1 Полный текст ВКР (Заболотный В.В. 153) (1235148), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Гидравлические динамометры, такие как описанные в Патентах СССР №19831 от 31.03.1931 [30], СССР №51589 от 31.08.1937 [31] или в теории локомотивной тяги [32], используют принцип измерения гидростатического давления в замкнутом объеме при изменении сил, приложенных к автосцепному устройству. Для этого в конструкцию вагона включается гидравлические диафрагменные динамометры, измеряющие давление жидкости, заключенной в закрытом объеме под диафрагмой, при изменении прикладываемой нагрузки.
| а | |
| б | |
Рисунок 6.1 – Схема: а - динамометра (патент СССР №4723 от 29.02.1929); б - устройства для измерения мощности на упряжном крюке локомотива (патент СССР №8701 от 30.03.1929)
Давление жидкости под диафрагмой измеряют визуальным и регистрирующим манометрами, установленными внутри динамометрического вагона и проградуированными в единицах силы, приложенной к сцепному устройству.
На рисунке 6.2 представлена схема тягового динамометра (патент СССР №19831 от 31.03.1931).
Рисунок 6.2 – Схема тягового динамометра (патент СССР №19831 от 31.03.1931)
На рисунке 6.3 представлена схема устройства для измерения тяговых усилий локомотива (патент СССР №51589 от 31.08.1937).
Рисунок 6.3 – Схема устройства для измерения тяговых усилий локомотива (патент СССР №51589 от 31.08.1937)
В конструкциях гидравлических динамометров кассеты устанавливаются в разные места конструкции сцепки и позволяют измерять или только растягивающие, или только сжимающие силы. Использование гидравлических динамометров ограничено необходимостью изготовления вагона специальной конструкции. Кроме того необходимо решение проблемы компенсации погрешностей измерений, связанных с изменением внутреннего давления в гидравлическом динамометре при измерении температуры наружного воздуха и температуры гидравлического масла внутри динамометра.
Тензоизмерительные динамометры, такие как описанные в Патенте СССР №1111915 [33] от 07.09.1984, в [32], или в Патенте США №4042810 [34] от 16.08.1977, обладают возможностью преобразования деформаций контролируемой детали в пропорциональную величину изменения электрического сигнала. Такие динамометры получили распространение после перевода подвижного состава на автоматические и полуавтоматические сцепки. Известна (Патент СССР №1111915) динамометрическая автосцепка, широко используемая в вагонах-лабораториях для проведения тяговых испытаний и позволяющая непосредственно измерять и контролировать продольные динамические усилия, в том числе реализуемые в различных сечениях грузового поезда при его движении в режимах тяги и торможения. Однако, оснащение такими сложными, дорогостоящими и недостаточно надежными устройствами парка эксплуатируемых грузовых вагонов потребует чрезвычайно больших временных и капитальных затрат. Известна технология контроля продольной динамики, которая предполагает использование тензометрических автосцепок, устанавливаемых на специализированных вагонах-лабораториях и на нескольких вагонах в различных сечениях грузового поезда [6].
На рисунке 6.4 представлена схема сцепного устройства динамометрического вагона и устройства для облегчения управления поездом (патент СССР №1111915 от 07.09.1984, патент США №4042810 от 16.08.1977).
Тензометрическая автосцепка имеет точно такую же конструкцию, как и стандартная автосцепка типа СА-3. Изготовление тензометрических автосцепок заключается в наклейке тензодатчиков на хвостовую часть автосцепки или на тензометрический клин, после чего, такая автосцепка тарируется с помощью гидравлического пресса с целью определения соотношения между продольной силой и вызываемым ею напряжениями в контролируемой детали по показаниям тензодатчиков.
| а | |
| б | |
Рисунок 6.4 – Схема: а – сцепного устройства динамометрического вагона (патент СССР №1111915 от 07.09.1984,); б- устройства для облегчения управления поездом (патент США №4042810 от 16.08.1977)
Недостатком данного способа является то, что процедура установки предварительно подготовленных тензометрических автосцепок требует значительных затрат времени на маневровую работу и технологические операции по демонтажу обычных автосцепок и установке на вагоны тензоизмерительных сцепок и измерительного оборудования. Проведение таких измерений возможно лишь в сертификационных центрах при бойковых испытаниях вагонов или периодически в эксплуатационных испытаниях, проводимых с участием специалистов ВНИИЖТ, исследователей заводов-изготовителей и специализированных лабораторий.
Использование тензометрических автосцепок в постоянной эксплуатации невозможно как ввиду недолговечности работы приклеиваемых к поверхности хвостовика автосцепки тензосопротивлений, так и из-за необходимости периодической тарировки тензометрических автосцепок. Кроме того, демонтаж при ремонте и выполнение технологических ремонтных операций – наплавка, заварка трещин, требует предварительного нагрева корпуса автосцепки до температур, при которых установленные ранее тезнодатчики выходят из строя.
Использование тензометрических клинов позволяет изучать динамические процессы только в области действия сил растяжения, так как конструктивная особенность автосцепки СА-3 не предусматривает участия клина в силовых взаимодействиях при сжатии автосцепки. Такая ситуация не позволяет получить полноценной информации о продольных силах в поездах при использовании пневматического и электродинамического (реостатного, рекуперативного) торможения, при работе подталкивающих локомотивов, в сдвоенных поездах.
С целью устранения недостатков описанных выше устройств измерения сил на автосцепках вагонов и локомотивов предлагается устройство, обеспечивающее измерение продольной деформации хвостовика автосцепки, отличающееся тем, что для установки устройства не требуется снятие автосцепки с подвижного состава.
Принципиальная схема устройства, позволяющего измерять продольные силы в поездах повышенной массы и длины, представлена на рисунке 6.5.
Рисунок 6.5 – Принципиальная схема устройства для измерения продольных сил в поездах повышенной массы и длины
Устройство устанавливается внутрь полого хвостовика автосцепки 1 и обеспечивает формирование на выходе 6 электрического сигнала, пропорционального деформациям хвостовика при приложении тяговых или тормозных сил. Устройство состоит из распорного блока 2, датчика линейных перемещений 3, Г-образного кронштейна 4. Перед установкой деталей измерительного устройства из автосцепки вынимаются все подвижные детали: замок, замкодержатель, подъемник замка, валик и предохранитель. Распорный блок 2, выполняющий функцию заднего упора, устанавливается в дальний конец внутренней полости хвостовика автосцепки 1 через проём для замка и замкодержателя в корпусе головки автосцепки и закрепляется для предотвращения продольных смещений. Датчик перемещений 3 крепится к Г-образному кронштейну 4 и устанавливается таким образом, чтобы его исходное положение соответствовало свободному положению автосцепки, без приложения сжимающих или растягивающих сил. Г-образный кронштейн 4 крепится к вертикальной площадке на стенке внутренней полости головки автосцепки 1. В нижней части Г-образного кронштейна 4 предусмотрен опорный скользун 5, обеспечивающий восприятие вертикальной нагрузки консольно закрепленного Г-образного кронштейна 4.
Предлагаемое устройство обеспечивает измерение продольных сил, прикладываемых к сцепкам вагонов, путем формирования пропорционального изменения электрического сигнала на выходе 6 датчика 3, установленного внутрь полого хвостовика автосцепки 1. В отличие от известных измерительных устройств, монтаж и демонтаж предлагаемого измерительного устройства не требует снятия автосцепки с вагона или локомотива и может быть выполнен на путях станции без дополнительной маневровой работы. Устанавливаемые во внутреннюю полость хвостовика автосцепки детали измерительного устройства не препятствуют нормальной работе механизма сцепного устройства и не изменяют механических свойств корпуса автосцепки. Измерительное устройство обеспечивает стабильные показания в течение длительного времени работы и устойчиво к изменению факторов внешней среды.
7 РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
По результатам расчетов, полученных в разделе номер 5 дипломного проекта, в качестве чувствительного элемента измерительного устройства необходимо использовать аналоговый датчик с чувствительностью не ниже 1 мкм. (либо цифровой датчик с разрешающей способностью не менее 1 мкм.), такой датчик позволит измерять усилия, приложенные к автосцепке, с точностью до 5 тонн.
В качестве чувствительного элемента измерительного устройства может быть использован аналоговый резистивный датчик линейных перемещений SRLPS 9600 Series, представленный на рисунке 7.1.
Рисунок 7.1 – Датчик линейных перемещений SRLPS 9600 Series
Датчик линейных перемещений с возвратной пружиной SRLPS 9600 Series предназначен для высокоточного измерения перемещений в ограниченных пространствах. Данный датчик доступен в трёх стандартных размерах и имеет срок службы 1 миллион циклов. Также датчик имеет широкий температурный диапазон и сохраняет свою работоспособность даже при плюс 135 ºС [35].
Более подробные технические характеристики датчика SRLPS 9600 Series приведены в таблице 7.1.
Таблица 7.1 – Технические характеристики датчика SRLPS 9600 Series
| Наименование | Модель | ||
| 9605 | 9610 | 9615 | |
| Серийный номер | 9605R1.7KL2.0 | 9610R3.4KL2.0 | 9615R5.1KL2.0 |
| Полное электрическое перемещение, мм | 12,7 | 25,4 | 38,1 |
| Общее сопротивление постоянному току ±25 % | 1,7К | 3,4К | 5,1К |
| Линейность | ±2 % | ||
| Улучшенная линейность (опция) | ±1,0 % | ±0,5 % | ±0,35 % |
| Механическое перемещение, мм | 14,2 | 26,9 | 39,6 |
| Длина корпуса, мм | 26,9 | 39,6 | 52,3 |
| Полная длина консоли, мм | 20,6 | 33,3 | 46,0 |
| Срок службы | 1 000 000 циклов | ||
| Максимальная прикладываемая сила, Н | 100 | ||
| Усилие срабатывания, Н | 4 | ||
| Влажность | 95 % при 38 ºС | ||
| Вибрация | от 50 до 100 Гц | ||
| Температурный диапазон, ºС | от минус 40 ºС до плюс 135 ºС | ||
Однако для полноценной оценки динамических процессов возникающих в поезде датчика линейных перемещений не достаточно, его необходимо использовать с акселерометром ADXL 345, который позволит получить информацию о динамике локомотива. Акселерометр ADXL 345 представлен на рисунке 7.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
