Спосіб підбору пружин ресорного комплекту візків вагонов

Реферат: Винахід належить до залізничного транспорту та призначений для перевірки параметрів пружин стиску та їхнього підбору для ресорного комплекту візків вантажного вагону. При підборі пружин додатково визначають для кожної пружини, що приймають участь у процесі комплектування, залежність стиснення від зусилля, що додається. При побудові сумарної залежності комплекту використовується задане поле допуску. У комплекти візків включають найбільш близькі з параметрів пружини. Досягається зменшення сумарної силової характеристики комплектів пружин. UA 103459 C2 (12) UA 103459 C2 UA 103459 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до залізничного транспорту та призначений для контрольно-сортувальної перевірки параметрів пружин стиску та підбору пружин ресорного комплекту із заданим полем допуску по необхідних характеристиках. Пружини, зокрема циліндричні, за видом навантаження підрозділяються на: пружини розтягування, скручування або стиску. За видом залежності стиску від сили, що додається, можна виділили лінійні та нелінійні. Технологія їхнього виготовлення припускає стабільність робочих характеристик протягом усього часу експлуатації. Великий вплив на це в цілому надає якість внутрішнього шару (серцевини) матеріалу пружини. Тому для досягнення високих міцнісних та інших важливих властивостей він повинен бути правильно вибраний та правильно термічно оброблений. Поряд зі зміцненням поверхневого шару та остаточною операцією примусового заневолювання, це дозволяє отримати відповідні вимоги пружини. (Заневолювання, як остаточна операція технологічного процесу виготовлення пружин, полягає у витримуванні протягом певного часу (від 6 год. до 48 год.) пружин у деформованому, за межами пружності, стані для надання їм залишкових напруг, протилежного стосовно робочих напруг знака (Чернавский С.А. "Краткий справочник машиностроителя" 1966 г. - стр. 696). Після виготовлення здійснюється проведення метрологічних перевірок усіх виробів на відповідність заданим параметрам. Після цього пружини використовуються у відповідних механізмах і, зокрема, у візках залізничних вагонів. У візку вагону використовують симетричну установку пружин під надресорну балку та на бічну раму для збільшення плавності ходу. Оскільки, за умов роботи надресорної балки, пружини візка встановлюють двома комплектами, то для їхньої синхронної роботи виникає потреба у вводі щільних допусків для характеристик пружин, що встановлюються на візки. Технічні вимоги до процесу виготовлення, приймання та методів контролю циліндричних пружин стиску візків рухомого складу залізниць описані, наприклад, у міждержавному стандарті (ГОСТ 1452-2003, Пружины цилиндрические винтовые тележек и ударно-тяговых приборов подвижного состава железных дорог. М. из-во стандартов, 2004 г). Документ встановлює вимоги на відповідність по граничних відхиленнях геометричних параметрів пружин у вільному стані. Міждержавний стандарт передбачає періодичні випробування на базі певного числа циклів навантаження для різного виду вагонів. При цьому будується крива втомленості: залежність між числом циклів та стадією ушкодження (у т.ч. виникненням тріщини або остаточним ушкодженням). Крім того, він передбачає проведення випробувань пружин на залишкову деформацію (дворазове стиснення пробним навантаженням, потім вимір висоти (довжини) у вільному стані, потім знову такий же цикл). Допуск на різницю висот встановлений в 2 мм. Допускається угруповання пружин, виходячи з відхилень висоти пружин при статичному навантаженні. Тобто пружини не вибирають по залежності величини стиснення від навантаження, що додається, а використовується деяка задана статична величина. Це значення для буксових пружин визначається різницею між навантаженням від колісної пари на залізничні рейки та навантаженням від підресорених мас при повністю завантаженому вагоні. Граничні відхилення прогину пружин при такому завантаженні можуть досягати 12 %. При цьому не враховується вплив клинового механізму тертя. Таким чином, навіть цей нормативний документ не припускає проведення підбору пружин у ресорному комплекті візків по залежності величини прогину залежно від навантаження. Важливість цього підходу зростає у зв'язку зі зростанням вимог до величини завантаження вагона. З її підвищенням зростає навантаження на пружини, і залишити їхні параметри колишніми не є можливим. Тому у теперішній час пропонуються принаймні два шляхи рішення: збільшення довжин пружин або їхнього числа. Крім того, така необхідність додаткових кроків у процесі вибору пружин для ресорного комплекту зв'язана, насамперед. з виявленими на практиці відхиленнями у ході залежності величини стиснення від зусилля навантаження. Ці відхилення можуть проявлятися, як на початковій ділянці лінійної залежності (а саме таку залежність для пружин воліють використовувати), так і на кінцевій, тобто при високих навантаженнях. В останньому випадку при повному стисненні однієї із пружин буде реалізовуватися випадок не пружної, а жорсткої передачі додаткових навантажень на бічну раму. Зокрема, збільшення навантаження на раму та колесо при проходженні стику у залізничних рейках, наприклад, з ударом F=m*a, де а прискорення при проходженні стику, а маса буде залежати від стану пружинного комплекту. У першому випадку, коли пружини не сідають виток на виток, під m1 буде вважатися маса колісної пари та бічної рами. У другому випадку, коли пружини сіли виток на виток, то маса збільшиться на величину ваги вагона з вантажем, тобто m2 - маса колісної пари, бічної рами та частини ваги вагона, що приходиться на візок. При завантаженому вагоні різниця може відрізнятися на порядки (в 10 та більше разів). Тому рама може не витримати і відбудеться злам бічної рами. 1 UA 103459 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У протилежному випадку, коли одна із пружин відрізняється з силової характеристики від інших, саме на неї може припасти основна частина навантаження. Перевищення граничних значень може привести до її зламу. Це спостерігається на практиці найчастіше для навантажених вагонів при ударних навантагах. Тобто порушується безпека руху. Щоб уникнути аварійних ситуацій через незадовільні характеристики пружин, необхідно підібрати пари комплектів пружин (правого та лівого) по заданої кількості параметрів. У той же час на практиці в області цих параметрів необхідно вибирати ідентичні пружини. При цьому, наприклад, приймається, що силова характеристика комплекту є cума силових характеристик окремих пружин у комплекті. Аналогічно для інших характеристик. Характеристика може зніматися із усього комплекту і у ході випробувань одна із пружин повинна замінюватися на іншу. Однак, такий підхід складний і буде відрізнятися досить високою трудомісткістю. Для їхнього підбору з параметрів потрібно виконати деякий порядок дій. Наприклад, для підбору пари із заданим допуском кута між кінцями пружин скручення, використовуючи шаблон, порівнюють кожну наступну із установленою на шаблон першою (пат. RU № 2031350, G01B 5/00, від 1992.03.12). Таким чином, підбираються пари пружин. Очевидно, що можна підібрати декілька близьких з заданої характеристики пар (це аналог, за комплект тут не йдеться). Недолік запропонованого тут засобу полягає в обмеженості параметрів пружин, що використовуються при випробуваннях для підбору пар. Пружини можуть відрізнятися по виду такої важливої характеристики, як залежність величини стиснення пружин від навантаження, що додається, тому що при рівних геометричних параметрах, вони часто можуть відрізнятися структурою металу. Інший підхід реалізований при виборі співвідношень довжин пружин у візку залізничного вагона (пат. RU № 2099220, B61F 5/00, від 09.08.1995). Для поліпшення вертикальної та горизонтальної динаміки вагону вибирається так звана білінійна характеристика центрального ресорного підвішування, замість лінійної. При цьому переважна спрямованість рішення порожній режим завантаження вагону. Воно не стосується проблем рішення ресорного підвішування для збільшеного навантаження на вісь. Включення другої пружини після першої змінить лише нахил залежності величини стиснення від навантаження при певній величині навантаження, що додається. Спосіб, що реалізується установкою для сортування циліндричних пружин стиску, припускає вимір величини стиску пружини при заданому навантаженні та сортування на групи виміряних пружин (пат. RU № 1732767, G01L 1/04, від 15.01.1990). Тут недолік аналогічний: використовують тільки одну точку на залежності величини стиснення від навантаження. А пружини можуть відрізнятися по характеру цієї залежності, що навіть відносяться до однієї партії. У результаті парний комплект буде працювати несиметрично під навантаженням. Тому пропонується здійснювати підбір пружин ресорного комплекту вагонів шляхом додаткового використання наступних випробувальних кроків: а) зняття залежності величини стиску пружин від навантаження, що додається (силової характеристики) в інтервалі від мінімальної до величини зусилля необхідного для її повної деформації. Сили пружини при повній деформації (за міждержавним стандартом) або зусилля, необхідного для повної деформації пружини - Fпов. деф. Для комплекту: сила комплекту при його повній деформації. Це деяка усереднена величина, що визначається з величини прогину комплекту при повнім завантаженні вагона (навантаженню на вісь) плюс запас та збереження можливості вільного ходу автозчеплення при повністю завантаженому вагоні. б) за результатами виконання вищезгаданих операцій підбирають комплект пружин так, щоб сумарна силова характеристика комплекту перебувала в заданих межах (поле) допуску ΔF від встановленої номінальної силової характеристики комплекту, δLкомп = Lмах.комп Lкомп/Lмах.комп = f(1-Fн/F), в) далі комплекти пружин збирають у пари так, щоб їхні силові характеристики не виходили за встановлені межі (наприклад, більш ніж 5 %), с) додатково перед підбором комплекту при максимальній номінальній величині навантаження перевіряють величину відхилення від стану повного стиснення. При цьому пропонується ставити в пари комплекту тільки ті, які забезпечують відхилення сумарної жорсткості комплекту не більш ніж на задану величину ΔF у позитивну сторону. Залежність номінальної величини стиску пружини визначається при цьому у такий спосіб: δLн = Lмах - L/Lмах =f(Fн), а поле допуску обмежено аналогічною прямою δL1=Lмах - L/Lмах =f(Fн+ΔF) де ΔF - величина допуску. 2 UA 103459 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Допуск у позитивну сторону важливий для обліку ефектів старіння та внаслідок цього зміни характеристик комплекту. При цьому пропонується, що сам характер залежності пружинного комплекту може бути довільним. Важливо витримати граничні умови у рамках встановленої номінальної силової характеристики комплекту, тобто тієї залежності, до якої повинна прагнути сумарна силова характеристика. Тобто пропоноване технічне рішення спрямоване на зменшення (розкиду) сумарної силової характеристики комплектів пружин, що встановлюються на підресорений візок і, отже, для виключення подій, пов'язаних з непрацездатністю ресорного підвішування візків вагонів. Технічний результат досягається тим, що в способі підбору пружин, що включає відбір пружин за результатами проведених випробувань, відповідно до пропонованого технічного рішення, додатково виконується зняття залежності стиску пружини від величини навантаження, за результатами якої підбираються комплекти (правий та лівий) із близькими сумарними силовими характеристиками, при цьому для комплекту допуск по силі стиску приймається позитивний. По величині стиску комплекту пружин допуск визначається існуючими нормативами. Звичайно для завантаженого вагона вона досягає декількох десятків міліметрів. Спосіб здійснюють наступним чином. Перед постановкою пружин на візок виконують сортування зовнішніх і внутрішніх пружин за розмірами, для дворядного ресорного комплекту за міждержавним стандартом. Потім кожну партію пружин піддають додатковому осаду не менш 2-3 разів з заданою величиною зусилля, що додається. Таким чином пружини наводяться у нормальний стан по залишковій деформації. На наступному етапі проводиться вимір геометричних параметрів пружин. Пружини, що навіть перевищують задані величини розміру у вільному стані можуть не відбраковуватися. Потім для кожної пружини (у принципі можливо для комплекту пружин) знімається залежність стиску пружини від навантаження, що додається, за допомогою відповідного пристрою. Ця залежність звичайно є лінійною, але у силу технологічних відхилень, що мали місце, у виготовленні та дозволених допусках можуть спостерігатися відхилення від лінійності. Приклад лінійної залежності L(F) у відносних одиницях з полем допуску, наведений на 1 кресленні (криві 1 та 2). Тут крива 1 показана для залежності з деякою початковою точкою F н та 1 1 крива 2 ураховує закладений допуск та має початкову точку F =F н + ΔF. Використання тільки позитивних значень обумовлюється можливим погіршенням характеристик пружин при експлуатації. Там же наведена нелінійна залежність (крива 3). Ці три найбільш характерні залежності величини відносного стиску пружин (комплекту пружин) від величини зусилля (у відносних одиницях) пояснюють пропонований спосіб. Найбільш прості варіанти підбору комплектів можна описати у такий спосіб. Після зняття зазначеної залежності на досить великій кількості пружин, проводиться підсумовування силових характеристик. Ті пружини (комплекти пружин), для яких лінійна залежність, що отримана, не вкладається в задане поле допуску ΔF усього комплекту, відбраковують. А найбільш близькі з такої залежності (близький коефіцієнт не лінійності, або коефіцієнт у заданих межах) установлюють у пари комплекту (двох комплектів). При цьому комплекти пружин збирають у пари так, щоб їхні силові характеристики не виходили за встановлені межи (наприклад, більш ніж 5 %). Ця величина визначається найбільше з застосуванням інструментальних можливостей. Можна, наприклад, при підборі комплекту вимірювати по черзі пружини та робити підсумок їх характеристик. Коли залишається підібрати останні одну-дві пари пружин, то при перевірці цих пар визначають сумарну силову характеристику комплекту. Якщо ця характеристика не вкладається в задану, то ці пари беруть із раніш обмірюваних. При цьому враховують ту обставину, що якщо сумарна жорсткість пружин комплекту перевищує деяке задане значення, то також заміняють пару пружин у комплекті на іншу пару. Варіантів такого підбору звичайно буває декілька і при існуючій апаратній базі це вводиться у відповідну програму випробувального пристрою. Для пружин, які мають ідентичні нелінійні характеристики, у принципі можливе здійснення аналогічних дій для підбору у відповідні комплекти. Результати комп'ютерного підбору були виконані на автоматичній лінії для виміру та сортування пружин ресорного підвішування для візків вантажних вагонів для великої партії пружин і показали можливість реалізації пропонованого засобу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 60 1. Спосіб підбору пружин, який включає відбір пружин за результатами виміру стиску з заданим навантаженням, який відрізняється тим, що додатково здійснюють: 3 UA 103459 C2 5 10 а) знімають залежності величини стиску пружин від навантаження, що додається в інтервалі від мінімального до величини зусилля, необхідного для її повної деформації (силова характеристика), б) за результатами виконання вищезгаданих операцій підбирають комплект пружин так, щоб сумарна силова характеристика комплекту перебувала в заданих межах допуску F від встановленої номінальної силової характеристики комплекту L комп  f 1 Fн / F , в) далі пари комплектів пружин, що встановлюються в один візок, підбирають так, щоб різниця силових характеристик комплектів не перевищувала задану величину, наприклад 5 % , у всьому робочому діапазоні зусиль стиску. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що допуск з відхилення зусиль приймається тільки позитивним F  Fн  0 . Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4