СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА РАСТЯЖЕНИЕ ТЯГ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ ВАГОНОВ

Полезная модель относится к области исследования прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механических усилий, а именно к автоматизированным средствам для испытания на растяжение статическими нагрузками длинномерных изделий, например, тяг тормозной системы вагонов и цистерн, и может быть использована на вагоностроительных и вагоноремонтных предприятиях при проведении испытаний упомянутых тяг, а также в других отраслях промышленности при проведении испытаний длинномерных изделий подобной конструкции.
Широко известны стенды для испытаний на растяжение и разрыв образцов твердых материалов, выполненные с возможностью нагружения образцов, закрепленных в вертикальном направлении. Стенды такой конструкции содержат, как правило, нагружающее устройство с силовым приводом, основание, колонны, траверсы, пассивный и активный фиксирующие элементы, измерительное устройство и систему управления стендом, выполненную с возможностью управления режимами нагружения, регистрации и сохранения результатов испытаний (см., например, патент RU №2243535 С1, МПК G01N 3/08, дата публикации 27.12.2004 г.). Недостатком подобных стендов является то, что в силу конструктивного исполнения они не могут применяться для испытаний натурных образцов изделий, в частности тяг тормозной системы вагонов.
Проведение испытаний натурных образцов изделий, особенно длинномерных, сопряжено с решением ряда технических задач, основными из которых являются: обеспечение технологических возможностей стенда для испытания широкой номенклатуры изделий, имеющих сходное конструктивное исполнение, но разные массогабаритные характеристики; обеспечение стабильности соосного фиксирования и нагружения на стенде единичных изделий и их соединений в комплектах, влияющей на точность и сопоставимость результатов испытаний; обеспечение небольшой трудоемкости и продолжительности подготовительно-заключительных операций; обеспечение автоматизации процессов управления режимами нагружения, расчета и сохранения результатов испытаний; обеспечение безопасности персонала при проведении испытаний.
Известен стенд для испытания на растяжение длинномерных изделий (см. патент RU №86009 U1, МПК G01N 3/08, дата публикации 20.08.2009 г.), состоящий из основания, нагружающего устройства с силовым приводом и регулятором нагрузки, смонтированных на основании, активного и пассивного фиксирующих элементов, выполненных с возможностью взаимодействия с торцевыми частями испытываемых изделий и их закрепления в горизонтальном положении, и измерительного устройства, выполненного в виде силоизмерительного датчика. Стенд содержит также устройство для сборки изделий по их длине, закрепленное на основании параллельно с осями активного и пассивного фиксирующих элементов и выполненное в виде привода и соединенных с ним посредством планетарных передач горизонтальных ложементов. Собранные изделия фиксируются посредством упомянутых активного и пассивного элементов между нагружающим устройством и измерительным устройством, закрепленном на основании с противоположной стороны от нагружающего устройства. Стенд предназначен для испытаний на разрыв гирлянд изоляторов.
Недостатками известной конструкции стенда являются:
- ограниченные технологические возможности, обусловленные конструктивным исполнением основания, активного и пассивного фиксирующих элементов и измерительного устройства, которые позволяют выполнять испытания определенной номенклатуры изделий с заданной длиной;
- недостаточная точность результатов измерения, обусловленная использованием силоизмерительного датчика циферблатного типа, что не исключает субъективные погрешности при визуальном снятии показаний и их фиксировании в ручном режиме;
- сравнительно высокие трудоемкость и продолжительность операций, обусловленные отсутствием на стенде системы управления и автоматического сохранения результатов испытаний;
- недостаточная безопасность проведения испытаний, обусловленная отсутствием средств защиты для персонала и системы блокирования стенда при аварийных ситуациях.
В основу полезной модели поставлена задача создания такого стенда для испытания на растяжение тяг тормозной системы вагонов, в котором за счет иного конструктивного исполнения основания, нагружающего устройства, активного и пассивного фиксирующих элементов для закрепления испытываемых изделий и измерительного устройства, иных их взаимосвязей между собой, а также введения системы управления обеспечивается расширение технологических возможностей стенда, позволяющее выполнять испытания на растяжение широкой номенклатуры длинномерных изделий, при повышении точности результатов испытаний. При этом одновременно обеспечивается повышение безопасности проведения испытаний и снижение трудоемкости и продолжительности их выполнения.
Поставленная задача решается тем, что в стенде для испытания на растяжение тяг тормозной системы вагонов, состоящем из основания, нагружающего устройства с силовым приводом и регулятором нагрузки, смонтированных на основании, активного и пассивного фиксирующих элементов, выполненных с возможностью взаимодействия с торцевыми частями испытываемых тяг и их закрепления в горизонтальном положении, и измерительного устройства, содержащего силоизмерительный датчик, при этом активный фиксирующий элемент соединен с нагружающим устройством, согласно полезной модели основание выполнено в виде платформы для размещения упомянутых тяг и соединенной с ней рамы, активный и пассивный фиксирующие элементы расположены на платформе, силовой привод и регулятор нагрузки закреплены на раме, пассивный фиксирующий элемент выполнен с возможностью регулирования его длины в зависимости от длины испытываемых тяг, а измерительное устройство дополнительно содержит датчик деформации испытываемых тяг, при этом стенд содержит систему управления, связанную с силовым приводом и упомянутыми датчиками измерительного устройства и выполненную с возможностью автоматического управления режимами нагружения, преобразования показаний упомянутых датчиков, регистрации и сохранения результатов испытаний, тестирования стенда и блокирования его работы при возникновении аварийных ситуаций.
Для повышения безопасности проведения испытаний платформа выполнена в виде короба, оборудованного крышками, наклонными упорами для фиксирования крышек в поднятом положении и концевыми выключателями, выполненными с возможностью взаимодействия с упомянутыми крышками и с системой управления.
Для расширения технологических возможностей за счет обеспечения испытаний изделий с широким диапазоном их длины стенд содержит комплект наладочных тяг, выполненных с возможностью шарнирного соединения испытываемых тяг между собой и с пассивным фиксирующим элементом.
Для повышения точности результатов испытаний и снижения трудоемкости и продолжительности их выполнения система управления содержит шкаф управления с пусковой аппаратурой, сенсорной панелью оператора, управляющим контроллером, органами защиты, управления и сигнализации и соединена с концевыми выключателями с возможностью блокирования включения силового привода при открытом положении упомянутых крышек на платформе.
Совокупность общих и отличительных существенных признаков заявляемой полезной модели позволяет реализовать в конструкции стенда для испытания на растяжение тяг тормозной системы вагонов более широкие технологические возможности, позволяющее выполнять такие испытания для широкой номенклатуры подобных изделий при одновременном повышении точности измерений и снижении трудоемкости и продолжительности этих операций. За счет выполнения основания из соединенных между собой рамы для размещения нагружающего устройства и платформы для размещения и фиксирования испытываемых тяг, а также выполнения пассивного фиксирующего элемента с возможностью регулирования его длины в зависимости от длины испытываемых тяг обеспечивается возможность размещения и проведения испытаний широкой номенклатуры тяг с разными массогабаритными характеристиками, что существенно расширяет технологические возможности стенда и снижает трудоемкость и продолжительность подготовительно-заключительных операций. Размещение силового привода и регулятора нагрузки на раме, а активного и пассивного фиксирующих элементов на платформе, в совокупности с другими существенными признаками позволяют обеспечить стабильное соосное фиксирование и нагружение тяг, в т.ч. их соединений в комплекте, что повышает точность и обеспечивает сопоставимость результатов испытаний. Кроме этого, выполнение системы управления, связанной с силовым приводом и упомянутыми датчиками, а также с возможностью автоматического управления режимами нагружения, преобразования показаний упомянутых датчиков, регистрации и сохранения результатов испытаний в значительной степени снижает зависимость результатов испытаний от субъективных факторов и позволяет повысить их точность. Выполнение платформы в виде короба в совокупности с заявляемым конструктивным исполнением пассивного фиксирующего элемента позволяют существенно снизить трудоемкость и продолжительность подготовительно-заключительных операций. Выполнение системы управления с возможностью автоматического управления режимами нагружения, преобразования показаний датчиков, регистрации и сохранения результатов испытаний, а также тестирования стенда позволяет автоматизировать операции измерения и за счет этого также уменьшить их трудоемкость и продолжительность. Оборудование платформы крышками и концевыми выключателями, выполненными с возможностью взаимодействия с крышками и с системой управления, позволяет повысить безопасность проведения испытаний за счет блокирования включения силового привода при открытом положении крышек.
Заявляемое техническое решение поясняется на примере конструктивного исполнения стенда для испытания на растяжение тяг тормозной системы вагонов и цистерн, разработанного ООО "Научно-производственная фирма "Техвагонмаш", г.Кременчуг, Украина. На стенде осуществляются испытания тяг длиной от 845 до 7000 мм при усилиях испытания до 58,8 кН.
Сущность полезной модели поясняется представленными фигурами чертежей, где на фиг.1 - общий вид стенда, вид сбоку; на фиг.2 - общий вид стенда, вид сверху; на фиг.3 - вид А на фиг.1; на фиг.4 - вид Б на фиг.2; на фиг.5 - принципиальная схема системы управления.
Стенд для испытания на растяжение тяг тормозной системы вагонов содержит (фиг.1, 2) основание, выполненное в виде жесткой сварной конструкции, состоящей из рамы 1 и платформы 2 для размещения и фиксирования тяг 3. Основание посредством вертикальных опор 4 установлено на фундаменте (не показан) и закреплено на нем анкерными болтами 5. Платформа 2 выполнена в виде короба с поперечными перегородками 6. Длина платформы 2 выбирается из расчета размещения и фиксирования как одной тяги 3 (наиболее длинной или наиболее короткой), так и комплекта из трех тяг 3 в расчете на один вагон или цистерну заданного типа. Платформа 2 оборудована крышками 7, наклонными упорами 8 для фиксирования крышек 7 в поднятом положении и концевыми выключателями 9, выполненными с возможностью взаимодействия с крышками 7. Для удобства крышки 7 оборудованы ручками (не обозначены).
Нагружающее устройство состоит из гидростанции 10 и связанного с ней регулятора давления 11, смонтированных на раме 1, и гидроцилиндра 12, расположенного на платформе 2 и связанного с гидростанцией 10 посредством гибких рукавов 13.
Активный фиксирующий элемент (фиг.4) выполнен в виде расположенного на платформе 2 шарнирного звена 14, противоположные концы которого посредством фиксирующих пальцев 15 соединены с одним концом тяги 3 и со штоком гидроцилиндра 12. Последний посредством переходного звена 16 и фиксирующих пальцев 15 шарнирно соединен с силоизмерительным датчиком 17 тензометрического типа, который, в свою очередь, шарнирно соединен с кронштейном 18, жестко закрепленным на торцевой стенке платформы 2. Пассивный фиксирующий элемент (фиг.3) выполнен в виде рейки 19 с регулировочными отверстиями (не обозначены), закрепленной посредством шкворневых пальцев 20 на противоположной торцевой стенке платформы 2. Рейка 19 посредством шарнирного звена 21 и фиксирующих пальцев 15 соединена с одним концом последней тяги 3. Набор из нескольких тяг 3 на платформе 2 последовательно соединен друг с другом посредством однотипных шарнирных звеньев 14 и 21, переходников 22 и фиксирующих пальцев 15.
Измерительное устройство содержит силоизмерительный датчик 17 и датчик деформации 23 лазерного типа, закрепленный на перегородке 6, с отражающим флажком 24, закрепленным на шарнирном звене 14.
Наладка стенда при испытаниях тяг 3 разной длины из заданного типоразмерного ряда осуществляется посредством подбора соответствующих наладочных тяг 25, размещенных на кронштейнах 26 под платформой 2, их соединения с активным и пассивным фиксирующими элементами в наборе с тягами 3 посредством упомянутых шарнирных звеньев 14 и 21, переходников 22 и фиксирующих пальцев 15. Технические параметры стенда позволяют проводить испытания на растяжение тяг как в комплектах, состоящих из трех тяг в расчете один вагон заданного типа, так и по одной тяге 3 с использованием наладочных тяг 25.
Управление стендом осуществляется в автоматическом режиме посредством системы управления, которая содержит (фиг.5) шкаф управления 27, соединенного с гидростанцией 10, силоизмерительным датчиком 17, датчиком деформации 24 и концевыми выключателями 9. Шкаф управления 27 смонтирован на стойке (не обозначена), соединенной с рамой 1, и содержит пусковую аппаратуру 28 со светосигнальными лампами, сенсорную панель оператора 29, управляющий контроллер 30, органы защиты и сигнализации (не показаны). Система управления построена на базе управляющего контролера 30, модуля обработки показаний силоизмерительного датчика 17 и сенсорной панели оператора 29 и подключена к трехфазной сети электропитания напряжением 380 В и частотой 50 Гц. Объектом управления является гидроцилиндр 12 нагружающего устройства.
Система управления обеспечивает:
- включение электрических силовых цепей стенда;
- настройку системы управления на проведение испытаний тяг определенного размера в заданном типоразмерном ряду;
- автоматическое управление операциями нагружения, обработки и регистрации результатов испытаний;
- автоматический контроль задаваемых режимов нагружения;
- контроль величины остаточных деформаций испытываемых тяг;
- сохранение результатов испытаний;
- сигнализацию об аварийных режимах;
- защитные блокировки электрических и гидравлических цепей стенда.
Защитные блокировки выполнены с возможностью остановки цикла испытаний при следующих аварийных ситуациях:
- авария в системе гидростанции 10;
- открытое положение крышек 7 на платформе 2;
- нагрузка при испытаниях превышает предельную величину.
В стартовом меню на сенсорной панели оператора 29 имеются следующие опции:
"Работа" - переход в меню работы, "Наладка" - переход в меню наладки, "Сервис" - переход в меню сервиса. В меню "Работа" автоматически регистрируются дата и время проведения испытаний (с возможностью их установки), вводятся номер клейма испытываемой тяги 3, порядковые номера тяг в наборе (до трех тяг) и соответствующие номера их чертежей, а также осуществляется переход в меню "Испытание" и возврат в стартовое меню. В меню "Испытание" могут осуществляться пуск и остановка цикла испытаний, перемещение штока гидроцилиндра 12 влево или вправо, ввод времени испытания, регистрация текущего времени испытаний, регистрация величин испытательной нагрузки и деформации, а также возврат в меню "Работа". По завершении цикла испытаний в меню "Испытание" появляется запрос ("Да", "Нет") о сохранении результата испытаний в электронном журнале, который осуществляется в протоколе данных энергонезависимой карты памяти управляющего контроллера 30. При возникновении ситуации, связанной с превышением предельной величины деформации или с разрушением тяг 3, в меню "Испытание" автоматически появляется сообщение о том, что комплект тяг не прошел испытание и предложение перейти к их испытанию поштучно. В меню "Наладка" осуществляются наладочные запуски гидростанции 10 при режимах работы регулятора давления 11 с малым и большим давлениями и соответствующая регистрация величин испытательной нагрузки и деформации тяг 3 при перемещениях штока гидроцилиндра 12 вперед и назад, а также возврат в стартовое меню. В меню "Сервис" осуществляется регулировка контрастности сенсорной панели оператора 29, ее калибровка, переключение контроля превышения величин нагрузок при проведении испытаний, переход в меню тестирования стенда, а также опции по удалению всех текущих сообщений, удалению сообщений буфера аварий, показу всех сообщений буфера аварий и возврату в стартовое меню. В меню "Тестирование стенда" осуществляется проверка его возможности поддерживать установленную величину испытательной нагрузки. В этом меню могут осуществляться пуск и остановка тестовых испытаний, предусматривающих три цикла нагружения тестовых приспособлений усилием, величина которого равна наибольшему значению из нормированных нагрузок испытываемых тяг, регистрация величин испытательной нагрузки и их отклонений от номинального значения, ввод времени продолжительности тестовых испытаний и регистрация текущего времени их выполнения, а также возврат в меню "Сервис". По завершении цикла тестовых испытаний на сенсорной панели 29 появляется сообщение о том, что стенд прошел или не прошел эти испытания с указанием данных о пределах (в процентах) отклонения величины тестовой нагрузки от величины номинальной нагрузки. Возникновение аварийной ситуации сопровождается миганием светового индикатора на сенсорной панели оператора 29. Просмотр этих сообщений осуществляется после нажатия на мигающий индикатор. После подтверждения просмотра сообщения с указанием причины аварии и нажатия на кнопку квитирования индикатор перестает мигать. Сброс аварии и возврат в предыдущее меню выполняется нажатием кнопки "Сброс аварии".
Описанная в данном примере и представленная на чертежах конструкция стенда не является единственно возможной для достижения вышеуказанного технического результата и не исключает иных вариантов его выполнения, которые содержат совокупность конструктивных признаков, включенных в независимый пункт формулы.
Работа стенда осуществляется следующим образом (на примере испытания комплекта, состоящего из трех тяг 3).
На платформе 2 размещают комплект из трех тяг 3 согласно схемам их наладки для заданного типа вагона или цистерны. Тяги 3 соединяют последовательно друг с другом посредством переходников 22 и фиксирующих пальцев 15. Посредством шарнирного звена 14 и фиксирующих пальцев 15 шток гидроцилиндра 12 соединяют со свободным концом первой тяги 3, а свободный конец третьей тяги 3 посредством шарнирного звена 21 и фиксирующих пальцев 15 соединяют с рейкой 19 пассивного фиксирующего элемента. Для обеспечения безопасности проведения испытаний платформу 2 закрывают крышками 7, после чего срабатывают концевые выключатели 9 и дальнейшее управление стендом осуществляют из шкафа управления 27.
Включение силовых цепей стенда и цепей управления выполняют посредством пусковой аппаратуры 28, при этом питание получают блок питания входных и выходных цепей, управляющий контроллер 30, сенсорная панель оператора 29 и светосигнальные лампы. Далее управление стендом осуществляют с сенсорной панели оператора 29. Из стартового меню переходят к опции "Работа", в которой автоматически регистрируются дата и время проведения испытаний, после чего оператор вводит номера клейм испытываемых тяг 3, их порядковые номера в комплекте и соответствующие номера чертежей. После этого оператор переходит в меню "Испытание" и нажимает на поле "Пуск". Далее система управления выполняет цикл испытаний в автоматическом режиме в соответствии с заданной программой. Первоначально выбираются зазоры в соединениях комплекта тяг 3, для чего посредством регулятора давления 11 включается гидрораспределитель малого давления и происходит втягивание штока в гидроцилиндр 12. После этого датчик деформации 23 автоматически фиксирует исходное расстояние до отражающего флажка 24, закрепленного на шарнирном звене 14. Через непродолжительную выдержку во времени регулятор давления 11 включает гидрораспределитель большого давления и посредством штока гидроцилиндра 12 выполняется нагружение тяг 3 растягивающим усилием заданной величины, которая в рассматриваемом примере составляет 58,8 кН. После заданной выдержки во времени этой величины испытательной нагрузки гидрораспределитель большого давления в регуляторе давления 11 автоматически отключается, что приводит к падению давления в гидроцилиндре 12, после чего датчик деформации 23 повторно автоматически фиксирует расстояние до отражающего флажка 24, а на сенсорной панели оператора 29 высвечиватся результат измерения деформации тяг 3. После этого гидрораспределитель малого давления в регуляторе давления 11 отключается и на непродолжительное время автоматически включается гидрораспределитель возврата штока гидроцилиндра 12 в исходное положение. На этом цикл испытаний заканчивается, в меню "Испытание" появляется запрос о сохранении их результатов в журнале. При нажатии на кнопку "Да" результаты проведенного цикла испытаний сохраняются. На заключительной операции испытаний комплект тяг 3 демонтируют со стенда, клеймят и транспортируют на соответствующую технологическую позицию.
При возникновении остаточных деформаций или при разрушении в процессе испытаний одной из тяг 3 в их комплекте на сенсорной панели 29 автоматически появляется соответствующее сообщение. В этом случае тяги 3 испытывают поштучно при той же последовательности операций, что и при испытаниях комплектом. Для этого их размещают на платформе 2 и закрепляют между активным и пассивным фиксирующими элементами с использованием наладочных тяг 25.
При аварийной ситуации на сенсорной панели 29 автоматически высвечивается соответствующее сообщение. Оператор нажимает на кнопку-грибок "Стоп" пусковой аппаратуры 28, после чего отключается питание цепей управления. Остановка цикла испытания выполняется нажатием на кнопку "Стоп" в стартовом меню на сенсорной панели 29. После устранения аварийной ситуации оператор выполняет сброс этой ситуации на аварийном экране.
Конструкция заявляемого стенда разработана и испытана на производственной базе ООО "Научно-производственная фирма "Техвагонмаш". Результаты испытания подтвердили работоспособность стенда и получение ожидаемых технических результатов. В частности, за счет универсальности конструкции стенда на нем можно проводить испытания тяг в широком диапазоне их длины, что существенно расширяет технологические возможности стенда. При этом точность измерения величины усилия нагружения составляет ±0,1%, а точность измерения величины деформации - ±0,5%. Предлагаемая конструкция стенда обеспечивает безопасность проведения испытаний и снижение трудоемкости и продолжительности их выполнения.