Стенд для определения динамических нагрузок, возникающих в колесных парах тележки грузового вагона при прохождении кривых участков пути
STAND FOR DETERMINING THE DYNAMIC LOADS ARISING IN THE WHEEL PAIRS OF A FREIGHT CAR BOGIE WHEN PASSING CURVED TRACK SECTIONS

Предлагаемое устройство относится к области контроля и диагностики параметров ходовых частей грузового вагона по ходу движения в кривых участках пути.
При проведении патентного поиска по фондам ФИПСа были найдены следующие патенты аналоги:
- Известен "Катковый стенд оценки динамических параметров тележки вагона", (патент RU №2668485, МПК G01M 17/00, опуб. 01/10/2018 г.).
Назначением данного стенда является проведение лабораторных испытаний колесных пар рельсового подвижного состава для определения динамических и ресурсных характеристик, проведение приемочных испытаний посредством создания искусственных нагружающих и тормозных воздействий.
Катковый стенд для оценки динамических параметров тележки вагона, содержащий установленные на фундаменте с приямком участок рельсового пути для приема и снятия испытуемой тележки вагона, две каретки с роликами в направлении каждого рельса, портал для создания вертикальной нагрузки на тележку с помощью гидродомкрата, размещенного на тележке, пневматический цилиндр для передачи тормозного усилия на фрикционные колодки передней колесной пары, находящейся при испытании тележки в области кареток, в приямке установлен асинхронный двигатель, соединяемый с шейкой передней колесной пары тележки клиноременной передачей, отличающийся тем, что для оценки динамических параметров испытуемой тележки вагона одна пара фрикционных колодок установлена с высоким сцеплением с колесом, а другая - с предельно низким, а на испытуемой тележке, в одной из ее контрольных точек, установлен датчик прибора для измерения параметров вибрации при циклическом действии тормозного усилия.
К недостаткам данного стенда относятся его габариты и узкое назначение данного стенда, не позволяющее имитировать различные профили и кривизну рельсового пути.
- Известен "Стенд для диагностики тележек вагонов", (патент №2733596, МПК G01M 17/08, опуб. 05.10.2020 г.)
Основная сущность данного устройства в следующим. Изобретение относится к области диагностики рельсовых транспортных средств, в частности к стендам для диагностики тележек вагонов. Стенд содержит фундамент, подпружиненную опорную плиту, рельсы и опорные ролики. Рельсы установлены на фундаменте и опорной плите. Ролики установлены на поперечных балках и контактируют как с поверхностью катания колес, так и с гребнями колесных пар. Балки шарнирно закреплены на опорной плите и шарнирно связаны со штоками поршней гидроцилиндра. Корпус гидроцилиндра установлен на опорной плите в ее продольной плоскости. Целью предлагаемого изобретения является расширение имитационных возможностей Катковых стендов, предназначенных для без разборной технической диагностики ходовых частей вагонов.
Поставленная цель достигается тем, что опорные ролики, контактирующие с гребнями колес колесных пар тележки, установлены на поперечно расположенных балках шарнирно закрепленных с помощью вертикальных шарниров на опорной плите, и каждая из них также шарнирно связана со штоками поршней гидроцилиндра, корпус которого установлен на упомянутой опорной плите в ее продольной плоскости.
К недостаткам данного стенда относятся его габариты, а также узкое назначение стенда, а именно невозможность имитировать всевозможные кривые участки пути.
- В качестве прототипа принят "Стенд испытаний колесных пар и их элементов", (патент RU №2436061, МПК G01M 17/00, опуб. 10.12.2011 г.)
Стенд предназначен для определения динамических нагрузок, возникающих колесной паре тележки грузового вагона при прохождении кривых участков пути.
Цель достигается тем, что стенд для испытания колесных пар и их элементов состоит из катка (профильного колеса) для взаимодействия с гребнем и поверхностью катания колеса, устройств для вращения и торможения колесной пары и нагружающего устройства, отличающихся тем, что нагружающее устройство включает независимые маслостанции с гидрораспределителя, гидравлические цилиндры со штоками, на концы которых установлены клиновые упоры, опирающиеся на клиновые поверхности держателей катков. Углы клиновых упоров и клиновых поверхностей держателя катка определяются в соответствии с формулами
1
2
1
2
1
2
где α, α - функциональные углы соответственно левого нагружающего устройства, моделирующего движение колеса по наружному рельсу криволинейного участка пути, и правого нагружающего устройства, моделирующего движение колеса по внутреннему рельсу криволинейного участка пути; R, R - вертикальная реакция левого (наружного) и правого (внутреннего) рельсов соответственно; H, Н - поперечные горизонтальные нагрузки от левого, движущегося по наружному рельсу криволинейного участка пути, и правого, движущегося по внутреннему рельсу криволинейного участка пути, колеса.
К недостаткам можно отнести сложность регулирования возвышения наружного рельса, габариты стенда, а также отсутствие возможности проведения испытаний, учитывающих кривизну пути.
Задачей предлагаемого устройства является определение динамических нагрузок, возникающих в узлах тележки грузового вагона при прохождении кривых участков пути. Поставленная задача достигается тем, что стенд содержит: основание, узлы, обеспечивающие вращение колесных пар, нагрузку на тележку, кран-балку. Отличие заключается в том, что основание, на которое устанавливается передвижной рельсовый блок с различными радиусами кривизны, представляет собою две продольно установленные балки, жестко связанные между собою. Одна балка опирается концами на опоры, другая балка концами опирается подъемный механизм, содержащий два рычажных узла, связанные продольной тягой, которая при продольном перемещении меняет положение наклонных рычагов рычажных узлов, шарнирно связанных с нею, тем самым обеспечивается подъем балки, опирающейся на рычажные узлы, и передвижного рельса.
Предложенная конструкция стенда поясняется фигурами.
На фиг. 1 показан общий вид стенда с узлом для регулирования высоты подъема рельса.
На фиг. 2 показан общий вид стенда сверху с размещением на основании рельсового блока.
На фигуре 1 обозначено: 1 - колесная пара грузовой тележки типа 18-100, 2 - рычажный узел, 3 - нагрузочный портал, 4 - подъемный механизм, 5 - основание, 6 - опоры, 7 - наклонный рычаг, 8 - продольная тяга, 9 - гидравлический цилиндр, 10 - передвижной рельсовый блок, 11 - неподвижный участок рельсового пути.
На фигуре 2 обозначено: 4 - подъемный механизм, 5 - основание, 10 - передвижной рельсовый блок, 12 - наружная балка, 13 - внутренняя балка, 14 - внутренний рельс, 15 - наружный рельс
Работа стенда.
1) При испытании тележка устанавливается с неподвижного участка рельсового пути 11 на рельсовый блок из прямых рельсов 10;
2) Искусственно задается нагрузка на тележку при помощи нагрузочного портала 3
3) Колесная пара грузовой тележки 1 приводится во вращение. Узел, обеспечивающий вращение колесной, пары на фигурах не показан.
4) Производятся замеры динамических параметров при разных скоростях и динамических нагрузках;
5) Устанавливается тележка на рельсовый блок с большим радиусом кривизны;
6) Искусственно задается возвышение наружного рельса над внутренним с помощью подъемного механизма 4, содержащего продольную тягу 8, которая перемещает наклонные рычаги 7 рычажного узла 2 под действием гидравлического цилиндра 9, тем самым осуществляет подъем наружной балки 12 с наружным рельсом 15;
7) Производятся замеры с учетом возвышения наружного рельса при разных скоростях и нагрузке.
8) Устанавливается тележка на рельсовый блок со средним радиусом кривизны;
9) Искусственно задается возвышение наружного рельса над внутренним с помощью подъемного механизма 4, содержащего продольную тягу 8, которая перемещает наклонные рычаги 7 рычажного узла 2 под действием гидравлического цилиндра 9, тем самым осуществляет подъем наружной балки 12 с передвижным рельсом 15;
10) Производятся замеры с учетом возвышения наружного рельса при разных скоростях и нагрузке.
11) Устанавливается тележка на рельсовый блок с малым радиусом кривизны;
12) Искусственно задается возвышение наружного рельса над внутренним с помощью подъемного механизма 4, содержащего продольную тягу 8, которая перемещает наклонные рычаги 7 рычажного узла 2 под действием гидравлического цилиндра 9, тем самым осуществляет подъем наружной балки 12 с наружным рельсом 15;
13) Производятся замеры с учетом возвышения наружного рельса при разных скоростях и нагрузке.
Скорость задается вручную, в одном из трех установленных скоростных режимов. Нагружение тележки осуществляется с помощью гидравлического домкрата 3, который создает дополнительные условия для испытаний, повышающие точность замеров и расширенные технические возможности для проведения анализа. Стенд содержит подъемный механизм 4, который содержит: основание5, узлы, обеспечивающие вращение колесных пар, нагрузку на тележку, а также кран-балку. Отличие заключается в том, что основание 5, на которое устанавливается передвижной рельсовый блок с различными радиусами кривизны 10, представляет собою две продольно установленные балки, наружную 12 и внутреннюю 13, жестко связанные между собою. Одна балка опирается концами на опоры 6, другая балка концами опирается на подъемный механизм 4, содержащий два рычажных узла 2, связанные продольной тягой 8, которая при продольном перемещении, под усилием штока гидравлического цилиндра 9, меняет положение наклонных рычагов 7 рычажных узлов, шарнирно связанных с нею, тем самым обеспечивается подъем наружной балки 12, опирающейся на рычажные узлы, и передвижного рельса 10. Подъемный механизм позволяет имитировать возвышение наружного рельса над внутренним на необходимую для проведения испытаний величину. Снятие динамических характеристик осуществляется известными в науке методами тензометрии. Возможности стенда позволяют задаваться как стандартным прямым участком рельсового пути, так и заменять его на кривой или же дефектный участок пути. Осуществляется это путем смены соответствующих блоков рельсов - прямых и с различной кривизной для кривых участков пути, для этого тележка временно откатывается на жестко закрепленный участок рельсового пути 11 и заменяется блоками передвижных рельсов. Данная замена осуществляется механически с помощью - кран-балки. Возвышение рельса производят от 10 до 400 мм, что позволяет рассчитать динамическую нагрузку при разном возвышении рельсового пути не только в прямых, но и в кривых участках. Снятие параметров происходит при различных скоростях и меняющихся вертикальных нагрузках в зависимости от типа вагона, а также учитывается технического состояния пути и вагона, которое влияет на изменение динамики в целом.
Разработана и сконструирована динамическая часть стенда. К колесной паре посредством клиноременной передачи подведен асинхронный двигатель, осуществляющий ее вращение в трех скоростных режимах. В рельсовом пути установлены две каретки с роликами, на которые наезжает колесная пара. Нагрузочная часть стенда, роль которой выполняет нагрузочный портал, также обсчитана, сконструирована и исправно осуществляет свои функции в полном объеме. К стенду подключен компьютер с необходимым измерительным оборудованием, при помощи которого происходит считывание необходимых параметров, получаемых в ходе эксперимента.
На стадии разработки находится подъемный механизм стенда. К данному моменту выполнены чертежи в трех проекциях, произведены прочностные расчеты. Изготовлена часть изделия и уже находится в эксплуатации.