух на великих швидкостях, регулювання і стабілізування швидкості, гальмування, реверсування (юз), боксування (розгін), температурний і фрикційний стан плями контакту колеса з рейкою, коливання обертаючого моменту приводу, кута набігання колеса, рух на підйомі, у кривій ділянці шляху, створення вертикальних і горизонтальних динамічних навантажень колеса на рейку, створення вертикальних коливань рейкового шляху і нижньої будови колії, створення поперечних коливань рейки, а також проходження локомотивом стиків і нерівностей шляху, створення вібрацій великих навантажень у вертикальній та горизонтальній площинах, моделювання явища спіну імітатора рейкового шляху. Таким чином, застосування запропонованого стенда для дослідження зчеплення колеса з рейкою та випробування елементів буксового ресорного підвішування залізничного рухомого складу дозволяє наблизить умови випробувань до реальних умов експлуатації.