СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ НАДРЕССОРНЫХ БАЛОК ТЕЛЕЖЕК ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ
TEST BENCH FOR FATIGUE STRENGTH OF ABOVE-SPRING BEAMS OF FREIGHT-CAR TRUCKS

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к устройствам для определения прочностных характеристик узлов и деталей ходовых частей железнодорожного подвижного состава, в частности подпятниковой зоны и скользунов надрессорной балки тележки грузовых вагонов.
Известен стенд для испытаний на усталостную прочность элементов подвижного состава (Авт.свид. СССР №410280, 05.01.1974, G01M 17/00), содержащий основание с П-образными опорами и связанные с основанием вертикальный, расположенный между опорами, и горизонтальные силовые цилиндры с целью имитации боковых колебаний (перевалки) кузова вагона относительно надрессорной балки тележки, опорную раму, которая закреплена на штоке вертикального цилиндра с возможностью поворота в вертикальной плоскости и шарнирно соединена с горизонтальными цилиндрами в точках, расположенных ниже точки закрепления рамы.
Недостатками данного стенда являются:
- наличие пружинных комплектов, деформирование которых на сжатие практически исключает реализацию боковых колебаний (перевалки) кузова вагона относительно надрессорной балки тележки, что снижает достоверность получаемых результатов;
- наличие нескольких силовых цилиндров для задания постоянной вертикальной нагрузки и попеременной силовой нагрузки на края подвижной рамы, вызывая ее колебания относительно продольной оси вагона;
- большие габариты стенда, а также большое количество конструктивных элементов (основания с поперечной балкой, четыре вертикальные колонны и т.д.), испытывающие большие статические и динамические испытательные нагрузки, что отрицательно сказывается на прочности стенда.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является стенд для испытаний на сопротивление усталости надрессорных балок тележек грузовых вагонов (Авт.свид. СССР №868420 А1, 30.09.1981, G01M 17/00), включающий опоры, жестко закрепленные на основании, и нагружающее устройство. Опоры выполнены в виде двух неподвижных П-образных стоек, взаимодействующих с концами надрессорной балки, и одной центральной опоры для поддержания подпятниковой зоны надрессорной балки. Нагружающее устройство выполнено в виде гидроцилиндра, смонтированного на верхней части одной из стоек, и пружинного комплекта, смонтированного на верхней части другой стойки.
Недостатками данного стенда являются:
- отсутствует возможность нагружения скользунов надрессорной балки, имеющих различную конструкцию, что снижает достоверность получаемых результатов;
- наличие гидроцилиндра, который может работать только с определенной частотой;
- наличие пружин, которые часто выходят из строя.
Технический результат заявленного изобретения - упрощение конструкции стенда, а также повышение технологичности процесса испытания и достоверности получаемых результатов.
Указанный технический результат достигается тем, что стенд для испытаний на сопротивление усталости надрессорных балок тележек грузовых вагонов, включающий, по меньшей мере, одну опору, жестко закрепленную на основании, и нагружающее устройство, дополнительно содержит цилиндрические катки для установки на них надрессорных балок, зафиксированные на соответствующей опоре, фасонные прокладки для размещения между испытываемой надрессорной балкой и цилиндрическими катками, и пневмопульсатор, установленный на основании и соединенный с магистралью со сжатым воздухом, при этом нагружающее устройство выполнено в виде рамы вагона, снабженной креплениями для установки, по меньшей мере, одного мерного груза и пятниками для размещения на подпятниках испытываемых надрессорных балок, а пневмопульсатор выполнен с возможностью воздействия на шкворневую балку рамы вагона.
Стенд может содержать две пары опор. Пятники рамы вагона нагружающего устройства могут быть выполнены сменными или с возможностью изменения своих размеров для установки на соответствующие подпятники испытываемых надрессорных балок. Рама вагона нагружающего устройства может быть выполнена с кузовом для размещения в нем мерного груза. Стенд может содержать дополнительный пневмопульсатор.
Наличие в заявленном стенде минимального количества конструктивных элементов позволяет упростить его конструкцию и процесс проведения испытаний. Включение в стенд цилиндрических катков для установки на них надрессорных балок, фасонных прокладок для размещения между испытываемой надрессорной балкой и цилиндрическими катками, а также выполнение нагружающего устройства в виде рамы вагона, снабженной креплениями для установки, по меньшей мере, одного мерного груза и пятниками для размещения на подпятниках испытываемых надрессорных балок, позволяет нагружать установленные на ней скользуны любой конструкции, что повышает достоверность результатов испытаний.
Наличие в стенде пневмопульсатора, соединенного с магистралью со сжатым воздухом и выполненного с возможностью воздействия на шкворневую балку рамы вагона нагружающего устройства, позволяет проводить испытания в резонансном режиме, тем самым, экономя энергозатраты и максимально приближая процесс испытаний к естественным условиям эксплуатации.
Заявленный стенд может быть использован для испытаний одной (по отдельности) или одновременно двух надрессорных балок нагрузками, возникающими от перевалки кузова при движении вагона.
На фиг.1 приведена схема установки надрессорных балок с использованием четырех опор.
На фиг.2 схематично показан вариант нагружающего устройства стенда, выполненного в виде рамы вагона с кузовом.
Стенд для для испытаний на сопротивление усталости надрессорных балок тележек грузовых вагонов включает, одну или несколько опор 1 и нагружающее устройство, выполненное в виде рамы вагона, например, с кузовом 2, цилиндрические катки 3 для установки на них надрессорных балок 4, один или два пневмопульсатора 5, соединенные с магистралью со сжатым воздухом, например, посредством шланга 6. Цилиндрические катки 3 установлены на одной опоре 1 или на каждой из них (при наличии нескольких опор 1). Каждый цилиндрический каток 3 фиксируется с помощью имеющегося углубления в верхней части опоры 1 (размещен в желобе цилидрической формы). Стенд также снабжен фасонными прокладками 7, каждая из которых устанавливается между цилиндрическим катком 3 и надрессорной балкой 4. Рама вагона нагружающего устройства снабжена креплениями (на чертежах не показаны) для установки, по меньшей мере, одного мерного груза 8 и пятниками 9 для их размещения в подпятники 10 надрессорных балок 4.
Стенд может содержать различное количество опор 1. Например, в конструкции стенда может быть использована одна монолитная опора 1, или одна пара опор 1, или две пары опор 1. На фиг.1 показан последний вариант с использованием четырех опор 1. Опора или опоры 1 устанавливают на основании 11 и жестко закрепляют на нем.
Пневмопульсатор 5 устанавливают на основании 11 и жестко закрепляют на нем таким образом, чтобы он упирался в шкворневую балку 12 рамы вагона нагружающего устройства. Пневмопульсатор 5 установлен с возможностью воздействия на шкворневую балку 12 рамы вагона нагружающего устройства для имитации усилий, действующих на подпятниковую зону и скользуны 13 надрессорной балки 4 тележки подвижного состава и возникающих при перевалке рамы вагона во время движения железнодорожного состава.
Пневмопульсатор 5 может быть выполнен в виде тормозного цилиндра с отверстиями в его корпусе, предназначенными для сброса давления в цилиндре после рабочего хода штока цилиндра. Цилиндр с помощью шланга 6 подсоединяется к воздушной магистрали со сжатым воздухом.
Надрессорные балки 4 и опоры 1 стенда устанавливают таким образом, чтобы расстояние l между осями подпятников 10 надрессорных балок 4 соответствовало базе рамы вагона (расстоянию между осями пятников 9), используемой в качестве нагружающего устройства.
Рама вагона нагружающего устройства может быть выполнена с кузовом 2, который предназначен для удобного и безопасного размещения и закрепления (с помощью креплений) внутри него мерного груза 8, масса которого берется в зависимости от осевой нагрузки тележки испытуемой надрессорной балки 4. Имеется возможность регулировки массы груза путем установки дополнительных мерных грузов 8 или их снятия в зависимости от необходимых статических и динамических нагрузок, согласно программе испытаний.
В качестве мерного груза 8 могут быть использованы стальные или железобетонные блоки. Крепления для фиксации мерного груза 8 могут быть выполнены, например, в виде тяг (канатов, цепей и т.п.) или специальных приспособлений.
При одновременном испытании двух надрессорных балок 4 может быть использован один груз 8, распределенный по всей площади рамы вагона нагружающего устройства, или два груза 8 (как на фиг.2), установленные над каждой испытываемой надрессорной балкой 4. При необходимости испытания только одной надрессорной балки 4 мерный груз 8 устанавливается на том конце рамы, который находится над испытываемой надрессорной балкой 4.
Для форсирования напряжений в подпятниковой зоне надрессорной балки 4 стенд может содержать стальную прокладку с элементами фиксации ее на подпятниковой зоне надрессорной балки (см. Авт. свид. №1147946 A1, 30.03.1985, G01M 17/00).
Фасонные прокладки 7 снабжены отверстиями под бонки надрессорных балок 4 и могут быть выполнены из стали.
Выполнение пятников 9, которыми оборудуют раму 2 кузова вагона, может быть различным. Размеры пятников 9 (диаметр, высота) выбираются в зависимости от размера подпятников 10 испытуемых надрессорных балок 4 тележек, зависящих от их осевой нагрузки. Пятники 9 могут быть выполнены сменными. При этом пятник 9 одного размера может монтироваться и заменяться полностью на новый пятник другого размера (подходящего под испытуемый подпятник 10), а может заменяться частично, например, путем снятия или добавления его части (например, кольца с определенным внешним радиусом).
Для устойчивой работы стенда и безопасности проведения испытаний в испытуемые надрессорные балки 4 устанавливаются шкворни (на чертежах не показаны), которые облегчают установку рамы 2 на надрессорные балки 4.
Для упрощения и автоматизации процесса испытаний стенд оборудуется счетчиком циклов, регистрирующей аппаратурой, позволяющей следить также за постоянством режима нагружения, и видеокамерами (на чертежах не показаны), позволяющими наблюдать за процессом нагружения, появлением и развитием трещин в испытываемых надрессорных балках.
Стенд для испытаний на сопротивление усталости надрессорных балок тележек грузовых вагонов работает следующим образом (показан на примере использования варианта с четырьмя опорами и рамы вагона с кузовом в качестве нагружающего устройства).
При подготовке стенда к работе испытываемая надрессорная балка 4 через прокладки 7 устанавливается на цилиндрические катки 3, размещенные в верхней части опор 1. Затем в подпятники 10 вставляются шкворни.
Далее, нагружающее устройство устанавливается пятниками 9 рамы вагона с кузовом 2 на подпятники 10 надрессорных балок 4. Внутри кузова 2 размещают и закрепляют один или два мерных груза 8 заданной массы. К шкворневой балке 12 рамы вагона с кузовом 2 устанавливают пневмопульсатор 5, который неподвижно закрепляют на основании 11 и подключают с помощью шланга 6 к воздушной магистрали с давлением 5-8 атм.
После этого подают давление в тормозной цилиндр пневмопульсатора 5, тем самым, производя запуск стенда. Работа стенда осуществляется циклически в резонансном режиме. При подаче давления шток цилиндра поднимает шкворневую балку 12, заваливая кузов 2 рамы вагона нагружающего устройства относительно его продольной оси. При достижении поршнем отверстий, выполненных в корпусе тормозного цилиндра пневмопульсатора 5, происходит сброс давления через отверстия и кузов 2 возвращается в исходное положение. Процесс испытаний ведется в соответствии с заданной программой испытаний и может достигать 10 млн циклов.
Результатами испытаний надрессорных балок 4 является количество циклов их нагружения до появления трещин и/или до полного разрушения. Полученные результаты испытаний подлежат дальнейшей статистической обработке, выполняемой в соответствии со стандартной методикой, для получения кривой усталости испытанной конструкции надрессорной балки 4.
Таким образом, предложенный стенд позволяет при упрощении его конструкции производить испытания одновременно двух надрессорных балок, нагружая не только подпятники, но и скользуны, требует минимального расхода электроэнергии, приближает процесс испытаний к естественным условиям эксплуатации, повышая тем самым технологичность всего процесса и достоверность получаемых результатов.