СТЕНД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПРУЖИН ТЕЛЕЖКИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель на предлагаемый стенд относится к испытательной технике. Устройство предназначено для измерения характеристик пружин сжатия при производстве или ремонте тележек грузового вагона, а также других изделий, имеющих в своем составе пружины сжатия.
На подвижном составе используются различного типа тележки и, следовательно, могут отличаться и их пружины рессорного подвешивания. И все они подвергаются проверке на соответствие установленным параметрам. Потому что, установка пружин рессорного подвешивания от тележки одного типа в тележки другого нарушает нормальную работу рессорного подвешивания - ухудшается работа фрикционного гасителя колебаний, увеличенная динамическая нагрузка на вагон. А это приводит к пробою рессорного комплекта и, как следствие, к разрушению элементов конструкции вагона и верхнего строения пути, снижает безопасность движения.
Согласно определениям из Типовой методики испытаний пружин (СТ ССФЖТ ЦТ-ЦВ-ЦЛ 084-2000, М, стр.3) максимальная (пробная) нагрузка - соответствует сжатию пружины до полного соприкосновения витков или до напряжения, соответствующего пределу текучести материала. Для выполнения данного условия статические испытания пружин тележек выполняют соответствующим нагружением до максимальной величины сжатия витков пружины. В тоже время величина напряжения, соответствующего пределу текучести материала, может быть достигнута раньше, чем витки сожмутся полностью. Поэтому создан ряд соответствующих устройств для контроля характеристик пружин.
Так, известен стенд, содержащий жестко прикрепленную к горизонтальной поверхности станину, на которой неподвижно закреплена направляющая с зубьями. Вдоль направляющей перемещается каретка, на одном торце которой установлена длинная стойка с горизонтальной опорой в верхней части, на другом торце каретки - короткая стойка, на которой помещен датчик для измерения шага витков винтовой пружины сжатия (пат. RU №2388996, G01B 21/00, от 31.03.2009). На валу последнего закреплена шестерня, введенная в зацепление с зубьями направляющей, а на горизонтальной опоре длинной стойки каретки вертикально установлен стержень, нижним концом воздействующий на датчик для измерения диаметра и стрелы прогиба испытуемой винтовой пружины сжатия, прикрепленный к длинной стойке каретки. Верхним концом стержень жестко соединен с вилкой, при этом между горизонтальной опорой и вилкой помещена пружина. Внутри вилки установлена ось с размещенным на ней роликом, на ободе последнего выполнен ручей, в который входит проволока первого витка винтовой пружины сжатия, продольная ось которой параллельна направляющей. При том, винтовая пружина сжатия помещена между двумя дисками, один из которых жестко установлен на валу мотор-редуктора, а другой смонтирован с возможностью вращения относительно винта, проходящего через неподвижно прикрепленную к верхнему краю станины гайку. Другой диск установлен также с возможностью продольного перемещения вместе с винтом. Имеются датчики для измерения диаметра, стрелы прогиба и шага витков пружины связаны с микропроцессорной системой управления. Прибор предназначен только для измерения геометрических параметров пружин, а для измерения силовой характеристики не подготовлен. Поэтому он не предназначен для отбраковки несоответствующих типу тележки пружин из-за узкоспециализированного назначения.
Известен стенд для испытания силовых параметров пружин, конструкция которого решает задачу упрощения установки пружины на испытания (пат. RU №86308, G01M 17/04, от 22.04.2009) и который выбран наиболее близким для первой модификации заявляемой группы. Стенд содержит гидроцилиндр, на штоке которого закреплено нажимное устройство, основание для установки пружины, насосную станцию, блок управления и датчик линейных перемещений, гидрораспределитель, подключенный к насосной станции через предохранительный клапан. При этом гидроцилиндр, нажимное устройство и основание для установки пружины закреплены на выполненной в виде портала раме, снабженной поворотной осью, закрепленной на основании стенда. Данное предложение хоть и рассчитано на применение в подвижном составе имеет неустойчивую конструкцию. А, кроме того, небезопасно при испытаниях - не защищает персонал, например, при изломе испытуемой пружины до сжатия на витки. Кроме того, недостатком указанной машины является определение ограниченного числа параметров пружины. Он не предназначен для отбраковки несоответствующих типу тележки пружин.
Известно устройство для испытания и автоматической отбраковки пружин, выбранное в качестве наиболее близкого решения, содержащее измерительные прессы с разными диапазонами нагрузок, механизмы: подачи под измерительный пресс, перемещения пружин внутри устройства, сортировки измеренных пружин на годные и негодные, выгрузки пружин из устройства (пат. RU №2349394, В07С 5/34, от 30.10.2007). Управляется устройство посредством электронно-измерительным блока. Данное устройство имеет много функций, но из-за своих габаритов неудобно при использовании в качестве простого устройства определения характеристик пружин тележки вагона или локомотива при полном ее сжатии. В тоже время оно не определяет напряжения, соответствующего пределу текучести материала, так как не заложено в программу испытаний. К тому же не описаны меры по защите персонала при испытаниях пружин, например, при изломе испытуемого образца до сжатого на витки максимальной нагрузкой. Поэтому сохраняется необходимость в дальнейшей модернизации таких стендов, начиная от самого простого устройства.
Предлагается устройство для оперативного контроля параметров пружин, например, при сборке рессорного комплекта тележек подвижного состава.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая группа моделей, является повышение безопасности при испытаниях, расширение технических возможностей стенда, а, кроме того, расширение номенклатуры измеряемых пружин, автоматизация процесса измерения и подбора пружин по типу тележек или для разного типа устройств, содержащих близкие по параметрам пружины.
Технический результат достигается тем, что в стенде определения характеристик пружин тележки подвижного состава при полном сжатии, содержащим механизм принудительного сжатия пружин при помощи силового цилиндра, на штоке которого закреплена нажимная плита, основание для установки пружины, силоизмерительное устройство на основе соответствующего датчика, датчик линейных перемещений, блок управления и блок питания, дополнительно заложен защитный механизм, для которого при включении стенда, блоком управления реализуется временная задержка, во время которой осуществляется перемещение защитного экрана.
Также в стенде в качестве датчика линейных перемещений применяется измерительная линейка с указателем, связанным со штоком, а в качестве датчика силоизмерительного устройства манометр давления. При этом на линейке отмечены интервалы годности пружин для каждого типа тележек.
Сущность по второму аспекту заявляемой группы моделей заключается в том, что в стенде определения характеристик пружин тележки подвижного состава при полном сжатии, содержащим механизм принудительного сжатия пружин при помощи силового цилиндра, на штоке которого закреплена нажимная плита, основание для установки пружины, силоизмерительное устройство на основе соответствующего датчика, датчик линейных перемещений, блок управления и блок питания, дополнительно заложен на основе снимаемой силовой характеристики механизм расчета напряжений, так чтобы при испытаниях не превысить напряжения, соответствующего пределу текучести материала, при этом для их визуализации стенд имеет соответствующие экраны, а для ввода дополнительных данных использует клавиатуру на панели блока управления.
Кроме того, в случае недостижения напряжений, соответствующих пределу текучести материала, команда на окончание процесса полного сжатия на витки подается, после, того как темп изменения величины сжатия пружины ΔL от прикладываемого усилия не изменится на заданную величину, например, ΔL/ΔF≥k.
Технический результат достигается также тем, что устройство определения соответствия пружин определенному типу тележки вагона или локомотива, содержащее механизм принудительного сжатия пружин при помощи силового цилиндра, силоизмерительное устройство на основе датчика силы, контролирующее силу сжатия пружины и ее высоту под нагрузкой и имеющее несколько каналов измерения, связанных с диапазоном испытательных нагрузок; блок управления и контроля и блок питания, дополнительно содержит канал измерения анализа параметров, соответствующих типу тележки, и что в блоке управления выбирается посредством соответствующего переключателя, а в памяти блока управления в цифровом виде записана информация о конструктивных характеристиках пружин, соответствующих типу тележек, на основании которой в указанном блоке производится сравнение информации о параметрах измеренных пружин с заложенными в память; на основании чего принимается решение о соответствии или отбраковке пружин,, которое выводится на индикаторное устройство и дисплей блока управления.
В качестве примера конкретного исполнения на фиг.1, 2 и 3 схематично изображен стенд с защитным экраном. На фиг.2 показан вариант конструктивного исполнения стенда с дополнительными узлами. На фиг.3 показан вариант конструктивного исполнения стенда с определением соответствия пружин определенному типу тележки вагона или локомотива
В представлении первого варианта стенд имеет блок управления пневматикой 1, силовой блок 2, а также блок питания (схематично показан нафиг.1). Силовой блок 2 в виде цилиндра 3 расположен на упорах 4 на основании 5. Испытываемая пружина 6 устанавливается на основание между поддерживающими цилиндр упорами под нажимную плиту 7. К основанию крепится подвижный защитный экран 9. Его привод осуществляется с использованием вспомогательного цилиндра (показан на пневматической схеме как 10). Как вариант исполнения на рисунке приведен случай, когда датчик линейных перемещений 11 крепится к нажимной плите, а указатель на корпусе цилиндра. Возможно и исполнение противоположное исполнение: указатель на плите, а датчик линейных перемещений на корпусе. Контроль касания пружины нажимной плитой выполнен на основе отдельной детали (механического индикатора типа флажка), расположенной на плите.
Так как особое значение придается высоте пружины в полностью сжатом состоянии, то на датчик линейных перемещений наносится соответствующий интервал, попадая в который пружина признается годной к использованию.
Пневматическая часть включает прибор контроля давления (манометр) 12, трехходовой кран 13, редуктор 14, фильтр 15 и кран управления 16 цилиндром 10, предназначенным для перевода экрана в рабочее состояние при испытаниях.
В представлении второго варианта стенд на фиг.2 имеет блок управления и контроля или электронно-измерительным блок 1, силовой блок 2, а также блок питания (не показан). Кроме того, на панели блока размещены дисплеи 17, показывающие характеристики пружины и клавиатура 18 ввода параметров пружины в микроконтроллер стенда. Данные пружин могут поступать также от центрального компьютера (не показан) через соответствующий интерфейс. Наличие измерительных датчиков позволяет быстро выполнять измерения, в том числе и в автоматическом режиме. Защитный экран не показан.
В блочном представлении стенд на фиг.3 имеет блок управления 1, силовой блок 2, а также блок питания (не показан). Кроме того, на панели блока размещены индикаторы 19, показывающие соответствуют ли характеристики пружины заданному типу тележки. Тип тележки выбирается посредством соответствующего положения переключателя 20.
В силовом блоке для создания нагрузки используются силовые пневматические или гидравлические цилиндры или привод через шаговый винт от гидро- или электромотора.
При использовании пневматики подача воздуха в силовые цилиндры осуществляется с помощью пневматических вентилей, управляемых вручную (первый вариант) или электронно-измерительным блоком при наличии электропневматических вентилей. Этот блок представляет собой контроллер блока, центральный компьютер управления с преобразователями датчиков перемещения, силы и исполнительной схемой.
Информация о конструктивных параметрах пружин записывается в память микропроцессора в цифровом виде или записывается. Информация о силовых характеристиках испытуемых пружин с датчиков в цифровом виде поступает в электронно-измерительный блок или строится отдельно по окончании испытаний на основе ранее полученной градуировки. При этом в электронно-измерительном блоке производится сравнение заданных характеристик пружин с характеристиками испытуемых пружин.
По первому аспекту заявляемой группы моделей стенд работает следующим образом.
Пружина устанавливается под плиту силового блока и проводится его запуск в работу. При этом сжатие начинает выполняться через некоторый промежуток времени, во время которого исполнительный механизм защитного экрана перекрывает область с испытываемой пружиной от лица, управляющего стендом. При этом отвод экрана может произойти только с отводом поршня цилиндра. Контроль процесса выполняется по датчику линейных перемещений, для чего применяется, например, измерительная линейка с указателем, связанным со штоком 11, а в качестве датчика силоизмерительного устройства манометр давления 12. Об усилии, прикладываемом к пружине, судят по градуировочной зависимости давление/сила.
По второму аспекту заявляемой группы моделей стенд работает с использованием электронного блока управления, в который дополнительно заложен на основе снимаемой силовой характеристики пружины механизм расчета напряжений, так чтобы при испытаниях не превысить напряжения, соответствующего пределу текучести материала, при этом для их визуализации стенд имеет соответствующие экраны 17, а для ввода дополнительных данных использует клавиатуру 18 на лицевой панели. Оператор прежде вводит необходимые данные для расчета напряжений конкретной пружины. Затем обслуживающее лицо запускает устройство в работу нажатием соответствующей кнопки. При этом вначале защитный экран перекрывает рабочую зону. Процесс испытания полностью автоматизирован на основе имеющихся измерительных датчиков и исполнительных устройств. В процессе испытаний в случае недостижения напряжений, соответствующих пределу текучести материала, команда на окончание процесса полного сжатия на витки подается после того, как темп изменения величины сжатия пружины ΔL от прикладываемого усилия F не изменится на заданную величину.
По третьему аспекту заявляемой группы моделей стенд работает следующим образом
При запуске для определения типа пружин оператор должен ввести (выбрать) тип тележки грузового вагона, для которой собирается рессорный комплект, и поочередно устанавливать пружины в устройство. То есть, шаг 1 - выбрать тип тележки. Кроме того, может возникнуть необходимость в установлении браковочного интервал, если он не задан программно. То есть предварительно заложить верхнее и нижнее значения по измеряемым характеристикам пружин.
Например, соответствующим переключателем 20 выбирается положение: пружина для рессорного подвешивания грузовых вагонов тележки 18-100 или 18-578.
Далее следующим шагом - 2 устанавливает пружину в приемный стакан и запускает стенд в работу. Выполняется шаг - 3: оператор нажимает кнопку ПУСК - в это же время устройством выполняется закрытие защитного экрана, определяется тип пружины. Затем пружина сжимается цилиндром (пневматическим в нашем случае) пробной нагрузкой соответствующей этому виду пружины для указанного типа тележки.
Отметим, что устройство автоматически определяет вид пружины (наружная или внутренняя). В ходе нагружения пружины устройство определяет жесткость и высоту пружины и, в зависимости от полученных значений, указывает соответствие пружины типу тележки. В алгоритме работы стенда рассматривается, например, такие ситуации:
а) если пружина под пробной нагрузкой имеет высоту больше максимально допустимой (браковочный размер) - из-за повышенной жесткости или пружина сжата полностью (села на витки), то пружина забраковывается.
0
б) если пружина под пробной нагрузкой имеет высоту меньше требуемой - из-за пониженной жесткости или высоты в свободном состоянии Н - например, пружина от рессорного комплекта другого типа тележки, то пружина также забраковывается.
в) если пружина имеет параметры, установленные оператором для указанного типа тележки, то пружина допускается к установке в рессорный комплект тележки.
При достижении заданной величины нагрузки сжатие пружины прекращается и начинается ее уменьшение. После полного снятия с пружины нагрузки устройство разблокирует экран и запустит процесс его отвода в исходное состояние.
3
На блоке управления включится ЗЕЛЕНАЯ лампа, если параметры пружины соответствуют выбранному типу тележки и высота пружины Н под пробной нагрузкой не превышает установленного верхнего и нижнего значения, или КРАСНАЯ, если параметры превышают нижний уровень значений и пружина забракована. Кроме того, для подклиновых пружин используются те, из годных, которые не бракуются верхним значением. Затем пружина снимается с места испытаний.
Забракованные пружины устанавливать в рессорный комплект тележки запрещено. Понятно, что могут быть и другие комбинации предложенных вариантов стенда. В настоящее время на заявляемую группу моделей разработана конструкторская документация, и проводится изготовление опытных образцов вариантов стенда для испытаний пружин тележки железнодорожного вагона. Результаты предварительных испытаний одного из вариантов стенда показали соответствие заявленным требованиям.