Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛЕКЦИЯ 9
§ 1. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ИСПЫТАНИЯ ВАГОНОВ
Создание вагонов новой конструкции проходит через сле дующие основные этапы:
Цели и содержание работ по всем перечисленным этапам приведены в «Положении о порядке разработки, изготовления и испытания новых локомотивов и вагонов», утвержденных в 1961 г. Госкомитетом Совета Министров СССР по автоматизации и машиностроению. С ними можно также ознакомиться и по учебнику [I].
Опытные образцы вагона проходят различные испытания, в том числе:
а) заводские, при которых проверяется прочность конст рукции, отдельных узлов и агрегатов, производятся контрольные ходовые испытания и наладочные работы; эти испытания ведут заводы с участием представителей проектных организаций и отраслевых научно-исследовательских организаций, .занимающихся вопросами вагоностроения;
б) комплексные—динамические (ходовые) и по воздейст вию на железнодорожный путь, а также динамические прочностные и динамические поездные (вместе с тормозными);
в) эксплуатационные, во время которых определяются надежность опытной конструкции вагона в течение установленного пробега в нормальной эксплуатации, технологичность ремонта в деповских условиях, износ узлов и деталей вагона.
Испытания, указанные в пунктах «б» и «в», производятся •Министерством путей сообщения с участием отраслевых научно-исследовательских организаций и заводов-изготовителей.
Экспериментальные исследования производятся не только при создании новых типов вагонов, но и при модернизации существующих вагонов, а также в научных целях для разви тия теории их проектирования, изучения особенностей поведения тех или иных узлов вагонов при высоких скоростях движения, получения необходимых для расчетов параметров и т. п.
Ниже будут рассмотрены только динамические (ходовые) и по воздействию на путь испытания подвижного состава и динамические поездные испытания по определению динамических продольных сил в составе, т. е. только те, в которых, собственно, исследуется динамика вагонов. При динамических прочностных испытаниях вагонов также частично пользуются описанными ниже методами, относящимися к «Динамике вагонов». Однако главным в методике их проведения является определение напряжений в узлах и конструктивных элементах вагонов с целью оценки коэффициентов запаса их прочности.
§ 2. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ДИНАМИЧЕСКИМ (ХОДОВЫМ) ИСПЫТАНИЯМ ВАГОНОВ И ИСПЫТАНИЯМ ИХ ПО ВОЗДЕЙСТВИЮ НА ПУТЬ (КОМПЛЕКСНЫМ ИСПЫТАНИЯМ)
Динамические (ходовые) и по воздействию на железнодорожный путь испытания вагонов производятся вслед за заводскими в целях определения величин и характера динамических усилий, действующих на вагон и путь при различных условиях эксплуатации (при разных скоростях движения, на прямых и кривых участках пути, при прохождении стрелочных переводов и т. п.). Эти испытания производятся совместно и результаты их рассматриваются в комплексе, поэтому их Называют комплексными.
Главной целью комплексных испытаний является опреде ление наибольших допускаемых скоростей, обеспечивающих безопасность движения вагонов. Эти скорости движения вагонов по разным типам верхнего строения пути и при разных параметрах плана линии используются как предельно-допустимые в последующем во всех остальных видах испытаний-В ходе комплексных испытаний определяются условия безопасности движения: по вползанию гребня колеса на рельс, по сдвигу рельсошпальной решетки, по наибольшим боковым силам, действующим на рельс (проверка на возможность сильных боковых деформаций в зоне рельсовых скреплений, сопровождаемых опасным увеличением ширины колеи), по смыканиям зазоров и ударам в конструктивных зазорах тележки, по напряжениям изгиба и кручения рельса, на шпалах под подкладкой, под шпалой на балласте и на основной площадке земляного полотна. Кроме того, измеряются вертикальные и горизонтальные ускорения в различных точках .вагона, по которым оцениваются показатели плавности хода.
Перед комплексными испытаниями для приработки элементов тележек вагоны .проходят обкатку не менее 10000 км.' В начале комплексных испытаний производятся тщательные обмеры колесных пар и других элементов тележек; при этом же устанавливается соответствие конструктивных размеров элементов и узлов вагонов проектным. В частности, изме ряются диаметры всех колес вагона, величины износа гребней и бандажей по поверхности их катания, расстояния между внутренними гранями бандажей (ширина насадки колес) и между центрами колес; делаются обмеры, связанные с начальными износами других элементов тележек, и т. п.
Затем производится монтаж измерительных приборов на тележках и в различных точках кузова-вагона. В частности устанавливаются электрические прогибомеры для непрерывного измерения и регистрации вертикальных прогибов рессорных комплектов центрального и надбуксового подвешивания при движении вагона. В ряде случаев для регистрации динамических перемещений гидравлических гасителей колебаний прогибомеры ставятся также на этих гасителях.
Кроме вертикальных перемещений с помощью электрических прогибомеров регистрируются горизонтальные динамические перемещения элементов тележки; в частности, регист рируются колебания люлечного подвешивания, горизонтальный изгиб рессорных комплектов, а в бессвязевых тележках и взаимные продольные перемещения рам одной и той же тележки (так называемые «забеги»),
Во всех этих измерениях определяются перемещения одного элемента конструкции вагона по отношению к другому, т. е., так называемые, «относительные перемещения». При этом неподвижная часть прогибомера с помощью специальных кронштейнов и крепежных деталей соединяется с одним элементом вагона, а подвижная часть прогибомера с другим.
Электрические прогибомеры бывают двух типов: реохордные для измерения достаточно больших прогибов (рис. 72,а) и язычковые для измерения малых прогибов (рис. 72,6). При перемещениях ползуна а по реохорду б (см. рис. 72,а) электрическое сопротивление между точками 1—2 и 2—3 изменяется. У язычковых прогибомеров на консольно закрепленной пластине в сверху и снизу наклеены проволочные датчики сопротивления Т?; И 7?2.
Проволочный датчик (рис. 73) представляет собой пра вильно зигзообразно уложенную и приклеенную к тонкой бумаге а константовую проволочку б диаметром 0,025 мм. При растяжении наклеенного на пластину датчика проволочка удлиняется, ее поперечное сечение уменьшается, в результате чего электрическое сопротивление датчика возрастает; при сжатии датчика его сопротивление уменьшается.
Такие прогибомеры включаются в известную схему моста Уитстона (рис. 74), у которого ток в диагонали аЬ регистрируется гальванометром осциллографа. Здесь К.\ и К.ч пред ставляют собой сопротивления в плечах 1—2 и 2—3 прогибомеров (см. рис. 72), а Кз и К^ — постоянные сопротивления.
Рис 73
Мост Уитстона питают постоянным током от батареи акку муляторов. Чем больше изменяются сопротивления К.\ и 7?2« тем большая величина тока протекает в диагонали аЪ. и тем большее отклонение светового луча по светочувствительной бумаге дает гальванометр осциллографа. Перемещая реохорд или язычок прогибомера на 1 мм. можно определить, на сколько изменится при этом показание гальванометра Г, т. е., установить связь между фактическим перемещением или деформацией и показанием гальванометра. Установление такой связи измеряемой величины с показаниями гальваномет-1 ра называют тарировкой измерительной схемы.
Измеряемые прогибомерами динамические перемещения записываются гальванометрами осциллографов на фотобума ге, в результате чего получаются, так называемые, осцилло граммы. На одной осциллограмме одновременно регистри руются несколько процессов (перемещений, деформаций, сил, напряжений и т. п.). Каждый из таких динамических процес сов записывается в виде графика изменения того или иного динамического показателя в функции времени. Образец ос циллограммы приведен на рис. 75.
На этой же ленте один гальванометр регистрирует сигналы времени (линия а на рис^ 75). Для этого на него подаются сигналы от специальных электрических часов. Таким образом, можно определить тече ние по времени того или иного динамического процесса.
На этом же принципе измерения деформаций с помощью проволочных датчиков построены и приборы для измерения' ускорений (ускорениемеры); схема этого прибора показана на рис. 76. Здесь под влиянием ускорения а сейсмическая масса 1 колеблется вокруг упругого шарнира 2 и при коле баниях передает усилия на тонкую ленту 3, закрепленную концами на корпусе 4 и серединой 5 к сейсмической массе. В
Рис. 76
результате растяжения и сжатия ленты и проволочных дат чиков € изменяются электрические сопротивления датчиков 7?i и R-г. Эти датчики включаются в схему моста Уитстона. Сигналы, получаемые в диагонали моста, усиливаются специ альными усилителями, с выхода которых ток подается в галь ванометр осциллографа. В этих случаях мост Уитстона пи тается от специального генератора переменного тока с часто той 3000—5000 гц. Если перевернуть ускорениемер так, чтобы сейсмическая масса его передавала свой вес на тонкую лен-tv, то очевидно в этом случае на сейсмическую массу будет действовать ускорение силы тяжести g. Изменение показаний гальванометра, проходящее при таком повороте ускорение-мера, покажет, чему в записи осциллографа соответствует ускорение в одно g.
Кроме перемещений и ускорений, определяются и силы, возникающие при движении вагонов. В частности, измеряют ся вертикальные динамические силы, действующие на надрессорные балки, рамные и боковые силы, вертикальные динамическе силы, передаваемые колесами вагона рельсам. ' Для измерения этих сил элементы конструкции вагона используются как своеобразные силомеры. Так для измерения вертикальных сил в надрессорных балках на средней их ча сти наклеиваются проволочные датчики, включаемые в схемы, аналогичные описанным. При тарировке этих датчиков ре гистрируются их показания при поднятом и опущенном на рессорное подвешивание кузове вагона. Из разности их показаний по известному весу кузова следует, какой вертикальной силе соответствует то или иное показание этих датчи ков.
Таким образом, оборудованная датчиками надрессорная. балка становится своеобразным силомером, регистрация показаний которого при движении вагона позволяет получить сведения о действующих на нее вертикальных динамических силах. Точно также на боковины тележек грузовых вагонов. наклеиваются проволочные датчики в таких точках конст рукции, в которых напряжения боковин тележек зависят толь ко от вертикальных или только от горизонтальных сил, дей ствующих на буксовой узел колесной пары.
Для определения зависимости напряжений в боковине те лежки от вертикальных сил также используется подъемка ку зова с помощью домкратов, а для определения зависимости горизонтальных сил, действующих на буксовый узел, выкаты вают одну из колесных пар тележки и стягивают боковины специальными динамометрами.
Таким образом, в начале испытаний становится извест ным, что 1 мм отклонения луча гальванометра в осциллографе соответствует та или иная величина силы. Так производит ся тарировка всех измерительных комплектов, установленных на опытном вагоне.
Разность боковых усилий, действующих на буксовые узлы каждой колесной пары в каждый момент времени, представ ляет собой рамную силу для тех же моментов времени.
В последнее время изучили напряженное состояние ди сков колесных пар и установили >на них такие точки, в кото рых суммарные напряжения от изгиба или сжатия-растя жения зависят только от вертикальных или только от гори зонтальных боковых сил, действующих на колесо. В этих точ ках наклеивают проволочные датчики сопротивления и сое диняют их между собой так, что при качении колеса непрерывно измеряются суммарные деформации от действия или только:
вертикальных или только боковых сил. Поскольку эти датчи ки установлены на вращающемся колесе, то общие выводы из электрической схемы наклеенных датчиков делаются с помощью специальных токосъемников.
Перед динамическими испытаниями производится тари ровка всех приборов и опытные вагоны оборудуются всеми вышеуказанными приборами.
Вся усилительная, регистрирующая аппаратура (осцилло графы) и источники питания устанавливаются в специальных вагонах-лабораториях, включенных в опытный поезд; по езд состоит из локомотива, испытываемых вагонов и вагонов-лабораторий. Следует заметить, что, как правило, испытания новых образцов вагонов производятся в сравнении с уже хорошо известным типом вагона. Поэтому в испытательном составе все измерения производятся одновременно в новом и известном уже образцах вагонов.
Во время поездок опытного состава по заданным участ кам с различными заранее установленными скоростями полу чают осциллограммы перемещений, ускорений и сил, возни кающих на опытных объектах (вагонах). Максимальная ско рость в этих поездках принимается на 15—20% выше допу скаемой скорости, предусмотренной проектом вагона. Обычно поездки делаются с различными градациями скоростей (с разницей между скоростями порядка 10—20 км/час). В пос ледующем производится обработка осциллограмм. В частно сти, по осциллограммам измеряются максимумы перемеще ний (амплитуды колебаний) рессорных комплектов, максиму мы вертикальных и боковых сил, действующих на элементы вагона для каждой заданной скорости движения. После это го строят графики зависимости измеряемых параметров от скорости движения.
По величине динамических рамных сил проверяют воз можность сдвига рельсо – шпальной решетки при различ ных скоростях движения, сравнивая действующие силы с нор мой, определяемой формулой (8.40). Измеряя по осцилло граммам рамную силу и силы, передаваемые на шейки колес ных пар в одни и те же моменты, определяют по формуле (8.45) т) — коэффициент запаса устойчивости по вползанию гребня колеса на рельс. Такое определение т] делается для каждой заданной скорости в большом числе сечений пути. В результате оценивается вероятность появления тех или иных минимальных величин -п. Оценка плавности хода вагона про изводится разбивкой ускорений по частотам и амплитудам различной повторяемости по методике, описанной в разде ле 3. На основе всех этих опытных материалов составляется заключение о динамических ходовых качествах вагона.
Описанные выше поездки совершаются в два этапа: по опытному участку пути, оборудованному приборами для измерения напряжений и деформаций пути, и по большим, так называемым, «случайным участкам пути».
Поездки первого этапа имеют целью связать динамиче ские показания приборов, установленных на вагоне, с показа ниями приборов, установленных в пути, а второго этапа — проверить соответствие динамических показаний ва гона на участке, оборудованного путейскими приборами, с, динамическими показаниями вагона при его движении по, случайным участкам пути большой длины.
В пути измеряются: напряжения изгиба и кручения в кромках подошвы рельсов, вертикальные и горизонтальные прогибы рельсов, вертикальные и горизонтальные усилия, пе редаваемые от рельса шпалам, и напряжения на основной;
площадке земляного полотна. Для измерения упругих вертикальных и горизонтальных динамических прогибов рельсов под нагрузкой используются описанные выше язычковые прогибомеры. Для измерений напряжений в кромках подошвы рельсов на них наклеиваются проволочные датчики сопротив лений, которые включаются в одно плечо моста Уитстона (сопротивление Кг).
Для измерения сил, передаваемых рельсом на шпалу применяются вертикальные и горизонтальные силомеры. В первых (рис. 77) измерения силы производятся цилиндрической круглой капсулой со сферической верхней поверхностью толстой мембраны, на днище которой наклеены крестообраз но два проволочных датчика. Рельс опирается на верхние точки сфер двух таких капсул, а сами капсулы закраинами опираются на подкладку. При нажатии на центр капсулы датчики испытывают растяжение. Датчики включаются в схему моста Уитстона, и регистрация их показаний произ водится осциллографами.
Рис. 77
Для горизонтальных силомеров (рис. 78) используются, короткие и толстые балочки с двумя опорами. К подошве, рельса обращена наружная часть балочки, поверхность ко торой очерчена по кривой линии, а на внутренней ее плоской, части наклеен проволочный датчик сопротивления.
Таким образом, вертикальные силомеры регистрируют, вертикальные динамические нагрузки, передаваемые рельсом на шпалы, а горизонтальные силомеры — горизонтальные, динамические силы, передаваемые подошвой рельса скреплениям. Эти силомеры перед их установкой в путь соединяют ся в схему моста Уитстона, а затем нагружаются извест ной по величине силой и устанавливается связь между вели чиной силы и отклонениями гальванометра (тарируются).
Корпуса сипомврой
Упоры подкладки
Гопобка рельса
\Подошба рельса
Проболочные 'датчики
Рис, 78
Рис. 79
Для измерения напряжений на основной площадке земля ного полотна применяются балластные мессдозы (рис. 79) Напряжения сжатия, возникающие в песчаной подушке бал ластного слоя, воспринимаются жесткой мембраной, мессдозы, которая через шарики передает их гибкому кресту, опирающемуся ,на корпус мессдозы.) На этом кресте наклеены, проволочные датчики сопротивления, включенные в схему, моста Уитстона. Для установки мессдоз в путь удаляют слоями балластный слой, устанавливают мессдозы в теле земляного. полотна так, что их верхняя поверхность совпадает с поверх ностью земляного полотна, засыпают балластный слой и тщательно его трамбуют. После этого в течение 2—4 недель поездами производится обкатка участка, где установ лены были мессдозы, и по мере образования просадок шпал, тщательно выправляют путь в этой зоне до полной его стаби лизации.
Места установки всех этих приборов на опытном участке nv-ти определяют по результатам проведенных перед этим измерений сил вдоль того же участка на подвижном составе., При этом назначают такие точки установки приборов на уча стке, в которых наблюдались 'наибольшие рамные, боковые или вертикальные силы, измеренные на опытных образцах вагонов.
После установки приборов на опытном участке, совер шается от 20 до 50 поездок с каждой заранее установленной скоростью движения опытного состава (так же как и при ди намических ходовых испытаниях). Естественно, что при этих поездках производятся измерения показаний приборов и на опытном вагоне и в пути.
Одновременно на одном участке измеряются: примерно в 50 сечениях пути напряжения в рельсах и в 12—15 сечениях— нагрузки рельсов на шпалы, упругие вертикальные проги бы и напряжения на основной площадке земляного полотна.
Регистрация всех показаний, получаемых от установлен ных на пути приборов, производится в вагоне-лаборатории, стоящем в тупике рядом с участком. В вагоне-лаборатории установлены осциллографы и источники электроэнергии для питания приборов. В этом же вагоне работает радиостанция, с помощью которой передаются распоряжения машинисту опытного состава и ведутся переговоры с вагоном-лаборатори ей, находящимся в опытном составе.
Измерения динамических процессов в пути производятся в прямом участке и в нескольких кривых с различными ра диусами. Наибольшая скорость в кривых участках доводится до такой, при которой непогашенное боковое ускорение теле жек вагона составляет 0,7 м/сек2 (иногда доводят скорость до такой величины, при которой а°неп= 1)0 м/сек2).
В результате таких опытов устанавливают зависимости максимальных напряжений в рельсах, под подкладкой на шпале, под шпалой в балласте и на основной площадке зем ляного полотна от скорости движения вагона. Анализ полу ченных данных позволяет установить допустимые скорости движения опытного вагона по прочности элементов пути.
В ходе этих же испытаний по соотношению напряжений в кромках подошвы рельса (ti и Ог и напряжения по оси рельса
°1 ~^~ °2
°е ==——~—— определяют опытные величины коэффициента
Zf
171
/ 3= -1- (где 01>02)> необходимого для расчета напряжений
°о
в рельсах. Коэффициенты { определяются для каждого радиу са кривой, где испытывался вагон.
Знание коэффициентов ^ позволяет, используя изложен ный в лекции 8 метод расчета пути, установить допустимые скорости движения по прочности пути для различных его кон струкций (при разных типах рельсов, разных видах балласта и при разном количестве шпал на 1 км пути) в зависимости от плана линии, т. е. в прямых и при различных радиусах кри вых.
§ 3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ, ПРОВОДИМЫЕ С ЦЕЛЬЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ В ПОЕЗДЕ
Эти динамические испытания имеют целью определение продольных сил, возникающих в поезде при различных ре жимах его движения (трогание с места, служебном и экст ренном торможении и т. п.). В этих целях на автосцепки ва гонов наклеивают проволочные датчики; -в результате обору дованные датчиками автосцепки превращаются в силомер-
ные.
Установленные на автосцепках датчики включаются в схему моста Уитстона, а диагональ этой .схемы включает ся в усилитель. Выходы усилителя соединяются с гальвано-метрами осциллографа. Тарировка таких автосцепок произ водится гидравлическими домкратами, расталкивающими два сцепленных вагона.
Одновременно на поглощающие аппараты автосцепок ста вятся прогибомеры, регистрирующие перемещения в них. Кроме того, на кузовах вагонов устанавливаются ускорение-меры для регистрации продольных ускорений вагонов.
В испытаниях, при которых измеряются продольные силы в процессе торможения .поезда, регистрируются непрерывно. изменения давлений в разных точках тормозной магистрали или в тормозных цилиндрах. Для этого датчики устанавли ваются на внешней поверхности трубки манометра. При по вышении давления магистрали трубка манометра упруго де формируется, в результате чего датчики, включенные через мост Уитстона и осциллограф, позволяют регистриро вать давление в тормозной системе.
В результате этих испытаний получаются осциллограммы продольных динамических усилии в разных точках поезда в различных неустановившихся режимах. Поскольку на режим движения поезда оказывает влияние продольный профиль пу ти, то на осциллограммах делаются пометки точек перелома профиля.
Все осциллограммы, полученные в каком-то режиме дви жения поезда, группируются и по ним определяются сред ние и наибольшие величины сил и сопутствующих им пара метров (продольных ускорений вагонов, перемещений погло щающих аппаратов). Эти данные используются для получе ния параметров, необходимых в расчетах продольных коле баний, возникающих в поезде. По результатам таких опытов, например, устанавливаются правила расстановки локомоти вов в сдвоенных поездах и режим трогания и ведения особо тяжелых и сдвоенных поездов.
Контрольные вопросы к лекции 9
1. Перечислите все виды испытаний, которым подвер гается вагон новой конструкции.
2. Перечислите приборы, применяемые для динамических
(ходовых) испытаний и испытаний по воздействию на желез нодорожные путь.
3. Какие основные показатели, определяющие наиболь шие допускаемые условия и скорости движения вагонов, полу чают в комплексных испытаниях вагонов?
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Вагоны. Конструкция, теория и расчет (учебник). Под редакцией
•проф. Л. А. Шадура и .проф. И. И. Челнокова. М., «Транспорт», 1965.
2. Вагоны. Под редакцией проф. М. В Винокурова. М., Трансжелдор-
яадат, 1953.
3. Бромберг Е. М., В е,риг о М. Ф., Данилов В. Н.,, Фрищ-
м а н М. А. Взаимодействие пути и подвижного состава. М„ Трансжелдор-
•издат, 1956.
4. Данилов В. Н Железнодорожный путь и его взаимодействие с
подвижным составом. М„ Всесоюзное иэдателвско-полиграфическое объе динение МПС, 1961.
5. Т и мо шея ко С. П. Колебания в инженерном деле. М., Физмат-таз, 1959.
6. Л а за |р ян В. А. Исследование неустановившихся режимов движе ния поездов. М., Трансжелдориздат, 1949.
7. В ерш и,иски и С. В. Продольная динамика вагонов в грузовых
поездах. Труды ЦНИИ, вып. 143. М., Трансжелдориздат, 1957.
8. Л а з а р я н В. А. Применение математических машин непрерывного действия к решению задач динамики подвижного .состава железных дорог.
М, Трансжелдориздат, 19,62.
9. Чернышев М. А. Практические методы расчета пути, М., «Транс порт», 1967.
10. Годыцкий-Ц.вирко А. М. Взаимодействие пути и подвижного
состава железных дорог, М., Гострансиздат, 1931.
11. Л а за р ян В. А., Б лох и н Е П., Стамблер Е. Л., Движение
легковесных вагонов в составах тяжеловесных поездов. Труды ДИИТ, вып, 76, М., «Транспорт», 1968.
Время
а
б
г
0,25 сек