Развитие экспериментально-исследовательской базы вагоностроения

Технический прогресс железнодорожного транспорта и связанные с ним задачи создания новых надежных экономичных и удобных конструкций подвижного состава обусловливают необходимость развития экспериментально-исследовательской базы. Высокий технический уровень вагонов и перспективные

разработки их новых конструкций нельзя обеспечить без большого объема научно обоснованных экспериментов. Поэтому как в СССР, так и за рубежом в последние годы усилено внимание к расширению научно-экспериментальной базы транспортного машиностроения. Особое значение придают созданию специальных стендов, испытательных полигонов и установок, позволяющих проводить исследования опытных конструкций подвижного состава при характерных режимах и условиях. Наибольшее значение имеют климатические лаборатории, катковые стенды, испытательные полигоны, стенды для усталостных и ударных испытаний, испытаний статическими продольными нагрузками и т. д.

Климатические лаборатории для испытаний железнодорожного подвижного состава имеются во многих странах. В 1961 г. в Австрии была построена первая лаборатория отдела исследований МСЖД, названная «Вена-Арсенал». Эта лаборатория имеет две камеры искусственного климата, размеры которых позволяют исследовать натурные образцы вагонов и локомотивов. В одной из камер теплотехнические испытания проводят в условиях аэродинамического обдувания объекта со скоростью 120 км/ч воздушным потоком с температурой от —45 до 50° С. В другой камере обеспечен тот же диапазон температур при неподвижной воздушной среде. В обеих камерах можно регулировать влажность воздуха, имитировать солнечную радиацию и т. д. В 1973 г, начаты работы по модернизации этой испытательной станции с целью увеличения скорости обдувания до 250 км/ч и установки в климатической камере тормозного испытательного стенда. Климатические лаборатории построены также в ФРГ, Франции, Италии и США.

Проект лаборатории, превосходящей по своим техническим характеристикам зарубежные, создан в СССР. Климатические камеры малых размеров для испытаний отдельных агрегатов и узлов уже функционируют в ЦНИИ МПС, ВНИТИ и ВНИИВ.

Первые катковые стенды, позволяющие имитировать работу ходовых частей экипажа в стационарных условиях, появились в прошлом веке для исследований паровозов. В настоящее время известно более 20 Катковых станций различной конструкции. Наиболее известны стенды испытательной станции Витри-сюр-Сен во Франции. Катковый стенд для испытаний локомотивов, построенный в 1933 г., неоднократно модернизировали. В 1966 г. здесь был установлен катковый стенд для динамических испытаний систем подрессоривания экипажей.

Катковый стенд для локомотивов позволяет проводить исследования тягового привода при переменных мощности и частоте вращения колесных пар. Катковые устройства стенда оборудованы гидравлическими тормозами, обеспечивающими поглощение энергии до 1400 кВтот каждой оси при максимальной скорости 200 км/ч. Катковый стенд для исследования ходовых частей и рессорного

подвешивания транспортных экипажей позволяет имитировать скорость движения от 0 до 250 км/ч при нагрузке от колесной пары вагона на катки до 20 тс. Катки стенда могут совершать перемещения, имитирующие кинематические возмущения при движении экипажа по рельсовому пути. Амплитуда вертикальных перемещений достигает 7,5 мм, а горизонтальных 20 мм.

В 1956 г. был построен катковый стенд для испытания тележек вагонов в Институте железодорожного подвижного состава (ГДР). В 1967 г. конструкция стенда была изменена для возможности испытания натурных вагонов. Рабочие органы стенда были установлены на железобетонный подрессоренный фундамент. Для имитации влияния неровностей пути и рельсовых стыков на поверхности катков предусмотрены специальные неровности. Для имитации извилистого движения тележек на стенде предусмотрены пневматические устройства с электромагнитным управлением. Электродвигатели катков стенда можно переключать в генераторный режим, т. е. осуществлять режим торможения или тягового сопротивления. Максимальная скорость движения на стенде достигает 250 км/ч. Наибольшая нагрузка от колесной пары испытуемого вагона на катки равна 30 тс. Подобные стенды построены на вагоностроительном заводе «Вагонбау Аммендорф» (ГДР) и на заводе им. X. Цигельски (ПНР).

В СССР сооружение такого стенда предполагается на Калининском вагоностроительном заводе.

В 1972 г. в г. Пуэбло (США) начато создание каткового стенда, который должен обеспечить испытания подвижного состава с осевыми нагрузками до 36 тс при скоростях движения до 450 км/ч.

Важнейшее значение имеют специальные испытательные полигоны, представляющие собой обособленные от эксплуатационной сети участки железнодорожных линий, на которых проводят экспериментальные исследования различных систем подвижного состава в заданных условиях движения. Первым таким полигоном в мире явилось Опытное кольцо ЦНИИ МПС (ст. Щербинка), построенное в 1932 г., а в последующие годы расширенное и дополненное вспомогательными сооружениями и оборудованием. В настоящее время это кольцо состоит из трех кольцевых путей. Наружное кольцо длиной 6000 м представляет в плане правильную окружность радиусом 956 м. Кольцо расположено на ровной площадке с возвышением наружного рельса на 90 мм, что обеспечивает возможность движения подвижного состава со скоростями до 120—140 км/ч. Второе и третье кольца сооружены с переменными планом и профилем пути (радиусы кривых от 400 до 1200 м, уклоны до 8%), имеют длину около 5700 м и позволяют развивать скорости движения до 100 км/ч. Первый путь электрифицирован и на постоянном и на переменном токе.

Испытательное кольцо длиной 8000 м имеется при Новочеркасском ордена Ленина электровозостроительном заводе (НЭВЗ). Допустимая скорость движения на этом кольце 100—

120 км/ч. Полигон используют как для технологических целей (обкатки и сдачи выпускаемых НЭВЗ электровозов), так и для экспериментальных исследований. Кольцевой испытательный путь, близкий по размерам к первому кольцу полигона ЦНИИ МПС, построен при Людиновском тепловозостроительном заводе.

Кроме этих специальных испытательных путей, имеются также отдельные участки эксплуатационных линий МПС, используемые для испытаний подвижного состава. Вагоностроительная отрасль своего отдельного испытательного полигона пока не имеет. Создание нового испытательного полигона, приспособленного для исследования подвижного состава с перспективными характеристиками, является важной проблемой отечественной промышленности и транспорта. Такой полигон должен быть рассчитан на скорости движения до 300—350 км/ч и приспособлен для испытаний как магистрального подвижного состава, так и городского транспорта.

Хороший испытательный полигон построен в ЧССР в 50 км от Праги, вблизи г. Велим. Полигон имеет большое испытательное кольцо (построено в 1963 г.), малое кольцо (построено в 1971 г.) и вспомогательные сооружения. Большое экспериментальное кольцо имеет овальную форму в плане и длину 13 277 м. Радиусы закругления равны 1400 м, длина прямых вставок около 2000 м, возвышение наружного рельса на кривых 150 мм. Кольцо электрифицировано и на переменном и постоянном токах. Есть возможность регулирования напряжения в контактной сети; допустимо движение со скоростями до 200 км/ч. Малое кольцо имеет форму неправильного овала с кривыми радиусами 300—800 м. Общая длина кольца около 4000 м. Допускаемая скорость движения на различных его участках 80—120 км/ч. Малое кольцо также электрифицировано и на переменном и на постоянном токах. Испытательный полигон в ЧССР используют на договорной основе многие европейские страны и фирмы. Имеются экспериментальные полигоны также при научно-исследовательских центрах железных дорог и промышленных фирм Франции, Англии, ФРГ и Японии.

Значительные динамические нагрузки, воспринимаемые элементами вагонов, и задачи обеспечения прочностной надежности и снижения веса обусловливают важность развития экспериментальной базы для испытаний узлов вагонов на усталостную прочность. Во ВНИИВ (и его филиалах), ЦНИИ МПС и других организациях созданы различные стенды, позволяющие исследовать усталостную прочность натурных узлов вагонов. Оборудование для испытаний на усталостную прочность имеется также на вагоностроительных заводах. Наибольшее распространение получили гидропульсаторные установки, позволяющие осуществлять режим переменного нагружения с асимметричным или симметричным циклами при частотах 5—10 Гц и амплитудах динамической нагрузки до 35—50 тс и более.

Отметим, что динамическое усилие при испытаниях на гидропульсаторах может быть ограничено малой жесткостью испытуемой детали. Тем не менее гидравлические установки удобны и являются главным средством изучения усталостной прочности натурных конструкций вагонов. На базе типовых гидропульса-торных машин созданы стендовые комплексы универсального и специального назначения. В практике зарубежных стран используется гидропульсаторное оборудование фирм MTS (США), Амслер, Шенк (ФРГ) и др. Гидропульсаторные стенды имеют относительно небольшую быстроходность, увеличивающую время испытаний.

В последние годы в СССР были построены вибрационно-резонансные стенды с электромагнитным возмущением. Например, в МИИТе создан комплекс таких стендов для испытаний на усталостную прочность натурных рам тележек. На УВЗ подобный стенд построен для испытаний на усталостную прочность соединительных балок четырехосных тележек грузовых вагонов. На таких стендах частота нагружения зависит от жесткости испытуемой конструкции и обычно составляет 20—40 Гц. Кроме электромагнитных, известны также резонансные стенды (ЦНИИ МПС, ЖЗТМ, ДВЗ) с механическим и пневматическим приводами. На этих стендах возбуждаются колебания массы детали на специальном упругом основании или массы вагона на рессорном подвешивании с отключенными гасителями колебаний.

Оригинальную конструкцию имеют стенды с электромеханическим возбуждением, применяемые для испытаний на усталостную прочность натурных образцов осей и валов вагонов и локо-мотиеов. Вибрационные стенды различного типа для испытаний на усталостную прочность подвижного состава имеются и в исследовательских центрах зарубежных фирм. Например, в техническом центре фирмы ACF (США) создан стенд для испытаний натурных грузовых вагонов. Длина стенда 32 м, высота 5,5 м. Стенд позволяет прикладывать к вагону продольные, боковые и вертикальные переменные нагрузки.

Важное значение имеют стенды для испытаний вагонов и их узлов на ударные нагрузки. Наиболее крупные такие сооружения — механизированные горки для испытаний натурных вагонов на соударение. Они имеются на экспериментальном полигоне ЦНИИ МПС и на КрВЗ. Запланировано строительство горки в Калининском филиале ВНИИВ. Горка будет состоять из наклонного разгонного участка пути, механизма или устройства для подъема испытуемого вагона на путь разгона, и массивного упора в тупике, воспринимающего избыточную энергию вагона (группы вагонов) при соударении. Механизированная горка позволяет испытывать вагоны на соударение без локомотива, а также повышает возможности и точность регулирования режимов соударения. В частности, на механизированной горке можно проводить ударные испытания ресурсного характера. Для ис

пытаний деталей автосцепок своеобразный ударный стенд-горка имеется на БСЗ.

Помимо ударных горок, применяют также копровые установки различного типа. Например, в ЦНИИ МПС имеется вертикальная копровая установка с максимальной энергией удара около 40 тс-м. На этом копре испытывают поглощающие аппараты и другие устройства. Во ВНИИВ и ЦНИИ МПС имеются репетиционные копры маятникового типа, позволяющие испытывать различные узлы на повторно-ударную нагрузку в режиме ударной усталости. При этом есть возможность наносить как сжимающие, так и растягивающие удары и чередовать их. Частота повторных ударов составляет 1—2 Гц в зависимости от режима испытаний. При необходимости на копрах осуществим и режим одиночного удара. На вагоностроительных заводах и во ВНИИВ имеются также вертикальные копровые установки малой мощности, приспособленные для испытаний на ударную прочность крышек разгрузочных люков полувагонов и подобных деталей.

Большое значение для обеспечения надежности вагонов имеют различные стенды для статических испытаний на прочность. Особую группу составляют стенды для испытания вагонов (кузовов) продольными сжимающими и растягивающими силами. Мощная рама такого стенда расположена на уровне оси автосцепки. Длина стенда достигает 30 м. Мощные электрогидрав-лические домкраты и вспомогательные устройства позволяют создавать усилия до 400 тс. Стенды для испытаний вагонов на растяжение-сжатие имеются в Калининском и Рижском филиалах ВНИИВ, в ЦНИИ МПС и на КрВЗ.

Помимо рассмотренных установок, в вагоностроительной промышленности и научно-исследовательских организациях применяют и другие стенды и устройства для проверки и испытаний различных систем и агрегатов вагонов. Во ВНИИВ, ЦНИИ МПС и на вагоностроительных заводах имеются стенды для испытаний тормозного оборудования, редукторов, роликовых букс, элементов рессорного подвешивания, электрооборудования вагонов и т. д.

Важнейшим средством экспериментальных исследований подвижного состава являются специальные вагоны-лаборатории, оснащенные приборами и аппаратурой. Эти вагоны-лаборатории

Рис. 145. Планировка вагона-лаборатории:

] — котельное отделение; 2 — туалет; 3 — кухня; 4 — купе проводников; 5 и б — Трехместные купе; 7 — двухместное купе; 8 — зал с приборами для измерений; 9 — мастерская; 10 — фотолаборатория; 11 —дизельное отделение

позволяют исследовать конструкции вагона и его узлов в реальных режимах эксплуатации. Современные вагоны-лаборатории оборудуют новейшей измерительной, регистрирующей и анализирующей аппаратурой, включая ЭВМ. Наличие мощных аккумуляторных батарей и дизель-электрических зарядных агрегатов обеспечивает возможность длительной регистрации изучаемых параметров. Применение ЭВМ и специализированных анализирующих устройств ускоряет процесс обработки полученной информации. Во ВНИИВ и в ЦНИИ МПС созданы вагоны-лаборатории для различных видов исследований и испытаний вагонов: динамико-прочностных, ходовых, тормозных, теплотехнических, тягово-энергетических и т. д. Планировка одного из вагонов-лабораторий ВНИИВ показана на рис. 145.

Кроме развития экспериментально-исследовательской базы вагоностроения, важное значение имеет также расширение производственных мощностей экспериментальных цехов и участков, где изготавляют и отрабатывают образцы новых опытных конструкций вагонов и их узлов.

Эксплуатационные испытания | Вагоны

Добавить комментарий