УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМИТАЦИИ ПРОЦЕССА ДВИЖЕНИЯ КОЛЕСА ПО РЕЛЬСУ

Полезная модель относится к разделу машиностроения, в частности к исследованию износа пар трения.
2
Известен стенд, пару трения которого образуют кольцеобразные образцы. Стенд предназначен для испытаний на износ. К исследуемым параметрам относятся величина нормальной силы в контакте, крутящий момент, коэффициент трения, степень проскальзывания, температура поверхности и суммарное число оборотов каждого из испытанных образцов. Получаемые данные выводят на монитор компьютера и помещают в запоминающее устройство. Число оборотов для образцов из колесных сталей во всех случаях больше, чем для образцов из рельсовых сталей. Проскальзывание, %, рассчитывали по разности частот вращения приводных двигателей. В ходе исследований использовали величину удельного давления прижатия образцов в диапазоне 750-1250 Н/мм. При частоте вращения первой оправки с образцом 450 об/мин и второй 436 об/мин проскальзывание составляло 3%. Исследования проводили в условиях сухого трения. Общее число оборотов трущихся образцов составило 140 тыс. После каждых 20 тыс. оборотов определяли степень износа путем взвешивания образцов. Данный стенд является аналогом для полезной модели. [1]
За прототип принята испытательная установка А 135 фирмы Roell-Amsler. Она позволяет исследовать характеристики трения и износа подобранных пар материалов при наличии и отсутствии смазки. Можно исследовать процессы трения как при скольжении, так и при качении. Перемещение одного из образцов в осевом направлении моделирует процесс набегания гребня. Для проведения исследований машина была полностью переоборудована. Так, все механические измерительные компоненты были заменены электронными. Обычно для исследований используют вращающиеся цилиндрические образцы. Оба вала приводятся во вращение от одного редуктора, причем частота вращения верхнего на 10% ниже. Из результатов исследования геометрии контакта колесо-рельс известно, что наибольший износ рельса вызывается набеганием гребня колеса. В этом режиме происходит наложение движений качения и проскальзывания. Гребень колеса скользит по боковой грани головки рельса при одновременном качении бандажа по ее поверхности катания. В результате пластических деформаций в точках соприкосновения гребня с боковой гранью головки рельса контактная поверхность увеличивается. В связи с этим износ боковой грани под действием набегающего гребня, вызывающим высокие напряжения сдвига, значительно больше, чем в зоне качения. Этим фактором обусловлен выбор специальной формы образцов. [2]
Недостатком этой установки является сложность конструкции механизмов и большая металлоемкость.
На фиг.1 изображена схема устройства.
Новое испытательное устройство было создано на базе токарно-винторезного станка 1К62. Устройство состоит из модели рельса 3, выполненной в виде диска с пропилом, закрепленного в шпинделе токарно-винторезного станка 1 при помощи оправки 2, модели колеса 6. Крепление модели рельса производится с помощью планшайбы 4 и гайки 5. На суппорте станка крепится приспособление 8 с расположенными внутри датчиками универсального динамометра и установленной вилкой 7, в центрах которой размещается модель колеса. Модель колеса с помощью поперечной подачи подводится к модели рельса так, чтобы был устойчивый контакт. В данном устройстве имитируется непрерывность процесса движения колеса по рельсу и пропил на модели рельса имитирует стык рельсов, что максимально приближает работу моделей колеса и рельса к натуральным условиям. Скорость вращения устройства регулируется с помощью коробки скоростей станка. Взаимодействие данных моделей колеса и рельса обеспечивается продольной и поперечной подачами суппорта станка, с помощью которых выставляются усилия, действующие на колесо в процессе эксплуатации, которые в свою очередь контролируются измерительными приборами универсального динамометра.
Основой динамометра является квадратная пластина, установленная в корпусе динамометра на упругих опорах из термообработанной стали.
Опоры имеют трубчатую форму и обладают большой жесткостью вдоль оси и малой в поперечной плоскости. Они имеют предварительный натяг, приблизительно равный половине максимальной нагрузки. На опоры вдоль оси наклеены тензодатчики с базой 10 мм. В измерительную схему датчики включены так, что электрический сигнал на выходе является алгебраической суммой реакций опор. Это обеспечивает независимость показаний динамометра от вылета образца. Расположение упругих опор и схема наклейки датчиков почти полностью устраняет взаимное влияние одних сил на показания других. Сигнал от мостовой схемы датчиков поступает на электронный усилитель 9, а затем на щит с измерительными приборами 10.
Датчики универсального динамометра предварительно тарируются.
Таким образом, был получен эффективный и экономичный способ оценки поведения материалов в таких комплексных системах, как пара трения колесо-рельс в лабораторных условиях.
1 W. Vantuono. Railway Age, 2000, №4, p.61-65.
2 M. Grebe et al. Eisenbahningenieur, 2001, №4, S.48-57