Результат интеллектуальной деятельности: Стенд для оценки уровня и характера силового взаимодействия колеса с рельсом

Предлагаемое устройство относится к области диагностики рельсовых транспортных средств и может быть использовано в лабораториях при исследовании ходовых частей вагонов. Часто передние колеса тележек вагонов при движении по кривым участкам, не редко и на прямых, набегают гребнями на боковые грани головок рельсов, что приводит к неизбежной аварии. По этой причине необходимо создать устройство для оценки уровня и характера силового взаимодействия колеса с рельсом.

Известно устройство для измерения вертикальной нагрузки от кузова ЖД подвижного транспортного средства по описанию изобретения к патенту RU 2481566 C1, G01L 5/00. Устройство, выполненное в виде опоры кузова вагона на тележку, содержит корпус, являющийся частью литой надрессорной балки, колпак, установленный на корпусе, и две месдозы (тензорезистора), установленные в опоре и преобразующие величину вертикальной силы в электрический сигнал.

Недостатком такого устройства является то, что оно не позволяет создавать и измерять силы взаимодействия между колесом вагона и рельсом ЖД пути в динамическом режиме.

Другим известным техническим решением является устройство для измерения сил трения между колесом и рельсом по описанию изобретения к патенту RU 2472660 С1, МПК B61K 13/00, G01M 17/08. Это устройство содержит раму, на которой смонтирована измерительная система, состоящая из двух датчиков для одновременного измерения силы трения на поверхности катания и внутренней боковой грани головки рельса. Устройство также снабжено двумя регулируемыми нагружателями и блоком преобразования электрических сигналов в считываемую информацию.

К недостаткам этого устройства относится малый диапазон измеряемых параметров, а именно нет возможности измерять величину давления колеса на рельс в режиме динамических испытаний.

Следующим известным устройством рассмотрена конструкция стенда для диагностики тележек пассажирских вагонов по описанию изобретения к патенту RU 2315276 С1, МПК G01M 17/10. Такой стенд состоит из основания фундамента с конусной поверхностью, на которой через тела качения оперта опорная плита с опорными роликами, взаимодействующими с колесами тележки. На опорной плите установлен пневмоцилиндр с двуплечими рычагами и тормозными (измерительными) колодками, способными контактировать с осями колесных пар тележки.

Однако и это устройство, кроме того что имеет сложную конструкцию, также не позволяет решать главную цель - измерение параметров давления между колесом и роликом (рельсом).

Наиболее близким устройством, принятым за прототип, является стенд для статических и квазистатических испытаний тележек ЖД транспорта по описанию изобретения к патенту RU 2243531, МПК G01M 17/08. Стенд содержит неподвижное основание с установленными на нем опорами для осей колесных пар испытуемой тележки и портал с органом вертикального нагружения тележки. Вертикальное нагружение осуществляется через подпятник и боковые рамы с помощью горизонтальной балки. Органы горизонтального нагружения расположены по четырем углам неподвижного основания.

Недостатком данного стенда является то, что на нем нет возможности исследовать динамические нагрузки, возникающие между колесом и роликом, имитирующим рельс, от чего существенно зависит величина износа этих элементов и что, в свою очередь, может снижать их срок службы и влиять на безопасность движения.

Поставленная цель достигается тем, что на стенде, включающем участок рельсового пути, проложенный под П-образным порталом, и две каретки с двумя парами опорных роликов, установлен привод для вращения колесной пары от асинхронного электродвигателя через клиноременную передачу и шейку оси, а для вертикального нагружения на пятнике надрессорной балки установлен гидродомкрат с упором в верхнюю часть портала; для горизонтального нагружения на вертикальной стойке портала со стороны электропривода установлено упорное устройство, состоящее из цилиндра, штока и мощной пружины. Достигаются следующие результаты: расширяется информативность проводимых испытаний и повышается точность получаемых результатов, при внедрении которых снижается износ колес и рельсов, увеличивается срок их службы и повышается безопасность на ЖД транспорте, особенно на криволинейных участках пути.

Сущность предлагаемого стенда поясняется чертежами. На фиг. 1 показан поперечный вид стенда, где левая колесная пара находится на рельсовом пути, а правая - на опорных роликах. На фиг. 2 показан продольный вид стенда с П-образным порталом, приводом колесной пары и системой вертикального и горизонтального нагружения испытуемой тележки.

Конструкция стенда для измерения эксплуатационных параметров тележки ЖД вагона включает рельсовый путь 1, П-образный портал 2 и две каретки 3 с двумя парами опорных роликов 4. В рабочем положении испытуемая тележка одной колесной парой 5 стоит на рельсовом пути 1, а другой колесной парой 6 - на опорных роликах 4. Вращение колесной пары 6 создается с помощью асинхронного электродвигателя 7 и клиноременной передачи 8. Для вертикального нагружения тележки на пятнике надрессорной балки установлен гидродомкрат 9 с упором в верхнюю часть П-образного портала 2, а для горизонтального нагружения и измерения перемещения колесной пары на вертикальной стойке портала 2 со стороны электродвигателя 7 установлено упорное устройство 10, состоящее из цилиндра, штока и мощной пружины.

Работа предлагаемого стенда осуществляется следующим образом. Испытуемую тележку ЖД вагона устанавливают на рельсовый путь 1, затем перекатывают под П-образный портал 2 до такого положения, при котором ее передняя колесная пара 6 опустится на опорные ролики 4. Далее соединяют ведомый шкив клиноременной передачи с шейкой колесной пары 6 и включают асинхронный электродвигатель 7, который через клиноременную передачу 8 создает вращение колесной паре 6. Под действием увеличенной тяги в клиноременной передаче противоположное колесо колесной пары 6 приподнимается и в этот момент включают гидродомкрат 9 для вертикального нагружения тележки, с помощью которого поднятое колесо опускается на свои ролики. В начальный момент колесо должно касаться ближнего угла ролика верхней точкой гребня, а далее ролик при вращении скатывается по боковой конической поверхности гребня, создавая возрастающее горизонтальное давление на колесо. Колесная пара, смещаясь в горизонтальном направлении, через площадку 11 боковой рамы давит на упорное устройство 10. Таким образом, одновременно с опусканием вращающегося колеса измеряют два усилия: вертикальное и горизонтальное. Вертикальное усилие, создаваемое домкратом, измеряют по манометру на домкрате, а горизонтальное усилие, передаваемое от опорной площадки 11 на боковой раме - по длине сжатия пружины в упорном устройстве 10. Величину горизонтального нагружения тележки регулируют с помощью предварительного поджатая пружины, входящей в состав упорного устройства 10. Под действием горизонтального нагружения имитируются усилия, возникающие между гребнем колеса и боковой поверхностью ролика, то есть рельса. Затем строят одну или несколько диаграмм, представляющих результат снятия динамических характеристик взаимодействия колеса и рельса. По характеру изменения горизонтального давления при равномерном увеличении вертикального нагружения делают оценку уровня и характера силового взаимодействия колеса с рельсом. Выводы и рекомендации из проведенных испытаний используются для создания оптимального режима движения грузовых или пассажирских вагонов ЖД транспорта.