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

Винахід відноситься до залізничного транспорту і може бути використаний в пристроях для дослідження тягово-динамічних якостей рухомого складу. Відомо установка для динамічних і тягових випробувань моделі локомотива, що містить станину, збудники коливань, штоки яких сполучені із шейками осей, гідравлічні циліндри (див. а.с. СРСР №802832, МПК G01М17/00, 1981р., бюл. №5). Недоліком відомої установки є те, що тягово-динамічні показники визначаються, походячи з теорії подоби моделі і натури, а ви ходить, дуже приблизно. Відомо пристрій для дослідження зчеплення колеса з рейкою та випробування елементів буксового ресорного підвішування залізничної о рухомого складу, 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 сили опору руху забезпечено блоком управління з виходом, з'єднаним з джерелом живлення електромагнітного гальма, рейку закріплено до балки елементами шпал з клинами, з можливістю переміщення рейки з балкою в поперечному напрямку, висота опорних роликів регулюється гідроциліндром, стенд також споряджено пристроєм, що містить гідравлічну систему, прес-вібратор та силозадаючи елементи, а такождисковим та колодковим гальмом, датчиком шуму, верхню раму пристрію змонтовано на нижній рамі з можливістю фіксованого повороту в горизонтальній площині (див. Деклараційний патент України №52970А, МПК7 G01М1/04 від 15.01.2003., бюл. №1). Даний пристрій обирається за прототип. Недоліком прототипу є недостатнє наближення умов випробувань до реальних умов експлуатації, обумовлене ігноруванням впливу високочастотних коливань, виникаючих при русі залізничного транспортного засобу на великих швидкостях у зоні контакту колеса з рейкою, що робить істотний вплив на формування плями контакту колеса з рейкою, не досліджується вплив фрикційного стану і температури в контакті колеса з рейкою, що впливають на реалізацію направляючих сил зчеплення, не досліджується вплив поперечного коливання рейки, вертикального коливання рейкового шляху і коливання нижньої будови шляху, а також не досліджується проходження залізничним транспортним засобом стиків і нерівностей шляху. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення стенда для дослідження зчеплення колеса з рейкою та випробування елементів буксового ресорного підвішування залізничного рухомого складу шля хом забезпечення стенда пристроєм для створення динамічних вертикальних коливань імітатора рейкового шляху, пристроєм для створення поперечних коливань рейки, пристроєм для створення високочастотних коливань зони контакту колеса з рейкою, пристроєм формування фрикційного стану контакту колеса з рейкою, пристроєм регулювання температури плями контакту колеса з рейкою, а також наявність в імітаторі рейкового шляху різних видів стикових з'єднань і нерівностей, що призведе до наближення умов випробувань до реальних умов експлуатації, та розширенню функціональних можливостей стенда. 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 сі вороння сили опору pуxу забезпечено блоком управління з виходом, з’єднаним з джерелом живлення електромагнітного гальма, рейку закріплено до балки елементами шпал з клинами, з можливістю переміщення рейки з балкою в поперечному напрямку, висота опорних роликів регулюється гідро циліндром, стенд споряджено пристроєм, що містить гідравлічну систему, прес-вібратор та силозадаючи елементи, а також дисковим та колодковим гальмом, датчиком шуму, верхню раму стенда змонтовано на нижній рамі з можливістю фіксованого повороту в горизонтальній площині, відповідно до винаходу, стенд споряджено пристроєм для створення динамічних вертикальних коливань імітатора рейкового шляху, що містить листові ресори і гідроциліндри, які приводяться в дію ексцентриковим механізмом прес-вібратора; пристроєм поперечних коливань рейки імітатора рейкового шляху, що містить ролик, листові ресори і гідроциліндри, які приводяться в дію ексцентриковим механізмом прес-вібратора; пристроєм створення високочастотних коливань зони контакту колеса з рейкою, що включає ударний елемент, електродвигун і блок керування; пристроєм формування фрикційного стану плями контакту колеса з рейкою, що включає бак для фрикційного матеріалу, форсунку, що подає фрикційний матеріал у зону контакту колеса з рейкою, з'єднану з баком за допомогою трубопроводу, електропневматичний вентиль, з'єднаний повітряпроводом з форсункою, бак для мастильного матеріалу, з'єднаний мастилопроводом з електрогидравлічним вентилем, форсунку для нанесення мастила на бічну поверхню гребеня колеса, з'єднану мастилопроводом з електрогідравлічним вентилем і воздухопроводом з електропневматичним вентилем, компресор, з'єднаний за допомогою повітряпровода з електрогідравлічними вентилями, електропневматичним вентилем і баком для мастила, блок керування виходи якого з'єднані з входами електропневматичних вентилів і електрогідравлічного вентиля; пристрій регулювання температури плями контакту колеса з рейкою, що містить джерело постійного струму і блок регулювання, позитивний вихід якого приєднаний до колеса, а негативний - до рейки, а також наявність в імітаторі рейкового шляху різних видів стикових з'єднань і нерівностей. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг.1 схематично показаний загальний вид стенда (вид збоку), на фіг.2 - вид звер ху, 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 поперечніми коливаннями рейки, імітатора рейкового шляху, на фіг.5 рейкова основа, на фіг.6 - схема установки пристрою створення поперечних коливань рейки, імітатора рейкового шляху, на фіг.7 - схема імітуємих динамічних коливань, на фіг.8 - схема пристрою 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 привід, 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 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 стенда. Поворот рам щодо одна одній дозволяє змінювати кут набігання колеса 8. Пристрій 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 в рух ексцентриковим механізмом прес-вібратора 38, встановленим на рамі 39 з укріпленим на ній двигуном 40 і здійснюючим привід эксцентрикового механізму 41 пасовой передачі 42. Пристрій високочастотних коливань містить блок керування 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 підставки 33 у подовжній площині - гідроциліндр 47 подвійної дії, блок управління 48 гідроциліндрами 46 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 регулювання температури плями контакту колеса з рейкою містить джерело постійного струму 58, блок регулювання 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 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 в рух ексцентриковим механізмом пресвібратора 38. Керуючий сигнал на котушки 61 електромагнітного гальма 60 подається через керований випрямляч 70 від блоку керування 71, що містить електричну схему регулювання сили опору (сили тяги). Схема пристрою керування електромагнітним гальмом 60 приведена на фіг.3 і містить, крім вищевказаного керованого випрямляча 70 і електромагнітного гальма 60, регульований розподільник напруги 72, генератор регульованих інтервалів 73, що комутує пристрій 74, генератор синусоїдальної напруги 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 76 таким чином, що на верхньому відводі перемикача 76 формується східчаста напруга. Тривалість циклу та інтервал часу кожної сходинки визначається ГТІ 73, а амплітуда кожної сходинки 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 77. Частота і амплітуда напруг генераторів 75 і 77 регулюються за величиною. З рухомого контакту перемикача 76 напруга подається на вхід керованого випрямляча 78, до виходу якого підключені котушки 61 електромагнітного гальма 61. Таким чином, за допомогою перемикача виду характеристики, регулювань дільника напруги 72 і генераторів 73, 75, 77 па вхід керованого випрямляча 70 можна подавати різні напруги керування: східчасте, лінійнонаростаюче і синусоїдальне. Відповідно керуючому випрямлячу 70 змінюється і величина струму електричного 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 вертикальніми 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 коливань імітатора рейкового шляху і поперечних коливань рейки 49 імітатора рейкового шляху. На підставі 32 стенда встановлено обмежники 84 ходу рейки 49. Запропонований стенд працює наступним чином. Встановлюється рейка 49 із заданим радіусом кривизни з необхідним ухилом, що виставляється клинами 51. 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 роліків 53 встановлюють необхідний підйом рейки. При русі колеса 8 в кривій ділянці шляху забезпечують необхідне поперечне переміщення балки 52 за допомогою котка 35 що переміщується уздовж подовжньої осі гідроциліндром 46 подвійної дії, а також переміщення котка 3 5, 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 градусів 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 подаваного блоком регулювання 59 до рейки 49 і колеса 8. Рейку 49 загальмовують електромагнітним гальмом, що діє на балку 52. При передачі струму в котушці 61 котушки притискаються до бічних поверхонь балки 52 і створюють тим самим визначену силу опору пересуванню по роликах 53 імитатора 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 З, 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 р уху, 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 (фі г.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 прес-вібратора 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.