Стенд для испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек Российский патент 2024 года по МПК G01H17/00 G01N29/11 B61D17/18 

Область техники

Изобретение относится к испытательной технике (G01H 17/00) для пассажирских вагонов (B61D 1/00) железнодорожного транспорта, конкретно к устройствам для испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек кузовов пассажирских вагонов железнодорожного транспорта.

Уровень техники

Известны методы и средства /ГОСТ 33463.2-2015/ для испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек кузовов пассажирских вагонов, основанные на установке внутри кузова вагона датчиков шума и вибрации с цифровым выходом, соединении цифровых выходов датчиков с персональной электронной вычислительной машиной (ЭВМ) с дальнейшей записью шумов и вибраций в процессе движения вагона со скоростями от 10 до 200 км/час, сравнении результатов измерений с предельно допустимыми значениями для здоровья пассажиров и принятие решения на их использование в железнодорожном транспорте.

Недостатком известных методов и средств /Методы испытаний по определению виброакустических показателей, ГОСТ 33463.2-2015/ является трудоёмкость испытаний, связанная с необходимостью прогона вагона, покрытого звукопоглощающими и виброизолирующими материалами, по железнодорожным путям. Кроме того, в случае превышения уровня шумов и вибраций в пассажирском вагоне, выше предельно допустимого для пассажиров значения, приходится демонтировать обшивку тонкостенных оболочек кузовов пассажирских вагонов, монтировать новую и проводить повторные прогонные испытания звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для обеспечения требуемой безопасности пассажиров железнодорожного транспорта от виброакустических волн.

Известен метод испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек железнодорожного транспорта /Лиференко В.Ю. «Об отдельных причинах возникновения вибрации в пассажирских вагонах» // Транспорт Урала, номер 1 (64), март 2020 г./, разработанный автором настоящего изобретения. Указанный метод основан на использования обнаруженного автором изобретения эффекта малости влияния механических вибраций железнодорожных рельс, колес и подвески на вибрацию корпуса вагона по сравнению с акустическими звуками, издаваемыми указанными элементами. В указанном авторском источнике представлен незавершенный набор, не закрепленных между собой деталей физической модели стенда, для проверки физической реализуемости предложенного метода.

Желательно создание стенда для промышленных испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек корпусов железнодорожного транспорта на основе разработанного заявителем метода.

Такого стенда, пригодного для автономных испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов покрытий тонкостенных оболочек (ТНО) кузовов пассажирских вагонов через акустическую природу вибрации ТНО в известном уровне техники не выявлено.

Решаемая проблема и технический результат

Изобретение направлено на решение проблемы создания стенда для испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек (ТНО) кузовов пассажирских вагонов, обеспечивающего достижение технического результата, заключающегося в снижении трудоемкости испытаний указанных материалов.

Сущность изобретения

Решение указанной технической проблемы в заявленном изобретении обеспечивается тем, что стенд для испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек, содержит соосно и последовательно установленные на станине генератор акустических шумов (ГАШ) железнодорожного транспорта, устройство крепления образцов (УКО) конструкционных материалов и измеритель вибрации материала (ИВМ), при этом ГАШ по управляющему входу снабжен шиной для кабельного подключения к управляющему выходу блока управления испытаниями (БУИ) и содержит последовательно соединенные задатчик спектра шумов (ЗСШ) железнодорожного транспорта (ЖДТ), широкополосный усилитель электрических сигналов (ШУС) и излучатель акустических волн, а ИВМ содержит последовательно соединенные вибродатчик, преобразователь сигналов вибрации в цифровой сигнал и выходной цифровой порт для кабельного подключения к сигнальному входу блока управления испытаниями (БУИ).

Такое конструктивное исполнение стенда для испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов, имея одноразовую прогонную запись акустических шумов (для конкретного вида ЖДТ и рельсового пути), включая шумы железнодорожных путей, колесных пар вагона, их подшипников качения, тормозных букс, пневмоприводов, ударно-тяговых приборов и/или встречного воздуха на скоростях движения поезда от 10 до 200 км/час, позволяет затем без прогонных испытаний производить оперативный анализ и подбор звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек кузовов пассажирских вагонов.

Указанные новые свойства стенда указанной конструкции позволяет снизить трудоемкость испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек корпусов ЖДТ и достичь заявленного технического результата.

Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг. 1, 2.

На фиг. 1 представлен рисунок, поясняющий физическую конструкцию стенда, на фиг. 2 - функциональная схема стенда с цифровым блоком управления, на основе персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ).

На фиг. 1-2 обозначены:

1 - станина;

2 - генератор акустических шумов (ГАШ) железнодорожного транспорта;

2.1 - задатчик спектра шумов (ЗСШ) железнодорожного транспорта (ЖДТ);

2.2 - широкополосный усилитель электрических сигналов;

2.3 - излучатель акустических волн;

2.4 - шина для кабельного подключения управляющего выхода блока 6 управления испытаниями (БУИ);

3 - устройство крепления образцов (УКО) звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек корпусов ЖДТ;

4 - образцы звукопоглощающих и виброизолирующих материалов;

5 - измеритель вибрации материала (ИВМ);

5.1 - вибродатчик аналоговый;

5.2 - преобразователь сигналов вибрации в цифровой сигнал;

5.3 - выходной цифровой порт;

5.4 - шина сигнальная для кабельного подключения к сигнальному входу блока 6 управления испытаниями (БУИ);

6 - блок управления испытаниями (БУИ).

Раскрытие сущности изобретения

Согласно фиг. 1, 2, стенд для испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек, содержит соосно установленные на станине 1 генератор 2 акустических шумов (ГАШ) железнодорожного транспорта, устройство 3 крепления образцов (УКО) конструкционных материалов 4 и измеритель 5 вибрации материала (ИВМ) 4. ГАШ 2 содержит последовательно соединенные задатчик 2.1 спектра шумов (ЗСШ) железнодорожного транспорта (ЖДТ), широкополосный усилитель 2.2 электрических сигналов и излучатель 2.3 акустических волн. Указанный ЗСШ 2.1 выполнен в виде цифрового генератора (цифроаналогового преобразователя (ЦАП) со сменным блоком памяти) шумов ЖДТ, в виде аналогового генератора электрических сигналов звуковой частоты и/или в виде аналогового генератора электрических сигналов инфразвуковой частоты. Указанные генераторы могут быть выполнены с ручной или автоматической регулировкой их частоты и амплитуды. Сменный блок памяти (СБП) цифрового генератора ЗСШ 2.1 шумов ЖДТ выполнен в виде магнитной, оптической или кремниевой памяти для записи шумов ЖДТ, включая шумы железнодорожных путей, колесных пар вагона, их подшипников качения, тормозных букс, пневмоприводов, ударно-тяговых приборов и/или встречного воздуха на скоростях движения поезда от 10 до 200 км/час. Широкополосный усилитель 2.2 электрических сигналов (ШУС) ГАШ 2 выполнен с полосой пропускания электрических сигналов от 0.1 Гц до 15 кГц. Излучатель 2.3 акустических волн ГАШ 2 выполнен в виде электродинамического, электромеханического и/или плазменного преобразователя электрических сигналов в продольные акустические волны. ИВМ 5 содержит последовательно соединенные вибродатчик 5.1, преобразователь 5.2 сигналов вибрации в цифровой сигнал и выходной беспроводный цифровой порт Bluetooth 5.3, снабженный дополнительной сигнальной шиной 5.4 для кабельного подключения к блоку 6 управления испытаниями (БУИ). Между ИВМ 5 и ГАШ 2 на станине 1 установлено устройство 3 крепления образцов (УКО) конструкционных материалов 4. УКО 3 выполнено в виде рамы, установленной между ГАШ 2 и ИВМ 5 перпендикулярно их оси и снабженной быстросъемным креплением на ней испытуемого образца 4 звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек корпусов ЖДТ. Быстросъемное крепление испытуемых образцов 4 выполнено в виде болтовых и/или винтовых зажимов (на фиг. не показано).

Работа стенда

Перед началом работы стенда для испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек кузовов пассажирских вагонов железнодорожного транспорта (ЖДТ) устанавливают в кузове вагона датчики шумов и вибраций и по сигнальным выходам соединяют с ПЭВМ 6. Далее вагон с датчиками шумов и вибраций прогоняют по рельсовым путям планируемой эксплуатации пассажирских вагонов серийного производства. В процессе движения пассажирского вагона установленные датчики шумов и вибраций измеряют акустические шумы, вызванные вибрацией железнодорожных путей, колесных пар вагона, их подшипников качения, тормозных букс, пневмоприводов, ударно-тяговых приборов шумов встречного воздуха на скоростях движения поезда от 10 до 200 км/час. Измеренные датчиками данные передаются на ПЭВМ 6. Далее в ПЭВМ 6 данные измерений привязываются к цифровой карте местности и к скорости движения поезда. Привязанные данные прогонных измерений шумов и вибраций пассажирского вагона сохраняются в блоке памяти ПЭВМ 6 и на сменном блоке памяти (СБП), например типа флеш-карты SD или TransFlash.

Одновременно на лаборатории вагонного завода первый образец 4 звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек корпуса вагона устанавливают на измерительном стенде в рамку УКО 3 стенда и жестко крепят в ней быстросъемными креплением.

Далее ПЭВМ 6 или её флеш-карту с цифровыми прогонными записями акустических шумов и вибраций переносят в лабораторию и соединяют с измерительным стендом по управляющему входу 2.4 и сигнальному выходу 5.4. стенда. При повышенном объеме записей в задатчик 2.1 спектра шумов (ЗСШ) дополнительно устанавливают флеш-карту с данными прогонных измерений. Затем включают аппаратуру 2-5 стенда и ПЭВМ 6. При этом ПЭВМ 6 по заданной программе управления включает задатчик 2.1. При этом в цифровом исполнении задатчик 2.1 производит последовательно во времени аналого-цифровое преобразование шумов и вибраций, записанных на флеш-карту в аналоговый сигнал. Аналоговые сигналы с задатчика 2.1 через усилитель 2.2 передаются на излучатель 2.3 акустических волн. Спектр шумов и вибраций ЖДТ излучателя 2.3 облучает лицевую сторону образца 4 покрытия тонкостенных оболочек корпуса вагона. Одновременно вибродатчик 5.1, установленный с тыльной стороны образца 4 измеряет амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) вибрации образца 4. Далее измеренные АЧХ через аналого-цифровой преобразователь 5.2 и беспроводный цифровой порт 5.3 или шину 5.4 поступают на сигнальный вход ПЭВМ 6. ПЭВМ сравнивает изматерённые АЧХ образца 4 для покрытия тонкостенных оболочек корпусов ЖДТ, допустимыми пределами АЧХ шумов и вибраций для здоровья пассажиров. В случае допустимости образца 4 для покрытия тонкостенных оболочек корпусов ЖДТ измерения на стенде завершают и подписывают акт о приеме образца 4 для использования в производстве. Иначе устанавливают очередной образец покрытия и процесс его испытаний на стенде повторяют до выбора образца покрытия, обеспечивающего поглощение опасных для человека значений шумов и вибраций в кузове пассажирского вагона.

Промышленная применимость

Изобретение разработано на уровне промышленной модели стенда и прогонных измерений с помощью её уровня шумов и вибраций в пассажирских вагонах ТВЗ для железнодорожного транспорта и метрополитена. Физическое моделирование стенда показали возможность резкого снижения трудоемкости испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек кузовов пассажирских вагонов и, как следствие, достичь заявленного технического результата. Изобретение позволяет не только снизить трудоемкость, но и расширить арсенал стендового оборудования для испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов.

Изобретение относится к метрологии, в частности к стендам для испытания материалов. Стенд для испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек, характеризующийся тем, что он содержит соосно и последовательно установленные на станине генератор акустических шумов (ГАШ) железнодорожного транспорта, устройство крепления образцов (УКО) конструкционных материалов и измеритель вибрации материала (ИВМ), при этом ГАШ по управляющему входу снабжен шиной для кабельного подключения к управляющему выходу блока управления испытаниями (БУИ) и содержит последовательно соединенные задатчик спектра шумов (ЗСШ) железнодорожного транспорта (ЖДТ), широкополосный усилитель электрических сигналов (ШУС) и излучатель акустических волн, а ИВМ содержит последовательно соединенные вибродатчик, преобразователь сигналов вибрации в цифровой сигнал и выходной цифровой порт для кабельного подключения к сигнальному входу блока управления испытаниями (БУИ). Технический результат - возможность оперативно измерять амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия ими тонкостенных оболочек корпусов пассажирских вагонов. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Стенд для испытаний звукопоглощающих и виброизолирующих материалов для покрытия тонкостенных оболочек, характеризующийся тем, что он содержит соосно и последовательно установленные на станине генератор акустических шумов (ГАШ) железнодорожного транспорта, устройство крепления образцов (УКО) конструкционных материалов и измеритель вибрации материала (ИВМ), при этом ГАШ по управляющему входу снабжен шиной для кабельного подключения к управляющему выходу блока управления испытаниями (БУИ) и содержит последовательно соединенные задатчик спектра шумов (ЗСШ) железнодорожного транспорта (ЖДТ), широкополосный усилитель электрических сигналов (ШУС) и излучатель акустических волн, а ИВМ содержит последовательно соединенные вибродатчик, преобразователь сигналов вибрации в цифровой сигнал и выходной цифровой порт для кабельного подключения к сигнальному входу блока управления испытаниями (БУИ).

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что ЗСШ выполнен в виде цифрового генератора со сменным блоком памяти (СБП) шумов ЖДТ, в виде аналогового генератора электрических сигналов звуковой частоты и/или в виде аналогового генератора электрических сигналов инфразвуковой частоты, выполненных с возможностью ручной или автоматической регулировки их частоты и амплитуды.

3. Стенд по п. 2, отличающийся тем, что СБП ЗСШ выполнен в виде магнитной, оптической или кремниевой памяти для записи шумов ЖДТ, включая шумы железнодорожных путей, колесных пар вагона, их подшипников качения, тормозных букс, пневмоприводов, ударно-тяговых приборов и/или встречного воздуха на скоростях движения поезда от 10 до 200 км/час.

4. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что ШУС выполнен с полосой пропускания электрических сигналов от 0.1 Гц до 15 кГц.

5. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что излучатель акустических волн выполнен в виде электродинамического, электромеханического и/или плазменного преобразователя электрических сигналов в продольные акустические волны.

6. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что УКО выполнено в виде рамы, установленной между ГАШ и ИВМ перпендикулярно их оси и снабженной быстросъемным креплением на ней испытуемого поглощающего и виброизолирующего образца конструкционных материалов ЖДТ.

7. Стенд по п. 7, отличающийся тем, что быстросъемное крепление испытуемых образцов выполнено в виде болтовых и/или винтовых зажимов.