Стенд для испытания эластомерных поглощающих аппаратов подвижного состава железнодорожного транспорта
Владельцы патента RU 2745672:
Акционерное общество «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» имени Ф.Э. Дзержинского» (RU)
Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к стендам для испытания эластомерных поглощающих аппаратов (ЭПА). Стенд содержит силовую металлоконструкцию колонного типа, подвижный стол с проставкой, гидростанцию и пульт управления с компьютером. На основании стенда установлен механизм поджима и фиксации ЭПА. Механизм выполнен клиновым с приводом от гидроцилиндра. На верхнем клине установлен электронный датчик силы, связанный с системой управления стендом. Подвижный стол установлен посредством сферической опоры. Хвостовик датчика линейных перемещений связан с корпусом ЭПА, а корпус датчика – со штоком ЭПА. Увеличивается точность измерений. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к технологическому оборудованию предприятий железнодорожного транспорта, а именно к испытательным стендам, применяемым при изготовлении, деповском и капитальном ремонтах грузовых вагонов на вагоностроительных и вагоноремонтных заводах, в вагонных депо для проведения испытаний подвижного состава железнодорожного транспорта, в частности для испытаний эластомерных поглощающих аппаратов (ЭПА) автосцепки.
Из уровня техники известен «Стенд для испытания и ремонта поглощающих аппаратов грузовых вагонов» по патенту на полезную модель РФ № 61033 (заявка № 2006131738, опубликовано 10.02.2007, Бюл. № 4).
Стенд для испытания и ремонта поглощающих аппаратов грузовых вагонов, содержащий пресс, представляющий собой сварную раму из листовой стали с двумя вертикальными опорами, сверху и снизу соединенными балками, оснащенную гидроцилиндром пресса, кантователем, гидроцилиндром кантователя, датчиками хода и нагрузки, панелью управления стендом и контроллером, гидростанцию, компьютер, принтер, отличающийся тем, что включает насадку для штока поршня гидроцилиндра, с приваренными к ней не менее чем тремя пластинами, расположенными в одной плоскости, перпендикулярной оси штока поршня гидроцилиндра, плиту, устанавливаемую на нажимной конус поглощающего аппарата, с закрепленными на ней не менее чем тремя датчиками касания, торцы которых расположены в плоскости, параллельной плоскости плиты и, чувствительные элементы которых, расположены в горизонтальной плоскости и соединены между собой, панелью управления и контроллером по схеме И, насос производительностью не менее 21 л/мин и электродвигатель мощностью 5,5 кВт, обеспечивающие работу стенда в режиме ремонта, насос производительностью не менее 79,8 л/мин и электродвигатель мощностью 22 кВт, обеспечивающие работу стенда в режиме испытаний методом циклических нагружений, и размещенные на гидростанции контроллер, снабженный программами для сборки, разборки и ремонта поглощающих аппаратов и для испытаний в режиме циклических нагружений с автоматическим созданием нагрузочной диаграммы, имеющий постоянное запоминающее устройство с объемом памяти 64 Кбайта, подставку для испытания и ремонта поглощающих аппаратов типа Ш-1-ТМ, Ш-2 В, Ш-2Т, ПМК-110, 73ZW, прикрепляемую болтами к кантователю, имеющую отверстие, в которое вставляется один из сменных упоров.
Недостатком вышеописанной конструкции является:
- отсутствие прямого измерения усилия (на стенде измеряется давление в нагружающем гидроцилиндре, которое в последующем пересчитывается в усилие), что увеличивает погрешность определения силовых характеристик испытуемых эластомерных поглощающих аппаратов;
- отсутствие механизмов, компенсирующих не параллельность сопрягающихся опорных поверхностей стенда и эластомерного поглощающего аппарата (параллельность нажимной поверхности штока силового гидроцилиндра и плоскости нажимного конуса поглощающего аппарата контролируется датчиками, но выставляется правильное положение вручную);
- влияние упругих деформаций конструктивных элементов стенда на измерение перемещения штока эластомерного поглощающего аппарата.
Известно устройство для сборки ударопоглощающего аппарата автосцепного оборудования (патент RU 2013246, B60S 5/00, B61G 9/00, опубл. 05.04.1991), содержит станину с опорой для ударопоглощающего аппарата, установленный на станине механизм вертикального нагружения с откидными стойками, несущими захваты для взаимодействия с элементами резинометаллического комплекта ударопоглощающего аппарата, отличающееся тем, что опора для ударопоглощающего аппарата включает в себя вертикальные направляющие с опорными поверхностями для размещения на них резинометаллического комплекта ударопоглощающего аппарата и установленные в направляющих ползуны с разнесенными по высоте выступами на противоположных поверхностях, одни из которых оперты на закрепленные на станине регулируемые пружинные опоры, а другие расположены с возможностью опирания на них противоположных сторон хомута ударопоглощающего аппарата, при этом механизм вертикального нагружения выполнен в виде пресса с опорной площадкой на штоке для взаимодействия с верхней частью хомута, имеющей кронштейны по бокам, несущие указанные откидные стойки.
Недостатком данной конструкции является то, что устройство не предназначено для испытания всех типов эластомерных поглощающих аппаратов подвижного состава в связи с конструктивными особенностями эластомерных поглощающих аппаратов. Устройство также не имеет возможности автоматического получения нагрузочной диаграммы испытуемого эластомерного поглощающего аппарата, а также возможность проводить испытания методом циклических нагружений.
Также из уровня техники известна «Установка для сборки и разборки аппарата предохраняющего» (Патент РФ 2304530, B60S 5/00, опубл. 20.08.2007 Бюл. № 23). Установка для сборки и разборки аппарата поглощающего, представляет собой основание с установленным на нем корпусом, рабочий стол с приспособлением для фиксированного размещения на нем с возможностью съема аппарата предохраняющего, гидроцилиндр с гидроприводом и пульт управления, отличающийся тем, что гидроцилиндр установлен в основании и соединен с рабочим столом, корпус образован соединенными между собой в верхней части посредством перемычки боковыми стойками и снабжен дополнительным столом, имеющим узел его фиксации и выполненным с возможностью крепления на нем технологической оснастки для перемещения вдоль продольной оси башмаков аппарата предохраняющего при его сборке, в дополнительном столе выполнено технологическое отверстие для перемещения через него приспособления для воздействия на корпус аппарата предохраняющего при его сборке и приспособления с магнитами для поворота конуса и его удаления при разборке, рабочий и дополнительный столы размещены соосно друг другу между боковыми стойками, при этом в боковых стойках выполнены соосные отверстия, попарно размещенные друг под другом для фиксированного размещения на их уровне дополнительного стола и регулируемого изменения расстояния между дополнительным и рабочим столами.
Данная установка не может быть использована для проведения испытаний эластомерных поглощающих аппаратов методом циклических нагружений по следующим причинам:
- установка предназначена для сборки и разборки поглощающих аппаратов и не может обеспечить функции по оптимальности управления процессом испытания и обработки информации;
- отсутствует следящий гидравлический привод, позволяющий с высокой точностью воспроизводить требуемые (заданные) параметры нагружения испытуемого эластомерного поглощающего аппарата;
Из уровня техники известно устройство «Стенд для испытания эластомерных поглощающих аппаратов подвижного состава железнодорожного транспорта» (патент РФ № 2684872, G01M17/08 B61G 11/00, опубл. 15.04.2019 Бюл. № 11). Стенд содержит корпус коробчатого сечения, силовой гидроцилиндр со штоком и гидростанцию. В нижней части корпуса расположены подвижный стол с гидроцилиндром для его фиксации, гидростанция и пульт управления с компьютером. В верхней части корпуса установлен гидроцилиндр и лазерный тригуаляционный датчик. На уровне подвижного стола установлена монтажная плита с электронным датчиком давления.
Данная конструкция стенда выбрана в качестве прототипа для заявляемого изобретения.
Недостатком вышеописанной конструкции является:
- отсутствие прямого измерения усилия (на стенде измеряется давление в нагружающем гидроцилиндре, которое в последующем пересчитывается в усилие), что увеличивает погрешность определения силовых характеристик испытуемых эластомерных поглощающих аппаратов;
- наличие зазора между штоком эластомерного поглощающего аппарата и штоком силового гидроцилиндра стенда перед началом испытания, приводит к записи холостого хода силового гидроцилиндра на диаграмме нагружения, что в свою очередь приводит к недостоверной/ неточной диаграмме нагружения;
- отсутствие механизмов, компенсирующих непараллельность сопрягающихся опорных поверхностей стенда и эластомерного поглощающего аппарата;
- влияние упругих деформаций конструктивных элементов стенда на измерение перемещения штока эластомерного аппарата.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение точности измерений и записи параметров (перемещение-усилие) статической силовой характеристики работы эластомерных поглощающих аппаратов подвижного состава, а так же предотвращение их поломки при проведении испытаний.
Технический результат заключается в возможности проведения испытаний эластомерных поглощающих аппаратов с записью параметров их работы при проведении циклических испытаний с высокой точностью. Дополнительный технический результат по заявленному изобретению заключается в снижении риска поломки эластомерного поглощающего аппарата вследствие непараллельности опорных поверхностей ЭПА и стенда.
Задача решается, а указанный технический результат достигается за счет того, что заявленный стенд для испытания эластомерных поглощающих аппаратов подвижного состава железнодорожного транспорта содержащий силовую замкнутую металлоконструкцию колонного типа, включающую основание и траверсу, стянутые между собой колоннами посредством гаек, подвижный стол с проставкой для установки на него ЭПА, гидростанцию, пульт управления с компьютером и сенсорным монитором, отображающим виртуальные кнопки управления стендом, автоматизированную систему управления испытанием, сбора и анализа данных, построения диаграммы статической силовой характеристики работы ЭПА, встроенным в траверсу силовым гидроцилиндром, с закрепленным на его штоке диском и установленными в нем бесконтактными индуктивными выключателями, связанными с автоматизированной системой управления стендом, клиновой механизм поджима и фиксации ЭПА, смонтированный на основании стенда, состоящий из направляющей с закрепленными на ней кронштейном и установленным в нем посредством осей рычагом, при этом второй конец упомянутого рычага связан через ось с верхним клином, контактирующим своей нижней наклонной поверхностью с ответной наклонной поверхностью нижнего клина, связанным со штоком гидроцилиндра движения клинового механизма, установленным на верхнем клине клинового механизма электронным датчиком силы, связанным с системой автоматического управления стендом и контактирующий через сферическую опору с подвижным столом, закрепленным на упомянутом диске кронштейном крепления механизма измерения длины хода ЭПА со штоком, установленные на нем пружину с ползуном, закрепленные на них соответственно шток и корпус датчика линейных перемещений, при этом хвостовик ползуна, связанный со штоком датчика линейных перемещений касается корпуса испытуемого ЭПА, а шток испытуемого ЭПА касается диска, связанного через кронштейн с корпусом датчика линейных перемещений.
Сущность заявляемого изобретения поясняется графическим материалом:
ФИГ. 1 - Стенд для испытания ЭПА. Главный вид;
ФИГ. 2 – Стенд для испытания ЭПА. Вид А;
ФИГ. 3 - Стенд для испытания ЭПА. Вид сверху;
ФИГ. 4 – Экран управления стендом для испытания ЭПА;
ФИГ. 5 – Экран результатов испытания ЭПА.
Стенд для испытания эластомерных поглощающих аппаратов подвижного состава железнодорожного транспорта представляет собой силовую замкнутую металлоконструкцию колонного типа, несущими элементами в которой является основание 1 и траверса 9, стянутые между собой четырьмя колоннами 8 посредством гаек 2.
На основании 1 стенда смонтирован клиновой механизм поджима и фиксации ЭПА 33, состоящий из направляющей 13 с закрепленным на ней кронштейном 14 и установленным в нем посредством осей рычагом 15. Второй конец рычага 15 связан через ось с верхним клином 16, контактирующим своей нижней наклонной поверхностью с ответной наклонной поверхностью нижнего клина 17, соединенным со штоком гидроцилиндра 3 движения клинового механизма.
На верхнем клине 16 клинового механизма установлен электронный датчик силы 18, с установленной на нем сферической опорой 19. Углы наклонной поверхности клиньев клинового механизма заданы из расчета выполнения условия самоторможения.
На основании 1 стенда, выше клинового механизма, смонтирована направляющая 5, предназначенная для перемещения по ней подвижного стола 20 с установленной на нем проставкой 21 для установки эластомерного поглощающего аппарата 33.
Стенд для испытания эластомерных поглощающих аппаратов имеет рабочую и загрузочную зоны. Рабочая зона оборудована неподвижными ограждениями 12 и подвижным ограждением 7. Подвижное ограждение 7 опускается при проведении испытаний ЭПА от гидроцилиндра 10. Подъем подвижного ограждения 7 для перемещения подвижного стола 20 в зону испытания и, обратно, в зону загрузки осуществляется также гидроцилиндром 10.
Перемещение подвижного стола 20 происходит в рабочей зоне – до упора 31, в загрузочной зоне – до упора 6. Ограничение перемещения подвижного стола 20 в рабочей и загрузочной зоне обеспечивается откидным регулируемым стопором 4.
В траверсе 9 встроен силовой гидроцилиндр 11, на штоке которого закреплен диск 24, содержащий бесконтактные индуктивные выключатели 22 и 23, связанные с автоматизированной системой управления стендом. К диску 24 прикреплен кронштейн 30 механизма измерения длины хода ЭПА при испытаниях.
Механизм измерения длины хода ЭПА содержит кронштейн 30 с закрепленным на нем штоком 27, установленные на нем пружину 25 и ползун 28, а также датчик линейных перемещений, закрепленный на ползуне 28 и кронштейне 30.
Датчик линейных перемещений состоит из штока 29, закрепленного на ползуне 28 и корпуса 32, закрепленного на кронштейне 30. Ползун 28 своим хвостовиком 26 касается корпуса эластомерного поглощающего аппарата 33.
В состав стенда для испытания эластомерных поглощающих аппаратов подвижного состава железнодорожного транспорта входит гидростанция 34, пульт управления 35 с компьютером и сенсорным монитором, отображающим виртуальные кнопки управления стендом, приборы автоматизированной системы управления стендом.
Бесконтактные индуктивные выключатели 22 и 23, электронный датчик силы 18 и датчик линейных перемещений ЭПА связаны электрическими кабелями с автоматизированной системой управления стендом, осуществляющей функциональную связь исполнительных элементов стенда.
Стенд для испытания эластомерных поглощающих аппаратов подвижного состава железнодорожного транспорта работает следующим образом.
Эластомерный поглощающий аппарат 33 устанавливается с помощью подъемного сооружения (крана) на подвижный стол 20, который находится в загрузочной зоне стенда и застопорен откидным стопором 4. Стопор 4 откидывается, подвижный стол 20 с ЭПА вкатывается в рабочую зону стенда и стопорится стопором 4. При этом благодаря упору 31 и стопору 4 вертикальная ось ЭПА размещенного на подвижном столе 20 совпадает с осью силового гидроцилиндра 11.
При нажатии на пульте управления 35 кнопки ОГРАЖДЕНИЕ ВНИЗ рабочая жидкость от гидростанции 34 подается в поршневую полость гидроцилиндра 10, который опускает подвижное ограждение 7, изолирующее рабочую зону стенда.
При нажатии на пульте управления 35 кнопки КЛИН ВПЕРЕД рабочая жидкость от гидростанции подается в поршневую полость гидроцилиндра 3, который своим штоком двигает вперед нижний клин 17 по направляющей 13. При движении вперед нижний клин 17 заходит под верхний клин 16, который за счет рычага 15 связанного через ось с кронштейном 14 совершает вертикальное плоскопараллельное движение и поднимает вверх электронный датчик силы 18 с установленной на нем сферической опорой 19.
При движении вверх сферическая опора 19 упирается в подвижный стол 20, при этом происходит его подъем вместе с проставкой 21 и эластомерным поглощающим аппаратом 33 до упора торца последнего в диск 24. Движение вверх прекращается по сигналу от бесконтактного индуктивного выключателя 22, реагирующего на торец ЭПА 33. Таким образом, ЭПА 33 оказывается зажат между штоком силового гидроцилиндра 11 и электронным датчиком силы 18.
Сферическая опора 19 компенсирует непараллельность примыкающих к ЭПА 33 поверхностей стенда, непараллельность опорных поверхностей самого ЭПА и исключает возможность выдавливания (выскакивания) и поломки ЭПА при испытании.
Такая система поджима/фиксации ЭПА позволяет исключить наличие зазора между ЭПА и штоком силового гидроцилиндра, что в свою очередь обеспечивает возможность записи диаграммы статической силовой характеристики работы ЭПА от нулевой координаты по перемещению, соответственно, исключить запись холостого хода штока силового гидроцилиндра, отрицательно влияющую на считывание параметров диаграммы, а также предотвратить поломку корпуса ЭПА.
Использование в заявляемой конструкции стенда для испытания эластомерных поглощающих аппаратов подвижного состава железнодорожного транспорта электронного датчика силы 18 обеспечивает прямые измерения усилия, что в свою очередь повышает точность измерения усилия по сравнению с применяемыми косвенными измерениями (например, по давлению в силовом гидроцилиндре и т.д.).
При нажатии на пульте управления 35 кнопки ИСПЫТАНИЕ рабочая жидкость от гидростанции 34 подается в поршневую полость силового гидроцилиндра 11, шток которого движется вниз и сжимает испытуемый ЭПА 33. Вместе со штоком силового гидроцилиндра вниз движется диск 24 с закрепленными на нем деталями механизма измерения длины хода ЭПА, при этом ползун 28 с помощью пружины 25 опирается хвостовиком 26 о торец корпуса ЭПА и фиксирует на месте шток 29 датчика линейных перемещений. При дальнейшем движении вниз диск 24 перемещает с помощью кронштейна 30 корпус 32 датчика линейных перемещений относительно его штока 29, тем самым обеспечивая измерение длины хода ЭПА при испытании.
Движение вниз штока силового гидроцилиндра 11 с диском 24 прекращается по сигналу от бесконтактного индуктивного выключателя 23, срабатывающего от приближения торца корпуса ЭПА. Шток силового гидроцилиндра 11 возвращается в верхнее исходное положение.
Такая система измерения длины хода ЭПА, конструктивно связанная с его торцевыми поверхностями, позволяет измерять перемещение подвижной поверхности ЭПА относительно неподвижной поверхности корпуса ЭПА, что исключает влияние деформаций (удлинения) деталей стенда при значительных нагрузках на показания датчика линейных перемещений и, тем самым, значительно повышает точность измерения длины хода ЭПА при испытаниях.
В процессе испытания сигналы с электронного датчика силы 18 и датчика линейных перемещений передаются в автоматизированную систему управления стенда и отображаются на экране ИСПЫТАНИЕ сенсорного монитора, в виде диаграммы статической силовой характеристики работы эластомерного поглощающего аппарата. По диаграмме автоматизированная система управления стендом вычисляет и отображает на экране следующие параметры работы ЭПА:
- усилие начальной затяжки;
- усилие закрытия;
- усилие возврата;
- статическая энергоемкость;
- коэффициент преобразования поглощенной энергии;
- ход аппарата.
Стенд для испытания эластомерных поглощающих аппаратов подвижного состава железнодорожного транспорта, внедрен в технологическом производстве на АО «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» и подтвердил свою технико-экономическую эффективность, по сравнению с ранее используемыми устройствами.
1. Стенд для испытания эластомерных поглощающих аппаратов (ЭПА) подвижного состава железнодорожного транспорта, содержащий силовую замкнутую металлоконструкцию колонного типа, включающую основание и траверсу, стянутые между собой колоннами посредством гаек, подвижный стол с проставкой для установки на него ЭПА, гидростанцию, пульт управления с компьютером и сенсорным монитором, отображающим виртуальные кнопки управления стендом, автоматизированную систему управления испытанием, сбора и анализа данных, построения диаграммы статической силовой характеристики работы ЭПА, встроенным в траверсу силовым гидроцилиндром с закрепленным на его штоке диском и установленными в нем бесконтактными индуктивными выключателями, связанными с автоматизированной системой управления стендом, клиновой механизм поджима и фиксации ЭПА, смонтированный на основании стенда, состоящий из направляющей с закрепленными на ней кронштейном и установленным в нем посредством осей рычагом, при этом второй конец упомянутого рычага связан через ось с верхним клином, контактирующим своей нижней наклонной поверхностью с ответной наклонной поверхностью нижнего клина, связанным со штоком гидроцилиндра движения клинового механизма, установленным на верхнем клине клинового механизма электронным датчиком силы, связанным с системой автоматического управления стендом и контактирующий через сферическую опору с подвижным столом, закрепленным на упомянутом диске кронштейном крепления механизма измерения длины хода ЭПА со штоком, установленные на нем пружину с ползуном, закрепленные на них соответственно шток и корпус датчика линейных перемещений, при этом хвостовик ползуна, связанный со штоком датчика линейных перемещений касается корпуса испытуемого ЭПА, а шток испытуемого ЭПА касается диска, связанного через кронштейн с корпусом датчика линейных перемещений.
2. Стенд для испытания эластомерных поглощающих аппаратов подвижного состава железнодорожного транспорта по п. 1, отличающийся тем, что углы наклонной поверхности клиньев клинового механизма заданы из расчета выполнения условия самоторможения.
