14.2.1. Лабораторні та стендові випробування

стенди або каткові випробувальні станції для вивчення коливань вагона з метою відпрацювання типу та параметрів ресор та гасників коливань та оцінки міцності кузова вагона. Більш досконалі стенди та каткові станції обладнуються спеціальними пристроями, за допомогою яких можна керувати процесами збудження плоских та просторових коливань вагона за заздалегідь заданою програмою. До таких Каткових станцій відносяться, наприклад, станція Вітрина-Сіна (Франція) і станція Арсенал у Відні (Австрія) з холодильними камерами;
стенди для випробування буксового та центрального ресорного підвішування, для випробування та зняття характеристик, параметрів фрикційних та гідравлічних гасників коливань вагонів;
стенди для випробування окремих вузлів, елементів деталей вагона або зменшених моделей вагонів з метою визначення закону розподілу напруг у деталях та вузлах вагона або характеристик та параметрів вагона;
стенди та копри для випробування поглинаючих апаратів автозчеплення та зняття їх характеристик (хід, енергоємність, найбільша сила повного стиснення, показник заклинювання, довговічність та міцність, силова діаграма тощо);
копрові установки для випробування вузлів та деталей вагона на повторні ударні навантаження для оцінки та витривалості або довговічності від дії експлуатаційних ударних навантажень, наприклад, при маневрах на сортувальних гірках;
стенди-гірки для випробування натурних вагонів на зіткнення для уточнення розрахункових схем навантаження елементів вагона при їх динамічній взаємодії в поздовжній горизонтальній площині та відпрацювання конструкції та характеристик поглинаючих апаратів автозчеплення;
стенд для випробування натурних вагонів на поздовжні сили, що розтягують і стискають;
пересувний динамічнийвагон-стенд (досвідчений вагон) із змінними масами вагона, моментами інерції, положеннями центру маси вагона, а також з візками, в яких можуть бути змонтовані гасники коливань різного типу та ресорні комплекти з різними характеристиками.

Катковий випробувальний стенд (рис. 14.4) зазвичай розміщується в окремо розташованому і спеціально обладнаному приміщенні 5 із залізничним шляхом і забезпечений масивним віброзахисним фундаментом і потужним приводом у вигляді колесо-моторних блоків 1 (обертачів), на які встановлюється вагон 4, що випробовується, який через автозчеплення з'єднується зі стійкою 3 стенди.

Передаються на колісні пари 2 вагони обурення створюються в основному спеціальними нерівностями на обертачах стенду і на колісних парах вагона, що випробовується, а також додатково електрогідравлічними пристроями з серводвигунами і з програмним управлінням. Каткові стенди дозволяють імітувати рух вагона зі швидкістю до 250—350 км/год та відтворювати умови випробувань, близькі до експлуатаційних. Жорсткість залізничної колії імітується гумовими прокладками між корпусами букс та їх опорами. Рейкова естакада складається з трубчастих стійок діаметром 200 мм, розташованих на відстані 1,0 м один від одного.

Технологія випробувань вагона полягає в тому, що в залежності від цілей випробувань вагона Катковим стендом відтворюються ті чи інші впливи на вагон, що обурюють, і вимірюються необхідні параметри і показники за допомогою вимірювальних приладів, встановлених на вагоні в певних місцях і з'єднаних електрокабелями з реєструючою і записувальною апаратурою ( підсилювачі, магнітофони, осцилографи, комп'ютери з числовим перетворювачем), що розташована в окремому стаціонарному приміщенні.

Стенд длявипробування буксового ресорного підвішування пасажирського візка (рис. 14.5) має раму 1, на якій розміщені пульт управління 2 і фіксуючий пристрій 3 візка 4. Колісну пару з випробовуваним буксовим ресорним підвішуванням встановлюють на піднімається ділянка рейки 5, який через 7, під впливом якого навантажується і розвантажується періодично випробуване буксове ресорне підвішування з одночасним записом вимірювальним пристроєм 6 силової діаграми «навантаження - прогин», по якій визначається жорсткість пружин і відносна сила тертя фрикційного клинового гасника коливань в буксовом як відношення сили тертя при навантаженні або розвантаженні ресорного комплекту до вертикального навантаження, що діє на ресорний комплект.

Для більш повної оцінки роботи фрикційного клинового гасителя коливань вантажних візків моделей 18-100 і 18-101 застосовується стенд (рис. 14.7) з кареткою 7, в якій розміщується ресорний комплект 2 з фрикційним клиновим гасником перемішування. гасителя коливань з амплітудами 2-10 мм та частотою 1-50 Гц. Процес перехресного руху фрикційного клину, тобто. одночасний рух його у вертикальному та поперечному горизонтальному напрямках досліджується при вільних коливаннях маси 3, що імітує масу кузова вагона з частотою 2-2,5 Гц. Імітація впливу залізничної колії проводиться за допомогою катка 4 та штовхача 5. Стрілки на рис. 14.7 показано перехресний рух фрикційного клину гасника коливань.

Сила тертя гасителя коливань у вертикальному напрямку залежить відЧастота вертикальних переміщень фрикційного клина визначається за декрементом вільних коливань системи.

При проектуванні нових конструкцій вагонів виникає необхідність визначення закону розподілу напруг досвідченим шляхом, коли повної конструкції вагона ще немає. В цьому випадку випробування проводяться в лабораторії на стендах, застосовуючи зменшені моделі конструкції вагона в цілому та його окремих вузлів та елементів, виконаних з використанням теорії подібності. Випробування на моделях дозволяють значно скоротити витрати при проектуванні нових конструкцій вагонів та скоротити час на створення дослідного зразка вагона нової конструкції. Як приклад на рис. 14.8 показано стенд для випробування моделей елементів вагона. На станині 1 встановлені рухомі опори 2, на яких монтується плоска або просторова модель елемента вагона 3 різної довжини і висоти. Силове навантаження моделі виробляється різними способами залежно від цього, на дію якого силового навантаження випробовується модель елемента вагона. При дії тільки вертикального статичного навантаження зазвичай використовуються спеціальні мірні вантажі 4 певної маси, що імітує статичне навантаження. При випробуванні моделі елемента вагона на навантаження поздовжніми силами, що розтягують або стискають, використовуються спеціальні гідравлічні преси.

Випробування на міцність і стійкість елементів металевої обшивки кузова вагона виробляються на стенді (рис. 14.9), що складається з основи, з'єднаної зі спеціальною рамкою 2, яка імітує умови закріплення обшивки 3 на кузові вагона. Навантаження на обшивку кузова вагона, що випробовується, створюється гідроциліндрами 4.

Несуча рама 1 стенда (рис. 14.10) встановлена на потужномуфундаменті і має пересувні опори 2 для установки на них візка 3, яка навантажується через вимірювальний пристрій 4 для вимірювання прикладається до візка вертикального навантаження за допомогою пневматичного, гідравлічного або електричного навантажувального пристрою. Подібні стенди застосовуються також для дослідження міцності окремих деталей вагона із застосуванням тензодатчиків (дротяних датчиків опору) для визначення напруги в деталях.

При дослідженні динамічної міцності окремих вузлів і деталей вагона на багаторазові удари, що повторюються, застосовуються маятникові контрові ударні установки з одним і двома маятниками.

Одномаятниковий репетиційний копер типу УКМ-1, розроблений у ВНДІЖТі та встановлений на експериментальному кільці на станції Щербинка Московської ж. д. складається з маятника 1 (рис. 14.11) вагою 8,0 т, підвішеного на тягах 2 до жорсткої рами 3; пневматичного штовхача 4 для збудження коливань маятника 7; рами 6, закладеної в залізобетонний устій 7 для установки вузла 5.

Величина енергії удару або швидкість удару маятника регулюється зміною тиску повітря в циліндрі пневматичного штовхача 4, під впливом якого маятник 1 переміщається на тягах 2 з нижнього положення в крайнє верхнє, з якого маятник повертається в нижнє положення під дією сили його тяжкості за відсутності стисненого повітря циліндрі штовхача, при цьому маятник ударяється у вузол, що випробовується. Після цього все повторюється спочатку. Сила удару маятника досягає 50-250 тс, а частота ударів - 50 за хвилину.

Для випробування, приробітку та записування силової діаграми «сила-деформація» поглинаючого апарату автозчеплення застосовується спеціальний стенд (рис. 14.12), що складаєтьсязі станини 7, пневматичного або гідравлічного циліндра 2, силовимірювального пристрою 5, записуючого пристрою 4, важеля 5, з'єднаної з випробовуваним апаратом б і з циліндром 2.

У процесі випробування на цьому стенді поглинаючого апарату проводиться зіставлення фактично отриманих на стенді діаграм «сила — деформація» з нормативними розрахунковими діаграмами за максимальною силою, що поглинається енергії, що розвивається апаратом, за формою діаграми енергоємності.

Для випробування натурних вагонів на поздовжні розтягувальні та стискуючі сили застосовується спеціальний гідравлічний стенд-прес (рис. 14.13), що складається з гідравлічної станини 1, яка подає робочу рідину (масло) в силовий гідроциліндр 2, взаємодіє з автозчепленням 3 випробуваного вагона; несучої прямокутної рами 5 з упорами 6 на поперечній балці 7, яка може пересуватися по довжині стенду з кроком 2,0 м з метою встановлення на стенді вагонів різної довжини.

Тиск гідроциліндра 2 до 50 МПа створюється паливним насосом з приводом від електродвигуна. Гідравлічна станція забезпечує плавне підвищення та зниження тиску масла та його сталість у процесі випробувань. Змонтована на стенді-пресі електронна вимірювальна система забезпечує одночасно реєстрацію показань великої кількості тензодатчиків, за допомогою яких одночасно визначаються напруги в 200 точках вагона. Максимальна поздовжня сила, яка отримується на стенді-пресі, становить 4000 кН.

На цьому стенді є пневматичний пристрій для випробування кузова вагона на вертикальне статичне навантаження до 3000 кН. Такий стенд-прес, спроектований під керівництвом О.Г. Бойчевського, протягом тривалого часу працює наекспериментальному кільці ВНИИЖТ на станції Щербинка.

Для випробування вагонів на поздовжні ударні навантаження з метою оцінки його напруженого стану, перевірки міцності та стійкості вагона та його вузлів при ударі в автозчеплення із заданою величиною поздовжньої сили або швидкості зіткнення застосовується стенд-гірка (рис. 14.14), що має рейковий шлях 2 з ухилом спуску 50 потужний П-подібний упор 1 масою 5500 т, машинне відділення 3.

Для випробування на розтягуючі сили є траверса 5, прикріплена жорстко до випробуваного вагона 4. Підйом вагона вгору гірки після удару в упор проводиться лебідкою, встановленої в машинному відділенні 3. Потужність електродвигуна лебідки 125 кВт, найбільше тягове зусилля - 140 к. Час одного циклу випробувань при швидкості зіткнення 25,2 км/год дорівнює 2 хв при масі вагонів, що випробовуються, до 132 т і 3,5 хв при масі вагонів, що випробовуються, від 132 до 264 т.