Контрольноиспытательные станции железнодорожного транспорта (стр. 9 из 24)

2. Гидравлическая часть, в которую входят гидравлический насос, трубопроводы и гидродомкраты.

3. Электрическая часть, включающая в себя электродвигатели, электропроводку, силовые шкафы с электрической аппаратурой и пульт управления. Общий вид стенда показан на рис. 5.5.

Рис. 5.5 Общий вид стенда для испытания рам тележек

Стенд нагружает испытываемую раму пульсирующими нагрузками, приложенными в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Вертикальные нагрузки посредством гидродомкратов прилагаются в местах, которыми рама опирается на рессорное подвешивание.

Боковые нагрузки, изменяющиеся реализуются при помощи гидродомкрата с одной стороны и гидроаккумулятора с постоянным давлением – с другой. Для предотвращения вращения рам, они удерживаются винтовыми домкратами. Элементы испытательного стенда показаны на рис. 5.6.

Гидродомкраты создают в раме напряженное состояние, близкое к возникающему при эксплуатации, поскольку в раме воспроизводятся деформации, соответствующие различным видам колебаний подвижного состава в эксплуатации: галопирование, подпрыгивание, боковая качка в сочетании с вилянием и боковыми перемещениями в любых комбинациях и при любом смещении фаз нагрузок относительно друг друга.

Рис. 5.6 Элементы испытательного стенда

Несущая конструкция предназначена для установки на ней испытываемой рамы тележки и для передачи на нее любой реальной комбинации нагрузок, возникающих при нагружении рамы тележки. Она состоит из основания, в котором закреплены шкворни неподвижный и подвижный для установки рам тележек и 6 колонн, несущих продольные и поперечные балки.

На основании закреплены боковые упоры, для перемещения которых вдоль стенда в основании имеются пазы. На упорах в вертикальной плоскости перемещаются суппорты, несущие на себе домкраты (гидравлические или винтовые), обеспечивающие горизонтальное нагружение рамы. Основание представляет собой собранную из стальных листов толщиной 30 мм решетчатую конструкцию типа сотов высотой 1000 мм, закрытую сверху листами. Размеры основания рассчитаны для восприятия всех передающихся нагрузок. Основание погружено в бетонный фундамент и связано с его арматурой.

На продольных балках расположены одиночные или сдвоенные гидродомкраты, которые могут перемещаться вдоль балок. Балки, в свою очередь, могут перемещаться поперек стенда. Расстояние между балками меняется в пределах от 2100 до 3150 мм в зависимости от ширины испытываемой рамы. Перемещения балок осуществляются электродвигателем, пульт управления которого размещен на одной из колонн. После установки балок на заданной ширине, они закрепляются болтами.

Поперечные балки опираются на гайки, навернутые на колонны. Усилия от гидродомкратов передаются через продольные балки, поперечные балки и колонны на основание.

Вертикальные перемещения поперечных балок вдоль осей колонн осуществляются двумя электродвигателями через двойную червячную передачу со скоростью 200 мм/мин. Пульт управления механизмом подъема также установлен на одной из колонн. Перемещения всех балок ограничены концевыми выключателями.

Колонны устанавливаются в гнезда основания и крепятся снизу гайками, для обеспечения доступа к которым в фундаменте выполнены ниши. Испытываемая рама подается на стенд на тележках по рельсам. Все операции с рамой и тяжелыми деталями стенда производятся мостовым краном, имеющимся в помещении, где расположен стенд.

По оси основания расположены два шкворня – неподвижный и подвижный – для крепления испытываемой рамы и передачи на основание горизонтальных и вертикальных усилий, реализуемых при нагружении рамы.

Боковые упоры имеют суппорты, с помощью которых перемещаются установленные на них домкраты по вертикальной плоскости в заданных пределах и по горизонтальной плоскости вдоль оси тележки на 250 мм в каждую сторону. Такая конструкция облегчает подготовку стенда к испытаниям.

Стенд комплектуется серийно изготавливаемыми Армавирским заводом ЗИМ пульсаторами типа П–300, имеющими теоретическую производительность 300 см³/ход при частоте до 15 Гц. Практическая производительность пульсаторов не превышает 180–200 см³/ход.

Применение 25–тонных гидродомкратов при прогибе испытываемых узлов 5 мм требует развивать производительность пульсаторов около 80 см³/ход. Учитывая сжатие жидкости и деформации трубопроводов, полезная производительность гидропульсатора составляет 150 см³/ход.

Пульсаторы установлены на раме фундамента и соединены муфтами, позволяющими смещать по фазе динамические нагрузки, реализуемые при нагружении рамы.

Шесть пульсаторов для вертикального нагружения имеют механизм синхронизации для одновременного вывода пульсаторов из нулевого положения и для обеспечения равной их производительности. Также объединены механизмы вывода трех пульсаторов горизонтальных гидродомкратов.

Схема управления механизмами вертикального и горизонтального перемещений балок стенда.

Для подъема траверс (поперечных балок) стенда установлены два электродвигателя типа АОЛ–42–4, мощностью 2,8 кВт. Двигатели включены на параллельную работу.

Управление электродвигателями производится с помощью реверсивного магнитного пускателя и трехкнопочного пульта, установленного на колонне стенда. В крайних положениях установлены ограничивающие движение конечные выключатели.

Горизонтальные перемещения продольных балок стенда осуществляются электродвигателем типа АОЛ–32–4, мощностью 1 кВт и реверсивным магнитным пускателем с двухкнопочным пультом управления.

В комплект стенда входят 8 шт. тензорных датчиков давления. Стенд комплектуется измерительно-вычислительным комплексом (ИВК).

Вся пусковая и защитная аппаратура стенда размещается в четырех распределительных щитах. В трех одинаковых распределительных щитах размещена аппаратура шести одинарных пульсаторов, по два блока в каждом щите.

В щите распределительном общем установлены главный рубильник и контактор стенда, пусковая и защитная аппаратура строенного пульсатора, гидроаккумулятора и электродвигателей перемещения стенда.

Обоснование выбора первичного преобразователя

Первичным преобразователем являются тензодатчики (тензорезисторы). Изменение электрического сопротивления тензорезистора, закреплённого на механически напряжённом элементе конструкции, пропорционально продольной деформации поверхности этого элемента. Точность такого преобразования зависит от свойств самого тензорезистора, его закрепления на объекте измерения и воздействия влияющих величин, таких, как, например, температура окружающей среды. Кроме того, на точность преобразования влияют характеристики электрических цепей и приборов, служащих для измерения, индикации или регистрации измерения сопротивления тензорезистора. Следует отметить, что рациональное размещение тензорезистров снижает влияние различных факторов.

Резистивный тензодатчики состоит из тонкой проволоки, прикрепляемой цементом или клеем к исследуемому или испытуемому объекту. Так как площадь поперечного сечения проволоки датчика очень мала, используемый для крепления тензодатчика клей гарантирует надежное ее механическое соединение с поверхностью объекта. Следовательно, деформация объекта непосредственно вызывает соответствующую деформацию проволоки без всякого рода скольжения тензодатчика и коробления проволоки при сжатии. Небольшие изменения длины проволоки датчика, вызываемые нагрузкой на исследуемый или испытуемый объект, создают небольшие изменения сопротивления проволоки датчика. Отметим, что первым этот эффект описал лорд Кельвин. Изменения сопротивления тензодатчика регистрируются электрической измерительной аппаратурой. Отношение изменений сопротивления и длины (деформации) тензодатчика определяется масштабным коэффициентом k, т. е.

k =dR R =dR , dl l eR

где R – сопротивление тензодатчика; dR – изменение сопротивления тензодатчика; l – длина тензодатчика; dl – изменение длины тензодатчика; e – единица деформации.

Одним из самых важных факторов, определяющих рабочую характеристику и области применения отдельных тензодатчиков, является материал, из которого изготовлена проволока. Идеальным считается материал, изготовленная из которого проволока обеспечивает наибольший масштабный коэффициент тензодатчика, т. е. материал, гарантирующий возможно большие изменения сопротивления датчика даже при малых деформациях. Следовательно, материал должен иметь, возможно, большое удельное сопротивление для того, чтобы обеспечить большие изменения сопротивления при деформации, т. е. высокую разрешающую способность.

Эти качества гарантируют высокую чувствительность резистивного тензодатчика даже к малым деформациям.

Кроме того, кратным определенной деформации должны соответствовать идентичные кратные изменения сопротивления тензодатчика, т. е. его масштабный коэффициент должен быть линейным и он не должен изменяться при изменении нагрузки. Так как масштабный коэффициент тензодатчика также должен быть неизменным во времени и повторяющееся приложение определенной нагрузки должно вызывать идентичные изменения сопротивления датчика.

Во избежание вызываемой изменениями температуры кажущейся деформации, величина которой может даже превышать действительную измеряемую деформацию, материал проволоки тензодатчика должен быть как можно мало чувствителен к температуре и ее изменениям. Отметим, что современные материалы тензодатчиков часто такие, что их температурную зависимость можно использовать для компенсации температурной зависимости материала, из которого изготовлен исследуемый или испытуемый объект.