Способы проведения испытаний вагонов и испытательный комплекс для их осуществления
METHODS OF TESTING CARS AND TESTING SYSTEM FOR THEIR IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к испытательным комплексам для проведения испытаний вагонов, в частности к стендам для испытаний на соударение, проверки возможности прохождения сцепа вагонов горба сортировочной горки и аппарельного съезда.
Известен стенд-горка для испытания вагонов на продольные ударные нагрузки с целью оценки напряженного состояния, проверки прочности и устойчивости вагона и его узлов при ударе в автосцепку с заданной величиной продольной силы или скоростью соударения (Чепульский Ю.П., «Контрольно-испытательные станции железнодорожного транспорта», учебное пособие, М.: МИИТ, 2008. - 180 с.), содержащий рельсовый путь с уклоном спуска , в конце которого внизу установлен мощный П-образный упор общей массой 5500 т. П-образный упор имеет центральный стальной вкладыш с металлоконструкцией массой 190 т и два боковых стальных вкладыша с металлоконструкцией массой по 58 т. Для испытания на растягивающие силы имеется траверса, прикрепляемая жестко к испытываемому вагону перед началом испытаний, и ударяющаяся в боковые части П-образного упора. Стенд-горка предназначен для проведения одиночных ударов, серии ударов, осуществляемых автоматически по заданной программе. Подъем вагона на стенд-горку после удара в упор производится лебедкой, установленной в машинном отделении.
Достоинством известного стенда-горки для испытания вагонов на продольные ударные нагрузки является его высокая производительность, т.к. испытуемый вагон не нуждается в повторной установке для следующего удара.
Недостатком известного стенда-горки для испытания вагонов на продольные ударные нагрузки является его узкая специализация, большая масса, высокая стоимость, отсутствие возможности контроля скорости движения испытуемого вагона, отсутствие возможности проведения ударов в сцеп из вагонов, как требуют методики испытания.
Известен стенд для натурных испытаний на удар экипажей рельсового транспорта (патент РФ на изобретение №2013763, МПК G01M 17/04, опубл. 30.05.1994), принятый в качестве прототипа, содержащий сопряженные горизонтальным участком два разгонных участка для установки на них испытуемых вагонов, лебедки с тяговыми тросами, имеющими соединительные элементы для связи с испытуемыми вагонами, и контрольно-измерительную аппаратуру, ускорители, установленные в начале разгонных участков, которые наклонены к горизонтам в продольном направлении, и включающими в себя блоки пневмоцилиндров со штоками, шарнирно связанными с плитами, несущими автосцепки для взаимодействия с соответствующими испытуемыми вагонами. Испытуемые вагоны, получив начальное ускорение, с определенной скоростью (3-4 км/ч) перемещаются по наклонным участкам активной зоны стенда. На данных наклонных участках испытуемые вагоны свободно скатываются, набирая все большую скорость (до 8-9 км/ч), до столкновения друг с другом на центральном горизонтальном участке активной зоны стенда. При действии ускорителей и при свободном скатывании вагонов тросы тяговых лебедок разматываются с их барабанов до момента соударения. После соударения происходит включение лебедок, вагоны перемещаются на начальную стендовую позицию и цикл повторяется.
Недостатками известного стенда для натурных испытаний на удар экипажей рельсового транспорта является его узкая специализация, ограниченная только испытаниями на соударение, сложность контроля скоростей спуска вагонов и относительной скорости их соударения, зависимость метрологических характеристик от массы вагона-бойка, кроме того, после соударения вагонов требуется длительное время на установку вагонов в исходное положение, расходуется дополнительная энергия на возвращение испытуемых вагонов, необходимо наличие двух лебедок и двух комплектов пневмоцилиндров.
Общим недостатками известных способов испытаний по прохождению сцепа вагонов через горб сортировочной горки без саморасцепа, является длительное время проведения испытаний, связанное с необходимостью транспортировки вагона на сортировочную станцию для обеспечения необходимых условий для данного вида испытаний.
Недостатками известного способа испытаний по прохождению сцепа вагонов через аппарель ГОСТ 33211-2014 для въезда на судно без саморасцепа автосцепок, также является длительное время проведения испытаний, связанное с необходимостью доставки вагона в порт и ожидания требуемого уровня разности высот судна и причала, создание перелома профиля более 40% для обеспечения необходимых условий для данного вида испытаний.
Решаемой технической проблемой является узкая специализация испытательного стенда, выраженная в невозможности проведения других испытаний, кроме одного вида, повышенные временные и энерго-затраты связанные с отсутствием возможности автоматического возвращения вагонов в исходное положение, отсутствие возможности контроля скорости движения испытуемого вагона вне зависимости от массы вагона-бойка.
Технический результат заявляемой группы изобретений заключается в сокращении времени испытаний вагона, расширении возможностей при проведении испытаний, в частности на прочность и ресурс при соударении, проверки возможности прохождения сцепа вагонов горба сортировочной горки и аппарельного съезда по ГОСТ 33211-2014.
Указанный технический результат достигается за счет отсутствия потерь времени на установку вагонов в исходное положение после удара при проведении испытаний на соударение по ГОСТ 33788-2016 и по Приложению 14 Соглашения о международном железнодорожном грузовом сообщении (СМГС).
Способ проведения испытаний на соударение, заключается в подъеме вагона-бойка на заданную высоту, обусловленную необходимой скоростью соударения, спуске его с горки под действием силы тяжести до соударения с испытуемым вагоном и вагонами-подпором, закрепленными тормозными башмаками на подпорном участке пути, возвращении вагонов-подпора и испытуемого вагона после соударения в исходное положение и повторным подъемом вагона на заданную высоту для нового соударения, при этом вагоны-подпор и испытуемый вагон после начала подъема вагона-бойка на спускной участок, автоматически под действием собственного веса из-за уклона подгорочного участка железнодорожного пути возвращаются в исходное положение.
Для сокращения времени на возврат вагонов-подпора в исходное положение и испытуемого вагона подпорная часть пути выполнена в виде кривой, зависимость высоты которой от длины описывается функцией . Данная функция выведена исходя из определения устойчивого положения равновесия на основании теоремы Лагранжа. В положении равновесия потенциальная энергия  минимальна или . Потенциальная энергия в поле сил тяжести равна  или , где h - высота подпорной части испытательного комплекса, находящаяся в диапазоне 0,1-0,2 м, Lн - длина подпорной части, Lв - расстояние между центрами тяжести вагонов. 2х+Lв=Lн; ; таким образом устойчивое положение будет при , при. В случае когда ось ординат  подпор из сцепа двух вагонов находится в положении устойчивого равновесия и располагается симметрично относительно середины неровности подпорной части испытательного комплекса. После удара сцеп вагонов-подпора под действием силы тяжести возвращается в исходное положение устойчивого равновесия, а испытуемый вагон, т.к. автосцепка выключена, скатывается на горизонтальный подгорочный участок и готов к следующему удару.
Для сокращения времени при испытаниях по прохождению аппарельного съезда, испытываемый вагон сцепляется автосцепкой с вагоном-бойком и поднимается лебедкой с подгорочной части на спускную часть испытательного комплекса с углом наклона не менее 2,29°, что соответствует перелому профиля пути более 40% в соответствии с требованиями ГОСТ 33211-2014. Таким образом, отсутствуют потери времени на транспортировку вагона в порт на аппарельный съезд для обеспечения условий, требуемых для проведения данного вида испытаний.
Для сокращения времени испытаний по проверке возможности прохождения горба сортировочной горки сцеп вагонов продолжают поднимать со спускной до надвижной части с углом между ними не менее 3,15°, что соответствует 55% в соответствии с требованиями ГОСТ 33211-2014. Это также приводит к отсутствию потерь времени на транспортировку вагона на сортировочную станцию для обеспечения условий, требуемых для проведения данного вида испытаний.
Предлагаемое изобретение поясняется графическим материалом.
На фигуре 1 показан профиль пути испытательного комплекса.
На фигуре 2 показан испытательный комплекс с установленными в исходное положение вагонами для проведения испытаний на соударение.
На фигуре 3 показан испытательный комплекс и расположение вагонов в момент завершения удара при проведении испытаний на соударение.
На фигуре 4 показан испытательный комплекс и возвращение вагонов в исходное положение после начала подъема вагона-бойка.
На фигуре 5 показан способ проведения испытаний на прохождение сцепа вагонов горба сортировочной горки на испытательном комплексе.
На фигуре 6 показан способ проведения испытаний на прохождение сцепа вагонов аппарельного съезда на испытательном комплексе.
Испытательный комплекс (фиг. 2) состоит из горки с участком железнодорожного пути, который включает в себя надвижной участок 1, спускной участок 2, подгорочный участок 3 и подпорный участок 4, вагона-бойка 5 лебедки 6 и троса 7 для подъема вагона-бойка 5, на заданную высоту, определяемую необходимой скоростью соударения, вагонов-подпора 8, представляющих собой сцеп из двух вагонов, масса которых обеспечивает смещение всех вагонов испытательного комплекса в допустимом диапазоне, гарантирующем возврат в рабочее положение после каждого цикла соударения, тормозных башмаков 9, устанавливающихся с целью поддержания смещения всех вагонов испытательного комплекса в допустимом диапазоне при соударении, динамометрической автосцепки 10, для измерения сил при соударении, устройства измерения скорости 11 вагона-бойка 5 перед соударением с испытуемым вагоном 14, устройства получения информации с движущегося объекта 12, устройства сцепления 13 троса 7 с вагоном-бойком 5.
Профиль горки с участком железнодорожного пути испытательного комплекса (фиг. 1) имеет переменную высоту с углом перелома профиля не менее 3,15° между надвижным участком 1 и спускным участком 2, сопряженными вертикальной кривой радиусом 250 м, с углом перелома профиля железнодорожного пути между верхней частью подгорочного участка 3 и нижней частью спускного участка 2 не менее 2,29°, подпорный участок 4 имеет возвышение в центре 0,1-0,2 м и его ординаты описываются функцией .
Способы испытаний на испытательном комплексе реализуют следующим образом:
При проведении испытаний вагонов на соударение (фиг. 2) в исходном положении вагон-боек 5 посредством троса 7 и лебедки 6 удерживают на заданной высоте, определяемой необходимой скоростью соударения, и после отключения электродвигателя привода лебедки 6 вагон-боек 5 скатывается с испытательного комплекса под действием собственного веса, пересекает устройство измерения скорости 11, установленное на необходимом расстоянии от места расположения испытуемого вагона 14, и соударяется сначала с испытуемым вагоном 14, а затем пройдя расстояние между испытуемым вагоном 14 (фиг. 3) и вагонами-подпором 8 испытуемый вагон 14 и вагон-боек 5 вместе ударяются в вагоны-подпор 8, закрепленные тормозными башмаками 9 на подпорной части 4 железнодорожного пути, которые, смещаясь на тормозных башмаках 9, поглощают приложенную к ним энергию, при этом со стороны вагона-бойка 5, при ударе в вагоны-подпор 8, фиксируются данные динамометрической автосцепкой 10, установленной на испытуемом вагоне 14, после, под действием собственного веса из-за уклона железнодорожного пути подгорочного участка 3 (фиг. 4), вагоны-подпор 8 и испытуемый вагон 5 возвращаются в исходное рабочее положение. Смещенные при ударе в вагоны-подпор 8 тормозные башмаки 9 устанавливают в первоначальное положение.
При проведении испытаний вагонов на прохождение сцепа вагонов по горбу сортировочной горки (фиг. 5) в исходном положении сцеп вагонов 14 удерживают до или после перелома профиля не менее 3,15° посредством троса 7 и лебедки 6, затем сцеп вагонов 14 с помощью отключения электродвигателя привода лебедки 6 протягивают через перелом профиля не менее 3,15° испытательного комплекса. Подход сцепа подвижного состава выполняют со скоростями, удовлетворяющими требованиям для данного вида испытаний.
При проведении испытаний вагонов на прохождение сцепа по аппарельному съезду (фиг. 6) в исходном положении сцеп вагонов 14 удерживают до или после перелома профиля не менее 2,29° между верхней частью подгорочного участка 3 и нижней частью спускного участка 2 посредством троса 7 и лебедки 6, затем сцеп вагонов 14 с помощью отключения электродвигателя привода лебедки 6 протягивают через перелом профиля не менее 2,29° между верхней частью подгорочного участка 3 и нижней частью спускного участка 2 испытательного комплекса. Подход сцепа подвижного состава выполняют со скоростями, удовлетворяющими требованиям для данного вида испытаний.
Таким образом достигается технический результат, заключающийся в сокращении времени испытаний вагона, расширении возможностей при проведении испытаний, в частности на прочность и ресурс при соударении, проверки возможности прохождения сцепа вагонов горба сортировочной горки и аппарельного съезда.