УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2003 года по МПК G01M17/00 

Предлагаемое изобретение относится к универсальной испытательной технике, в частности, для автомобильного и железнодорожного транспорта и может использоваться в том числе и для исследования физических процессов в системе "колесо-рельс".

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 741088, кл. G 01 М 17/00, 1980).

Недостатком указанного стенда является то, что условия взаимодействия колес приводной колесной пары и катков-имитаторов рельсов значительно отличаются от реальных при взаимодействии колес приводных тележек с рельсами на подвижном составе. При движении подвижного состава он приобретает кинетическую энергию поступательного движения. На стенде, при неподвижном положении транспортного средства, рельсовый путь, для осуществления близкого к реальной действительности взаимодействия колеса и рельса, должен приобрести кинетическую энергию поступательного движения, воплощенную в энергию движения рельсового пути в противоположном направлении. На рассматриваемом стенде эти условия выполнены быть не могут вследствие малой массы и радиуса катков-имитаторов рельсового пути по сравнению с массой транспортного средства, приходящейся на колесную пару, а также наличие сил трения в подшипниках, на которых эти катки установлены.

Известен стенд для испытания тележек пассажирских вагонов, снабженный каретками с приводными и поддерживающими катками, выполненными по профилю рельсов, и механизмы нагружения тележки (SU, авторское свидетельство СССР 99689, кл. G 01 M 17/04, 1953).

Недостатком данного стенда также является то, что условия взаимодействия колес тележки и катков-имитаторов рельсового пути по вышеупомянутым причинам значительно отличаются от реальных, а также то, что он не может быть использован для испытания приводных тележек подвижного состава.

Известен стенд для испытания тележек рельсового подвижного состава, содержащий неподвижное основание, смонтированные на нем по меньшей мере две пары опорных катков, имитирующих рельсы, узел вертикального нагружения тележки, при этом опорные катки снабжены кинематически связанными зубчатыми колесами, выполненными с различным числом зубьев (SU, авторское свидетельство СССР 601592, М. кл. G 01 M 17/00, 1976).

Указанный стенд предназначен для испытания трансмиссии тележек, чем исключается возможность его использования для взаимодействия колеса с рельсом в условиях, максимально приближенных к реальным.

Однако по совокупности признаков он является наиболее близким аналогом к предлагаемому универсальному стенду для испытания транспортных средств и, поэтому принимается в качестве прототипа.

Целью предлагаемого изобретения является создание универсального стенда для испытания транспортных средств в условиях, максимально приближенных к реальным.

Указанная цель достигается тем, что в стенде, содержащем неподвижное основание с установленным в нем на подшипниках имитатором транспортного пути и имитатор массы груза, имитатор транспортного пути выполнен в виде по меньшей мере одного катка, масса которого сосредоточена в ободе, при этом элементы подшипников, опирающиеся на основание с противоположных от катка сторон, соединены с введенными в стенд приводами, предназначенными для вращения упомянутых элементов в противоположных направлениях, причем параметры, определяющие условия взаимодействия колес транспортного средства и катка, такие как масса катка, его радиус, масса транспортного средства в сумме с имитатором массы груза, выбираются такими, чтобы кинетическая энергия поступательного движения транспортного средства, получаемая от движения колес, была бы равна кинетической энергии вращения катка, при этом направление усилия, прикладываемого к транспортному средству посредством имитатора массы груза, может выбираться в соответствии с программой испытаний, причем стенд оснащен соединяющими основание с транспортным средством растяжками, предназначенными для изменения его положения в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема стенда, на фиг.2 - сечение А-А по фиг.1, на фиг.3 - сечение Б-Б по фиг.1, на фиг.4 - вариант стенда для проведения натурных испытаний вагона с приводными тележками.

Универсальный стенд для испытания транспортных средств содержит неподвижное основание 1 (обозначено заштрихованными участками), в котором на подшипниках 2 и 3 установлена ось 4. На оси 4 закреплен каток 5 - имитатор рельсового пути с кольцевыми выступами 6 и 7, имеющими профиль рельсов. Масса катка 5 сосредоточена в основном в ободе, т.е. периферической его части. Элементы подшипников 2 и 3, опирающиеся на основание 1, соединены с закрепленными на основании приводами 8 и 9, предназначенными для вращения этих элементов в противоположных направлениях.

Для испытания моделей транспортных средств стенд выполняется в соответствующем масштабе. Транспортное средство в этом варианте в виде тележки содержит раму 10 с кронштейнами 11, в которых на подшипниках установлены оси 12 и 13 с закрепленными на них колесами 14 и 15 с поверхностями катания и гребнями традиционного профиля. Оси 12 и 13 колесных пар соединены посредством конических зубчатых колес с приводами вращения 16 и 17, закрепленными на раме 10 тележки. Тележка установлена на кольцевые выступы 6 и 7 катка 5 и соединена шарнирно с основанием посредством имитатора 18 массы груза и растяжек 19. Усилие, передаваемое на тележку посредством имитатора массы груза, регулируется посредством винта с головкой 20, соединенного с гайкой 21, установленной на основании с возможностью перемещения во взаимно перпендикулярных направлениях и фиксации в требуемом положении. Растяжки 19 также выполнены в виде винтовых пар, обеспечивающих возможность изменения положения тележки как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.

Параметры, определяющие условия взаимодействия транспортного средства и катка, такие как масса катка, его радиус, масса транспортного средства в сумме с имитатором массы груза, выбираются из следующих условий. Для того, чтобы на стенде осуществить процесс взаимодействия колесо-рельс, близкий к реальному, необходимо, чтобы энергия поступательного движения транспортного средства вследствие его неподвижности на стенде была сообщена рельсовому пути и приложена для создания его движения в противоположном направлении. Если рельсовый путь выполнен в виде катка, то Е_p=Е_т.с.

где - кинетическая энергия вращательного движения катка, имитирующего рельсовый путь;
- кинетическая энергия поступательного движения транспортного средства;
I - момент инерции катка(ов);
ω - угловая скорость катка(ов);
m - масса транспортного средства;
V - скорость транспортного средства.

Так как V= ωR, где R - радиус рельсового пути, то из равенства кинетических энергий следует, что масса транспортного средства и момент инерции катка(ов) связаны следующей зависимостью:
I=mR²
Габариты катка будут минимальными, если большая часть его массы будет сосредоточена конструктивно в его периферической части.

На стенде кинетическая энергия поступательного движения, которую способно осуществить транспортное средство в реальном движении, равна кинетической энергии вращательного движения катка (или катков), имитирующего транспортный путь.

При включении приводов 16 и 17 колеса тележки, контактируя с выступами 6 и 7 катка под действием веса тележки и усилия, прикладываемого к ней имитатором массы груза, начинают раскручивать каток 5 - имитатор рельсов. Сопротивление вращению концов оси 4 в подшипниках 2 и 3 благодаря их вращению от приводов 8 и 9 в противоположных направлениях очень незначительно.

Взаимодействие колес тележки и катка благодаря этому в значительной мере соответствует реальным условиям при движении приводной тележки по неподвижным рельсам. Для исследования взаимодействия колес с рельсами в кривых положение тележки может изменяться посредством растяжек 19, а на подъеме или уклоне посредством изменения направления силы, прикладываемой к тележке от имитатора 18 массы груза за счет фиксации гайки 21 в разных положениях на основании 1. Усилие от имитатора 18 регулируется винтом с головкой 20.

Стенд пригоден для испытания транспортных средств и с неприводными колесами при условии, если каток будет набирать скорость вращения от двух двигателей, работающих совместно, осуществляя вращение опорных подшипников в одном направлении.

Для испытания автомобильных транспортных средств каток стенда выполняется в виде ровной цилиндрической поверхности, имитирующей дорожное покрытие.

Принципиальная схема стенда, показанная на фиг.5, 6, 7, позволяет значительно уменьшить его размеры за счет уменьшения диаметров катков при сохранении кинетической энергии их вращения посредством их соединения с маховиками. Такой стенд обеспечивает возможность проведения натурных испытаний вагона с приводными тележками.

Для проведения, например, диагностики вагон 22 на приводных тележках 23 закатывается по рельсам 24 и участкам рельсов 25 и 26 колесами 27 колесных пар 28 на катки 29. Последние установлены на валах в подшипниках корпусов 30 мультипликаторов, установленных в боковых выемках смотровой ямы 31. Катки 29 кинематически связаны передачами 32, 33 с маховиками 34, также установленными на валах в подшипниках корпусов 30 мультипликаторов.

От перемещения относительно катков вдоль оси вагона последний удерживается сцепным устройством 35.

Изобретение относится к испытательным стендам, в частности, для исследования физических процессов в системе "колесо-рельс". Технический результат - обеспечение условий испытаний, максимально приближенных к реальным. Стенд содержит неподвижное основание с установленным в нем на подшипниках имитатором транспортного пути. Имитатор транспортного пути выполнен в виде катка, масса которого сосредоточена в ободе. Элементы подшипников, опирающиеся на основание с противоположных от катка сторон, соединены с приводами, предназначенными для вращения упомянутых элементов в противоположных направлениях. Параметры, определяющие условия взаимодействия колес транспортного средства и катка, такие как масса катка, его радиус и масса тележки с имитатором груза, подбираются так, чтобы кинетическая энергия поступательного движения, которую может осуществить транспортное средство в реальном движении, равнялась кинетической энергии вращения катка. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Стенд для испытания транспортных средств, содержащий неподвижное основание с установленным в нем на подшипниках имитатором транспортного пути, отличающийся тем, что имитатор транспортного пути выполнен в виде, по меньшей мере, одного катка, масса которого сосредоточена в ободе, при этом элементы подшипников, опирающиеся на основание с противоположных от катка сторон соединены с приводами, предназначенными для вращения упомянутых элементов в противоположных направлениях, причем параметры, определяющие условия взаимодействия колес транспортного средства и катка, такие как масса катка, его радиус и масса тележки с имитатором груза, подбираются так, чтобы кинетическая энергия поступательного движения, которую может осуществить транспортное средство в реальном движении, равнялась кинетической энергии вращения катка. 2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что транспортное средство соединено с основанием растяжками, предназначенными для изменения положения транспортного средства в горизонтальной и вертикальной плоскостях.