Главная / 14 Общие понятия о надежности и принципы обеспечения безопасности вагонов / 14.2.5 Измерительно-регистрирующие приборы, применяемые при испытании вагонов
Навигация
Форум
Главная
Карта сайта
Реклама на железнодорожных сайтах!


Здесь, и на двадцати других железнодорожных сайтах может быть Ваша реклама.

                                   Контакты:
                                   site1a@yandex.ru
                                   8 (921) 55-0000-5
Содержание
1 Общие сведения о ж.д. транспорте
2 Общие сведения о вагонном парке ж.д.
3 Общие принципы устройства вагонов
4 Грузовые вагоны
5 Пассажирские вагоны
6 Общие сведения о локомотивах и тяге поездов
7 Общие сведения об автотормозах и безопасности движения
8 Электроснабжение ж.д.
9 Железнодорожный путь и искусственные сооружения
10 Раздельные пункты
11 Организация движения поездов
12 Общие сведения об организации технического обслуживания вагонов
13 Технология вагоностроения и ремонта вагонов
14 Общие понятия о надежности и принципы обеспечения безопасности вагонов в эксплуатации

Измерительно-регистрирующие приборы, применяемые при испытании вагонов

           Наиболее часто для измерения механических параметров (деформация, сила, ускорение) применяются электрические методы, имеющие следующие преимущества:
           —позволяют дистанционно измерять и непрерывно записывать (регистрировать) на бумажную осциллографическую или магнитную ленту, а также вводить в компьютер через аналогово-числовой преобразователь измеряемые механические параметры;
           —позволяют достичь большой чувствительности измеряемых схем;
           —позволяют устранять инерционные погрешности, связанные с влиянием собственной массы измерительных приборов, называемых тензодатчиками или тензорезисторами.
           Для измерения электрическим методом механических напряжений или каких-либо других механических величин измеряемый параметр преобразуется в пропорциональное изменение соответствующей электрической характеристики (ток, напряжение, частота и т.п.) с помощью тензодатчиков. Работа тензодатчика основана на тензоэф-фекте проводника или полупроводника, прочно приклеенного к поверхности нагруженной детали или элемента испытываемого вагона специальным клеем. Под тензоэффектом подразумевается свойство проводника или полупроводника изменять свое электрическое сопротивление при их деформации (растяжение, сжатие, изгиб),вследствие чего возникает разбалансировка мостовой схемы (мост сопротивлений Уитстона) с тензодатчиками, на кото¬рую реагируют измерительно-регистрирующие приборы (осциллограф, магнитограф, преобразователь с компьютером).
           Известно большое количество тензодатчиков, которые можно условно разделить на проволочные, фольговые и полупроводниковые. Проволочный тензодатчик сопротивления (рис. 14.25) представляет собой изолированную проволочную решетку в виде зигзагообразной спирали, заклеенной между двумя слоями специальной тонкой бумаги или пластмассы. Тензодатчики имеют номинальное сопротивление 50, 100, 200 Ом и базу Н 5, 10 и 20 мм. Для таких тензодатчиков применяется константановая (сплав меди и никеля) или нихромовая (сплав никеля с хромом) проволока диаметром 0,015—0,025 мм. К концам зигзагообразной спирали припаяны проволочные выводы.
           Фольговые тензодатчики изготавливаются методом травления или штамповки из константановой фольги, закрепляемой на планочной или бумажной основе. Все фольговые датчики самотермокомпенсационные, при их применении возможно проведение весьма стабильного или высокоточного измерения деформаций любого тела независимо от изменения температуры окружающей среды, если тензодатчики соответствуют коэффициенту линейного расширения материла.
           Особенно успешно освоили серийный выпуск фольговых тензодатчиков японская фирма Киова (рис. 14.26) и германская фирма НВМ для измерения деформаций в деталях из углеродистой стали, нержавеющей стали, сплавов алюминия, магниевого сплава.
           Фирма Киова выпускает фольговые тензодатчики моделей KFC-5-C1; KFC-2-C1; KFC-2-D1 до KFC-2-D9; KFC-5-D16; KFC-2-D16; KFC-5-D17; KFC-2-D17 с длиной решетки от 0,9 до 4,0 мм, коэффициентом тенозочувствительности 2,0—2,1 и сопротивлением 120 Ом.
           Для приклеивания тензодатчиков на отшлифованной поверхности измеряемой детали применяются клеи видов: РС-6, затвердевающий при нагревании, для диапазона рабочих температур от -50 до +100 °С; ДС-12, затвердевающий при обычной температуре окружающей среды, для диапазона рабочих температур от -50 до +170 °С; СС-15, затвердевающий при обычной температуре окружающей среды, для диапазона рабочих температур от -20 до +100 °С.
           Фирма НВМ выпускает фольговые датчики серий Y, С, К, G, V, каждая из которых содержит по несколько типов датчиков, отличающихся параметрами и формой укрепления (приклеивания) их к изолирующей подложке. Тензодатчики имеют номинальное сопротивление 120,350, 700 и 1000 Ом; базу 0,6; 1,5; 3; 6; 10; 20; 50; 100 и 120 мм. Есть тензодатчики с одной, двумя, тремя и четырьмя измерительными решетками на одной изолирующей подложке. Ряд тензодатчиков делается в форме цепочки (с десятью последовательно расположенными измерительными резисторами на узкой изолирующей подложке). Длина и ширина измерительной решетки соответственно 1; 2,0; 4,0 и 1,0; 1,3; 2,1; 3,0; 4,1 мм.
           Некоторые тензодатчики делаются в форме розетки или с измерительными решетками, наклеенными на круглую изолирующую подложку и расположенными относительно друг друга под углом 45 или 90°.
           Полупроводниковые тензодатчики изготовляются из полупроводниковых материа¬лов и представляют собой тонкую полоску из германия или кремния с припаянными к ней металлическими выводами для соединения тензодатчиков между собою в измерительную электрическую цепь и с электрическим кабелем с защитным экраном, присоединенным к электронной усилительной аппаратуре, расположенной на испытательном стенде или в передвижном динамометрическом вагоне. Полупроводниковые тензодатчики имеют чувствительность на один, два порядка выше, чем проволочные и фольговые тензодатчики.
           Основными характеристиками тензодатчиков всех типов являются чувствительность, номинальное сопротивление и база. Для испытания вагонов используются чаще проволочные тензодатчики с номинальным сопротивлением 100 и 200 Ом и с базой соответственно 10 и 20 мм. Для испытания отдельных деталей вагона сложной конфигурации могут применяться также тензодатчики с номинальным сопротивлением 30 и 50 Ом и с базой соответственно 3 и 5 мм.
           Рассмотренные выше тензодатчики используются для создания самых различных измерительных приборов: динамометров, прогибомеров, ускорениемеров или акселеромеров.
           В качестве динамометров при испытаниях вагонов используются отдельные детали вагонов, например, диск колеса, ось колесной пары, боковая рама и надрессорная балка тележки, корпус автосцепки с наклеенными на них в определенных местах тензодатчиками, соединенными в электрические цепи и отпарированными на прессах или с помощью специальных приспособлений для измерения вертикальных и поперечных горизонтальных (рамных) сил.
           Для измерения вертикальных динамических сил или динамических напряжений, возникающих при колебаниях вагона под воз¬действием неровностей пути, используется надрессорная балка тележки с наклеенными на ней тензодатчиками (рис. 14.27). Проволочные тензодатчики наклеены в сечении А-А около бокового скользуна и в среднем сочленении Б—Б надрессорой балки.
           Тензодатчики так соединены между собой в отдельные электрические схемы, что регистрируют деформации только от вертикальных сил, так как в местах наклейки тензодатчиков, включенных в разные плечи полумоста сопротивлений, возникают деформации одинакового знака (плюс или минус) и не возникают разбалансировки моста сопротивлений с тензодатчиками.
           Вертикальные силы, действующие на боковую раму тележки, можно определять с использованием активного тензодатчика, наклеенного вдоль боковой рамы, и температурного (компенсационного) датчика, наклеенного вблизи активного датчика поперек боковой рамы. Оба тензодатчика соединяются между собою последовательно во внешнюю часть измерительного моста.
           Для определения масштаба записи вертикальных сил на осциллографическую бумагу или магнитную ленту производится тарировка измерительных схем путем подъемки и опускания груженого кузова с заранее известным весом. Взвешивание производится на железнодорожных весах вагона в целом и по двум тележкам отдельно электрическими домкратами с одновременной регистрацией деформаций надрессорной балки и боковой рамы тележки в местах наклейки тензодатчиков. На основании этой тарировки находится соотношение между напряжениями, найденными по записанным деформациям, и вертикальной силой.
           Для определения поперечной горизонтальной (рамной) силы при испытаниях вагона тензодатчики наклеиваются на боковые рамы тележки и собираются в электрические схемы так, как показано на рис. 14.28. Рамная сила, действующая от колесной пары на боковые рамы тележки, равна сумме рамных сил, действующих от каждого колеса на боковую раму тележки.
           Для установления зависимости между рамной силой и напряжением в боковых балках рамы тележки, определяемым через де¬формацию металла боковых рам тележки в месте наклейки тензодатчиков, производится тарировка измерительных схем путем прикладывания к боковым рамам заранее известной поперечной силы с помощью тяги - динамометра, устанавливаемого на тележке вместо одной выкаченной колесной пары.
           Для определения малых прогибов и относительных перемещений деталей вагона, в частности надрессорной балки тележки при прогибе пружин рессорных комплектов, применяются пластинчатые или язычковые прогибомеры (рис. 14.29), на консольно закрепленной пластине 1 которых сверху и снизу наклеены тензодатчики R1 и R2, включенные в противоположные плечи измерительного моста.
           Для измерения достаточно больших величин прогиба упругих элементов рессорного подвешивания вагона обычно применяются реохордные прогибомеры (рис. 14.30), в которых при передвижении ползуна и по реохорду 5 изменяется пропорционально перемещению ползуна 4 электрическое сопротивление между точками 1; 2 и 5, подключенными к блоку балансировки моста.
           Для определения масштаба записи прогиба прогибомер тарируется путем отклонений ползуна (поводка) 4 на заданную величину и в заданном направлении. Масштаб определяется как отношение амплитуды перемещения ползуна 4, зафиксированной на осцилографической или магнитной ленте, к заданной величине перемещения ползуна 4 прогибомера при его тарировке.
           Применяются также индуктивные и емкостные датчики перемещений, последние обладают высокой чувствительностью, но требуют применения достаточно сложной аппаратуры и весьма чувствительны к внешним воздействиям. Индуктивный датчик представляет собою катушку индуктивности, параметры которой могут изменяться под воздействием измеряемой величины перемещений и которая взаимодействует с подвижным якорем. Для измерения ускорений обрессоренной массы вагона (кузов, надрессорная балка тележки) и необрессоренной массы (боковая рама, тележки, букса) применяются ускорениемеры различных ти¬пов. В частности, применяется ускорениемер типа УВТ-66 конструкции ВНИИЖТа (рис. 14.31), состоящий из инерционной сейсмической массы 3, подвешенной к корпусу ускорениемера 2 через упругий шарнир подвески б. Ускорениемер прочно соединяется через резиновую прокладку с колеблющейся деталью вагона 1. Возникающая пропорциональная ускорению сила инерции деформирует тонкие упругие пластины или ленты 4 и 5, вызывая соответствующие изменения сопротивлений R1 и R2, наклеенных на пластины тензодатчиков, что фиксируется измерительными приборами, включенным в одну из диагоналей моста сопротивлений Уитстона. Такой ускорениемер применяется для измерения ускорений обрессоренной части вагона (кузов, надрессорная балка, тележка). Ускорениемер для измерения ускорений необрессоренной массы вагона (боковая рама тележки, букса) аналогичен по конструкции и принципу действия ускорениемеру для измерения ускорений обрессоренной массы вагона.
           Отличие состоит в том, что он имеет значительно меньшую сейсмическую массу и поэтому практически не чувствителен к ускорениям малой величины и позволяет замерять ускорения необрессоренной массы с более высокой частотой.
           Из ускорениемеров, выпускаемых за рубежом, наибольший интерес представляют ускорениемеры японской фирмы Киова, выпускающей ускорениемеры типа А (для замера ускорений от 1,0 до 10 g) и типа AS (для замера ускорений от 10 до 1000 g) с использованием в них проволочных или фольговых тензодатчиков для измерения ускорений в одноосном направлении. Для измерения ускорений в трехосных направлениях фирма выпускает миниатюрные ускорениемеры (рис. 14.32) для измерения ускорений до 50 g при частоте до 700 Гц (типа AS-B) и для измерения ускорений до 1000 g при частоте до 3500 Гц (тип AS-A). Благодаря малому весу (от 50 до 500 г) и малогабаритности они не искажают вид колебания испытываемого элемента вагона.
           Для усиления электрических сигналов, идущих от измерительных приборов, применяются электронные полупроводниковые двенадцатиканальные усилители типа ТУП-12 производства ВНИИЖТ, шестиканальные усилители типа DPM-E и DPM-G японской фирмы Киова, усилители немецкой фирмы НБМ и др. Выходная мощность усилителей позволяет записывать результаты измерения деформаций испытываемых деталей вагона на электромагнитные осциллографы с черно-белой или цветной фотобумагой, магнитные самописцы (магнитографы) или вводить результаты измерения через аналогово-цифровой преобразователь в компьютер.
           С помощью компьютера результаты измерений обрабатываются по заранее разработанной программе. Методика и программа обработки результатов испытаний вагонов зависят от особенностей регистрируемых процессов. Так как измеряемые показатели в основном имеют вероятную (случайную) природу, то при их обработке преимущественно применяют методы математической статистики. При экспериментальных исследованиях эти методы применяются для решения следующих задач:
           —оценки степени точности измерений прочностных динамических показателей вагонов и воздействия их на путь;
           — определения статических закономерностей распределения измеряемых случайных величин, имеющих вероятностную природу (динамические напряжения, силы, деформации, ускорения, время работы до отказа и т.д.);
           —определения показателей надежности по результатам испытаний;
           —при планировании и проведении многофакторных экспериментов.
           Для ускорения обработки результатов испытаний вагонов применяются различные автоматические установки, непосредственно соединенные с компьютерами, в которые вводятся заранее разработанные соответствующие программы. Например, для получения коэффициента запаса устойчивости колеса на рельсе и показателя плавности хода пассажирских вагонов применяются автоматические методы и соответствующее автоматическое устройство с использованием магнитографов для записи мгновенных значений вертикальных и поперечных горизонтальных сил, действующих на набегающее и ненабегающее колесо колесной пары, а также компьютеров.
           Дальнейшее развитие и совершенствование экспериментальных исследований (испытаний) вагонов является важной задачей разработки новых более рациональных конструкций вагонов и повышения их надежности. Большое значение имеет применение новых принципов планирования многофакторных экспериментов, позволяющих одновременно оценить влияние различных факторов на исследуемые характеристики вагона и получить математическую модель исследуемого процесса.
           Важное значение для прогресса вагоностроения и совершенствования вагонного парка железных дорог России имеет дальнейшее развитие методов стендовых и поездных (ходовых) испытаний вагонов в целом и их узлов в отдельности, что должно обеспечиваться укреплением экспериментальной базы вагоностроительных заводов и научно-исследовательских институтов. Среди стендовых испытаний вагона на прочность наиболее важны испытания на усталость. Совершенствование методов и практики таких испытаний предполагает расширение возможностей силонагружающих устройств с целью более полного воспроизведения на стендах схем и характера действия на конструкцию вагона или его отдельных узлов реальных эксплуатационных нагрузок и их комбинаций. Для оперативных оценок целесообразно более широко применять апробированные методы ускоренных испытаний, в частности, по типу метода Лохати.
           Для расширения возможностей регистрации вероятностно-статистического анализа исследуемых динамических показателей вагонов при экспериментальных исследованиях вагонов следует применять современную тензометрическую технику в совокупности с бортовой многоканальной регистрирующей и обрабатывающей аппаратурой на базе персональных компьютеров. При этом необходимы систематические исследования по идентификации параметров железнодорожного пути, на котором проводились ходовые испытания в качестве представительного отрезка всей сети железных дорог России. Это дает возможность выработки обоснованных рекомендаций по уточнению методик проведения динамических ходовых и прочностных испытаний вагонов и оценки результатов.
           Дальнейшие исследования по этим направлениям позволят повысить достоверность проектных и экспериментальных оценок прочностных и динамических качеств вновь создаваемых вагонов, что обеспечит дальнейшее повышение прочности, надежности и безопасности движения вагонов.

           Вас также может заинтересовать:
           14.1 Оценка надежности вагонов
           14.1.1 Количественные характеристики надежности
           14.1.2 Параметры потока отказов вагонов
           14.1.3 Расчет показателей надежности вагонов при проектировании
           14.2 Испытания вагонов и методики их проведения
           14.2.1 Лабораторные и стендовые испытания
           14.2.2 Динамические поездные испытания
           14.2.3 Статические прочностные испытания вагонов
           14.2.4 Вибрационные испытания
           14.3 Общие сведения о гарантийном сроке службы вагонов
           14.4 Грузовые вагоны нового технического уровня
           14.5 Пассажирские вагоны нового поколения
Rambler's Top100 Анализ веб сайтов