RU2665358C1 - Stand and method of stand testing of wheels and wheel pair axes for resistance to fatigue and study of metal reaction in zone of wheel contact interaction with rail - Google Patents
Stand and method of stand testing of wheels and wheel pair axes for resistance to fatigue and study of metal reaction in zone of wheel contact interaction with rail Download PDFInfo
- Publication number
- RU2665358C1 RU2665358C1 RU2017143556A RU2017143556A RU2665358C1 RU 2665358 C1 RU2665358 C1 RU 2665358C1 RU 2017143556 A RU2017143556 A RU 2017143556A RU 2017143556 A RU2017143556 A RU 2017143556A RU 2665358 C1 RU2665358 C1 RU 2665358C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wheel
- rail
- ring
- axis
- simulator
- Prior art date
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 230000003993 interaction Effects 0.000 title claims description 11
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 46
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 16
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims description 9
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 6
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 5
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 3
- 239000010913 used oil Substances 0.000 claims description 3
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 claims description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 16
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- XOJVVFBFDXDTEG-UHFFFAOYSA-N Norphytane Natural products CC(C)CCCC(C)CCCC(C)CCCC(C)C XOJVVFBFDXDTEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M17/00—Testing of vehicles
- G01M17/08—Railway vehicles
- G01M17/10—Suspensions, axles or wheels
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области исследования прочностных свойств твердых материалов путем приложения повторяющихся усилий, в частности к исследованию прочности колес и осей колесных пар железнодорожного подвижного состава.The invention relates to the field of research of the strength properties of solid materials by applying repeated forces, in particular to the study of the strength of the wheels and axles of the wheelsets of railway rolling stock.
Известны стенды, позволяющие проводить испытания на усталость колес и осей железнодорожного подвижного состава методом их кругового изгиба [1]. При проведении испытаний в таких стендах колеса оно по ободу плотно прижимается к массивной опорной плите. В центральное отверстие колеса запрессовывается технологическая ось, на верхнем конце которой приводится во вращение нагружающее устройство с закрепленной на нем неуравновешенной массой, вращающейся в плоскости перпендикулярной этой оси. При этом в технологической оси возникает перемещаемый по окружности изгибающий момент, который передается на колесо, вызывая в нем переменные напряжения. При проведении в этих же стендах усталостных испытаний оси ее фрагмент запрессовывается в ступицу, на верхнем, специально подготовленном для этих целей, конце этого фрагмента приводится во вращение то же самое нагружающее устройство с закрепленной на нем неуравновешенной массой, при этом на испытываемом участке фрагмента оси, который расположен в районе ступицы, жестко закрепленной на опорной плите стенда, возникает максимальный для этого фрагмента, перемещаемый по окружности изгибающий момент, под действием напряжений от которого, выполняются усталостные испытания.Known stands that allow fatigue testing of wheels and axles of railway rolling stock by the method of circular bending [1]. When conducting tests in such wheel stands, it is firmly pressed along the rim to a massive base plate. A technological axis is pressed into the central hole of the wheel, at the upper end of which a loading device is brought into rotation with an unbalanced mass fixed on it, rotating in a plane perpendicular to this axis. In this case, a bending moment moving around the circumference arises in the technological axis, which is transmitted to the wheel, causing alternating stresses in it. When the axial fatigue tests are carried out in the axes, its fragment is pressed into the hub, at the upper end of this fragment specially prepared for these purposes, the same loading device is brought into rotation with an unbalanced mass fixed to it, while on the test section of the axis fragment, which is located in the area of the hub, rigidly fixed to the base plate of the stand, the maximum bending moment for this fragment arises, moving around the circumference, under the influence of stresses from which you olnyayutsya fatigue tests.
К недостаткам этих стендов и способа проведения испытаний на них в случае испытания колеса следует отнести нарушение реальной схемы его нагружения. Особенно это относится к участкам колеса, удаленным от его ступицы. При испытании в стендах наибольшие напряжения возникают в приступичной зоне колеса. Однако даже в приступичной зоне характер нагружения при эксплуатации и при проведении испытаний методом кругового изгиба отличаются друг от друга: при эксплуатации колеса за счет веса экипажной части приступичная зона главным образом подвергается напряжениям циклического сжатия, а при проведении испытаний - напряжениям изгиба. Вместе с тем известно, что предел выносливости стандартного образца металла, полученный в условиях растяжения-сжатия, оказывается на 10 -20% ниже, чем при его изгибе ([2], стр. 399).The disadvantages of these stands and the method of testing them in the case of a wheel test should include a violation of the real scheme of its loading. This is especially true for sections of the wheel remote from its hub. When testing in the stands, the greatest stresses occur in the forearm zone of the wheel. However, even in the pristine zone, the nature of loading during operation and during testing by the method of circular bending differs from each other: during operation of the wheel due to the weight of the crew part, the prone zone is mainly subjected to cyclic compression stresses, and during testing, to bending stresses. At the same time, it is known that the endurance limit of a standard metal sample obtained under tension-compression conditions is 10–20% lower than when it is bent ([2], p. 399).
К недостаткам указанных стендов и способа проведения испытаний на них в случае испытания оси также следует отнести нарушение реальной схемы ее нагружения. При эксплуатации колесной пары максимальный изгибающий момент в предподступичной, подступичной и заподступичной зонах оси главным образом складывается из двух составляющих [3]:The disadvantages of these stands and the method of testing them in the case of testing the axis should also include a violation of the real scheme of its loading. When the wheelset is in operation, the maximum bending moment in the pre-access, access, and sub-access zones of the axis mainly consists of two components [3]:
- изгибающего момента от суммарного веса и сил вертикальной динамики неподрессоренной и обрессоренной масс, опирающихся на ось рассматриваемой единицы подвижного состава;- bending moment from the total weight and forces of the vertical dynamics of unsprung and sprung masses, based on the axis of the unit of rolling stock under consideration;
- изгибающего момента, связанного с воздействием на колесо боковой нагрузки.- bending moment associated with the impact on the wheel side load.
С учетом этого необходимо учесть, что при эксплуатации колесной пары от колеса к оси в зоне их сопряжения передается только часть суммарного изгибающего момента, нагружающего ось в этой зоне. При проведении испытаний от оси в ступицу через ту же зону проходит весь изгибающий момент, создаваемый в оси. За счет этого во время проведения испытаний при той же суммарной величине изгибающего момента в оси, что и во время эксплуатации колесной пары, уровень напряжений в испытываемых подступичной и заподступичной частях оси в районе их сопряжения со ступицей увеличивается, что является нарушением реальной схемы нагружения оси. Кроме того, к недостаткам рассмотренного способа испытаний оси следует отнести то, что ее предподступичная зона в указанном стенде не испытывается.With this in mind, it is necessary to take into account that during the operation of a wheel pair from a wheel to an axis in the zone of their mating, only a part of the total bending moment loading the axis in this zone is transmitted. During testing from the axis to the hub, the entire bending moment created in the axis passes through the same zone. Due to this, during testing with the same total amount of bending moment in the axle as during the operation of the wheelset, the stress level in the tested undergrowth and indental parts of the axle increases in the area of their interface with the hub, which violates the actual axle loading pattern. In addition, the disadvantages of the considered method of testing the axis include the fact that its pre-access area in the specified stand is not tested.
При эксплуатации колеса максимальные напряжения в его приступичной зоне главным образом обусловлены воздействием на колесо боковой нагрузки. В то же время, как было отмечено выше, изгибающий момент от боковой нагрузки на колесо представляет собой лишь часть максимального изгибающего момента, возникающего в оси колесной пары во время ее эксплуатации. Поэтому испытания оси в стендах выполняют при более высоком изгибающем моменте, чем испытания колеса. Таким образом, одновременно проводить в указанных стендах [1] усталостные испытания колеса и оси колесной пары невозможно, что также следует отнести к недостаткам указанных стендов и способа испытаний на них.During operation of the wheel, the maximum stresses in its prismatic zone are mainly due to the impact of the side load on the wheel. At the same time, as noted above, the bending moment from the lateral load on the wheel is only part of the maximum bending moment that occurs in the axis of the wheelset during its operation. Therefore, the axis tests in the stands are performed at a higher bending moment than the wheel tests. Thus, it is impossible to carry out fatigue tests of the wheel and the wheelset axis at the indicated stands [1], which should also be attributed to the disadvantages of these stands and the test method for them.
Известны также стенды, позволяющие проводить исследования поведения материала в зоне контакта колеса с рельсом. Указанные испытания проводятся на Катковых стендах [4]. В Катковых стендах колесная пара при заданной вертикальной нагрузке перекатывается по наружной стороне катка круглой формы (рельсоимитатору), профиль поперечного сечения поверхности катания которого выполнен в форме профиля поперечного сечения контактной поверхности рельса. Для имитации различных видов смещений, которые возникают при движении колесной пары по рельсовому пути, в Катковых стендах предусмотрена возможность управляемого перемещения колесной пары относительно катка.Stands are also known that allow studies of the behavior of the material in the zone of contact of the wheel with the rail. These tests are carried out at the Roller stands [4]. In Roller stands, a pair of wheels with a given vertical load rolls on the outside of the round roller (rail simulator), the cross-sectional profile of the rolling surface of which is made in the form of a cross-sectional profile of the contact surface of the rail. To simulate the different types of displacements that occur when the wheelset moves along the track, the roller stands provide the possibility of controlled movement of the wheelset relative to the roller.
К недостаткам Катковых стендов следует отнести то, что буксовые подшипники, через которые колесная пара опирается на каток стенда, ограничивают возможность увеличения нагрузки на колесную пару. Кроме того, в результате выпуклой формы катка контактные напряжения между ним и колесом увеличиваются по сравнению с теми, что возникают во время эксплуатации колесной пары. Для компенсации этого приходится снижать силы, действующие на каток со стороны колесной пары. Проведение усталостных испытаний оси колесной пары и дисковой части колеса, наоборот, требует увеличения нагрузки относительно той, которая действует во время эксплуатации. По указанным причинам, ограничивающим возможность увеличения в катковых стендах нагрузки на колесную пару, в них не могут быть одновременно выполнены усталостные испытания зоны контактного взаимодействия колеса с рельсом и усталостные испытания колес и оси колесной пары.The disadvantages of Roller stands include the fact that axle box bearings, through which the wheelset rests on the roller rollers, limit the possibility of increasing the load on the wheelset. In addition, as a result of the convex shape of the roller, the contact stresses between it and the wheel increase compared to those that occur during operation of the wheelset. To compensate for this, it is necessary to reduce the forces acting on the roller from the side of the wheelset. Conducting fatigue tests of the axis of the wheelset and the disk part of the wheel, on the contrary, requires an increase in the load relative to the one that operates during operation. For these reasons, limiting the possibility of increasing the load on the wheelset in the roller stands, fatigue tests of the zone of contact interaction of the wheel with the rail and fatigue tests of the wheels and the wheelset axis cannot be simultaneously performed in them.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность одновременного проведения в стенде испытаний оси и колеса исследуемой колесной пары, в результате которых с более высокой степенью точности могут быть определены пределы выносливости предподступичной, подступичной и заподступичной частей оси, определены пределы выносливости монолитного и сборного колеса при их нагружении по всем зонам. Также одновременно с проведением усталостных испытаний оси и колеса может быть исследовано поведение материала в зоне контакта колеса с рельсом, причем как при отсутствии, так и при наличии проскальзывания их поверхностей. Все перечисленные испытания будут проводиться в условиях нагружения, максимально приближенных к эксплуатационным, с учетом возможности увеличения всех видов нагрузки.The technical result of the invention is the possibility of simultaneously carrying out in the test bench the axles and wheels of the investigated wheelset, as a result of which the endurance limits of the pre-access, access and the under-access parts of the axis can be determined with a higher degree of accuracy, the endurance limits of the monolithic and prefabricated wheels are determined by to all zones. Also, simultaneously with fatigue tests of the axle and wheel, the behavior of the material in the zone of contact of the wheel with the rail can be investigated, both in the absence and in the presence of slipping of their surfaces. All of these tests will be carried out under loading conditions as close as possible to operational, taking into account the possibility of increasing all types of load.
Технический результат достигается тем, что в заявляемом стенде для испытания колес и осей колесных пар на сопротивление усталости и проведения исследования поведения металла в зоне контактного взаимодействия колеса с рельсом, содержащем электродвигатель, нагружающее устройство с неуравновешенной массой, закрепленное в верхней части оси испытываемого фрагмента колесной пары, состоящего из части оси с посаженным на нее колесом, а также содержащем опорную плиту, опирающуюся через пружины на фундамент, исследуемый фрагмент колесной пары нижней частью оси, на которой запрессована съемная втулка, вставлен в упор, установленный и закрепленный посредством крепежных элементов в центре опорной плиты стенда. К упору прикреплена крышка упора. Наружная шаровая поверхность съемной втулки совместно с внутренними шаровыми поверхностями упора и крышки упора, образуют шаровый шарнир, посредством которого фрагмент колесной пары опирается на опорную плиту стенда. На опорную плиту соосно с вертикальной осью, проходящей через центр шарового шарнира, прикреплен держатель. На внутренней поверхности держателя выполнен кольцеобразный выступ для опирания кольца рельсоимитатора, закрепленного в держателе посредством крышки держателя и горизонтально расположенных крепежных элементов. Кольцо рельсоимитатора своей внутренней поверхностью взаимодействует с поверхностью катания колеса, а форма поперечного сечения поверхности катания кольца рельсоимитатора имитирует форму поперечного сечения поверхности катания рельса. Для смазки шарового шарнира в его верхней части между съемной втулкой и крышкой упора выполнена верхняя масляная полость, которая по подводящему маслопроводу пополняется маслом, стекающим в нижнюю масляную полость шарового шарнира.The technical result is achieved by the fact that in the inventive stand for testing wheels and axles of wheelsets for fatigue resistance and conducting a study of the behavior of the metal in the contact zone of the wheel with a rail containing an electric motor, a loading device with an unbalanced mass, fixed in the upper part of the axis of the tested fragment of the wheelset consisting of a part of the axle with a wheel mounted on it, and also containing a base plate resting on the foundation through the springs, the studied fragment of the wheelset the lower part of the axis, on which the removable sleeve is pressed in, is inserted into the stop mounted and secured by fasteners in the center of the base plate of the stand. The stop cover is attached to the stop. The outer spherical surface of the removable sleeve, together with the inner spherical surfaces of the stop and the stop cover, form a ball joint, by means of which a fragment of the wheel pair is supported on the base plate of the bench. A holder is attached to the base plate coaxially with the vertical axis passing through the center of the ball joint. An annular protrusion is made on the inner surface of the holder for supporting the rail simulator ring fixed in the holder by means of the holder cover and horizontally arranged fasteners. The rail simulator ring interacts with the wheel surface with its inner surface, and the cross-sectional shape of the ring surface of the rail simulator simulates the cross-sectional shape of the rail surface. To lubricate the ball joint in its upper part between the removable sleeve and the stop cover, an upper oil cavity is made, which is replenished through the oil supply line with oil flowing into the lower oil cavity of the ball joint.
Также указанный технический результат достигается тем, что:Also, the specified technical result is achieved by the fact that:
- для осуществления по окончании испытаний гидросъема съемной втулки с нижней части оси на внутренней цилиндрической поверхности этой втулки могут быть выполнены масляные каналы в виде кольцевой проточки и резьбовые отверстия в боковой стенке и в днище втулки, заглушаемые масляными пробками, предназначенными для предотвращения попадания в эти каналы масла, смазывающего шаровой шарнир, причем пробка, установленная в боковой стенке втулки, заглублена относительно наружной шаровой поверхности втулки так, чтобы не мешать работе шарового шарнира;- to carry out at the end of the hydraulic removal tests of the removable sleeve from the bottom of the axis on the inner cylindrical surface of this sleeve, oil channels in the form of an annular groove and threaded holes in the side wall and in the bottom of the sleeve can be made, plugged with oil plugs designed to prevent them from entering these channels oil lubricating the ball joint, and the plug installed in the side wall of the sleeve, recessed relative to the outer ball surface of the sleeve so as not to interfere with the operation of the ball arnira;
- для увеличения надежности крепления упора и держателя к опорной плите в опорной плите в местах их установки могут быть выполнены углубления, препятствующие смещению упора и держателя в горизонтальном направлении;- to increase the reliability of fastening the stop and holder to the base plate in the base plate in the places of their installation, recesses can be made to prevent the stop and holder from moving in the horizontal direction;
- на наружной шаровой поверхности втулки или на внутренней шаровой поверхности упора с крышкой упора могут быть выполнены масляные проточки, облегчающие доступ масла к сопрягаемым поверхностям шарового шарнира;- on the outer spherical surface of the sleeve or on the inner spherical surface of the stop with the stop cover can be made oil grooves that facilitate access of oil to the mating surfaces of the ball joint;
- для лучшей ротации смазочного масла между внутренней и наружной поверхностями шарового шарнира и для частичного слива отработанного масла может быть выполнен дополнительный маслопровод с кранами, соединяющий верхнюю и нижнюю масляные полости шарового шарнира;- for better rotation of the lubricating oil between the inner and outer surfaces of the ball joint and for partial draining of the used oil, an additional oil pipe with taps connecting the upper and lower oil cavities of the ball joint can be made;
- для регулирования положения зоны контакта колеса с кольцом рельсоимитатора и величины боковой силы, которая действует на колесо, между торцевой поверхностью кольца рельсоимитатора и кольцеобразным выступом держателя могу быть установлены проставки;- to adjust the position of the zone of contact of the wheel with the ring of the rail simulator and the amount of lateral force that acts on the wheel, spacers can be installed between the end surface of the ring of the rail simulator and the ring-shaped protrusion of the holder;
- для исследования взаимодействия колеса с рельсом с учетом прогиба рельса, который возникает в промежутке между шпалами, между прилегающими друг к другу поверхностями держателя и крышки держателя могут быть установлены прокладки, обеспечивающие возможность кольцу рельсоимитатора перемещаться в горизонтальном направлении в промежутках между упирающимися в него горизонтальными крепежными элементами, причем величина указанных промежутков соответствует расстоянию между шпалами;- to study the interaction of the wheel with the rail, taking into account the deflection of the rail that occurs in the gap between the sleepers, gaskets can be installed between the adjacent surfaces of the holder and the holder cover, allowing the rail simulator ring to move in the horizontal direction between the horizontal fasteners resting against it elements, and the magnitude of these gaps corresponds to the distance between the sleepers;
- для проведения исследования поведения металла в зоне контактного взаимодействия колеса с рельсом с учетом их взаимного проскальзывания, между сопряженными между собой поверхностями шарового шарнира дополнительно выполнено шпоночное соединение, которое состоит из одного или двух вертикальных шпоночных пазов, выполненных на наружной поверхности съемной втулки, и, соответственно, из одной или двух шпонок цилиндрической формы, оси которых расположены на пересечении вертикальной и горизонтальной плоскостей, проходящих через центр шарового шарнира;- to conduct a study of the behavior of the metal in the contact zone of the wheel with the rail, taking into account their mutual slippage, between the mating surfaces of the ball joint an additional keyway is made, which consists of one or two vertical keyways made on the outer surface of the removable sleeve, and, respectively, from one or two cylindrical keys, whose axes are located at the intersection of the vertical and horizontal planes passing through the center of the ball hinge;
- в целях безопасной эксплуатации стенда на опорной плите может быть закреплено разъемное кольцо защиты с установленным на нем устройством для автоматического отключения стенда в случае уменьшения расстояния между этим кольцом и крайними точками траектории, по которой при проведении испытаний перемещается ось исследуемого фрагмента колесной пары, а в случае разрушения оси или колеса кольцо защиты удержит ось от падения и примет ударную нагрузку на себя;- for the safe operation of the test bench, a detachable protection ring with a device installed on it can be fixed on the base plate to automatically turn off the test bench if the distance between this ring and the extreme points of the trajectory along which the axis of the studied fragment of the wheelset moves during testing, and in in case of destruction of the axle or wheel, the protection ring will keep the axle from falling and will take the shock load on itself;
- для увеличения точности и достоверности всех проводимых на стенде экспериментальных исследований, стенд дополнительно оборудован устройством, которое периодически осуществляет равномерный нагрев обода колеса с целью имитации такого нагрева во время колодочного торможения состава.- to increase the accuracy and reliability of all experimental studies conducted at the test bench, the test bench is additionally equipped with a device that periodically performs uniform heating of the wheel rim in order to simulate such heating during shoe braking of the train.
Также указанный технический результат достигается тем, что в способе проведения испытаний колес и осей колесных пар на сопротивление усталости путем их нагружения перемещаемой по окружности силой инерции, создаваемой вращающейся неуравновешенной массой, расположенной на нагружающем устройстве, закрепленном в верхней части оси исследуемого фрагмента колесной пары, с целью максимального приближения характера распределения напряжений в оси и колесе к тому, который возникает в них при эксплуатации колесной пары, ось испытываемого фрагмента колесной пары с установленным на нее нагружающим устройством крепят к опорной плите стенда через шаровый шарнир, а закрепленное на оси колесо опирают на внутреннюю поверхность кольца рельсоимитатора, удерживаемого в держателе, установленном соосно с шаровым шарниром. Величину напряжений регулируют, меняя величину неуравновешенной массы и частоту вращения нагружающего устройства.Also, the specified technical result is achieved by the fact that in the method of testing the wheels and axles of the wheelsets for fatigue resistance by loading them with a circumferential inertia force generated by a rotating unbalanced mass located on a loading device fixed in the upper part of the axis of the studied fragment of the wheelset, with the purpose of maximizing the nature of the distribution of stresses in the axle and wheel to that which occurs in them during operation of the wheelset, the axis of the test fragment An ent of a wheelset with a loading device installed on it is attached to the base plate of the bench through a ball joint, and the wheel fixed on the axis is supported on the inner surface of the rail simulator ring held in a holder mounted coaxially with the ball joint. The magnitude of the stresses is regulated by changing the magnitude of the unbalanced mass and the frequency of rotation of the loading device.
Также указанный технический результат достигается тем, что:Also, the specified technical result is achieved by the fact that:
- для имитации вертикальной динамики нагружения испытываемого фрагмента колесной пары, при помощи горизонтально расположенных крепежных элементов, упирающихся в наружную поверхность кольца рельсоимитатора, деформируют форму кольца рельсоимитатора, или ось кольца рельсоимитатора смещают относительно вертикальной оси, проходящей через центр шарового шарнира;- to simulate the vertical dynamics of loading the test fragment of the wheel pair, using horizontally mounted fasteners abutting against the outer surface of the rail simulator ring, the shape of the rail simulator ring is deformed, or the axis of the rail simulator ring is displaced relative to the vertical axis passing through the center of the ball joint;
- с целью обеспечения заданной постоянной величины боковой силы, действующей при проведении испытаний на колесо и ось колесной пары, между нижней поверхностью кольца рельсоимитатора и верхней поверхностью кольцеобразного выступа держателя в различных секторах кольца рельсоимитатора устанавливают проставки одинаковой толщины;- in order to ensure a given constant value of the lateral force acting during the tests on the wheel and the wheel pair axis, spacers of the same thickness are installed between the lower surface of the ring of the rail simulator and the upper surface of the ring-shaped protrusion of the holder in different sectors of the ring of the rail simulator;
- для имитации горизонтальной динамики нагружения колесной пары путем обеспечения заданной амплитуды периодического изменения горизонтальных сил, действующих на колесо, между нижней поверхностью кольца рельсоимитатора и верхней поверхностью кольцеобразного выступа держателя в различных секторах кольца рельсоимитатора устанавливают проставки неодинаковой толщины.- to simulate the horizontal dynamics of loading a pair of wheels by providing a given amplitude for the periodic change of horizontal forces acting on the wheel, spacers of unequal thickness are installed between the lower surface of the ring of the rail simulator and the upper surface of the ring-shaped protrusion of the holder in different sectors of the ring of the rail simulator.
Также указанный технический результат достигается тем, что в способе исследования поведения металла в зоне контакта колеса с рельсом для исследования накопления усталостных повреждений в указанной зоне в условиях отсутствия взаимного проскальзывания взаимодействующих между собой поверхностей, из-за того, что поверхность катания выполнена на внутренней стороне кольца рельсоимитатора, для получения тех же величин контактных напряжений, что и во время эксплуатации колесной пары, увеличивают вертикальные и боковые силы, действующие на колесо, что позволит одновременно проводить испытания сопротивления усталости поверхностных слоев колеса и кольца рельсоимитатора и усталостные испытания колеса и оси колесной пары, при этом величину контактных напряжений регулируют, меняя величину неуравновешенной массы, частоту вращения нагружающего устройства, а также форму поперечных сечений контактирующих элементов колеса и кольца рельсоимитатора.Also, the specified technical result is achieved by the fact that in the method of studying the behavior of metal in the zone of contact of the wheel with the rail to study the accumulation of fatigue damage in the specified zone in the absence of mutual slipping of interacting surfaces, due to the fact that the skating surface is made on the inner side of the ring rail simulator, to obtain the same values of contact stresses as during the operation of the wheelset, increase the vertical and lateral forces acting on wood, which will allow simultaneous testing of fatigue resistance of the surface layers of the wheel and the rail simulator ring and fatigue testing of the wheel and the wheel pair axis, while the magnitude of the contact stresses is controlled by changing the unbalanced mass, the rotation frequency of the loading device, as well as the cross-sectional shape of the contacting elements of the wheel and rail simulator rings.
Также указанный технический результат достигается тем, чтоAlso, the specified technical result is achieved by the fact that
- испытания поведения металла в зоне контактного взаимодействия колеса с кольцом рельсоимитатора, проводят при установке между сопряженными между собой поверхностями шарового шарнира шпоночного соединения, не позволяющего съемной втулке вместе с запрессованным в нее испытываемым фрагментом колесной пары поворачиваться вокруг вертикальной оси, в результате чего испытания проходят в условиях постоянного проскальзывания и износа контактных поверхностей колеса и кольца рельсоимитатора;- testing the behavior of the metal in the zone of contact interaction between the wheel and the rail simulator ring, is carried out when a keyed connection is installed between the mating surfaces of the spherical hinge, which does not allow the removable sleeve together with the tested fragment of the wheelset pressed into it to rotate around the vertical axis, as a result of which the tests are carried out in conditions of constant slipping and wear of the contact surfaces of the wheel and the rail simulator ring;
- при проведении испытаний осуществляют подбор различных сочетаний материалов и способов упрочнения обода колеса и кольца рельсоимитатора, в результате чего выбирают наиболее благоприятное сочетание материалов и способов упрочнения колеса и рельса;- during testing, the selection of various combinations of materials and methods of hardening the wheel rim and the rail simulator rings is carried out, as a result of which the most favorable combination of materials and methods of hardening the wheel and rail is selected;
- при проведении испытаний изменяют вертикальную нагрузку на колесо и выполняют сравнительное исследование интенсивности износа поверхностей контакта колеса и рельсоимитатора, в результате чего определяют оптимальную статическую нагрузку на ось с точки зрения износа поверхностей контакта колеса и рельса;- during the tests, the vertical load on the wheel is changed and a comparative study of the wear rate of the contact surfaces of the wheel and the rail simulator is performed, as a result of which the optimal static axle load is determined from the point of view of wear of the contact surfaces of the wheel and rail;
- при проведении испытаний выполняют сравнительные исследования долговечности и надежной эксплуатации колеса и кольца рельсоимитатора при восстановлении формы их поперечных сечений на разной стадии износа, на основании чего определяют предельную степень износа, после которой целесообразно проводить восстановление формы поперечных сечений поверхностей катания колеса и рельса;- when conducting tests, comparative studies of the durability and reliable operation of the wheel and ring of the rail simulator when restoring the shape of their cross sections at different stages of wear are performed, on the basis of which the ultimate degree of wear is determined, after which it is advisable to restore the shape of the cross sections of the rolling surfaces of the wheel and rail;
- в условиях стендовых испытаний исследуют влияние смазки гребня колеса или боковой поверхности рельса на снижение износа колеса и рельса, осуществляют сравнительное исследование различных смазочных материалов, выбирают наиболее экономичные из них, подбирают оптимальный состав смазки.- in the conditions of bench tests, the effect of lubrication of the wheel flange or the side surface of the rail on the reduction of wheel and rail wear is investigated, a comparative study of various lubricants is carried out, the most economical of them are selected, the optimal lubricant composition is selected.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого стенда.In FIG. 1 shows a General view of the proposed stand.
На фиг. 2 представлено возможное конструктивное исполнение шарнирного крепления оси исследуемого фрагмента колесной пары к опорной плите стенда.In FIG. 2 shows a possible embodiment of the articulation of the axis of the studied fragment of the wheelset to the base plate of the stand.
Стенд для испытания колес и осей колесных пар на сопротивление усталости и проведения исследования поведения металла в зоне контактного взаимодействия колеса с рельсом, содержит электродвигатель (на фиг. не показан), нагружающее устройство 1 (фиг. 1) с неуравновешенной массой 2, закрепленное в верхней части оси 3 испытываемого фрагмента колесной пары, состоящего из части оси 3 с посаженным на нее колесом 4, опорную плиту 5, опирающуюся через пружины 6 на фундамент 7. На буксовую шейку, расположенную в нижней части оси 3 исследуемого фрагмента колесной пары, запрессована съемная втулка 8 с наружной шаровой поверхностью 9. Фрагмент колесной пары вставлен в упор 10, установленный и закрепленный посредством крепежных элементов 11 в центре опорной плиты 5. К упору 10 прикреплена крышка 12 упора 10, причем наружная шаровая поверхность 9 съемной втулки 8 совместно с внутренними шаровыми поверхностями 13 упора 10 и крышки 12 упора 10, образуют шаровой шарнир, посредством которого фрагмент колесной пары прикреплен к опорной плите 5. Упор 10 и крышка 12 упора 10 стянуты между собой крепежными элементами 14. Также на опорную плиту 5 соосно с вертикальной осью, проходящей через центр шарового шарнира, крепится держатель 15. На внутренней поверхности держателя 15 выполнен кольцеобразный выступ 16 для опирания кольца рельсоимитатора 17, которое закреплено в держателе 15 посредством крышки 18 держателя 15, а также горизонтальных крепежных элементов 19. Держатель 15 и крышка 18 держателя 15 стянуты между собой вертикальными крепежными элементами 20. Кольцо рельсоимитатора 17 поверхностью катания 21, выполненной на внутренней стороне кольца рельсоимитатора 17, взаимодействует с поверхностью катания 22 колеса 4. Поверхность катания 21 и формой его поперечного сечения имитирует форму поперечного сечения поверхности катания рельса. Для смазки шарового шарнира в его верхней части между съемной втулкой 8 и крышкой 12 упора 10 выполнена верхняя масляная полость 23 (фиг. 2), которая по подводящему маслопроводу 24 пополняется маслом, стекающим в нижнюю полость 25 шарового шарнира.The test bench for testing wheels and axles of wheel pairs for fatigue resistance and conducting a study of the behavior of metal in the contact zone of the wheel with the rail, contains an electric motor (not shown in Fig.), A loading device 1 (Fig. 1) with an
Для осуществления по окончании испытаний гидросъема съемной втулки 8 с части оси 3 на внутренней цилиндрической поверхности втулки 8 могут быть выполнены масляные каналы 26, например, в виде кольцевой проточки, а в боковой стенке и днище съемной втулки 8 - резьбовые отверстия 27 и 28, заглушаемые, соответственно, масляными пробками 29 и 30 с целью предотвращения попадания туда масла, смазывающего шаровой шарнир. Пробка 29, установленная в боковой поверхности съемной втулки 8, заглублена относительно наружной шаровой поверхности 9 съемной втулки 8, чтобы не мешать работе шарового шарнира.To carry out at the end of the hydraulic removal tests of the
Для увеличения надежности крепления упора 10 и держателя 15 к опорной плите 5 в местах их установки в опорной плите 5 могут быть выполнены углубления 31 (фиг. 1, 2), препятствующие их смещению в горизонтальном направлении.To increase the reliability of fastening of the
На наружной шаровой поверхности 9 съемной втулки 8 или на внутренней шаровой поверхности 13, выполненной на упоре 10 и на его крышке 12, для улучшения смазки шарового шарнира могут быть выполнены равномерно расположенные масляные проточки (на фиг. не показаны), облегчающие доступ масла из верхней масляной полости 23 к сопрягаемым поверхностям шарового шарнира.On the
Для улучшения качества смазки полости, расположенной между наружной 9 и внутренней 13 поверхностями шарового шарнира может быть выполнен дополнительный маслопровод 32 с кранами 33, и 34 (фиг. 2).To improve the quality of lubrication of the cavity located between the outer 9 and inner 13 surfaces of the ball joint, an
Для регулирования положения зоны контакта колеса 4 с кольцом рельсоимитатора 17 и величины боковой силы, которая действует на колесо 4, между нижней поверхностью кольца рельсоимитатора 17 и верхней поверхностью выступа 16 держателя 15 устанавливаются проставки 35.To adjust the position of the contact zone of the wheel 4 with the ring of the
Для исследования взаимодействия колеса с рельсом с учетом прогиба рельса, который возникает в промежутке между шпалами, между прилегающими друг к другу поверхностями держателя 15 и крышки 18 держателя 15 устанавливаются прокладки 36. Это освобождает боковые поверхности кольца рельсоимитатора 17 от плотного зажатия крепежными элементами 20 между кольцеобразным выступом 16 и держателя 15 и его крышкой 18 и обеспечивает возможность участкам кольца рельсоимитатора 17, расположенным между горизонтальными крепежными элементами 19, перемещаться под действием сил со стороны колеса 4 в горизонтальном направлении.To study the interaction of the wheel with the rail, taking into account the deflection of the rail that occurs between the sleepers,
Для проведения исследования поведения металла в зоне контактного взаимодействия колеса с рельсом с учетом их взаимного проскальзывания, между сопряженными между собой поверхностями 9 и 13 шарового шарнира может быть дополнительно выполнено шпоночное соединение, состоящее из одного или двух вертикальных шпоночных пазов 37 (фиг. 2), выполненных на наружной шаровой поверхности 9 съемной втулки 8, и из одной или двух шпонок 38 цилиндрической формы, оси которых расположены на пересечении вертикальной и горизонтальной плоскостей, проходящих через центр шарового шарнира.To conduct a study of the behavior of the metal in the contact zone of the wheel with the rail, taking into account their mutual slippage, between the mating surfaces 9 and 13 of the ball joint, an additional keyway can be made consisting of one or two vertical keyways 37 (Fig. 2), made on the
В целях безопасной эксплуатации стенда на опорной плите 5 может быть закреплено разъемное кольцо защиты 39 (фиг. 1) с установленным на нем устройством (на фиг. не показано), которое предназначено для автоматического отключения стенда в случае уменьшения расстояния между кольцом защиты 39 и крайними точками траектории, по которой при проведении испытаний перемещается ось 3 исследуемого фрагмента колесной пары, а также для удержания оси 3 от падения в случае разрушения оси 3 или колеса 4 и принятия ударной нагрузки на себя.For the safe operation of the stand on the base plate 5, a detachable protection ring 39 (Fig. 1) can be fixed with a device installed on it (not shown in Fig.), Which is designed to automatically turn off the stand in case of a decrease in the distance between the
Стенд может быть дополнительно оборудован устройством (на фиг. не показано), которое периодически осуществляет равномерный нагрев обода колеса.The stand can be additionally equipped with a device (not shown in Fig.), Which periodically performs uniform heating of the wheel rim.
При подготовке исследуемой колесной пары к проведению испытаний ось 3 разрезается в районе ее средней части (не обязательно посередине) и обрабатывается в зоне разреза с целью последующей установки на нее нагружающего устройства 1. На под ступичную часть оси 3 устанавливается колесо 4. Операция подготовки посадочных поверхностей оси и колеса, а также установки колеса 4 выполняется при строгом соблюдении существующей технологии сборки этих деталей, что обеспечивает полное соответствие граничных условий в районе сопряжения оси и колеса во время эксплуатации и при проведении их испытаний. На нижнюю (буксовую) часть оси 3 заводят крышку 12 упора 10, после чего на нее напрессовывают съемную втулку 8. Во время напрессовки втулки 8 масляную пробку 30 выкручивают, что позволяет стравить воздух между съемной втулкой 8 и осью 3. На оси 3 закрепляют нагружающее устройство 1. Нижнюю (буксовую) часть оси 3 объекта испытаний с напрессованной на нее съемной втулкой 8 устанавливают в упор 10, закрепленный в центре опорной плиты 5 стенда, крышку 12 упора ставят на упор 10 и через технологические окна (на фиг. не показаны) в держателе 15 посредством крепежных элементов 14 стягивают упор 10 и крышку 12 упора. Устанавливают разъемное кольцо защиты 39.When preparing the test wheelset for testing, the
Проведение испытаний колес и осей колесных пар на сопротивление усталости и проведение исследования поведения металла в зоне контактного взаимодействия колеса с рельсом осуществляют следующим образом.Testing the wheels and axles of the wheelsets for fatigue resistance and conducting a study of the behavior of the metal in the zone of contact interaction of the wheel with the rail is as follows.
При вращении нагружающего устройства 1 с установленной на нем неуравновешенной массой 2 возникает центробежная сила, под действием которой испытываемый фрагмент колесной пары отклоняется относительно вертикального положения на угол ϕ. При этом колесо 4 поверхностью катания 22 прижимается к поверхности катания 21 кольца рельсоимитатора 17, которая имитирует форму поверхности катания рельса. Для обеспечения контакта колеса 4 с кольцом рельсоимитатора 17 такого же, как при контакте колеса с рельсом, поверхность катания рельсоимитатора 17 должна быть повернута относительно плоскости его кольца на тот же угол ϕ. Под действием центробежной силы колесо 4 перемещается по кольцу рельсоимитатора 17.When the
Смазка шарового шарнира осуществляется за счет заполнения маслом по подводящему маслопроводу 24 верхней масляной полости 23, из которой масло сливается и заполняет нижнюю масляную полость 25, осуществляя при этом смазку контактирующих поверхностей шарового шарнира.The ball joint is lubricated by filling the
По дополнительному маслопроводу 32 может осуществляться перекачка масла из нижней масляной полости 25, расположенной между днищем втулки 8 и упором 10, в верхнюю масляную полость 23, что обеспечивает ротацию масла в зоне смазки. Перекачка масла может осуществляться автоматически за счет гидродинамического давления, которое при работе стенда возникает в нижней масляной полости 25. Интенсивность перекачки масла регулируется краном 34. Кран 33 служит для частичного слива отработанного масла. Полная смена масла производится при разборке шарового шарнира.An
Величину вертикального усилия между колесом 4 и рельсоимитатором 17 регулируют путем выбора частоты вращения нагружающего устройства 1 с установленной на нем неуравновешенной массой 2 и выбора величины этой массы. Смещая посредством горизонтальных крепежных элементов 19 центр кольца рельсоимитатора 17 относительно вертикальной оси, проходящей через центр шарового шарнира, или изменяя форму кольца рельсоимитатора 17 относительно формы идеальной плоской окружности, изменяют вертикальную силу, действующую на колесо 4 в каждом из секторов кольца рельсоимитатора 17. При эксплуатации колесной пары такое изменение вертикальной силы происходит за счет вертикальной динамики подвижного состава.The magnitude of the vertical force between the wheel 4 and the
При проведении в стенде усталостных испытаний колеса 4 и оси 3, а также при исследовании взаимодействия колеса с рельсом может быть воспроизведено действие на колесо боковых сил разной величины. Регулировку величины боковой силы выполняют путем изменения положения зоны контакта между поверхностью катания 21 кольца рельсоимитатора 17 и поверхностью катания 22 колеса 4, что приводит к изменению угла наклона действующей между ними силы. Для выполнения такой регулировки между нижней поверхностью кольца рельсоимитатора 17 и верхней поверхностью кольцеобразного выступа 16 держателя 15 устанавливаются проставки 35.When carrying out wheel 4 and
Согласно методикам, рекомендованным в нормативных документах [5-7], при определении предела выносливости колеса 4 и оси 3 усталостные испытания выполняютя под воздействием по всем секторам колеса 4 или оси 3 постоянных по величине вертикальной и горизонтальной сил. Постоянная величина вертикальной силы в предлагаемом стенде достигается за счет идеально круглой формы кольца рельсоимитатора 17 и отсутствия смещения его центра относительно вертикальной оси, проходящей через центр шарового шарнира. Для обеспечения постоянной величины боковой силы, действующей на колесо 4, поверхность контакта колеса 4 и кольца рельсоимитатора 17, должны быть расположена под одним углом к оси колеса. В этом случае толщина проставок 35 по всем секторам кольца рельсоимитатора 17 должна быть одинаковой.According to the techniques recommended in regulatory documents [5-7], when determining the fatigue limit of wheel 4 and
При работе стенда могут быть также воссозданы условия периодически повторяющегося смещения колеса относительно рельса, аналогичные тем, которые происходят при эксплуатации колесной пары. Для этого толщины проставок 35, которые устанавливаются в различных секторах кольца рельсоимитатора 17, должны быть неодинаковыми. Осуществляя смену толщины проставок 35, устанавливаемых в различных секторах кольца рельсоимитатора 17, можно имитировать периодически повторяемое воздействие на колесо 4 боковых сил различной величины, вплоть до воссоздания явления ударного бокового воздействия гребня колеса на рельс.When the stand is in operation, the conditions of periodically repeated displacement of the wheel relative to the rail, similar to those that occur during operation of the wheelset, can also be recreated. For this, the thickness of the
Работу стенда осуществляют в двух режимах:The work of the stand is carried out in two modes:
1) когда шпонки 38 не установлены и шаровой шарнир работает в режиме обычного шарового подшипника с тремя степенями свободы;1) when the
2) в режиме, когда шпонки 38 установлены и ограничивают одну степень свободы шарового шарнира, исключая возможность вращения оси 3 испытываемого фрагмента колесной пары вокруг ее собственной оси.2) in the mode when the
Проводить усталостные испытания колеса 4 и оси 3 проще в условиях, когда шаровой шарнир работает в виде связи с тремя степенями свободы (шпонки 38 между двумя шаровыми поверхностями не установлены). В этом случае поверхность катания 21 колеса 4 перекатывается по поверхности катания 22 кольца рельсоимитатора 17 без проскальзывания. За счет этого износ рабочих поверхностей колеса 4 и кольца рельсоимитатора 17 сведен к минимуму, а КПД работы стенда максимален.It is easier to carry out fatigue tests of wheels 4 and
Наибольшее изменение амплитуды напряжений от воздействия боковых сил происходит секторе испытываемого фрагмента колесной пары, который входит в зацеплении с тем сектором кольца рельсоимитатора 17, где толщина проставка 23 максимальна, а с его противоположной стороны - минимальна. В условиях, когда шаровой шарнир работает в качестве шарнира с тремя степенями свободы и колесо 4 перекатывается по кольцу рельсоимитатора 17 без проскальзывания, колесо 4 за каждый оборот нагружающего устройства 1 с неуравновешенной массой 2 поворачивается относительно кольца рельсоимитатора 17 на угол, определяемый разностью диаметров окружностей, по которым перемещаются поверхности катания 21 и 22. В результате секторы колеса 4, в которых происходит максимальное изменение амплитуды напряжений, постепенно перемещаются по окружности колеса в направлении, противоположном направлению вращения нагружающего устройства. При этом в каждом из секторов колеса 4 и оси 3 происходит одинаковое периодически повторяющееся изменение амплитуды напряжений от боковых сил. В случае отклонения кольца рельсоимитатора 17 от идеально круглой формы или в случае смещения его центра относительно вертикальной оси, проходящей через центральную точку шарового шарнира, то же самое происходит с изменением напряжений в колесе 4 и оси 3 от воздействия на колесо 4 вертикальной нагрузки со стороны кольца рельсоимитатора 17.The largest change in the amplitude of stresses from the influence of lateral forces occurs in the sector of the tested fragment of the wheel pair, which is engaged with that sector of the ring of the
Выполняя через определенное число циклов нагружения смену толщин проставок 35 или смену формы и положения кольца рельсоимитатора 17, можно при проведении испытаний подобрать весь спектр величин и количеств повторений боковой и вертикальной нагрузок, действующих на колесо 4 во время эксплуатации. Это позволит максимально приблизить характер нагружения оси 3 и колеса 4 к эксплуатационным условиям их нагружения и уточнить значения их сопротивления усталости.Performing after a certain number of loading cycles, changing the thickness of the
В отличие от колеса 4 кольцо рельсоимитатора 17 при проведении испытаний всегда испытывает максимальную боковую нагрузку в том секторе, где толщина проставка 35 максимальна. В этом секторе происходит максимальное разрушение боковой поверхности контакта кольца рельсоимитатора 17. Чтобы избежать этого проставки 35 должны периодически переставляться, так чтобы проставок 35 с максимальной толщиной устанавливался в различных секторах кольца рельсоимитатора 17. Это приведет к более равномерному износу поверхности катания 21 кольца рельсоимитатора 17 в зоне контакта с поверхностью катания 22 колеса 4 и продлит срок его службы.In contrast to the wheel 4, the ring of the
За счет воссоздания в стенде сил, которые по характеру их воздействия на колесо 4 и ось 3 максимально приближены к эксплуатационным, во всех зонах колеса 4 и оси 3 при их испытании возникают напряжения, распределение которых также максимально приближено к тому, которое возникает во время эксплуатации. В предподступичной, подступичной и заподступичной зонах оси 3 сохраняется реальное соотношение между изгибающим моментом, создаваемым за счет передачи силы со стороны шарового шарнира, имитирующего силы со стороны буксового подшипника, и между изгибающим моментом, создаваемыми за счет воздействия на колесо боковой силы. В результате концентрация напряжений на участке между осью 3 и колесом 4 имеет ту же величину, что и во время эксплуатации колесной пары. Испытания выполняют при полном соблюдении условий прессовой посадки колеса на ось, а бандажа на колесный центр, следовательно, при полном сохранении монтажных напряжений в этих деталях и всех особенностей их контактного взаимодействия. Это также позволит увеличить точность исследования сопротивления усталости колеса и прилежащих к нему участков оси.Due to the reconstruction of forces in the stand, which, by the nature of their impact on wheel 4 and
Достоверность результатов усталостных испытаний колеса 4 и оси 3 колесной пары можно увеличить, если предусмотреть возможность нагрева колеса при проведении его испытаний в стенде, тем самым имитируя нагрев в процессе торможения. Применение нагрева позволит помимо заявленных видов испытаний выполнить еще и оценку надежности посадки колеса на ось колесной пары и бандажа на колесный центр.The reliability of the results of fatigue tests of the wheel 4 and the
В предлагаемом стенде усталостные испытания оси 3 и колеса 4 выполняются одновременно. Это сокращает общую продолжительность испытаний и может способствовать выбору такого диаметра втулки колеса, который соответствует оптимальному сочетанию сопротивлений усталости колеса и оси. Если стоит задача проведения усталостных испытаний колеса 4, то целесообразно использовать оси 3 с максимальным диаметром подступичной части, а при проведении усталостных испытаний оси 3 - использовать оси, подступичная часть которых расточена до минимально допустимого диаметра.In the proposed stand fatigue tests of the
Поверхность катания 21 кольца рельсоимитатора 17 выполнена на его внутренней стороне и в отличие от прямого рельса имеет в плоскости этого кольца вогнутую форму, За счет этого в предлагаемом стенде при стандартной форме поперечного сечения поверхности катания 22 колеса 4 и форме поперечного сечения поверхности катания 21 кольца рельсоимитатора 17, как у стандартного рельса, в пятне контакта возникают более низкие напряжения, чем в контактной паре колесо - рельс. Это позволит при проведении усталостных испытаний оси 3 и колеса 4, которые всегда выполняются в условиях увеличения действующих на них сил, не опасаться преждевременного разрушения поверхностей катания 21 и 22, соответственно, кольца рельсоимитатора 17 и колеса 4.The
При эксплуатации стенда в режиме, когда шпонка 38 между двумя сопрягаемыми шаровыми поверхностями 9 и 13 не поставлена и поверхность катания 22 колеса 4 перекатывается по поверхности катания 21 кольца рельсоимитатора 17 без проскальзывания, может быть также исследовано сопротивление усталости поверхностей контакта колеса 4 и кольца рельсоимитатора 17 на предмет накопления в них усталостных повреждений в условиях отсутствия истирания их контактных поверхностей. Для решения этой задачи на стенде в пятне контакта колеса 4 с кольцом рельсоимитатора 17 необходимо воссоздать напряжения, которые соответствуют или в целях сокращения срока испытаний даже превышают те, что возникают во время эксплуатации колесной пары. С этой целью при проведении испытаний увеличивают величины вертикальных и боковых сил, которые действуют на колесо. Но так как увеличения этих сил требуют и условия проведения усталостных испытаний колеса 4 и оси 3 колесной пары, то в ряде случаев усталостные испытания колеса 4 и оси 3 колесной пары и исследование сопротивления усталости поверхностных слоев колеса 4 и кольца рельсоимитатора 17 на предмет накопления в них усталостных повреждений могут быть выполнены одновременно. При необходимости получения результатов усталостных испытаний именно поверхностей контакта колеса 4 и кольца рельсоимтатора 17 без риска образования усталостной трещины в колесе или оси могут быть уменьшены радиусы поперечных сечений колеса 4 и кольца рельсоимитатора 17 в зоне их контакта. Это позволит получить более высокие величины контактных напряжений при меньших величинах внешних сил.When operating the stand in the mode when the key 38 is not set between two mating
В предлагаемом стенде могут быть также выполнены испытания, которые позволят оценить результаты контактного взаимодействия колеса и рельса в условиях имитирующих проскальзывание колеса относительно рельса и износа поверхностей их контакта. Для проведения таких испытаний между наружной шаровой поверхностью 9 съемной втулки 8 и внутренней шаровой поверхностью 13 упора 10 и крышки 12 упора, выполняют шпоночное соединение, которое не позволит исследуемому фрагменту колесной пары поворачиваться вокруг своей оси. В результате этого колесо 4 будет не только перекатываться по кольцу рельсоимитатора 17, но за счет разности диаметров их окружностей катания еще и все время проскальзывать относительно него. Величину этого проскальзывания можно регулировать, меняя разницу диаметров окружностей катания колеса 4 и кольца рельсоимитатора 17.In the proposed stand, tests can also be performed that will allow us to evaluate the results of the contact interaction of the wheel and the rail under conditions simulating the wheel slipping relative to the rail and the wear of their contact surfaces. To conduct such tests between the
Проводя в стенде испытания колесной пары при различном сочетании материалов и способов упрочнения обода колеса 4 и кольца рельсоимитатора 17, может быть исследован вопрос о наиболее благоприятном сочетании этих параметров у колеса и рельса. Проводя сравнительное исследование интенсивности износа поверхностей катания 22 и 21, соответственно, колеса 4 и рельсоимитатора 17 при разной величине вертикальной нагрузки на колесо, задаваемой частотой вращения нагружающего устройства 1 и величиной вращающейся неуравновешенной массы 2, определяют оптимальную статическую нагрузку на ось с точки зрения износа поверхностей контакта колеса и рельса. Выполняя сравнительные исследования долговечности и надежной эксплуатации колеса и кольца рельсоимитатора при восстановлении формы их поперечных сечений на разной стадии износа, определяют предельную степень износа, при которой целесообразно проводить восстановление формы поперечных сечений поверхностей катания колеса и рельса. Осуществляя при проведении испытаний исследуемого фрагмента колесной пары смазку гребня колеса, может быть исследовано влияние смазки на снижение износа колеса и рельса, подобрана периодичность и режимы смазки, выбран оптимальный состав смазки. Применение стенда может также оказать помощь в решении других вопросов, например, сравнительного анализа различных профилей катания колеса.Conducting a pair of wheels in a test bench with a different combination of materials and methods of hardening the rim of the wheel 4 and the ring of the
Через определенное время работы стенда, особенно в условиях проскальзывания поверхностей катания 22 колеса 4 и 21 кольца рельсоимитатора 17, поверхности катания истираются. Угол ϕ конуса, по которому при проведении испытаний перемещается часть оси 3 исследуемого фрагмента колесной пары, увеличивается. При этом все большая часть сил инерции вращающейся неуравновешенной массы 2 тратится на преодоление сил инерции, связанных с дополнительным перемещением испытываемого фрагмента колесной пары. В этих условиях для поддержания заданной силы между колесом 4 и кольцом рельсоимитатора 17, а, следовательно, и поддержания заданного уровня напряжений в испытываемых колесе 4 и оси 3, требуется увеличить величину действующей силы инерции. Это достигается путем увеличения вращающейся неуравновешенной массы 2 или частоты вращения нагружающего устройства 1. Форма поперечных сечений поверхностей катания 22 колеса 4 и 21 кольца рельсоимитатора 17 может быть восстановлена путем их механической обработки.After a certain operating time of the stand, especially in the case of slipping of the rolling surfaces 22 of the
Сигнал о чрезмерном износе контактных поверхностей колеса 4 и рельсоимитатора 11 подается при уменьшении расстояния между кольцом защиты 39 и перемещаемой по конусу поверхностью оси 3 электронным оборудованием, установленным на разъемном кольце защиты 39. Быстрое уменьшение этого расстояния свидетельствует также о развитии в оси или колесе усталостной трещины. Кроме того, в случае внезапной поломки оси 3 или колеса 4 разъемное кольцо защиты 39 удержит разрушенную часть испытываемого фрагмента колесной пары вместе с нагружающим устройством 1 и неуравновешенной массой 2 в пределах стенда и воспримет ударную нагрузку на себя. В каждом из указанных случаев производится автоматическое отключение стенда.The signal about excessive wear of the contact surfaces of the wheel 4 and the rail simulator 11 is given when the distance between the
По окончании испытаний колесной пары в целях многоразового использования съемной втулки 8 может быть предусмотрен ее гидросъем с оси 3.At the end of the test wheelset for reusable
Источники информацииInformation sources
1. Железные дороги мира - 2011 г., №1, «Испытания колесных пар на усталостную прочность» с. 50-53.1. Railways of the world - 2011, No. 1, “Fatigue Strength Tests of Wheelsets” p. 50-53.
2. В.И. Феодосьев Сопротивление материалов. Издание седьмое, переработанное. М., «Наука», 1974 г., 560 с.2. V.I. Feodosiev Resistance of materials. The seventh edition, revised. M., "Science", 1974, 560 p.
3. Кочетков Е.В., Никольская Э.Н. «Исследование сопротивления усталости оси колесной пары тепловоза 2(3)ТЭ25КМ», Вестник АО «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава» (АО «ВНИКТИ») №98, Коломна, 2016 г., с. 51-57.3. Kochetkov EV, Nikolskaya E.N. “Investigation of the axle wheel fatigue resistance of a locomotive of a diesel locomotive 2 (3) TE25K M ”, Bulletin of the Scientific Research, Design and Technological Institute of Rolling Stock (VNIKTI JSC) No. 98, Kolomna, 2016, p. 51-57.
4 «Стенд для исследования системы колесо-рельс», Железные дороги мира, 2005 г. №4, с. 41-46.4 “Stand for the study of the wheel-rail system”, Railways of the world, 2005, No. 4, p. 41-46.
5. ГОСТ 31373-2008 Колесные пары локомотивов и моторвагонного подвижного состава. Расчеты и испытания на прочность. М., Стандартинформ, 2009 г. - 11 с.5. GOST 31373-2008 Wheel pairs of locomotives and motor car rolling stock. Calculations and strength tests. M., Standartinform, 2009 - 11 p.
6. ОСТ 32.93-97 Стандарт отрасли. Тяговый подвижной состав. Оси колесных пар. Методика расчета на прочность. МПС России. М. 1998 г. - 79 с.6. OST 32.93-97 Industry Standard. Traction rolling stock. Axles of wheelsets. Strength calculation technique. Ministry of Railways of Russia. M. 1998 - 79 p.
7. ОСТ 32.83-97 Стандарт отрасли. Колеса с дисковыми центрами тягового подвижного состава. Расчеты и испытания на прочность. Методические указания. МПС России. М. 1997 г. - 49 с.7. OST 32.83-97 Industry Standard. Wheels with disc centers of traction rolling stock. Calculations and strength tests. Methodical instructions. Ministry of Railways of Russia. M. 1997 - 49 p.
Claims (20)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143556A RU2665358C1 (en) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | Stand and method of stand testing of wheels and wheel pair axes for resistance to fatigue and study of metal reaction in zone of wheel contact interaction with rail |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143556A RU2665358C1 (en) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | Stand and method of stand testing of wheels and wheel pair axes for resistance to fatigue and study of metal reaction in zone of wheel contact interaction with rail |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2665358C1 true RU2665358C1 (en) | 2018-08-29 |
Family
ID=63460110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017143556A RU2665358C1 (en) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | Stand and method of stand testing of wheels and wheel pair axes for resistance to fatigue and study of metal reaction in zone of wheel contact interaction with rail |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2665358C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109813651A (en) * | 2019-03-21 | 2019-05-28 | 无锡市福莱达石油机械有限公司 | A kind of experimental machine for testing coating impact fatigue behavior |
| CN109855947A (en) * | 2018-12-17 | 2019-06-07 | 中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所 | Double drive wheel track material object rolling contact fatigue-testing machine |
| RU2706908C1 (en) * | 2019-03-01 | 2019-11-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава" (АО "ВНИКТИ") | Test bench for testing wheels and axles of wheel pairs and method of recovery of rail simulator ring inner diameter of stand |
| CN111965029A (en) * | 2020-08-25 | 2020-11-20 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | Tray type shaft box body strength test device and method |
| CN115307938A (en) * | 2022-07-13 | 2022-11-08 | 十堰精密新动力科技股份有限公司 | Fatigue test device for automobile balanced suspension assembly |
| CN115808280A (en) * | 2022-11-16 | 2023-03-17 | 中国矿业大学 | Double-wheel-pair-framework multi-mode excitation equipment and method for rail vibration damping evaluation |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1076816A1 (en) * | 1982-12-20 | 1984-02-29 | Рижский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Вагоностроения | Device for fatigue-testing of wheel-pair axles under circular bend |
| SU1245919A1 (en) * | 1985-02-11 | 1986-07-23 | Кременчугское Производственное Объединение Вагоностроения | Bench for testing wheel pairs of railroad vehicles |
| CN201697846U (en) * | 2010-06-22 | 2011-01-05 | 温州三杉光学有限公司 | Hinge fatigue tester |
| CN103175702B (en) * | 2011-12-20 | 2015-04-22 | 南车青岛四方机车车辆股份有限公司 | Fatigue test device and method for axle |
| CN106996877A (en) * | 2017-05-24 | 2017-08-01 | 中信戴卡股份有限公司 | Four station road vehicle wheel radial direction fatigue experimental devices and method |
-
2017
- 2017-12-13 RU RU2017143556A patent/RU2665358C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1076816A1 (en) * | 1982-12-20 | 1984-02-29 | Рижский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Вагоностроения | Device for fatigue-testing of wheel-pair axles under circular bend |
| SU1245919A1 (en) * | 1985-02-11 | 1986-07-23 | Кременчугское Производственное Объединение Вагоностроения | Bench for testing wheel pairs of railroad vehicles |
| CN201697846U (en) * | 2010-06-22 | 2011-01-05 | 温州三杉光学有限公司 | Hinge fatigue tester |
| CN103175702B (en) * | 2011-12-20 | 2015-04-22 | 南车青岛四方机车车辆股份有限公司 | Fatigue test device and method for axle |
| CN106996877A (en) * | 2017-05-24 | 2017-08-01 | 中信戴卡股份有限公司 | Four station road vehicle wheel radial direction fatigue experimental devices and method |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109855947A (en) * | 2018-12-17 | 2019-06-07 | 中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所 | Double drive wheel track material object rolling contact fatigue-testing machine |
| CN109855947B (en) * | 2018-12-17 | 2023-12-22 | 中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所 | Double-drive wheel-rail real object rolling contact fatigue testing machine |
| RU2706908C1 (en) * | 2019-03-01 | 2019-11-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава" (АО "ВНИКТИ") | Test bench for testing wheels and axles of wheel pairs and method of recovery of rail simulator ring inner diameter of stand |
| CN109813651A (en) * | 2019-03-21 | 2019-05-28 | 无锡市福莱达石油机械有限公司 | A kind of experimental machine for testing coating impact fatigue behavior |
| CN109813651B (en) * | 2019-03-21 | 2023-09-26 | 无锡市福莱达石油机械有限公司 | Experimental machine for testing impact fatigue performance of coating |
| CN111965029A (en) * | 2020-08-25 | 2020-11-20 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | Tray type shaft box body strength test device and method |
| CN111965029B (en) * | 2020-08-25 | 2024-03-29 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | Pallet type axle box strength test device and method |
| CN115307938A (en) * | 2022-07-13 | 2022-11-08 | 十堰精密新动力科技股份有限公司 | Fatigue test device for automobile balanced suspension assembly |
| CN115307938B (en) * | 2022-07-13 | 2023-02-17 | 十堰精密新动力科技股份有限公司 | Fatigue test device for automobile balance suspension assembly |
| CN115808280A (en) * | 2022-11-16 | 2023-03-17 | 中国矿业大学 | Double-wheel-pair-framework multi-mode excitation equipment and method for rail vibration damping evaluation |
| CN115808280B (en) * | 2022-11-16 | 2023-08-22 | 中国矿业大学 | Dual-wheel-set-frame multi-mode excitation equipment and method for track vibration reduction evaluation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2665358C1 (en) | Stand and method of stand testing of wheels and wheel pair axes for resistance to fatigue and study of metal reaction in zone of wheel contact interaction with rail | |
| Kapoor et al. | Surface roughness and plastic flow in rail wheel contact | |
| Esslinger et al. | The railway accident of Eschede–technical background | |
| CN104350309A (en) | Device with elements which can be moved relative to one another, preferably a planetary drive | |
| CN110715804B (en) | Distribution observation test bed for lubricating medium of rolling bearing | |
| Dougdag et al. | An experimental testing of a simplified model of a ball bearing: stiffness calculation and defect simulation | |
| Jin et al. | A numerical method for prediction of curved rail wear | |
| RU2436061C1 (en) | Test bench for wheel pairs and their elements | |
| CN111999080A (en) | Elastic wheel rolling fatigue test method | |
| Szkoda et al. | A method of fretting wear reduction in an automatic wheel set gauge change system | |
| Liao et al. | Research on Load Characteristics of Axle‐Box Bearing Raceway under Wheel‐Rail Excitation | |
| Hiensch et al. | Rolling contact fatigue: Damage function development from two-disc test data | |
| CN108731954B (en) | High-speed train axle fretting fatigue test bed and use method thereof | |
| Mazilu | A DYNAMIC MODEL FOR THE IMPACT EETWEEN THE WHEEL FLAT AND RAIL | |
| RU2680164C1 (en) | Stand for metal testing in the area of contact interaction of the wheel with a rail and method of testing | |
| RU2798593C1 (en) | Roller bench for a comprehensive study of the interaction of the rail track with the wheelsets of railway rolling stock bogies | |
| Maxwell et al. | Measures to counter fatigue failure in railway axles | |
| Staśkiewicz et al. | Out-of-round tram wheels–current state and measurements | |
| JPH0612323B2 (en) | Rail / wheel fatigue test equipment | |
| HELLER et al. | Test bench for testing of the traction drive of railway vehicles | |
| Bosso et al. | Methodology for the determination of wheel-roller friction coefficient on 1/5 scaled test rig | |
| Raksha et al. | Stand for accelerated tests of rail vehicles wheelsets | |
| Alwahdi et al. | Preliminary investigation of the effect of roughness in Dynarat simulation | |
| Pagano | Innovative design of a Twin Disc tribometer for wheel-rail contact analysis | |
| US955250A (en) | Testing-machine. |