RU2798593C1 - Катковый стенд для комплексного исследования взаимодействия рельсового пути с колесными парами тележек железнодорожного подвижного состава - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к стендам для исследования взаимодействия рельсового пути с колесными парами железнодорожного подвижного состава. Вращающийся имитатор рельсового пути выполнен в виде металлического силового кольца большого диаметра, опертого на поддерживающие, опорные и боковые катки. На внутренней поверхности силового кольца установлены упругие элементы, имитирующие жесткость грунтового полотна и балластной призмы, а поверх них закреплено рельсовое полотно со всеми его конструктивными элементами. При отсутствии необходимости исследования работы шпал и деталей крепления к ним рельсов эти элементы могут быть заменены более тонкими и легкими упругими проставками с той же жесткостью. Также в стенде установлена платформа, посредством которой осуществляется нагружение исследуемой тележки силами, действующими со стороны кузова. Опорная поверхность платформы выполнена идентично опорной поверхности кузова. Для имитации веса и массовых характеристик кузова платформа нагружается съемными грузами или посредством гидропульсаторов. В результате условия испытания железнодорожных тележек приближены к эксплуатационным, появляется возможность исследовать вписывание тележек разной конструкции в железнодорожный путь различного исполнения, состояния и назначенной кривизны, исследовать ресурс колесных пар и различных элементов рельсового пути. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к испытательным стендам для исследования взаимодействия рельсового пути с колесами колесных пар (КП) тележек железнодорожного (ж/д) подвижного состава.

Известны катковые стенды [1 – 4], предназначенные для испытания отдельных КП в условиях имитации их движения по рельсовому пути. В указанных стендах осуществляется качение исследуемой КП по вращающемуся катку [1, 3, 4] или каткам [2], профиль поверхности катания которых повторяет профиль поверхности катания рельса. Колеса колесной пары прижимают к каткам стенда, осуществляют периодически изменяемое поперечное смещение и поворот оси КП относительно оси катка (катков) стенда, за счет чего имитируют вертикальные и боковые силы, действующие на КП со стороны рельсов и изменение этих сил. Указанные стенды позволяют исследовать работу КП в условиях, близких к эксплуатационным.

Общим недостатком стендов[1 – 4] является то, что до проведения в них испытаний КП необходимо провести тщательное исследование реальных условий её нагружения. В этих стендах часто не удается воссоздать истинное сочетание сил, одновременно воздействующих на КП.

Попытка приблизить условия нагружения КП к эксплуатационным, а также рассмотреть работу отдельных элементов исследуемой тележки предпринята в катковых стендах [5 – 8]. В указанных стендах проводятся испытания КП в составе с тележкой. Отличительной особенностью этих стендов является то, что их катки всегда располагаются под КП, а профиль опорной части катков выполнен в виде поперечного профиля головки рельса.

К недостаткам стенда [5] можно отнести то, что нагружение тележки в нем осуществляется лишь вертикально направленной силой, а боковые силы, которые действуют на тележку, при этом не учитываются. Кроме того, в указанном стенде опирание каждой из колесных пар производится на два катка. Это ведет к снижению контактных напряжений в колёсах тележки, так как при её эксплуатации сила от колеса к рельсу передается не через две, а через одну зону их контакта.

В стенде [6] предусмотрено воздействие на тележку растяжек, позволяющих изменять её положение в горизонтальной и вертикальной плоскостях, и за счет этого периодически изменять величину горизонтальных и вертикальных сил, воздействующих на её колесные пары. Кроме того, колеса тележки в указанном стенде катятся по катку, обладающему большим моментом осевой инерции, или по каткам с мультипликаторами, позволяющими обеспечить этим каткам высокий приведенный момент инерции. В результате этого при имитации разгона и торможения исследуемой тележки между её колесами и катками стенда удается создать значительные силы продольного сцепления, что приближает условия испытаний к условиям эксплуатации.

К недостаткам стенда [6] можно отнести то, что при каждом положении растяжек нагружающие тележку силы приложены к ней статически, что нарушает реальные условия её нагружения.

Динамическое нагружение исследуемой тележки со стороны катков имитатора рельсового пути и со стороны кузова транспортного средства предусмотрено в стендах [7, 8], принятых в качестве прототипов. Указанные стенды содержат имитатор рельсового пути, состоящий из катков увеличенного диаметра, которые расположены под каждой из КП. Единая рама, на которой установлены катки имитатора рельсового пути, имеет возможность выполнять под действием на неё создаваемых гидропульсаторами сил вертикальное и боковое смещение, а также поворот в вертикальной и горизонтальной плоскостях, тем самым имитируя вертикальные и горизонтальные неровности и поворот пути. Помимо этого, универсальный катковый стенд [8] оснащен системой вертикальных, горизонтальных и боковых гидропульсаторов, которые воздействуют на базовые поверхности рамы тележки с целью имитации передачи на неё нагрузок со стороны кузова. Для испытания тележек с разным расстоянием между осями КП в стенде предусмотрена возможность закрепления катков строго под каждой из этих осей.

Стенды [7, 8] имеют следующие недостатки:

– катки рельсоимитаторов в отличие от рельса имеют выпуклую в плоскости их вращения форму со сравнительно небольшим радиусом кривизны. Это ведет к уменьшению площади пятна контакта между колёсами исследуемой тележки и катками, увеличению контактных напряжений, ускоренному износу профилей катания колёс и катков рельсоимитаторов;

– в стендах [7, 8] невозможно воссоздать реальные условия взаимодействия колёс с рельсами, так как поворот рамы стенда, на которой установлены катки имитатора рельсового пути, не обеспечивает эффекта удлинения наружного рельса в кривой и связанных с этим особенностей динамики движения тележки во время её эксплуатации. Это затрудняет задачу проведения сравнительного анализа вписывания в ж/д путь тележек различной конструкции путем проведения их испытаний на стенде;

– из-за невозможности воссоздания в стендах [7, 8] реальных условий нагружения КП в них нельзя выполнить исследование износостойкости и ресурса колёс. В стенде также невозможно выполнить исследование износостойкости и ресурса различных конструктивных элементов ж/д пути таких, как крестовины, стрелочные переводы на боковой путь, сварные швы и болтовые стыки;

– проведение испытаний на указанных стендах невозможно без предварительного определения сил, действующих на тележку со стороны ж/д пути и кузова. Необходимо путем проведения ходовых испытаний предварительно определить все составляющие постоянно меняющегося соотношения сил, действующих на тележку во время её эксплуатации и только после этого воссоздавать такое же соотношение сил в указанных стендах. При этом могут возникнуть трудности точного управления большим количеством гидропульсаторов, задающих силы, действующие на КП со стороны имитатора рельсового пути и на тележку со стороны кузова;

– из-за высокой массы рамы имитатора рельсового пути в совокупности с установленными на ней катками, в стендах невозможно воссоздать реальные ударные нагрузки, которые действуют на КП в реальном ж/д пути при прохождении болтовых и изношенных сварных стыков. Неизбежно ослабление и сглаживание максимальных величин сил, передаваемых на КП при таких ударных воздействиях;

– в отличие от стенда [6] катки стендов [7, 8] не обладают высоким моментом инерции. Это не позволяет проводить в стендах [7, 8] испытания, имитирующие разгон и торможение тележки.

Техническим результатом изобретения является приближение условий испытания ж/д тележек к эксплуатационным, более точное воссоздание в стенде сил, воздействующих на КП со стороны ж/д пути, возможность исследовать характер вписывания тележек разной конструкции в ж/д путь различного исполнения, состояния и назначенной кривизны. Предлагаемый стенд позволит исследовать ресурс разных конструктивных элементов ж/д пути при их различном исполнении, выполнить оценку влияния на износ колёс и рельсов различных эксплуатационных факторов.

Технический результат достигается тем, что в катковом стенде для комплексного исследования взаимодействия рельсового пути с колесными парами тележек железнодорожного подвижного состава, содержащем установленные на бетонном фундаменте раму, электродвигатель, вращающийся имитатор рельсового пути, катки которого выполнены с возможностью их закрепления под осями колесных пар исследуемой тележки, вращающийся имитатор рельсового пути выполнен в виде металлического силового кольца большого диаметра, нижняя часть которого оперта на опорные катки, закрепленные посредством подшипников на раме, установленной на фундаменте стенда, с обеспечением возможности перемещения опорных катков по траектории, концентричной силовому кольцу, и закрепления опорных катков в зоне расположения колесных пар исследуемой тележки, также на раме стенда в зоне расположения колесных пар исследуемой тележки установлены боковые катки, предназначенные для удержания силового кольца от смещения в поперечном направлении, в верхних четвертях силовое кольцо внутренней поверхностью оперто на поддерживающие катки, установленные посредством подшипников на стойках, закрепленных на фундаменте стенда и связанных между собой для устойчивости поперечными балками, при этом на поддерживающих катках для предотвращения схода с них силового кольца выполнены бурты, снаружи силового кольца по его окружности на стойках и дополнительных стойках, установленных на фундаменте, расположены добавочные поддерживающие катки, подшипниковые узлы которых выполнены с возможностью перемещения вдоль радиально расположенных по отношению к силовому кольцу направляющих и с возможностью прижатия добавочных поддерживающих катков посредством пружин, установленных в направляющих, к внешней поверхности силового кольца, на внутренней поверхности силового кольца установлено рельсовое полотно, под шпалами которого для имитации жесткости земляного полотна и балластной призмы установлены упругие элементы, на шпалы установлены подкладки и прокладки, поверх которых закреплены рельсы, причем вместо шпал с подкладками и прокладками под рельс на внутренней поверхности силового кольца могут быть установлены тонкие и легкие упругие проставки, жесткость которых равна суммарной жесткости заменяемых ими шпал с подкладками и прокладками, в пределах ширины силового кольца рельсоимитатора предусмотрена возможность изменения кривизны рельсового полотна, а в кривых участках рельсового полотна для обеспечения возвышения наружного рельса под шпалами или под заменяющими их тонкими и легкими упругими проставками установлены жесткие прокладки, также к раме стенда прикреплена платформа, выполненная с возможностью её опирания на исследуемую тележку, причем в направлении имитации движения тележки платформа прикреплена к раме стенда посредством жестких пружин, а в боковом и вертикальном направлениях – посредством нежестких пружин, опорная поверхность платформы на исследуемую тележку выполнена идентичной опорной поверхности кузова, опирающегося на эту тележку при эксплуатации, а сверху платформа выполнена с возможностью установки и закрепления на ней съемных грузов, имитирующих вес и массовые характеристики кузова.

Также технический результат достигается тем, что платформа выполнена облегченной, причем для имитации воздействия на исследуемую тележку сил со стороны кузова к раме стенда посредством шаровых шарниров прикреплены цилиндры гидропульсаторов, а к облегченной платформе – штоки гидропульсаторов, продольные оси которых совпадают с местом и направлением передачи сил на тележку со стороны кузова, при этом на штоке каждого гидропульсатора для управления создаваемым им усилием закреплены акселерометры.

На фиг. 1 изображен главный вид стенда.

На фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1.

На фиг. 3 - сечение В-В фиг. 1.

На фиг. 4 схематически изображено нагружение облегченной ж/д платформы гидропульсаторами.

Катковый стенд для комплексного исследования взаимодействия рельсового пути с колесными парами тележек железнодорожного подвижного состава (далее по тексту – стенд) содержит установленные на бетонном фундаменте 1 раму (на фиг. не показана), электродвигатель (на фиг. не показан), вращающийся имитатор 2 рельсового пути, выполненный в виде металлического силового кольца 3 большого диаметра, нижняя часть которого оперта на опорные катки 4, закрепленные посредством подшипников 5 на раме, установленной на фундаменте 1 стенда. Также на раме в зоне расположения колесных пар 6 исследуемой тележки 7 закреплены боковые катки 8, предназначенные для удержания силового кольца 3 от смещения в поперечном направлении. В верхних четвертях силовое кольцо 3 внутренней поверхностью 9 оперто на поддерживающие катки 10, установленные посредством подшипников 11 на стойках 12, закрепленных на фундаменте 1 стенда и связанных между собой для устойчивости поперечными балками 13. На поддерживающих катках 10 для предотвращения схода с них силового кольца 3 выполнены бурты 14. Снаружи силового кольца 3 по его окружности на стойках 12 и дополнительных стойках (на фиг. не показаны), установленных на фундаменте 1, расположены добавочные поддерживающие катки 15, подшипниковые узлы 16 которых выполнены с возможностью перемещения вдоль радиально расположенных по отношению к силовому кольцу 3 направляющих 17 и с возможностью прижатия добавочных поддерживающих катков 15 посредством пружин 18, установленных в направляющих 17, к внешней поверхности 19 силового кольца 3. На внутренней поверхности 9 силового кольца 3 установлено рельсовое полотно, под шпалами 20 (фиг. 3) которого для имитации жесткости земляного полотна и балластной призмы установлены упругие элементы 21. На шпалы 20 установлены подкладки 22 и прокладки 23, поверх которых закреплены рельсы 24. Причем вместо шпал 20 с подкладками 22 и прокладками 23 под рельс 24 на внутренней поверхности силового кольца могут быть установлены тонкие и легкие упругие проставки 30 (фиг. 2), жесткость которых равна суммарной жесткости заменяемых ими шпал 20 с подкладками 22 и прокладками 23 . В пределах ширины силового кольца 3 имитатора 2 рельсового пути предусмотрена возможность изменения кривизны рельсового полотна, а в кривых участках рельсового полотна для обеспечения возвышения наружного рельса под шпалами 20 или под заменяющими их тонкими и легкими упругими проставками 30 установлены жесткие прокладки 25 (фиг. 3). Также к раме, установленной на фундаменте 1 стенда, прикреплена платформа 26 (фиг. 1, 2), выполненная с возможностью её опирания на исследуемую тележку 7. В направлении имитации движения исследуемой тележки 7 платформа 26 прикреплена к раме стенда посредством жестких 27 пружин, а в боковом и вертикальном направлениях – посредством нежестких 28 пружин. Опорная поверхность платформы 26 на исследуемую тележку 7 выполнена идентичной опорной поверхности кузова, опирающегося на эту тележку при эксплуатации. Сверху платформа 26 выполнена с возможностью установки и закрепления на ней съемных грузов 29, имитирующих вес и массовые характеристики кузова.

Имитация воздействия на исследуемую тележку 7 сил со стороны кузова может быть выполнена посредством её нагружения гидропульсаторами 33. В этом случае платформу 26 выполняют облегченной. К установленной на фундаменте 1 стенда раме посредством шаровых шарниров 31 (фиг. 4) прикрепляют цилиндры 32 гидропульсаторов 33, а к облегченной платформе – штоки 34 гидропульсаторов 33. На штоке 34 каждого гидропульсатора 33 для управления создаваемым им усилием закреплены акселерометры 35.

Работа стенда осуществляется следующим образом.

При подготовке к проведению испытаний назначают геометрию и техническое состояние ж/д пути, на котором эти испытания будут проводиться. Техническое состояние пути во многом определяется разностью проседания соседних шпал при прохождении по ним ж/д состава. Для имитации различной жесткости земляного полотна и балластной призмы под шпалами установлены упругие элементы 21. На шпалы 20 устанавливают подкладки 22 и прокладки 23, поверх которых закрепляют рельсы 24. Вместо шпал 20 с подкладками 22 и прокладками 23 на внутренней поверхности силового кольца под рельс 24 могут быть установлены тонкие и легкие упругие проставки 30 (фиг. 2), жесткость которых равна суммарной жесткости заменяемых ими шпал 20 с подкладками 22 и прокладками 23 .Рельсовое полотно устанавливают с возможностью изменения его кривизны в пределах ширины силового кольца 3 имитатора 2 рельсового пути. Для обеспечения возвышения наружного рельса в кривых участках рельсового полотна под шпалами 20 или под заменяющими их тонкими и легкими упругими проставками 30 устанавливают жесткие прокладки 25. При проведении испытаний может быть рассмотрено вписывание исследуемой тележки 7 в ж/д путь с различными радиусами поворота, а также любыми конструктивными и технологическими элементами этого пути (тип рельсов 24 и шпал 21, подкладок 22 и прокладок 23), устанавливаемыми внутри силового кольца 3. Может быть рассмотрено влияние технического состояния ж/д пути, которое задается степенью износа укладываемых рельсов 24, шпал 21 и прокладок 22, влияние болтовых и сварных стыков, участков перевода на боковой путь, крестовин и т.д. При этом может быть выполнено исследование ресурса различных элементов железнодорожного пути при их различном конструктивном и технологическом исполнении, а также влияние всех перечисленных выше факторов на ресурс колесных пар 6.

На уложенное внутри силового кольца 3 рельсовое полотно устанавливают исследуемую тележку 7 железнодорожного подвижного состава.

Подшипники 5 опорных катков 4 закрепляют на раме, установленной на фундаменте 1 стенда, в зоне расположения колесных пар 6 исследуемой тележки 7. Это позволит минимально нагружать и деформировать силовое кольцо 3 имитатора 2 рельсового пути в его нижней части силами, действующими со стороны колесных пар 6 исследуемой тележки 7.

При проведении испытаний поперечное ускорение тележек 7 во время прохождения кривых участков железнодорожного пути и во время прохождения стрелочного перевода на боковой путь вызывает значительные боковые силы, действующие на рельсы 24 со стороны колесных пар 6 исследуемой тележки 7. Важно под действием этих сил удержать силовое кольцо 3 имитатора 2 рельсового пути от бокового смещения. Для этого в зоне установки тележки 7 предусмотрены боковые катки 8. За счет того, что торцевая поверхность силового кольца 3 катится по боковым каткам 8, между ними не возникает больших сил трения, что снижает износ указанных элементов.

В верхних четвертях силовое кольцо 3 своей внутренней поверхностью 9 опирается на поддерживающие катки 10, которые посредством подшипников 11 установлены на стойках 12, закрепленных на фундаменте 1 стенда и связанных между собой для устойчивости поперечными балками 13. При неподвижном имитаторе 2 рельсового пути и низких скоростях его вращения опирание силового кольца 3 на поддерживающие катки 10 снижает его провисание под действием собственного веса, позволяет сохранить его круглую форму и уменьшить в нем уровень механических напряжений от такого провисания. Количество поддерживающих катков 10 и места их расположения выбирают, исходя из требований обеспечения прочности силового кольца 3 в условиях отсутствия его вращения. На поддерживающих катках 10 выполнены бурты 14, препятствующие сходу с них силового кольца 3.

При увеличении угловой скорости вращения имитатора 2 рельсового пути под действием сил инерции происходит увеличение его диаметра, а в окружном направлении силового кольца 3 возникают напряжения растяжения. В этих условиях для снижения напряжений растяжения в силовом кольце 3 и его надежного удержания предусмотрены добавочные поддерживающие катки 15. В верхних четвертях имитатора 2 рельсового пути добавочные поддерживающие катки 15 установлены на стойках 12, а в нижних четвертях – на дополнительных стойках (на фиг. 1 не показаны). Добавочные поддерживающие катки 15, установленные в нижних четвертях имитатора 2 рельсового пути, способствуют также его поддержанию от провисания под действием силы тяжести при малых угловых скоростях вращения, сохранению круглой формы силового кольца 3 и снятию в нем напряжений от сил тяжести.

Подшипниковые узлы 16 добавочных поддерживающих катков 15 установлены с возможностью их перемещения вдоль направляющих 17, радиально расположенных по отношению к силовому кольцу 3. К внешней поверхности 19 силового кольца 3 добавочные поддерживающие катки 15 прижимаются посредством пружин 18.

По мере увеличения угловой скорости имитатора 2 рельсового пути диаметр силового кольца 3 увеличивается. При этом добавочные поддерживающие катки 15, перемещаясь в направляющих 17, будут удаляться от центра силового кольца 3, а под действием пружин 18 – прижиматься к его внешней поверхности 19. В результате перемещения добавочных поддерживающих катков 15 снижается интенсивность их воздействия на силовое кольцо 3. Это уменьшит напряжения от изгиба, возникающие на внутренней поверхности 9 силового кольца 3 в зоне его контакта с добавочными поддерживающими катками 15. В то же время сжимающее воздействие пружин 18 частично нейтрализует силы инерции, действующие на силовое кольцо 3 при его вращении. За счет этого уменьшатся напряжения от растяжения, возникающие под действием сил инерции в окружном направлении кольца имитатора 2 рельсового пути. Увеличивая количество добавочных поддерживающих катков 15 и подбирая оптимальную жесткость пружин 18, можно добиться снижения напряжений растяжения, действующих на внутренней поверхности 9 силового кольца 3 в зоне его контакта с добавочными поддерживающими катками 15. Вместе с тем величина указанных напряжений может ограничить максимальную скорость вращения имитатора 2 рельсового пути.

Применение пружин 18, воздействующих на добавочные поддерживающие катки 15, способствует также снижению требуемой точности их установки. При установке добавочных поддерживающих катков 15 и выборе жесткости пружин 18 важно, чтобы при любой скорости вращения имитатора 2 рельсового пути он продолжал опираться на опорные катки 4.

На закрепленный внутри силового кольца 3 имитатора 2 рельсового пути замкнутый рельсовый путь устанавливают исследуемую тележку 7 ж/д подвижного состава. Опорные катки 4, закрепленные посредством подшипников 5 на раме стенда, перемещают по траектории, концентричной силовому кольцу 3, и закрепляют их в зоне расположения колесных пар 6 исследуемой тележки 7.

Сверху на раму исследуемой тележки 7 устанавливают платформу 26. При проведении испытаний тележек различной модификации платформу 26 дорабатывают таким образом, чтобы её нижняя поверхность, которой она опирается на раму исследуемой тележки 7, повторяла форму нижней части кузова, устанавливаемого на тележку при эксплуатации. Платформу 26 крепят к установленной на фундаменте 1 раме. В продольном направлении крепление осуществляют, посредством жестких пружин 27, а в поперечном и вертикальном направлениях (для безопасности) – посредством нежестких пружин 28.

Сверху на платформу 26 устанавливают грузы 29. Массу грузов 29 и места их расположения на платформе 26 подбирают так, чтобы при проведении испытаний платформа 26 с закрепленными на ней грузами 29 имитировала весовые и массовые характеристики кузова, опирающегося на исследуемую тележку 7. Это позволит во время проведения испытаний воспроизводить реальную связь исследуемой тележки 7 с кузовом.

При испытании ходовой тележки силовое кольцо 3 имитатора 2 рельсового пути приводится во вращение двигателем этой тележки, а при испытании неходовой тележки – электродвигателем (на фиг. не показан), установленным на раме стенда и передающим вращение на силовое кольцо 3, например, через опорные катки 4.

Для имитации действия на испытываемую тележку 7 сил инерции и веса кузова вместо грузов 29, устанавливаемых на платформу 26, могут применяться гидропульсаторы 33 (фиг. 4). Силовое воздействие штоков 34 гидропульсаторов 33 регулируется посредством управляющей программы. При этом положение и направление продольных осей гидропульсаторов 33 выбирают таким, чтобы оно совпадало с линиями действия сил на тележку 7 со стороны кузова. В этом случае расстояние на платформе между зонами передачи через неё сил на тележку 7 сокращается, что позволяет выполнить платформу 26 облегченной.

Соединение штоков 34 гидропульсаторов 33 с облегченной платформой, а их цилиндров – с рамой, закрепленной на фундаменте 3, осуществляется посредством шаровых шарниров 31. За счет такой установки гидропульсаторов 33 работа каждого из них выполняется независимо от других. Из-за относительно больших продольных размеров гидропульсаторов 33 направление их воздействия на облегченную платформу при изменении положения испытываемой тележки в стенде меняется незначительно. Акселерометры 35, закрепленные на штоках 34 гидропульсаторов 33, измеряют ускорение облегченной платформы в точках её соединения с испытываемой тележкой 7 в направлении передачи сил, создаваемых гидропульсаторами. Силы, которые создают посредством вертикально расположенных гидропульсаторов 33, должны быть пропорциональными весу кузова, опирающегося при эксплуатации на исследуемую тележку 7. Помимо этого, силы, создаваемые каждым из гидропульсаторов 33, должны быть пропорциональными соответствующим массовым характеристикам кузова испытываемого железнодорожного транспортного средства и ускорениям облегченной платформы, измеряемым акселерометрами 35. Предложенный метод обеспечивает точное воспроизведение сил, действующих на тележку со стороны кузова при её эксплуатации.

Таким образом, основным преимуществом предлагаемого стенда над ближайшими аналогами [7, 8] является приближение условий проведения в нем испытаний по вписыванию исследуемых тележек 7 в ж/д путь и условий взаимодействия колёсных пар 6 исследуемых тележек 7 с рельсами 24 к реальным условиям, возникающим во время эксплуатации. Этого достигают за счет того, что исследуемая в стенде тележка 7 катится по рельсовому пути, геометрия и состояние которого максимально отображают заданные параметры различных участков реального ж/д пути. В предлагаемую конструкцию стенда не нужно устанавливать гидропульсаторы, воздействующие на имитатор 2 рельсового пути, с целью имитации его поворота или бокового смещения. Эти функции выполняются за счет геометрии укладки рельсов по ширине силового кольца 3 имитатора 2 рельсового пути и конструктивных особенностей укладываемого рельсового полотна. В процессе проведения испытаний параметры ж/д пути, укладываемого внутри силового кольца 3, могут периодически меняться. Характер нагружения и движения исследуемой тележки 7 при проведении испытаний является более естественным, сохраняются достаточно жесткие толчки, передаваемые на КП со стороны рельсов 24. Установка на исследуемую тележку 7 платформы 26 с закрепляемыми на ней грузами 29 или облегченной платформы, нагружаемой гидропульсаторами 33, позволят при проведении испытаний полностью воссоздать действие сил на тележку 7 со стороны кузова.

Подвешивание силового кольца 3 имитатора 2 рельсового пути на поддерживающих катках 10 и на добавочных поддерживающих катках 15 облегчит установку исследуемой тележки 7 в стенд и обеспечит удобный подход к ней во время проведения испытаний. Высокий момент инерции имитатора 2 рельсового пути относительно оси вращения позволит проводить в стенде испытания, связанные с разгоном и торможением исследуемой тележки 7.

За счет многократного прохождения в стенде одних и тех же участков пути может быть выполнено ускоренное исследование износа любых исследуемых элементов рельсового полотна, таких как разъемные и сварные стыки, участки перехода на боковой путь, крестовины, участки с любым неблагоприятным сочетанием жесткости укладки соседних шпал. Может быть проведен анализ влияния перечисленных факторов на вписывание тележек 7 разной конструкции в ж/д путь, влияния любых перечисленных выше факторов на износ колес и рельсов. Может быть рассмотрено движение колес с различной формой поверхности катания, разной степенью износа и разными видами повреждений этой поверхности, выполнено исследование влияния указанных факторов на последующий износ колёс и рельсов, с целью назначения оптимальных сроков технического обслуживания КП и ж/д пути. Может быть исследовано влияние на указанные процессы лубрикации рельсов, сравнение различных видов применяемого при этом смазочного материала.

Список используемых источников:

1. Стенд для исследования системы колесо – рельс. // Железные дороги мира. – 2005. – № 4 – С. 41 – 46.

2. Патент RU 2680164 «Стенд для проведения испытаний металла в зоне контактного взаимодействия колеса с рельсом и способ проведения испытаний», МПК G01N 3/32, G01M 17/08, опубл. 2019 г.

3. Патент SU 741088, «Катковый стенд для испытаний колесных пар рельсового подвижного состава», МПК G01M 17/00, опубл. 1980 г.

4. Патент RU 2484444 «Катковый стенд», МПК G01M 17/00, опубл. 2013 г.

5. Патент SU 601592, «Стенд для испытания тележек рельсового подвижного состава», МПК G01M 17/00, опубл. 1978 г.

6. Патент RU 2115908, «Стенд для исследования взаимодействия колеса с рельсом железнодорожного транспорта (варианты)», МПК G01M 17/00, опубл.1997 г.

7. Патент RU 2488800, «Катковый стенд для исследования системы колесо – рельс», МПК G01M 17/00, опубл. 2013 г.

8. Патент RU 2498259, «Универсальный катковый стенд для исследования системы колесо–рельс», МПК G01M 17/00, опубл. 2013 г.

Claims (2)

1. Катковый стенд для комплексного исследования взаимодействия рельсового пути с колесными парами тележек железнодорожного подвижного состава, содержащий установленные на бетонном фундаменте раму, электродвигатель, вращающийся имитатор рельсового пути, катки которого выполнены с возможностью их закрепления под осями колесных пар исследуемой тележки, отличающийся тем, что вращающийся имитатор рельсового пути выполнен в виде металлического силового кольца большого диаметра, нижняя часть которого оперта на опорные катки, закрепленные посредством подшипников на раме, установленной на фундаменте стенда, с обеспечением возможности перемещения опорных катков по траектории, концентричной силовому кольцу, и закрепления опорных катков в зоне расположения колесных пар исследуемой тележки, также на раме стенда в зоне расположения колесных пар исследуемой тележки установлены боковые катки, предназначенные для удержания силового кольца от смещения в поперечном направлении, в верхних четвертях силовое кольцо внутренней поверхностью оперто на поддерживающие катки, установленные посредством подшипников на стойках, закрепленных на фундаменте стенда и связанных между собой для устойчивости поперечными балками, при этом на поддерживающих катках для предотвращения схода с них силового кольца выполнены бурты, снаружи силового кольца по его окружности на стойках и дополнительных стойках, установленных на фундаменте, расположены добавочные поддерживающие катки, подшипниковые узлы которых выполнены с возможностью перемещения вдоль радиально расположенных по отношению к силовому кольцу направляющих и с возможностью прижатия добавочных поддерживающих катков посредством пружин, установленных в направляющих, к внешней поверхности силового кольца, на внутренней поверхности силового кольца установлено рельсовое полотно, под шпалами которого для имитации жесткости земляного полотна и балластной призмы установлены упругие элементы, на шпалы установлены подкладки и прокладки, поверх которых закреплены рельсы, причем вместо шпал с подкладками и прокладками под рельс на внутренней поверхности силового кольца могут быть установлены тонкие и легкие упругие проставки, жесткость которых равна суммарной жесткости заменяемых ими шпал с подкладками и прокладками, в пределах ширины силового кольца рельсоимитатора предусмотрена возможность изменения кривизны рельсового полотна, а в кривых участках рельсового полотна для обеспечения возвышения наружного рельса под шпалами или под заменяющими их тонкими и легкими упругими проставками установлены жесткие прокладки, также к раме стенда прикреплена платформа, выполненная с возможностью её опирания на исследуемую тележку, причем в направлении имитации движения тележки платформа прикреплена к раме стенда посредством жестких пружин, а в боковом и вертикальном направлениях – посредством нежестких пружин, опорная поверхность платформы на исследуемую тележку выполнена идентичной опорной поверхности кузова, опирающегося на эту тележку при эксплуатации, а сверху платформа выполнена с возможностью установки и закрепления на ней съемных грузов, имитирующих вес и массовые характеристики кузова.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что платформа выполнена облегченной, причем для имитации воздействия на исследуемую тележку сил со стороны кузова к раме стенда посредством шаровых шарниров прикреплены цилиндры гидропульсаторов, а к облегченной платформе – штоки гидропульсаторов, продольные оси которых совпадают с местом и направлением передачи сил на тележку со стороны кузова, при этом на штоке каждого гидропульсатора для управления создаваемым им усилием закреплены акселерометры.

Images