СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ВИБРОМЕТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ РЕЛЬСОВЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2024 года по МПК G01M7/02 

Способ проведения виброметрических испытаний рельсовых транспортных средств на примере пассажирского вагона относится к способам сертификационных испытаний вагонов.

Для рельсовых транспортных средств, находящихся в движении, характерна значительная поступательная и угловая вибрация, что, несомненно, оказывает влияние на здоровье пассажиров и обслуживающего персонала поездов и степень комфортабельности поездки. СП 2.5.3650-20 определяющие допускаемые уровни вибрации в вагонах, содержат величины, определенные исходя из условия недопущения заболеваемости нынешнего и следующего поколений. Это подчеркивает важность и необходимость проведения виброметрических испытаний рельсовых транспортных средств и в первую очередь для анализа воздействующей на пассажиров и бригаду рельсового транспортного средства общей вибрации, включающую периодическую, случайную и переходные процессы – в диапазоне частот 1,0 -80,0 Гц, которая воздействует на сидящего или стоящего человека. Аналогичные требования содержит ГОСТ 34681 в котором предлагается исследовать частотный диапазон от 1,0 до 80,0 Гц.

В соответствии с ГОСТ 31248 (ИСО 10056:2001) вагон в целом не во всех случаях можно рассматривать как жесткое тело. Поэтому при проведении сертификационных испытаний, виброускорения фиксируются на полу вагона в зонах шкворневых балок и, дополнительно, в центре вагона, а для второго этажа двухэтажных вагонов – только посередине. При этом акселерометры устанавливаются на полу по продольной оси вагона.

Известный способ проведения виброметрических испытаний включает требование проводить их на стоянке при работающем силовом и вспомогательном оборудовании и во всем диапазоне эксплуатационных скоростей от 80 км/ч вплоть до максимальной конструкционной скорости через интервалы, равные 20±5 км/ч. Длительность измерения, необходимая для обеспечения статистической достоверности результата, для каждого режима работы не должна быть менее 200 с, при этом допускается разбивать суммарное время измерений на отрезки с последующим сложением сигналы могут в дальнейшем быть подвергнуты обработке в соответствии с разделом 6 ГОСТ 31248 (ИСО 10056:2001).

Частотные спектры виброускорений, полученные в результате испытаний, сравниваются с предельно допустимыми уровнями, приведенными в Таблице 25 СП 2.5.3650-20. При величинах виброускорений меньше предельно допустимых вагон считается прошедшим испытание.

Недостатками известных способов проведения виброметрических испытаний рельсовых транспортных средств являются высокая трудоемкость проведения испытаний и их длительность, что приводит к повышенной стоимости испытаний.

Известно, что утрата здоровья проводниками в значительной степени является следствием восприятия ими доминирующих узкополосных вибраций в частотном диапазоне от 1,0 до 80,0 Гц. Для борьбы с этими вибрациями производится модернизация ходовых частей, ударно-тяговых приборов, кузовов и пр., применяются новые материалы; но проблема остается, что подчеркивает необходимость разработки новых способов проведения виброметрических испытаний рельсовых транспортных средств.

Проведение серии виброметрических испытаний различных вагонов в условиях стоянки выявило необходимость проведения испытаний в этих условиях в крайне редких случаях, например, если вагон оборудован дизель-генераторной установкой. Так, тональный сигнал от работы дизель-генераторной установки находится в полосах частот порядка 40 Гц, где допускаемые уровни значительны, но превышение допускаемых уровней при испытаниях также не наблюдалось. Так, при проведении испытаний вагона-ресторана модели 61-4460 обнаружилось, что максимальные уровни виброускорений в зоне нахождения дизель-генераторной установки в полосе 40 Гц составили 0,26 м/с² при допускаемых – 0,56 м/с².

Также экспериментальным путем было выявлено, что измерение виброускорений с интервалами скоростей 20±5 км/ч не позволяет составить объективную картину вибрации в вагоне воспринимаемую пассажирами и обслуживающим персоналом. Такая высокая дискретность скоростного режима и допускаемый интервал недостаточны для выявления максимальных уровней виброускорений, что также указывает на недостатки известных способов виброметрических испытаний рельсовых транспортных средств.

Экспериментальным путем было установлено, что наибольшие уровни вибраций наблюдаются не при максимальной конструкционной скорости вагона, а при совпадении частот возмущающих колебаний при определенной скорости движения конкретного вагона с низшей собственной частотой колебаний кузова, которая, в случае испытания кузова пассажирского вагона, обычно находится в диапазоне от 9 до 11 Гц, в зависимости от модели. Экспериментально установлено, что совпадение возмущающей и собственной частот колебаний кузова обычно происходит при скоростях движения пассажирского вагона в интервале от 80 до 120 км/ч. Эти скорости входят в интервал «приоритетных», так как на скоростях 60–120 км/ч пассажирские вагоны дальнего следования передвигаются 63 % времени.

Определение однозначной нормативной скорости, при которой должны проводиться испытания, представляется сложной, но разрешимой задачей. Вагоны различных конструкций и даже вагоны из одной партии поставки априори имеют свои отличительные особенности. Размеры всех элементов конструкции, конечно, находятся в пределах допусков, но тем не менее различаются между собой. Например, вновь изготовленный вагон устанавливается на тележки, при сборке которых применяются колеса разных диаметров. В соответствии с п. 4.3.3 ГОСТ 4835 допускаемая разница в кругах катания колес одной колесной пары составляет 1 мм, а по ГОСТ Р 55821 допускается установка колес в одной тележке с разницей кругов катания до 5 мм.

Заявляемый способ проведения виброметрических испытаний при сертификационных, приемочных и других испытаниях является теоретико-экспериментальным, то есть методом, основанным на статистическом оценивании результатов натурных и стендовых испытаний, с определением низшей собственной частоты колебаний кузова в соответствии с рекомендациями ГОСТ 34093.

Экспериментальный метод определения низшей собственной частоты колебаний кузова заключается в вибрационных испытаниях исследуемого кузова. При вибрационных испытаниях для возбуждения колебаний кузова к его раме в вертикальном направлении прикладывают периодическую возмущающую силу и осуществляют изменение частоты колебаний кузова в интервале от 1 до 25 Гц с шагом 1 Гц.

Возбуждение колебаний кузова вагона выполняется вибрационным или ударным способом, как с использованием вибраторов, так и с реализацией удара по кузову, например, по типу испытаний на соударение с подпором объекта испытаний или сбросом вагона с клиньев.

При испытаниях определяют вертикальные перемещения или вертикальные ускорения или напряжения в контрольных точках, расположенных вдоль основных несущих составных частей рамы кузова.

При использовании вибраторов, на каждом уровне частоты, возбуждение колебаний кузова вагона осуществляют в течение промежутка времени, при котором фиксируются не менее 1000 экстремумов процесса. В остальных случаях испытания продолжают до достижения сходимости результатов и производится оценка погрешности за счет использования меньшего числа экстремумов процесса.

Далее по формуле:

,

где: – низшая собственная частота колебаний кузова, Гц;

- – радиус круга катания колеса, м;

- коэффициент «22,6» – результат произведения «»,

рассчитывается скорость V, при которой ожидается совпадение частот возмущающих колебаний с низшей собственной частотой колебаний кузова. Далее, исходя из допуска ± 2 км/ч, определяется диапазон испытательных скоростей. Затем, для конкретизации испытательной скорости, непосредственно перед проведением испытаний, осуществляется прогон опытного состава, включающего испытываемый вагон, в рассчитанном выше диапазоне диапазон (удалить) испытательных скоростей, с минимально возможным ускорением локомотива, с учетом возможностей испытательного полигона и локомотива. При этом определяется скорость состава, при которой амплитуда виброускорений максимальна. В дальнейшем процедура повторяется при плавном торможении состава. Результатом измерения будет среднее арифметическое значение зафиксированных скоростей вагона, при которых амплитуда виброускорений максимальна.

При невозможности или нецелесообразности определения низшей собственной частоты колебаний кузова за диапазон испытательных скоростей принимают интервал 80-120 км/ч.

Далее по длине вагона устанавливаются вибродатчики и в течение 200 с при рассчитанной или принятой скорости снимаются показания вибродатчиков (удалить). Анализируются частотные спектры виброускорений, полученные с вибродатчиков, и при величинах виброускорений меньше предельно допустимых по СП 2.5.3650-20 вагон считается прошедшим испытание.

Таким образом, объем испытаний значительно уменьшается, что приводит к значительному сокращения времени проведения испытаний. Кроме того, значительная экономия трудозатрат наблюдается (образуется, ожидается) при обработке результатов испытаний и оформлении отчетной документации. Все вышеперечисленное приводит к значительной экономии финансовых средств.

Следует отметить, что при испытаниях по заявляемому способу значения виброускорений соответствуют максимальным уровням, реально возникающим в помещениях вагонов и воспринимаемым пассажирами.

Пример реализации заявляемого способа виброметрических испытаний испытаний кузова пассажирского двухэтажного вагона модели 61-4465.08.

1. Определяется низшая собственная частота колебаний для чего ударным способом производится возбуждение колебаний. В это время с помощью вибродатчиков, заранее установленных в испытуемом вагоне, определяется частота, при которой наблюдается максимальный уровень виброускорений. Выявленная частота – низшая частота собственных колебаний - 10 Гц.

2. Определяется радиус круга катания колеса, составивший 481 мм.

3. Далее по предложенной формуле вычисляется скорость вагона, при которой ожидается совпадение частот возмущающих колебаний с низшей собственной частотой. В данном случае скорость составила 108,7 км/ч.

4. Определение испытательной скорости. После оборудования помещений первого этажа вагона вибродатчиками, размещенными на продольной оси по его длине (шкворневые зоны и среднее сечение), испытательный состав с минимально возможным ускорением разгоняется от скорости 107 до 111 км/ч. В дальнейшем процедура повторяется при плавном торможении состава от скорости 111 до 107 км/ч. Результат измерения - среднее арифметическое значение зафиксированных скоростей вагона, при которых амплитуда виброускорений максимальна, скорость 110 км/ч и частотная полоса 10 Гц.

5. Испытание. При движении вагона с постоянной скоростью 110 км/ч в течение 200 с фиксируются виброускорения в третьоктавных полосах частот в диапазоне от 1,0 до 80,0 Гц. Зафиксированная величина максимальных виброускорений в ходе проведения испытания меньше предельно допустимых по СП 2.5.3650-20, следовательно, вагон считается прошедшим испытание.

Реализацию заявляемого метода можно осуществить с использованием стандартного испытательного оборудования.

Изобретение относится к испытательной технике и, в частности, может быть использовано для виброметрических испытаний рельсовых транспортных средств. Способ включает определение низшей собственной частоты колебаний, соответствующей максимальному уровню виброускорений, фиксируемых вибродатчиками, заранее установленными в испытуемом рельсовом транспортном средстве, определение радиуса круга катания колеса. Затем по формуле производится вычисление скорости рельсовых транспортных средств, при которой ожидается совпадение частот возмущающих колебаний с низшей собственной частотой колебания кузова рельсового транспортного средства. Далее производится определение испытательной скорости, при движении с минимально возможным ускорением и последующим плавным торможением испытательного состава, включающего испытуемый вагон. Испытание осуществляют движением, проводят затем с постоянной испытательной скоростью с фиксированием виброускорений. Сравнением зафиксированных в ходе проведения испытания величин максимальных виброускорений с предельно допустимыми судят о прохождении испытуемым рельсовым транспортным средством виброметрических испытаний. Технический результат заключается в сокращении объема испытаний и их длительности при проведении сертификационных испытаний.

Способ проведения виброметрических испытаний рельсовых транспортных средств, включающий определение низшей собственной частоты колебаний, соответствующей максимальному уровню виброускорений, фиксируемых вибродатчиками, заранее установленными в испытуемом рельсовом транспортном средстве, определение радиуса круга катания колеса, затем по формуле

V=22,6×r×f (км/ч), где:

- f - низшая собственная частота колебаний кузова, Гц;

- r - радиус круга катания колеса, м;

- коэффициент «22,6» - результат произведения «3600×2×π/1000»,

производится вычисление скорости рельсовых транспортных средств, при которой ожидается совпадение частот возмущающих колебаний с низшей собственной частотой колебания кузова рельсового транспортного средства; определение испытательной скорости как среднее арифметическое значение зафиксированных скоростей рельсовых транспортных средств, при которых амплитуда виброускорений максимальна, при движении с минимально возможным ускорением и последующим плавным торможением испытательного состава, включающего испытуемый вагон, в интервале скорости исходя из допуска ± 2 км/ч к ранее вычисленной скорости вагона; далее осуществление движения рельсового транспортного средства с постоянной испытательной скоростью в течение 200 с и фиксированием виброускорения в третьоктавных полосах частот в диапазоне от 1,0 до 80,0 Гц, сравнение зафиксированных в ходе проведения испытания величин максимальных виброускорений с предельно допустимыми, по результатам которого судят о прохождении испытуемым рельсовым транспортным средством виброметрических испытаний.