ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ УСТАЛОСТНАЯ МАШИНА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА ДИНАМИЧЕСКУЮ НАГРУЗКУ ДЛЯ РЕЛЬСОВЫХ КРЕПЕЖНЫХ ПРУЖИННЫХ ПРУТКОВ
HIGH FREQUENCY FATIGUE DYNAMIC LOAD TEST MACHINE FOR RAIL FIXING SPRING BARS

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к машине для испытаний на динамическую нагрузку для рельсовых крепежных пружинных прутков. В частности, относится к высокочастотной машине для испытаний на динамическую нагрузку для рельсовых крепежных пружинных прутков.
Уровень техники
Крепежная система играет важную роль в безопасном движении поезда в качестве ключевого элемента в структуре рельса железной дороги, особенно в соединении рельса с рельсом.
В настоящее время на существующей испытательной машине для испытания на усталость крепежных пружинных прутков проводится только испытание на усталость низкой частоты ниже 20 Гц. По мере повышения скорости движения поездов, особенно открытия и эксплуатации большого числа линий, таких как высокоскоростные железные дороги, метод испытания на низкую частоту пружинных прутков уже не полностью удовлетворяет требованиям к проектированию и применению пружинных прутков. В частности, пуленепробиваемая рейка для высокоскоростной железной дороги, по многочисленным документальным данным, диапазон частот усталостного повреждения пружинных прутков составляет 500 Гц ~ 700 Гц, требует моделирования высокочастотного испытания в лаборатории, что не может быть достигнуто существующей низкочастотной испытательной машиной или обычным высокочастотным вибрационным испытательным стендом. Поэтому необходимо разработать и имитировать систему испытания на усталость для высокочастотного движения (>20 Гц) пружинных прутков.
Раскрытие изобретения
Задача данного изобретения заключается в том, чтобы была создана высокочастотная машина для испытания на динамическую нагрузку на усталость для пружинного прутка железнодорожного крепежа, которая может имитировать высокочастотную динамическую нагрузку на усталость в соответствии с частотой отклика при фактическом применении пружинных прутков, чтобы преодолеть недостатки предшествующего уровня техники, описанные выше.
Задача данного изобретения может быть реализована с помощью следующих технических решений: высокочастотная усталостная машина для испытаний на динамическую нагрузку для рельсовых крепежных пружинных прутков содержит станину, электродвигатель, механизм приводного вала, нагрузочный шатунный механизм, нагрузочный блок и конструкцию зажима пружинного прутка, защитный кожух и столешницу станины, при этом указанный механизм приводного вала включает в себя маленький ременный шкив, распределительный вал, большой ременный шкив и кулачок на выходном валу электродвигателя, причем маленький шкив и большой ременный шкив соединены зубчатым ремнем, большой ременный шкив и кулачок установлены на распределительном валу, нагрузочный шатунный механизм контактирует с кулачком, другой конец нагрузочного шатунного механизма соединен с нагрузочным блоком, и нагрузочный блок соединен с образцом для испытания пружинного прутка, установленным на базовую конструкцию зажима пружинного прутка; при использовании пусковой электродвигатель приводит маленький ременный шкив на выходном валу во вращение, тем самым приводит большой ременный шкив, распределительный вал и кулачок во вращение, кулачок приводит нагрузочный шатунный механизм в цикличное движение высокой частоты, и через нагрузочный блок образуется высокочастотный импульс для образца пружинного прутка, установленного на базовую конструкцию зажима пружинного прутка.
Предпочтительно, кулачок является эксцентриковым кулачком, эксцентриковое расстояние d1 составляет 0 мм ~ 5 мм, можно регулировать эксцентриковое расстояние кулачка, по требованиям к частоте нагрузки и амплитуде нагрузки осуществлять динамическую нагрузку низкой частоты f1 и амплитуды d1 первой ступени, диапазон f1 составляет 0-50 Гц, f1 = выходная скорость вращения электродвигателя / передаточное отношение i, при этом передаточное отношение i = скорость вращения ведущего колеса / скорость вращения ведомого колеса = скорость ведущего колеса / скорость ведомого колеса = (диаметр ведомого колеса / диаметр ведущего колеса) / (l-коэффициент скольжения), причем ведущее колесо является маленьким ременным шкивом, ведомое колесо является большим ременным шкивом.
Указанный кулачок может являться оригинальным или овальным, на окружности которого равномерно распределено число кулачковых ярусов n длины волны и вогнуто-выпуклой многоугольной конструкции глубины d2, осуществляется высокочастотная нагрузка второй ступени, диапазон n составляет 0 - 200, при реализации высокочастотной нагрузки f2, диапазон d2 составляет 0-1 мм, высокочастотная нагрузочная частота f2 = n ⋅ f1, диапазон высокочастотной нагрузочной частоты f2 составляет 0 - 5000 Гц, кулачок может содержать конструкцию с разными диаметрами и числом классов в разных многоугольниках, если диаметр кулачка (34) φ, расстояние от точки зажатия образца пружинного прутка до фиксированного конца нагрузочного шатуна составляется l1, расстояние от точки зажатия образца пружинного прутка до подвижного конца нагрузочного шатуна составляется l2, то амплитуда пружинного прутка d = d2 ⋅ l1/ (l1+12).
Указанный распределительный вал фиксирует столешница станины через опорную поверхность подшипника качения (35) на двух концах; на одном конце описанного распределительного вала установится ручная рукоятка, ручной регулировки электродвигателя, решающая задачу зацепления маленького ременного шкива и большого ременного шкива с зубчатым ремнем.
Указанный нагрузочный шатунный механизм включает в себя опорную поверхность подшипника, подшипник, нагрузочный шатун и подшипник качения, на одном конце нагрузочного шатуна установлен подшипник качения, другой конец закреплен через подшипник качения на опорной поверхности подшипника, установленной на столешнице станины, при этом подшипник качения прямо контактирует с указанным кулачком, седла основания, нагрузочный блок соединен с нагрузочным шатуном.
Указанный подшипник качения вращается по направлению окружности кулачка, нагрузочный шатун генерирует амплитуду высокочастотного возбуждения и передает амплитуду высокочастотного возбуждения на нагрузочный блок, твердость подшипника качения и кулачка во время высокочастотного контакта качения совпадает, и эти два материала должны быть закалены и отпущены.
Нагрузочный блок машины выдерживает высокочастотную вибрацию, заданную кулачком при испытании, в то же время он выдерживает усилие предварительного нагружения, заданное образцом пружинного прутка, причем диапазон усилия предварительного нагружения составляет 0-20 кН.
Конструкция зажима пружинного прутка включает в себя зажимное гнездо, шпильку, гайку, образец пружинного прутка, монтируется и крепится на зажимном гнезде по нормальному эксплуатационному режиму, и с помощью шпильки и гайки на двух концах зажимного гнезда проводится предварительная регулировка нагрузки.
Указанная конструкция зажима пружинного прутка позволяет проводить монтаж и испытание на усталость конструкции различных образцов пружинного прутка, в том числе типа "ω", типа "е", типа FC и стержня или осколка.
Указанный нагрузочный блок и образец пружинного прутка установлены тензодатчики и датчики для регистрации амплитуды и частоты пружинного прутка с помощью испытательной системы регистрации.
Электродвигатель машины представляет собой двигатель переменной частоты, который может быть использован в соответствии с требованиями образца пружинного прутка, частота нагрузки выполняет частотную модуляцию отклика, а диапазон частотной модуляции составляет 0 Гц ~ 100 Гц, после прохождения через механизм приводного вала и нагрузочный шатунный механизм нагрузочный блок выдает различные частотные нагрузки.
Защитный кожух машины закрывает рабочую платформу, в процессе испытания защитный кожух находится в защитном состоянии закрепления, чтобы обеспечить безопасность испытания, для указанного защитного кожуха установлена прозрачная поверхность наблюдения для наблюдения состояния испытания в любое время, через всю испытательную машину проходят четыре опорные ножки рамы, регулирующие горизонтальное положение всей испытательной машины.
По сравнению с существующей техникой, испытательная машина данного изобретения обеспечивает эксцентриковый кулачок особой конструкции, на поверхности которого имеется несколько выпуклостей и желобов; при вращении эксцентрикового кулачка с приводом от электродвигателя можно создавать амплитуду высокочастотного возбуждения нагруженного шатуна, контактирующего с поверхностью эксцентрикового кулачка, при этом нагрузка шатуна будет обеспечивать высокочастотную амплитуду и усталостную нагрузку для образца предварительного монтажа прутка на зажимном гнезде, выходная частота нагрузки нагрузочного блока может достигать 5000 Гц. В то же время, в процессе испытания защитный кожух находится в состоянии защиты, что обеспечивает безопасность испытания, для защитного кожуха можно установить прозрачную поверхность наблюдения для наблюдения состояния испытания в любое время.
Перечень фигур чертежей
Фиг. 1 - общая конструктивная схема данного изобретения.
Фиг. 2 - схема приводной конструкции данного изобретения.
Фиг. 3 - схема конструкции привода распределительного вала данного изобретения.
Фиг. 4 - схема конструкции кулачка данного изобретения.
Фиг. 5 - схема конструкции нагрузочного шатуна данного изобретения.
Фиг. 6 - принципиальная схема расчета амплитуды данного изобретения.
Фиг. 7 - схема конструкции зажима пружинного прутка для примера осуществления.
Фиг. 8 - схема конструкции зажима пружинного прутка для примера осуществления.
Фиг. 9 - схема конструкции зажима пружинного прутка для примера осуществления.
На представленных фигурах номера позиций обозначают следующее: 1 - станина; 2 - электродвигатель; 3 - механизм приводного вала; 4 нагрузочный шатунный механизм; 5 -нагрузочный блок; 6 - механизм зажима пружинного прутка; 7 - защитный кожух; 8 столешница станины; 9 - опорная ножка; 10 - панель; 11 - ручная кулисная рукоятка; 21 - маленький ременный шкив; 31 - распределительный вал; 32 - подшипник кулачкового вала; 33 - большой ременный шкив; 34 - кулачок; 35 опорная поверхность подшипника качения; 41 - опора подшипника; 42 - подшипник; 43 - нагрузочный шатун; 44 -подшипник качения; 61 - зажимное гнездо; 62 - образец пружинного прутка; 63 - шпилька; 64 - гайка; 65 - гнездо пружинного прутка; 66 - основание.
Осуществление изобретения
Ниже приведено подробное описание о данном изобретении в сочетании с приложенными фигурами чертежей и примерами осуществления.
Пример осуществления 1
Данное изобретение касается высокочастотной усталостной машина для испытаний на динамическую нагрузку для рельсовых крепежных пружинных прутков, содержащей станину (1), электродвигатель (2), механизм приводного вала (3), нагрузочный шатунный механизм (4), нагрузочный блок (5) и конструкцию механизма (6) зажима пружинного прутка, защитный кожух (7) и столешницу станины (8), указанный механизм приводного вала (3) включает в себя маленький ременный шкив (21), распределительный вал (31), большой ременный шкив (33) и кулачок (34) на выходном валу электродвигателя (2), маленький ременный шкив (21) и большой ременный шкив (33) соединены зубчатым ремнем, большой ременный шкив (33) и кулачок (34) установлены на распределительном валу (31), распределительный вал (31) закреплен на верхней части столешницы станины (8) рамы через опорную поверхность (35) подшипников качения с обоих концов, подшипник (32) распределительного вала установлен между распределительным валом (31) и опорными поверхностями (35) подшипников качения, ручная кулисная рукоятка (11) расположена на одном конце распределительного вала (31), и различия в зацеплении между маленьким ременным шкивом (21) на выходе двигателя (2), большой ременный шкив (33) и зубчатый ремень регулируются вручную, как показано на фиг. 3-4.
Описанный нагрузочный шатунный механизм (4) включает в себя опору подшипника (41), подшипник (42), нагрузочной шатун (43) и подшипник (44), на одной стороне нагрузочного шатуна (43) установлен подшипник (44) качения, другой конец закрепляется на опоре подшипника (41) через подшипник (42) качения, в том числе, подшипник (44) качения прямо контактируется с указанным кулачком (34), столешницей станины (8), нагрузочный блок (5) соединяется с нагрузочным шатуном (43). Описанный подшипник (44) качания вращается по направлению окружности кулачка (34), нагрузочной шатун (43) приводит к амплитуде высокочастотного возбуждения, и передает амплитуду высокочастотной амплитуды к нагрузочному блоку (5) и запускает нагрузочный блок (5), чтобы динамически нагрузить образец пружинного прутка (62), при контакте с частотным качанием конструкция соответствует твердости подшипника (44) качения и кулачка (34), материалы должны быть закаленными и отпущенными. Как показано на фиг. 5.
Конструкция зажима (6) пружинного прутка включает в себя зажимное гнездо (61), шпильку (63), гайку (64), описанный образец пружинного прутка (62) монтируется и крепится на зажимном гнезде (61) по нормальному эксплуатационному режиму, и с помощью шпильки (63) и гайки (64) на двух концах зажимного гнезда (61) проводится предварительная регулировка нагрузки. Как показано на фиг. 2, 6. Нагрузочный блок 5, в процессе испытания, не только выдерживает высокочастотную вибрацию от кулачка (34), одновременно выдерживает образец пружинного прутка (62), диапазон предварительной нагрузки составляет 0-20 KN; усилие предварительной нагрузки образца пружинного прутка регулируется шпильками (63) и гайками (64) на обоих концах базовой конструкции для зажима (6) пружинного прутка (6). Описанная конструкция зажима (6) пружинного прутка позволяет проводить монтаж и испытание на усталость конструкции образца пружинного прутка типа "ω".
Защитный кожух (7) ограждает панель (10) рабочей платформы, в процессе испытания защитный кожух (7) находится в защитном положении, чтобы обеспечить безопасность испытания, для указанного защитного кожуха (7) установлена прозрачная поверхность наблюдения для наблюдения состояния испытания в любое время; испытательная машина имеет возможность регулировать горизонтальное положение всей испытательной машины по четырем опорным ножкам (9) станины (1). Как показано на фиг. 1.
Принцип работы высокочастотной испытательной машины: пусковой электродвигатель (2) приводит маленький ременный шкив на выходном валу, зубчатый ремень соединяется с большим ременным шкивом (33) на распределительном вале (31), по проекту коэффициент передачи синхронно приводит кулачок (34) на распределительном вале (31), кулачок (34) приводит подшипник качения на одном конце подшипника (44) в высокочастотном цикле, нагрузочный шатун (43) приводит к амплитуде высокочастотного возбуждения, нагрузочный шатун (43) приводит к высокочастотному возбуждению амплитуды и усталостной нагрузке для образца пружинного прутка (62) на зажимное гнездо (6), в процессе испытания, защитный кожух (7) находится в закрытом состоянии. Испытательная машина может регулировать горизонтальное положение с помощью четырех опорных ножек (9) станины 1.
Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, электродвигатель (2) является электродвигателем переменной частоты, можно загрузить частоту в ЧМ-диапазоне, диапазон настройки по частоте составляет 0 Гц ~ 100 Гц по требованию к использованию образца пружинного прутка (62), механизм приводного вала (3), нагрузочный шатунный механизм 4, выходная частота нагрузки нагрузочного блока (5) может достигать 5000 Гц; выходной ременный шкив (21) электродвигателя в приводном механизме и большой ременный шкив на распределительном вале (31) соединяются через зубчатый ремень, передаточное отношение i = скорость вращения ведущего колеса / скорость вращения ведомого колеса = (диаметр ведомого колеса/ диаметр ведущего колеса) / (1-коэффициент скольжения), при этом, ведущее колесо является маленьким ременным шкивом (21), ведомое колесо является большим ременным шкивом (33).
В сочетании с фиг. 3, фиг. 4, кулачковая конструкция расположена эксцентрично чтобы достичь эффекта высокочастотного возбуждения на окружности кулачка (34), эксцентриковое расстояние составляет 0 мм ~ 5 мм, можно регулировать эксцентриковое расстояние кулачка (34), по требованиям к частоте нагрузки и амплитуде нагрузки осуществлять динамическую загрузку низкочастотной f1 и амплитуды d1 первой ступени, диапазон f1 составляет 0-50 Гц, f1 = выходная скорость вращения электродвигателя / передаточное отношение i, в том числе, передаточное отношение i = скорость вращения ведущего колеса / скорость вращения ведомого колеса = скорость ведущего колеса / скорость ведомого колеса = (диаметр ведомого колеса / диаметр ведущего колеса) / (1-коэффициент скольжения); в том числе, ведущее колесо является маленьким ременным шкивом (21), ведомое колесо является большим ременным шкивом (33).
N многоугольников равномерно распределены по периферийной поверхности кулачка (34), вогнутая выпуклая структура многоугольника с одинаковой длиной волны и глубиной волны d2 достигает второй высокочастотной нагрузки, диапазон п равен 0-200, достигая высокой частоты загрузки f2, диапазон d2 составляет 0-1 мм; частота высокочастотной нагрузки f2 = n ⋅f1, диапазон частоты высокочастотной нагрузки f2 составляет 0-5000 Гц, кулачок (34) может содержать конструкцию с разными диаметрами и числом классов в разных многоугольниках, если диаметр кулачка (34) - ф, расстояние от точки зажатия образца для испытания пружинного прутка (62) до фиксированного конца нагрузочного шатуна (43) составляется l1, расстояние от точки зажатия образца для испытания пружинного прутка (62) до подвижного конца нагрузочного шатуна (43) составляется l2, то: амплитуда пружинного прутка d = d2 ⋅ l1 / (l1 + l2).
Определенное количество равномерной длины волны и вогнутой и выпуклой структуры с глубиной волны, количество периодической длины волны и глубины волны можно вычислять по формуле: n = аналоговая частота / (выбрать выходную скорость вращения электродвигателя/ передаточное отношение i), здесь передаточное отношение i одинаковое с вышеуказанным значением i, конструкция кулачка (34) может быть проектирована в оригинальной форме или в овальной форме.
Пример осуществления 2:
Пример осуществления 2 идентичен основному образцу примера осуществления 1, отличие заключается в различии механизма зажима пружинного прутка (6). Другие структуры и методы осуществления аналогичны примеру осуществления 1. Цель данного примера осуществления состоит в том, чтобы объяснить разницу между ними.
В сочетании с фиг. 8, в данном примере осуществления, поскольку структура пружинного прутка образца изменяется на пружинный пруток крепления FC, образец пружинного прутка будет фиксироваться на основании (66) посредством гнезда пружинного прутка (65), и выполняется предварительная нагрузка пружинного прутка, которая регулироваться через шпильки (63) и гайки (64) на обоих концах; нагрузочный блок (5) соединен с шатуном, нагрузочный блок (5) непосредственно осуществляет высокочастотную амплитуду на среднем кольце образца пружинного прутка.
Пример осуществления 3:
Пример осуществления 3 одинаков с основной конструкцией примера осуществления 1, отличие заключается в различии механизма зажима пружинного прутка 6. Другие структуры и методы осуществления аналогичны примеру осуществления 1. Цель данного примера осуществления состоит в том, чтобы объяснить разницу между ними.
В сочетании с фиг. 9, в данном примере осуществления, поскольку структура пружинного прутка образца изменяется на пружинный пруток крепления типа "е", образец пружинного прутка будет фиксироваться на основании (66) посредством гнезда пружинного прутка (65), и выполняется предварительная нагрузка пружинного прутка, которая будет регулироваться через шпильки (63) и гайки (64) на обоих концах; нагрузочный блок (5) соединен с шатуном, а нагрузочный блок (5) непосредственно обеспечивает высокочастотную амплитуду на образце пружинного прутка.