Стенд для испытания скользунов вагонных тележек
CAR BOGIE SLIDER TEST BENCH

Изобретение относится к оборудованию для проведения испытаний скользунов вагонных тележек.
Известно «Устройство для исследования скользящего контакта между токоприемником и токопроводом» (патент РФ на полезную модель №164576, опубликовано 10.09.2016). Устройство для исследования скользящего контакта между токоприемником и токопроводом, содержащее установленный на раме токопровод, с которым введен в контакт токоприемник, установленный на подвижном основании, оснащенном роликом и копиром и соединенном с приводом горизонтального возвратно-поступательного перемещения через тягу, оснащенную датчиком продольной силы, выход которого через аналогово-цифровой преобразователь соединен с входом компьютера, отличающееся тем, что оно дополнено установленным между токоприемником и подвижным основанием датчиком нажатия, выход которого через аналогово-цифровой преобразователь соединен с входом компьютера.
Недостатком указанного технического решения  является отсутствие возможности прямого измерения продольной составляющей силы, поскольку датчик силы встроен в тягу, совершающую качательные движения, вследствие этого направление вектора измеряемой силы не совпадает с направлением вектора продольной силы, т.е. измеряемая сила в тяге при такой конструкции не равна продольной силе, что значительно влияет на точность измерения.
Также из уровня техники известно «Устройство для исследования триботехнических характеристик материалов» (патент РФ на полезную модель №158916, опубликовано 25.01.2018, Бюл. № 2), принятое за прототип. Устройство для исследования триботехнических характеристик материалов,
содержащее основание, на котором установлены направляющие линейного перемещения образца с нижней и верхней платформами, съемные держатели с пазами для взаимного размещения в них соответственно образца и контробразца, связанные с соответствующими платформами, привод возвратно-поступательного перемещения образца, выполненный в виде кривошипно-шатунного механизма, соединенного с двигателем, датчики регистрации линейных перемещений образца и контробразца, механизм нагружения образцов, включающий привод нагружения, соединенный винтовой передачей с реверсивным двигателем, датчик силы нагружения, соединенный с приводом нагружения, и регистрирующую аппаратуру, соединенную с датчиком силы нагружения и датчиками регистрации линейных перемещений, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит направляющие линейного перемещения контробразца, установленные на верхней подвижной платформе, вертикальные стойки, смонтированные на основании, и блок управления механизмом нагружения и перемещением образца, при этом привод возвратно-поступательного перемещения образца соединен с направляющими образца, которые установлены на основании с возможностью перемещения, верхняя платформа с двух сторон снабжена пружинами, закрепленными с возможностью регулирования усилия сжатия, и датчиками регистрации усилий сжатия, съемные держатели закреплены на платформах посредством соединения "ласточкин хвост", а механизм нагружения образцов выполнен в виде двух плит, нижняя из которых закреплена на направляющих линейного перемещения контробразца и концами с помощью роликовых направляющих закреплена с возможностью вертикального перемещения на вертикальных стойках, а на верхней плите, концы которой тоже закреплены на вертикальных стойках, установлен привод нагружения, при этом датчик силы нагружения, выполненный двунаправленным, расположен между плитами, кроме того, все направляющие выполнены прецизионными.
Недостатком данного устройства является  невозможность обеспечения полного прилегания поверхностей трения испытуемых образцов друг к другу ввиду отсутствия элементов компенсирующих взаимные перекосы.
Техническую задачу, которую решает предлагаемое изобретение, является создание стенда, позволяющего проводить испытания по ГОСТ 34387-2018 «Скользуны тележек грузовых вагонов (общие технические условия)» по определению суммарного (в одну сторону и в противоположную сторону) перемещения колпака скользуна относительно корпуса в продольном направлении до начала работы силы трения при заданном номинальном значении статической силы сжатия.
а
Техническим результатом, заявляемого стенда является построение графика зависимости продольной силы от продольного перемещения (фиг.1), по которому затем определяется расстояние между двумя соседними точками перелома от наклонного участка к горизонтальному участку, которое должно быть не более 10мм по ГОСТ 34387-2018, с обеспечением прямого измерения продольного усилия и обеспечением полного контакта в паре трения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что датчик измерения продольной силы установлен на торце тяги непосредственно перед имитатором боковой опоры кузова вагона, соединение датчика измерения продольной силы и имитатора боковой опоры кузова вагона осуществлено через соединительное звено, установленное на двух осях с помощью сферических подшипников, а конечный элемент устройства вертикального нагружения выполнен в виде ролика бочкообразной формы, закрепленного на оси установленной в вилке которая прикреплена к датчику измерения вертикальной силы.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами:
ФИГ. 1 - Пример графика зависимости продольной силы  от продольного перемещения.
ФИГ. 2 - Стенд для испытания скользунов вагонных тележек (главный вид).
ФИГ. 3 - Система вертикального нагружения (вид А на главном виде стенда для испытания скользунов вагонных тележек).
ФИГ. 4 - Система вертикального нагружения (разрез В-В).
ФИГ. 5 - Система продольного нагружения (вид Б на главном виде стенда для испытания скользунов вагонных тележек).
ФИГ. 6 - Система продольного нагружения (разрез Г-Г)
Стенд для испытания скользунов включает в себя:
- стол 1;
- систему вертикального нагружения 2;
- систему продольного нагружения 3;
- пневмооборудование 4;
- электрооборудование 5;
- ограждение 6.
Стол 1 представляет собой сварную металлоконструкцию, на которой располагаются все основные элементы стенда.
Система вертикального нагружения 2 предназначена для создания статической силы сжатия скользуна в вертикальном направлении через оснастку, имитирующую боковую опору кузова вагона.
Система вертикального нагружения 2 состоит из двух пневмоцилиндров 7, закрепленных на кронштейне 8, который в свою очередь шарнирно, при помощи оси 9, подвешен снизу стола 1. Штоки пневмоцилиндров 7 крепятся к стянутым между собой шпильками 15 щекам рычага 10, закрепленным на оси 11 опоры 35 направляющей продольного нагружения. К верхнему концу рычага 10 через ось 13 прикреплена откидная вилка 12, которая при помощи  двух съемных пальцев 14 фиксируется на рычаге 10. Для ограничения угла поворота вилки 12 на рычаге 10 имеются два упора 16, а уступ 21 служит для удержания в откинутом положении имитатора 32 боковой опоры кузова вагона.
Прямое измерение  величины приложенной к скользуну 43 вертикальной нагрузки обеспечивается прикрепленным к вилке 12 датчиком измерения вертикальной силы 17. Для уменьшения влияния внешних сил трения при осуществлении продольного перемещения, исключения перекосов при приложении вертикальной нагрузки между наружной поверхностью колпака 20 скользуна 43 и  имитатором 32 боковой опоры кузова вагона и, как следствие, для повышения точности воспроизведения условий  испытания конечный элемент системы вертикального нагружения выполнен в виде ролика 19 бочкообразной формы, закрепленного на оси 18 установленной в вилке 44 которая прикреплена к датчику измерения вертикальной силы 17.
Система продольного нагружения 3 предназначена для создания и приложения к колпаку 20 скользуна 43 через имитатор 32 боковой опоры кузова вагона периодической продольной силы в режиме симметричного цикла с обеспечением требуемой амплитуды и частоты.
Система продольного нагружения 3 состоит из электродвигателя 22, закрепленного снизу стола 1. Электродвигатель 22 представляет собой асинхронную машину с частотным приводом, что позволяет производить регулировку частоты его вращения, а, следовательно, и частоту приложения периодической продольной силы. Крутящий момент через ременную передачу 24 и редуктор 33 передается на кривошип 25. Для регулирования натяжения ремня используется механизм натяжения ремня 23. Кривошип 25 в своей конструкции содержит съемную ось 26, перемещение которой по отверстиям 34, позволяет изменять амплитуду цикла приложения периодической продольной силы. Шатун 27, прикрепленный к оси 26, при вращении кривошипа 25 заставляет тягу 28 совершать возвратно-поступательное движение в направляющей опоры 35. К концам тяги 28 через кронштейн 30 прикреплен датчик измерения продольных перемещений 29, позволяющий измерять величину перемещения имитатора 32 боковой опоры кузова вагона. В соответствии с ГОСТ 34387-2018 прижимающая поверхность имитатора 32 боковой опоры кузова вагона, взаимодействующая с рабочей поверхностью колпака 20 скользуна  43 выполнена из материала с твердостью 277...341 HB. Для обеспечения прямого измерения величины периодическойпродольной силы и исключения влияния на это значение паразитных действий сил трения в кинематических парах, датчик измерения продольной силы 31 установлен на торце тяги 28 непосредственно перед имитатором 32 боковой опоры кузова вагона.
Для исключения негативного воздействия изгибающих моментов на датчик измерения продольной силы 31 при измерении продольной силы и компенсации взаимных перекосов между имитатором 32 боковой опоры кузова вагона и наружной поверхностью колпака 20 скользуна 43, соединение датчика измерения продольной силы 31 и имитатора 32 боковой опоры кузова вагона осуществлено через соединительное звено 36, установленное на осях 37 и 38 с помощью сферических подшипников 39 и 40. Данное техническое решение в совокупности с использованием бочкообразного ролика 19 позволяет увеличить точность воспроизведения вертикальной нагрузки и измерения продольной силы.
Пневмооборудование 4 предназначено для подачи воздуха к пневмоцилиндрам 7 системы вертикального нагружения 2.
Электрооборудование 5 расположено на столе 1 и предназначено для питания привода системы продольного нагружения 3, сбора данных с датчиков измерения вертикальной 17 и продольной силы 31 и датчика измерения продольного перемещения и построения графика зависимости продольной силы от продольного перемещения.
Для обеспечения безопасности при проведении испытаний скользуна 43 стенд оборудован ограждением 6.
Принцип работы стенда (фиг. 2… 6).
Скользун 43 устанавливается на опорную плиту 41 и крепится к ней шпильками с гайками 42. К верхней поверхности колпака 20 скользуна  43 прикладывается имитатор 32 боковой опоры кузова вагона системы продольного нагружения 3. Вилка 12 устройства вертикального нагружения 2 откидывается в нижнее положение и фиксируется пальцами 14. Створки ограждения 6 закрываются. При помощи пневмосистемы 4 подается воздух в поршневую полость пневмоцилиндров 7, заставляя штоки выдвигаться. При этом рычаг 10, с зафиксированной на нем вилкой 12 и бочкообразным роликом 19, поворачивается и создает приложенную к верхней поверхности колпака 20 скользуна 43 через имитатор 32 боковой опоры кузова вагона вертикальную статическую нагрузку, соответствующую номинальной установочной высоте скользуна 43 в соответствии с ГОСТ 34387-2018. Запускается двигатель 22, крутящий момент через ременную передачу 24 и редуктор 33 передается на кривошип 25 и шатун 27. Вследствие этого тяга 28 начинает совершать возвратно-поступательное движение, увлекая за собой прикрепленный к ней датчик измерения продольной силы 31 и имитатор 32 боковой опоры кузова вагона. При этом рабочая поверхность колпака 20 скользуна 43 начинает воспринимать периодическую продольную силу, действующую в режиме симметричного цикла с амплитудой и частотой приложения, соответствующей ГОСТ 34387-2018. Имеется возможность изменения частоты приложения продольной силы путем изменения частоты вращения двигателя 22 и изменения амплитуды перемещения имитатора 32 боковой опоры кузова вагона с помощью изменения положения крепления оси 26 относительно оси вращения кривошипа 25. В процессе испытания измеряются: статическая вертикальная нагрузка датчиком силы 17, продольная сила датчиком 31, продольное перемещение датчиком линейных перемещений 29.
Получаемые во время испытания данные о положении имитатора 32 боковой опоры кузова вагона и мгновенной величине продольной силы  передаются на компьютер, где после их обработки строится график зависимости продольной силы от продольного перемещения. Пример графика зависимости приведен на фиг.1
а
Суммарное перемещение колпака скользуна 43 относительно корпуса до начала работы сил трения по зависимости определяют как расстояние  между двумя соседними точками перелома от наклонного участка к горизонтальному участку, которое должно быть не более 10мм в соответствии с ГОСТ 34387-2018.
По окончании проведения испытаний двигатель 22 останавливается, воздух подается в штоковые полости пневмоцилиндров 7, тем самым снимая статическую нагрузку со скользуна 43 и переводя рычаг 10 в верхнее положение. Створки ограждения 6 открываются, вынимаются пальцы 14, вилка 12 откидывается вверх до упоров 16. Имитатор 32 боковой опоры кузова вагона откидывается вверх и крепится за уступы 21. Гайки 42 откручиваются, испытанный скользун 43 извлекается из стенда.
Таким образом, предлагаемый стенд позволяет проводить испытания скользуна вагонной тележки по определению суммарного (в одну сторону и в противоположную сторону) перемещения колпака скользуна относительно корпуса в продольном направлении до начала работы силы трения при заданном номинальном значении статической силы сжатия.