Стенд для исследования взаимодействия колеса с рельсом железнодорожного транспорта (варианты)

 

Изобретение относится к испытательной технике железнодорожного транспорта. Стенд содержит связанный с электродвигателем вал для колеса, контактирующего с имитатором рельсового пути, механизм вертикального радиального нагружения колеса и механизм горизонтального бокового нагружения колеса, колодочный тормоз, установленный с возможностью взаимодействия с испытуемым колесом, и подпружиненный рычаг, один конец которого связан с механизмом вертикального радиального нагружения колеса. Имитатор рельсового пути представляет собой отрезок рельса, опирающийся с одной стороны от зоны контакта с колесом на роликовую опору на основании стенда, а на втором конце подпружиненного колеса установлен ролик для опирания на него другой стороны отрезка рельса, который зафиксирован с обоих торцов пружинами с регулируемой затяжкой. Во втором варианте выполнения стенда имитатор рельсового пути выполнен в виде катка, имеющего профиль рельса и шарнирно установленного на втором конце подпружиненного рычага. Обеспечиваются расширение функциональных возможностей стенда, сокращение его габаритов и потребляемой электроэнергии, а также приближение условий испытаний к реальным. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к испытательной технике железнодорожного транспорта и может использоваться для исследования физических процессов в системе "колесо-рельс" железнодорожного транспорта.

Известен катковый стенд для испытаний колесных пар рельсового подвижного состава, содержащий основание, на котором закреплены стойки для опирания буксовых узлов испытуемой колесной пары, привод вращения последней, узлы осевого и радиального нагружения испытуемой колесной пары и горизонтально расположенные ролики, при этом узел радиального нагружения состоит из закрепленной к штокам силовых цилиндров траверсы, несущей подпружиненные в горизонтальном направлении катки, смонтированные с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной оси колесной пары, фрикционно связанные в горизонтальной плоскости с роликами и взаимодействующие с поверхностью катания и гребнем каждого колеса испытуемой колесной пары (SU, авторское свидетельство N 741088, кл. G 01 M 17/00, 1980), Недостатком известного стенда является то, что боковая горизонтальная нагрузка от силового цилиндра на каток передается через упорный ролик значительно меньшего диаметра и, следовательно, имеющего более высокую скорость вращения, пропорциональную соотношению диаметров катка и ролика, что значительно снижает ресурс ролика. Внешняя поверхность катка недостаточно развита и имеет такую форму, из-за которой каток взаимодействует только с гребнем и окологребневой зоной колеса, исключая большую часть поверхности катания. Кроме того, размещение подшипников внутри катка ограничивает применение подшипников большего типоразмера и, следовательно, большей грузоподъемности (долговечности, надежности). К недостатку стенда можно также отнести отсутствие в его составе рельса, что сужает функциональные возможности стенда, так как это не позволяет снимать характеристики сцепления при непосредственном взаимодействии колеса с рельсом, а лишь позволяет вести длительные ресурсные испытания.

Известен стенд для испытаний элементов рельсового транспортного средства, содержащий основание со стойками и опорами, связанный с электродвигателем вал с маховиком для колеса транспортного средства, контактирующего с имитатором рельсового пути, представляющим собой отрезок рельса, опирающийся с одной стороны от зоны контакта с колесом на роликовую опору на основании стенда, причем стенд также содержит установленный на одной из стоек механизм вертикального радиального нагружения колеса и механизм горизонтального бокового нагружения колеса, установленный на одной из опор (SU, авторское свидетельство N 1444636, кл. G 01 M 17/00, 1988).

Недостатком известного стенда является наличие движущегося рельса значительной длины и большой инерционной массы, что требует, во-первых, большого пространства для размещения стенда - практически двойной длины рельса и элементов его опирания; во-вторых, необходима достаточно значительная мощность как для приведения рельса в движение, так и для его остановки. При этом практически невозможно использовать его для исследования процессов боксования и юза.

Известен стенд для испытаний элементов рельсового транспортного средства, содержащий основание со стойками и опорами, связанный с электродвигателем вал с маховиком для колеса транспортного средства, контактирующего с имитатором рельсового пути, механизм вертикального радиального нагружения колеса, установленный на одной из стоек, и механизм горизонтального бокового нагружения колеса, установленный на одной из опор (SU, авторское свидетельство N 1444636, кл. G 01 M 17/00, 1988).

Недостатком известного стенда является отсутствие катков, что не позволяет проводить длительные (ресурсные) испытания.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей стенда, сокращение его габаритов и потребляемой электроэнергии, а также приближение условий испытаний к реальным.

Для достижения этого технического результата стенд для исследования взаимодействия колеса с рельсом железнодорожного транспорта, содержащий основание со стойками и опорами, связанный с электродвигателем вал с маховиком для колеса транспортного средства, контактирующего с имитатором рельсового пути, представляющим собой отрезок рельса, опирающийся с одной стороны от зоны контакта с колесом на роликовую опору на основании стенда, причем стенд также содержит установленный на одной из стоек механизм вертикального радиального нагружения колеса и механизм горизонтального бокового нагружения колеса, установленный на одной из опор, снабжен колодочным тормозом, установленным с возможностью взаимодействия с испытуемым колесом, и подпружиненным рычагом, шарнирно установленным на одной из опор и один конец которого связан с механизмом вертикального радиального нагружения колеса, а на втором концы этого рычага установлен ролик для опирания на него другой стороны отрезка рельса, который зафиксирован с обоих торцов пружинами с регулируемой затяжкой.

Кроме того, отрезок рельса со стороны его торца, встречного направлению вращения колеса, связан со штоком пневмоцилиндра, установленного на одной из опор, и механизм горизонтального бокового нагружения колеса выполнен в виде расположенной в гнезде опоры пружины и регулировочного винта, упирающихся через шарикоподшипник в боковую поверхность отрезка рельса.

Для достижения указанного технического результата во втором исполнении стенд для исследования взаимодействия колеса с рельсом железнодорожного транспорта, содержащий основание со стойками и опорами, связанный с электродвигателем вал с маховиком для колеса транспортного средства, контактирующего с имитатором рельсового пути, механизм вертикального радиального нагружения колеса, установленный на одной из стоек, и механизм горизонтального бокового нагружения колеса, установленный на одной из опор, снабжен подпружиненным рычагом, шарнирно установленным на одной из опор и один конец которого связан с механизмом вертикального радиального нагружения колеса, и колодочным тормозом, установленным с возможностью взаимодействия с испытуемым колесом, а имитатор рельсового пути выполнен в виде катка, имеющего профиль рельса и шарнирно установленного на втором конце подпружиненного рычага.

Кроме того, механизм горизонтального бокового нагружения колеса выполнен в виде расположенной в гнезде опоры пружины и регулировочного винта, упирающихся через шарикоподшипник в ось катка.

На фиг. 1 показан общий вид стенда при взаимодействии колеса с рельсом; на фиг. 2 - то же при взаимодействии колеса с катком; на фиг. 3 - разрез А-А по фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б по фиг. 2; на фиг. 5 - вариант узла В фиг. 1 - исполнение опоры с пневмоцилиндром при исследовании процессов юза и боксования.

Стенд (фиг. 1, 2) содержит основание 1, на котором установлены стойки 2, 3, 4, опоры 5, 6, 7. На стойке 2 смонтирован механизм вертикального радиального нагружения, состоящий из пружины 8, винта 9, опорных чашек 10, 11. На стойках 3 и 4 установлены соответственно пневмоцилиндры 12 и 13, штоки которых шарнирно соединены с рычагами 14 и 15 и тормозными колодками 16 и 17. Нижние концы рычагов 14 и 15 также шарнирно соединены соответственно с опорами 5 и 7. На опоре 5 на оси 18 шарнирно установлен рычаг 19, один конец которого связан с механизмом вертикального радиального нагружения (поз. 8, 9, 10, 11) на стойке 2, а на другом смонтирован ролик 20 на оси 21 (фиг. 1), на которую опирается один конец имитатора рельсового пути в виде отрезка рельса 22, второй конец которого опирается на роликовую опору 23 на оси 24 в опоре 6. Отрезок рельса 22 в продольном направлении с одного торца касается пружины 25, упирающейся в опору 5, а с другой - пружины 26, находящейся в гнезде опоры 7 и поджатой винтом 27. Для замера усилия поджатия пружин установлены месдозы (датчики) 28, 29. С отрезком рельса 22 и тормозными колодками 16, 17 контактирует колесо 30 транспортного средства, установленное на консоли вала 31, на котором находится также маховик 32 (фиг. 3, 4). Вал 31 опирается на подшипники 33, 34 и соединен с электродвигателем 35. При длительных ресурсных испытаниях, связанных с многократным вращением колеса 30, в контакте с последним взамен отрезка рельса 22 в качестве имитатора пути установлен каток 36 (фиг. 2, 4), имеющий профиль рельса, на оси 37 и подшипниках 38, 39 шарнирно на конце подпружиненного рычага 19 (фиг. 2) механизма вертикального радиального нагружения.

Механизм горизонтального бокового нагружения смонтирован на опоре 7 и содержит винт 40, пружину 41, упор 42, шарикоподшипник 43, месдозу (датчик) 44.

В тормозных колодках 16, 17 размещены месдозы (датчики) 45, 46 для измерения нормальных и 47, 48 - тангенциальных составляющих тормозной силы. Параллельно с пружиной 8 между стойкой 20 и рычагом 19 установлен динамический нагружатель 49, например, в виде инерционного вибровозбудителя.

В случае установки на стенде составного колеса 30, состоящего из ступицы и бандажа, в комплектации стенда предусмотрены стопорные планки 50, 51 (фиг. 1), соединяющие указанные элементы для имитации цельного колеса, а также планка 52, контактирующая с упором 53 на отрезке рельса 22.

При исследовании процесса юза и боксования в полость гнезда опоры 7 может быть установлен пневмоцилиндр 54 (фиг. 5), шток которого упирается в торец отрезка рельса 22 с возможностью воздействия на него в направлении, встречном вращению колеса 30.

Стенд работает следующим образом.

Вертикальная нагрузка в зоне контакта колесо 30 - отрезок рельса 22 (или колесо 30 - каток 36) создается поджатием винта 9, пружины 8 через месдозу 28 и соответственно конца рычага 19, прижимающего вследствие этого отрезок рельса 22 роликом 20 на оси 21 (или катод 36 через подшипники 38, 39 и ось 37) к колесу 30.

Боковое нагружение на отрезок рельса 22 (или ось 37 катка 36) осуществляется закручиванием винта 40, поджатием пружины 41 (через месдозу 44) давлением упора 42 через шарикоподшипник 43 на боковую поверхность отрезка рельса 22 (фиг. 3) или на ось 37 катка 36 (фиг. 4).

Вращающий момент от электродвигателя 35 через вал 31 передается на колесо 30. Торможение, т.е. нагружение тормозным моментом, осуществляется под действием штоков пневмоцилиндров 12, 13 и рычагов 14, 15 прижатием тормозных колодок 16, 17 до полной остановки колеса 30 или в режиме подтормаживания.

В ходе исследований по сигналам месдозы (датчика) 29 регистрируется сила сцепления колеса 30 с рельсом 22, месдозы 28 - сила прижатия отрезка рельса 22 к колесу 30, месдозы 44 - бокового усилия на отрезок рельса 22 (каток 36), месдоз 45, 46 - нормальная и месдоз 47 - 48 - тангенциальная составляющие тормозной силы. Кроме того, измеряются и регистрируются скорость вращения и величина вращающего момента. По указанным параметрам определяются контактные давления, коэффициенты трения, интенсивность износа и другие параметры.

При исследовании процесса юза и боксования шток пневмоцилиндра 54 упирается в торец отрезка рельса 22 и воздействует на него в направлении, встречном вращению колеса 30. В процессе боксования отрезок рельса 22 неподвижен, в то время как находящееся с ним в контакте колесо 30 вращается. При этом линейная скорость отрезка рельса 22 равна 0. При юзе линейная скорость отрезка рельса 22 больше линейной скорости вращающегося колеса 30 и противоположна по знаку.

При исследовании процесса боксования отрезок рельса 22 жестко фиксируется относительно колеса 30 и основания 1 под действием давления со стороны пневмоцилиндра 54 или при полной затяжке пружин 25, 26 под действием винта 27 до полного замыкания их витков.

Для исследования характеристик сцепления между ступицей и бандажом составного колеса 30 демонтируют стопорные планки 50, 51 и на бандаже закрепляют планку 52, которая при приложении вращающего момента от двигателя 35 к валу 31, ступице колеса 30 упирается в упор 53 на отрезке рельса 22 и не дает возможности бандажу колеса 30 провернуться относительно отрезка рельса 22, но не препятствует бандажу этого колеса провернуться относительно его ступицы.

Динамический нагружатель 49 включают для имитации вибрационного возмущения со стороны пути (отрезка рельса 22, катка 36).

Таким образом, стенд обладает достаточно широкими возможностями, позволяющими исследовать характеристики сцепления как цельных, так и составных колес в режимах статического и динамического нагружений, при взаимодействии колеса как с рельсом (исследования характеристик сцепления), так и с катком (длительные ресурсные испытания), что значительно расширяет его функциональные возможности и обеспечивает проведение различных видов испытаний.

Предлагаемый стенд может быть использован как в качестве исследовательского - при изучении физических процессов взаимодействия колеса и рельса, так и в качестве испытательного - при обработке конструкции и технологии изготовления колес и рельсов.

Формула изобретения

1. Стенд для исследования взаимодействия колеса с рельсом железнодорожного транспорта, содержащий основание со стойками и опорами, связанный с электродвигателем вал с маховиком для колеса транспортного средства, контактирующего с имитатором рельсового пути, представляющим собой отрезок рельса, опирающийся с одной стороны от зоны контакта с колесом на роликовую опору на основании стенда, причем стенд также содержит установленный на одной из стоек механизм вертикального радиального нагружения колеса и механизм горизонтального бокового нагружения колеса, установленный на одной из опор, отличающийся тем, что он снабжен колодочным тормозом, установленным с возможностью взаимодействия с испытуемым колесом, и подпружиненным рычагом, шарнирно установленным на одной из опор и один конец которого связан с механизмом вертикального радиального нагружения колеса, а на втором конце этого рычага установлен ролик для опирания на него другой стороны отрезка рельса, который зафиксирован с обоих торцев пружинами с регулируемой затяжкой.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что отрезок рельса со стороны его торца, встречного направлению вращения колеса, связан со штоком пневмоцилиндра, установленного на одной из опор.

3. Стенд по п.1, отличающийся тем, что механизм горизонтального бокового нагружения колеса выполнен в виде расположенной в гнезде опоры пружины и регулировочного винта, упирающихся через шарикоподшипник в боковую поверхность отрезка рельса.

4. Стенд для исследования взаимодействия колеса с рельсом железнодорожного транспорта, содержащий основание со стойками и опорами, связанный с электродвигателем вал с маховиком для колеса транспортного средства, контактирующего с имитатором рельсового пути, механизм вертикального радиального нагружения колеса, установленный на одной из стоек, и механизм горизонтального бокового нагружения колеса, установленный на одной из опор, отличающийся тем, что он снабжен подпружиненным рычагом, шарнирно установленным на одной из опор и один конец которого связан с механизмом вертикального радиального нагружения колеса, и колодочным тормозом, установленным с возможностью взаимодействия с испытуемым колесом, а имитатор рельсового пути выполнен в виде катка, имеющего профиль рельса и шарнирно установленного на втором конце подпружиненного рычага.

5. Стенд по п.4, отличающийся тем, что механизм горизонтального бокового нагружения колеса выполнен в виде расположенной в гнезде опоры пружины и регулировочного винта, упирающихся через шарикоподшипник в ось катка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5