• Nie Znaleziono Wyników

5. METODYKA BADAŃ

5.2. Stanowiska badawcze

5.2.4. Stanowisko do badań środków smarnych

Badania środków smarnych przeprowadzono w Laboratorium Badań Materiałów Eksploatacyjnych Politechniki Poznańskiej. Mierzonym parametrem była konsystencja smaru a konkretnie wskaźnik jego twardość. Do pomiarów twardości smarów wykorzystano Penetrometr laserowy PL-12DC wyprodukowany przez Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy w Radomiu pokazany na rys. 5.8.

Jest to automatyczne urządzenie, w którym zastosowano nowoczesną laserową technologię pomiaru penetracji. Penetrometr przeznaczony jest m.in. do badania konsystencji produktów petrochemicznych (np. smary, asfalty, parafiny), produktów spożywczych, wyrobów kosmetycznych, a także zapraw murarskich oraz plastycznych materiałów wybuchowych [24].

Rys. 5.8. Penetrometr laserowy PL-12DC [28]

Rys. 5.9. Penetrometr laserowy PL-12DC – widok w trakcie badania

Penetrometr laserowy pozwala określić konsystencję smaru. Prawidłowa konsystencja musi gwarantować, że smar nie będzie generował zbyt wysokich oporów.

Konsystencja jest klasyfikowana zgodnie ze skalą opracowaną przez NLGI (National Lubricating Grease Institute) przedstawioną w tabeli 5.1. Im smar jest bardziej miękki, tym niższy numer na skali. Podczas badania mierzona jest w dziesiątych częściach milimetra głębokość wniknięcia standardowego stożka w próbkę smaru (rys. 5.9).

55

Tabela 5.1.

Klasyfikacja smarów według klasy konsystencji NLGI [34]

Przeprowadzono badania następujących smarów powszechnie stosowanych w Instytucie Pojazdów Szynowych „TABOR”:

 "Vecolit EPX 00" – półpłynny smar do przekładni i centralnego smarowania,

 "Elf MULTI" – litowo wapniowy smar do łożysk,

 "Smar TF silikon + teflon" – silikonowy smar z dodatkiem teflonu.

Powyższe smary zostały zbadane w trzech temperaturach: 24°C (temp. pokojowa), 0°C oraz (- 26°C), które uzyskano przy pomocy zamrażarki laboratoryjnej przedstawionej na rys. 5.10.

Rys. 5.10. Zamrażarka laboratoryjna

56 5.3. Model symulacyjny przekładnika

Dla potrzeb diagnostyki konstrukcyjnej przekładnika ciśnienia opracowano model symulacyjny przekładnika. Głównym celem było uzyskanie narzędzia umożliwiającego określenie wpływu wybranych czynników na zmiany ciśnienia wyjściowego w funkcji ciśnienia wejściowego przekładnika w warunkach symulacji.

Badania symulacyjne zrealizowano w popularnym programie Excel. Obliczenia w programie Excel można prowadzić na dwa sposoby. Proste zależności można realizować bezpośrednio w arkuszu kalkulacyjnym a pomocą tak zwanych formuł. Bezpośrednio w arkuszu można również wygodnie wprowadzać dane do obliczeń oraz prezentować ich wyniki. Do realizacji bardziej złożonych algorytmów obliczeniowych można wykorzystać zintegrowany z programem Excel program Visual Basic będący środowiskiem programistycznym ogólnego przeznaczenia. Eksperymenty symulacyjne zrealizowano przy wykorzystaniu obu tych możliwości.

Badania symulacyjne dotyczyły wybranych aspektów pracy przekładnika. Na potrzeby symulacji przyjęto, że przekładnik jest urządzeniem przetwarzającym ciśnienie wejściowe p1 (ciśnienie sterujące) na ciśnienie wyjściowe p2 (ciśnienie w cylindrze).

Algorytm przetwarzania jest dany w postaci sekwencji wzorów opisujących realizowane przez przekładnik funkcje, które zależne są od parametrów geometrycznych, takich jak powierzchnie tłoków, wielkość przełożenia układu mechanicznego, wartości sił sprężyn, oraz oporów ruchu przekładnika ciśnienia.

Dane do obliczeń podzielono na parametry przekładnika i parametry przebiegu symulacji.

Parametry przekładnika, wykorzystane w dalszych wzorach, obejmują:

Dla etapu napełniania

 A1 – powierzchnia tłoka dolnego,

 A2 – powierzchnia tłoka górnego,

 TA2 – opory ruchu 1,

 TA3 – opory ruchu 2,

 TA4 – opory ruchu 3,

 Sn – siła sprężyny.

Parametry przebiegu symulacji obejmują:

 p1max – ciśnienie końcowe p1 (ciśnieniem początkowym jest ciśnienie p1 = 0),

57

 Δp1 – przyrost ciśnienia p1 w kolejnych krokach obliczania symulacji,

 p1xN – ciśnienie progowe rozdzielające fazy 1 i 2 przy napełnianiu,

 p1xL – ciśnienie progowe rozdzielające fazy 1 i 2 przy luzowaniu.

Dla etapu luzowania

 B1 – powierzchnia tłoka dolnego,

 B2 – powierzchnia tłoka górnego,

 TB2 – opory ruchu 1,

 TB3 – opory ruchu 2,

 TB4 – opory ruchu 3.

Opory wewnętrzne przetwornika

 C1 – współczynnik oporów ruchu 1 w funkcji ciśnienia,

 C2 – współczynnik oporów ruchu 2 w funkcji ciśnienia,

 C3 – współczynnik oporów ruchu 3 w funkcji ciśnienia.

Dane pomocnicze

 ka – odległość punktu podparcia 1 dźwigni dolnej,

 kb – odległość punktu podparcia 2 dźwigni dolnej,

 kc – odległość punktu podparcia 1 dźwigni górnej,

 kd – odległość punktu podparcia 2 dźwigni górnej,

 ki – przełożenie przekładnika.

Przyjęto, że zamodelowane będzie działanie przekładnika polegające na wykonaniu kolejno po sobie dwóch etapów pracy:

 napełniania, które polega na zwiększanie ciśnienia wejściowego p1 w zakresie 0 – p1max,

 luzowania, które polega na zmniejszanie ciśnienia wejściowego p1 w zakresie p1max – 0.

Każdy z etapów jest złożony z dwóch faz: fazy 1 i fazy 2. Faza 1 obejmuje zakres zmienności ciśnienia p1 od 0 do odpowiednio p1xN przy napełnianiu i odp1xL do 0 przy luzowaniu. Faza 2 obejmuje zakres ciśnienia p1 odpowiednio od p1xN do p1max przy napełnianiu i od p1max do p1xLprzy luzowaniu.

Wstępnie obliczane są wartości ciśnienia 𝑝2: 𝑝2𝑥𝑁 𝑖 𝑝2𝑥𝐿 odpowiadające ciśnieniom progowym p1xN i p1xL według zależności dla faz1 odpowiednio napełniania i luzowania.

58

W poszczególnych fazach ciśnienie p2 jest obliczane według zależności podanych poniżej:

 napełnianie, faza 1 𝑝2 = 𝑝1 ∙𝑘𝑎 ∙ 𝑘𝑐

𝑘𝑏 ∙ 𝑘𝑑− (𝑝1 ∙ 𝐶1 + 𝑇𝐴2 + 𝑇𝐴3 + 𝑇𝐴4 + 𝑆𝑛)/𝐴2 (5.1) po przekształceniu do postaci funkcji liniowej 𝑝2 = 𝑎 ∙ 𝑝1 + 𝑏:

𝑝2 = (𝑘𝑎 ∙ 𝑘𝑐)

po przekształceniu do postaci funkcji liniowej 𝑝2 = 𝑎 ∙ 𝑝1 + 𝑏:

𝑝2 = 𝑘𝑖 ∙𝐴1

po przekształceniu do postaci funkcji liniowej 𝑝2 = 𝑎 ∙ 𝑝1 + 𝑏:

𝑝2 = 𝑘𝑎 ∙ 𝑘𝑐

po przekształceniu do postaci funkcji liniowej 𝑝2 = 𝑎 ∙ 𝑝1 + 𝑏:

𝑝2 = 𝑘𝑖 ∙𝐴1 𝐴2+𝐶1

𝐴2 ∙ (𝑝1 − 𝑝1𝑥𝐿) +𝑇𝐴2 + 𝑇𝐴3 + 𝑇𝐴4

𝐴2 + 𝑝2𝑥𝐿 (5.8)

Dodatkowo w fazie 2 luzowania w każdym kroku obliczane są opory wewnętrzne TP przekładnika według zależności:

𝑇𝑃 = 𝑝1 ∙ 𝐶1 + 𝑇𝐵2 + 𝑇𝐵3 + 𝑇𝐵4 (5.9)

W początkowej fazie luzowania, po rozpoczęciu zmniejszania ciśnienia różnica sił DT1 wynikająca z max. ciśnienia p1max i aktualnego ciśnienia p1 obliczana według zależności:

𝐷𝑇1 = 𝐴1 ∙ (𝑝1𝑚𝑎𝑥 − 𝑝1) (5.10)

59 jest mniejsza od oporów TP:

𝐷𝑇1 < 𝑇𝑃 (5.11)

gdy ten warunek jest spełniony, to ciśnieniu p2 nadawana jest wartość p2Max. Gdy warunek przestanie być spełniany, to stosowane są wzory dla etapu luzowania.

Algorytm obliczeniowy symulacji jest zaimplementowany w środowisku programistycznym Visual Basic i jako tak zwane makro zintegrowany z opisanym w arkuszu danych i wyników. Algorytm obliczeń przedstawiono na rysunku 5.11.

Zdefiniowane makro składa się z części zawierającej deklaracje stałych i zmiennych wykorzystywanych w programie oraz z zestawu funkcji realizujących obliczenia.

Główną funkcją programu jest funkcja ‘Makro1’ obejmująca wszystkie czynności realizowane przez program. ‘Makro1’ wywołuje kolejno trzy funkcje: ‘Dane’,

‘Czyszczenie’, i ‘Obliczenia’.

Funkcja ‘Dane’ przenosi dane wpisane przez użytkownika w arkuszu do zmiennych programu. Funkcja ‘Czyszczenie’ przygotowuje odpowiednie obszary arkusza do wyprowadzenia wyników,

Funkcja ‘Obliczenia’ obejmuje wszystkie aspekty obliczania ciśnienia p2 w funkcji ciśnienia p1.

Algorytm polega na wykonywaniu obliczeń ciśnienia wyjściowego p2 dla wartości ciśnienia wejściowego p1 kolejno zwiększanych a następnie zmniejszanych o wartość Δp1.

Ciśnienie p1 jest zmieniane w zakresie 0 – p1max. Wartość Δp1 i p1max są parametrami obliczeń. Kolejne bloki obliczeniowe algorytmu odpowiadają obliczeniom wykonywanym w kolejnych etapach pracy przekładnika. Bloki wyboru sprawdzają warunki przejścia między etapami obliczeń. Bloki obliczeniowe są wewnętrznie złożone a realizowane obliczenia są opisane we wzorach (5.1 – 5.9)

Wprowadzanie danych symulacji i prezentacja wyników są realizowane w jednym arkuszu programu Excel. W arkuszu znajduje się tabela zawierająca trzy kolumny umożliwiające jednoczesne wprowadzenie trzech różnych zestawów danych. Ma to na celu ułatwienie symulowania różnych wariantów pracy układu. Wyboru zestawu danych do symulacji dokonuje się w polu wyboru: 'Nr zestawu danych'. W arkuszu znajduje się klawisz 'Oblicz', którego kliknięcie powoduje przeprowadzenie obliczeń w makro i wyprowadzenie wyników w omawianym arkuszu.

60

Rys. 5.11. Algorytm działania programu do symulacji przekładnika ciśnienia [43]

Rys. 5.12. Widok ekranu symulacji działania przekładnika ciśnienia (dane wejściowe i wynik symulacji) [43]

61

Wyniki są prezentowane w postaci tekstowej oraz w postaci wykresu. W postaci tekstowej w sąsiednich kolumnach umieszczone są wartości ciśnień: wejściowego p1 i obliczonego wyjściowego p2 dla kolejnych kroków obliczenia w fazie napełniania i następnie luzowania.

Zależność obliczanego ciśnienia wyjściowego p2 od ciśnienia wejściowego p1 jest również prezentowana w postaci wykresu. Na rysunku 5.12 pokazano przykładowy zapis danych wejściowych i końcowy wynik symulacji.

Poszczególne elementy obliczeń są ujęte w osobnych funkcjach.

Całość obliczeń związanych z napełnianiem i luzowaniem jest realizowana przez funkcje p2_nap() i p2_luz(), które po ustaleniu na podstawie ciśnienia p1 aktualnej fazy pracy wywołują odpowiednią z czterech wymienionych dalej funkcji.

Kluczowe cztery wzory obliczające ciśnienie p2 są realizowane przez funkcje:

 p2_nap1(p1) – napełnianie, faza 1,

 p2_nap2(p1) – napełnianie, faza 2,

 p2_luz1(p1) – luzowanie, faza 1,

 p2_luz2(p1) – luzowanie, faza 2.

W fazie 2 napełniania i luzowania ciśnienie obliczone ze wspomnianych wzorów jest dodawane do ciśnienia progowego odpowiednio p2xN i p2xL, które są obliczone dla ciśnień progowych p1xN i p1xL ustalonych w danych. Obliczenie jest wykonywane w funkcjach odpowiednio p2_nap1(p1xN) i p2_luz1(p1xL ). Jest to wstępna czynność wykonywana w funkcji „Obliczenia”.

Następnie działanie funkcji ‘Obliczenia’ obejmuje:

 ustalanie kolejnych wartości ciśnienia p1 w zakresie od 0 do wartości maksymalnej z zadanym krokiem Δp1 (napełnianie) i obliczenie w każdym kroku wartości p2,

 zapamiętanie końcowej wartości p2 (w zmiennej p2max),

 ustalanie kolejnych wartości ciśnienia p1 w zakresie od wartości maksymalnej do 0 z zadanym krokiem Δp1 (luzowanie) i obliczenie w każdym kroku wartości p2.

W fazie napełniania wyszczególniony jest pierwszy krok dla p1=0. Ponieważ typowym wynikiem obliczenia p2 jest wartość ujemna obliczana jest z zależności liniowej wartość p1, dla której p2 wynosi 0.

62

Na początku fazy luzowania symulowana jest zależność, że przy obniżaniu ciśnienia p1 ciśnienie p2 zacznie się obniżać dopiero po tym jak siła wynikająca z różnicy między wartością p2max (końcowa wartość p2 przy napełnianiu) i aktualnym p1 będzie większa niż wartość oporów wewnętrznych przekładnika. Do momentu spełnienia tego warunku ciśnieniu p2 nadawana jest wartość p2max.

Spełnienie powyższej zależności jest ustalane w funkcji ‘Warunek’.

W fazie luzowania w kroku dla p1=0 ciśnieniu p2 jest nadawana wartość 0.

5.4. Zakres badań wpływu różnych czynników na zmiany parametrów pracy przekładnika

5.4.1. Wybrane parametry diagnostyczne przekładnika

Podstawowymi parametrami odpowiedzialnymi za poprawność działania przekładnika zdefiniowanymi przez PN/EN 15611+A1 są: histereza i czułość. W związku z tym, w dalszej pracy, przyjęto do analizy wpływ wybranych czynników na te parametry.

Histereza – zjawisko histerezy przedstawia się najczęściej na wykresie dwóch zależnych od siebie wielkości w postaci pętli histerezy (rys. 5.13)

Rys. 5.13. Wykres obrazujący histerezę i czułość przekładnika ciśnienia.

1- czułość inicjacyjna, 2 - histereza, 3 – czułość powrotna (luzowania), ps - ciśnienie wejściowe, pc - ciśnienie wyjściowe. [25]

Pod pojęciem histerezy przekładnika ciśnienia rozumiemy różnicę ciśnienia cylindrowego (wyjściowego) dla tej samej wartości ciśnienia sterującego (wejściowego), przy czym raz ciśnienie sterujące wzrasta do zadanej wartości, a drugim razem spada do wartości zadanej. Tak określona histereza przekładnika ciśnienia jest wielkością wyrażoną w kPa (5.12).

63

H = P

2

- P

1 (5.12)

gdzie:

P1 - ciśnienie wyjściowe przy spadku ciśnienia wejściowego P2 - ciśnienie wyjściowe przy wzroście ciśnienia wejściowego

Na rysunkach 5.14 i 5.15 pokazano graficznie wymaganą wartość histerezy dla przekładników jednostopniowych i innych niż jednostopniowe.

Rys. 5.14. Wymagana max wartość histerezy dla jednostopniowego przekładnika ciśnienia (10 kPa) zgodnie z normą PN-EN 15611+A1

Rys. 5.15. Wymagana max wartość histerezy dla przekładników ciśnienia innych niż jednostopniowe (15 kPa) zgodnie z normą PN-EN 15611+A1

Można również ocenić wielkość histerezy (strat) przekładnika bezwymiarową wielkością zwaną współczynnikiem sprawności przekładnika ciśnienia (5.13).

0

64

2 1

A

 A

(5.13)

gdzie:

A1 - pole powierzchni pod krzywą obrazującą wzrost ciśnienia A2 - pole powierzchni pod krzywą obrazującą spadek ciśnienia

Czułość – w przypadku przekładnika ciśnienia jest to odpowiedź ciśnienia cylindrowego (wyjściowego) na zmianę ciśnienia sterującego (wejściowego). Zgodnie z normą PN – EN 15611+A1 rozróżniamy czułość:

 inicjacyjną – polegającą na tym, że zmiana ciśnienia wejściowego, począwszy od 0 kPa, powoduje, że ciśnienie wyjściowe zacznie wzrastać,

 powrotną (luzowania) – występująca gdy ciśnienie wejściowe zmienia swój kierunek z rosnącego do malejącego.

Parametrem diagnostycznym jest również maksymalne ciśnienie osiągane w stanie

„próżnym” i „ładownym” pojazdu, które jest w ścisłym związku z histerezą przekładnika.

To znaczy, że jego rozrzut zależy bezpośrednio od wartości histerezy. W związku z tym w pracy nie badano tego parametru.

Kolejnym istotnym parametrem poprawności działania przekładnika ciśnienia jest jego szczelność, która jest ściśle związana z konstrukcją samego zaworka i uszczelniającego elastomeru. W związku niewystępowaniem problemów w tym zakresie w procesie produkcji, nie analizowano tego problemu w niniejszej pracy. Podczas analiz poprawności działania przekładników w eksploatacji stwierdzono jedynie wpływ czynników zewnętrznych, niezależnych od konstrukcji, na występowanie nieszczelności.

Takimi czynnikami są najczęściej zanieczyszczenia i zamarzająca w czasie zimy woda z układu pneumatycznego, gromadząca się w obrębie zaworka. Czynniki te mogą być wyeliminowane zmianami w całym układzie pneumatycznym a nie w obszarze przekładnika ciśnienia. Dlatego też problem szczelności nie był analizowany jako problem z zakresu relacji diagnostycznych dotyczących przekładników ciśnienia.

5.4.2. Czynniki konstrukcyjne

Od czynników konstrukcyjnych zależy realizacja funkcji i utrzymanie wymaganych normą PN/EN parametrów. Czynniki te to:

65

 siła sprężyny zaworka,

 wielkość średnicy tłoków przekładnika,

 opory ruchu mechanicznego układu płynnej zmiany przełożenia oraz opory ruchu innych elementów przekładnika (zaworek, prowadzenie tłoków, odkształcenie i tarcie elementów gumowych),

 rodzaj użytych materiałów w konstrukcji,

 rodzaj użytych środków smarnych,

 opory ruchu i luzy w układzie siłownika pneumatycznego sterującego położeniem ruchomego elementu przekładni mechanicznej zmieniającego jej przełożenie,

Na rysunku 5.16 przedstawiono schemat budowy przekładnika ciśnienia, z podziałem na poszczególne układy:

1. Układ zaworka trójdrogowego  składający się z korpusu z siedziskiem, zaworka z uszczelnieniami gumowymi oraz ze sprężyny,

2. Układ tłoka górnego – składający się z korpusu, trzonu drążonego, tłoka oraz membrany,

3. Układ mechaniczny przeniesienia siły z płynnie zmienianym przełożeniem – składający się z korpusu, dźwigni górnej i dolnej, rolki oraz podpór będących punktami obrotu dźwigni oraz siłownika wraz z wahaczem,

4. Układ tłoka dolnego – składający się z korpusu oraz tłoka z membraną.

Rys. 5.16. Schemat budowy przekładnika ciśnienia z podziałem na główne układy

66 5.4.3. Czynniki produkcyjne Czynnikami produkcyjnymi są:

 zgodność wymiarowa elementów przekładnika z dokumentacją,

 zapewnienie wymaganych gładkości powierzchni elementów przekładnika,

 użycie właściwych materiałów,

 właściwy montaż i regulacja.

Wielokrotne badania podczas odbiorów jakościowych przekładników ciśnienia pozwoliły na wytypowanie układu mechanicznego jako głównego elementu mającego wpływ na współczynnik sprawności przekładnika ciśnienia. Dodatkowo przeprowadzone badania i pomiary wykazały, że elementem mającym istotny wpływ na współczynnik sprawności są poprawnie wykonane podpory dźwigni w układzie mechanicznym.

W związku z tym przeprowadzono pomiary na próbie 50 podpór dźwigni. Na tej podstawie ustalono najczęściej występującą wadę wykonania podpór. Wada ta polegała na braku zachowania równoległości krawędzi styku podpory z dźwignią do powierzchni styku podpory z korpusem.

Biorąc powyższe pod uwagę wykonano 5 grup podpór o określonej nierównoległości od 0,00 do 0,20 mm i z ich udziałem przeprowadzono badania. Podpory zamontowano kolejno w 10 przekładnikach ciśnienia (pozwoliło to przebadać 50 szt. przekładników).

Do oceny stanu przekładników wykorzystano charakterystykę przebiegu pętli histerezy powstałej w podczas symulacji hamowania i luzowania stopniowego.

Współczynnik sprawności przekładników określono wg wzoru 5.2.

Tabela 5.2.

Zestawienie wymiarów i nierównoległości podpór

Podpora Wymiar „a”

Podpora wykonana zgodnie z dokumentacją, czyli z zachowaniem pełnej równoległości krawędzi posiada równy wymiar a = 8,8 mm na obu końcach. Wartości wymiaru „a”

i nierównoległości dla poszczególnych grup podpór podano w tabeli 5.2.

W celu zapewnienia pełnego

dolną) krawędź podpory nie może być ostra. Szerokość krawędzi zaznaczono na rysunku 5.18 i wynosi ona 0,2 do 0,3 mm. Miejsce usytuowania podpór przedstawiono na rysunku 5.19.

67

Rys. 5.17. Widok podpory

Rys. 5.18. Widok podpory z wymiarami

celu zapewnienia pełnego i właściwego styku podpory z dźwignią (górną lub dolną) krawędź podpory nie może być ostra. Szerokość krawędzi zaznaczono na rysunku i wynosi ona 0,2 do 0,3 mm. Miejsce usytuowania podpór przedstawiono na rysunku

Rys. 5.19 Miejsce podpory w przekładniku ciśnienia

styku podpory z dźwignią (górną lub dolną) krawędź podpory nie może być ostra. Szerokość krawędzi zaznaczono na rysunku i wynosi ona 0,2 do 0,3 mm. Miejsce usytuowania podpór przedstawiono na rysunku

68 5.4.4. Czynniki eksploatacyjne

Zaobserwowane w eksploatacji sygnały diagnostyczne (uszkodzenia):

 nieszczelność przekładnika,

 zmiana (zmniejszenie) czułości działania,

 brak pełnego odhamowania,

 zwiększona histereza przekładnika lub siłownika,

Na rysunku 5.20 przedstawiono ustalone czynniki diagnostyczne, które mogą wywoływać wyżej wymienione sygnały diagnostyczne.

Rys. 5.20. Czynniki diagnostyczne wywołujące badane sygnały diagnostyczne

5.5. Podsumowanie

Przyjęta autorska metodyka badań obejmuje opracowanie programów prób i wykonanie specjalistycznych stanowisk badawczych oraz opracowanie modelu przekładnika do badań symulacyjnych na którym możliwe będzie określenie czynników wpływu nie tylko w zakresie czynników eksploatacyjnych ale również w zakresie czynników konstrukcyjnych i produkcyjnych. Dzięki tak rozszerzonemu zakresowi badań istnieje potencjalna możliwość określenia istotnych czynników wpływu na realizowane przez badany przekładnik parametry co pozwoli w przyszłości na kompleksową ocenę stanu technicznego przekładników ciśnienia.

69

6. BADANIA PRZEKŁADNIKA CIŚNIENIA

6.1. Badania stanowiskowe przekładnika

6.1.1. Wyniki badań czynników konstrukcyjnych

Do oceny wpływu czynników konstrukcyjnych wykorzystano opracowany model do badań symulacyjnych działania przekładnika ciśnienia. Na modelu tym przebadano wpływ następujących czynników:

 siła sprężyny zaworka,

 powierzchnia tłoka,

 opory ruchu w przekładniku,

W celu weryfikacji modelu do badań symulacyjnych wykonano badania weryfikacyjne na obiekcie rzeczywistym.

W wyniku przeprowadzonych badań stanowiskowych przekładnika ciśnienia (stanowisko badawcze przedstawiono w rozdziale 5.2.1) z zastosowaniem w zaworku sprężyn o różnej sztywności, wyznaczono wpływ siły sprężyny na wartość histerezy przekładnika a tym samym na wartość współczynnika sprawności przekładnika ciśnienia.

Zestawienie uzyskanych współczynników sprawności przekładnika wyliczonych zgodnie ze wzorem (5.13) przedstawiono w tabeli 6.1.

Tabela 6.1.

Wyniki badań rzeczywistych współczynnika sprawności dla sprężyn o różnej charakterystyce

Nr sprężyny Siła sprężyny (Fs) [N] Współczynnik sprawności przekładnika (η)

Aby określić wartość współczynnika sprawności przekładnika, przy użyciu każdej ze sprężyn (tabela 6.1), przeprowadzono próbę hamowania i luzowania stopniowego, w której mierzono wartość ciśnienia w cylindrze. Opis metody wyznaczania histerezy przekładnika oraz wyliczania współczynnika sprawności przekładnika został przedstawiony w rozdziale 5.4.1. W tabeli 6.2 przedstawiono wartości ciśnień w cylindrach uzyskanych jako odpowiedź na zadane wartości ciśnienia sterującego.

70

Tabela 6.2.

Zestawienie przykładowych przebiegów ciśnień dla sprężyn o różnej charakterystyce

sterowanie spręż 1 spręż 2 spręż 3 spręż 4 spręż 5 spręż 6 spręż 7 spręż 8

71

Na podstawie danych z tabeli 6.2 wyznaczono charakterystyki pętli histerezy, które w sposób graficzny przedstawiają wpływ siły sprężyny na wielkość pętli histerezy działania przekładnika ciśnienia. Na rysunkach 6.1 i 6.2 przedstawiono przykładowe przebiegi dla sprężyny o najmniejszej sile napięcia wstępnego (sprężyna nr 1) i dla sprężyny o największej sile napięcia wstępnego (sprężyna nr 8).

Rys. 6.1. Widok pętli histerezy przekładnika dla sprężyny nr 1

Przedstawiona na rysunku 6.1 pętla histerezy, wyznaczona dla sprężyny o najmniejszej sile napięcia wstępnego, nie posiada praktycznie obszaru (pola pętli histerezy). Charakteryzuje to bardzo małą różnicę ciśnienia w cylindrach podczas opróżniania cylindra hamulcowego w stosunku do napełniania cylindra hamulcowego w odniesieniu do wartości ciśnienia sterującego hamulcem.

Rys. 6.2. Widok pętli histerezy przekładnika dla sprężyny nr 8 0

72

Natomiast pętla histerezy, wyznaczona dla sprężyny o największej sile napięcia wstępnego, przedstawiona na rysunku 6.2 posiada duże pole pętli histerezy.

Charakteryzuje to duża różnicę ciśnienia w cylindrach podczas opróżniania cylindra hamulcowego w stosunku do napełniania cylindra hamulcowego w odniesieniu do wartości ciśnienia sterującego hamulcem.

Zbyt duża pętla histerezy powoduje nieosiąganie wymaganych ciśnień cylindrowych podczas hamowania pojazdu szynowego. Szczególnie widoczne jest to podczas hamowania i luzowania stopniowego, gdzie podczas hamowania, na określonych stopniach, ciśnienia są zbyt niskie, a podczas luzowania zbyt wysokie w stosunku do wymaganych wartości. W praktyce oznacza to nieprawidłowe i nierównomierne osiąganie sił hamowania na określonych stopniach zadajnika hamulca podczas hamowania i luzowania w poszczególnych wagonach pociągu. Analiza takiego działania przekładników pokazuje, że w eksploatacji może to powodować wydłużenie drogi hamowania i tym samym wpływać na bezpieczeństwo ruchu pociągu. Zbyt duża histereza powoduje również zróżnicowanie sił hamowania poszczególnych wagonów, co ma wpływ na powstawanie niepożądanych sił wzdłużnych w pociągu.

Wyniki otrzymane na podstawie badań na rzeczywistym obiekcie potwierdzone zostały w badaniach na modelu symulacyjnym opisanym w rozdziale 5.2. Wyniki badań z

Wyniki otrzymane na podstawie badań na rzeczywistym obiekcie potwierdzone zostały w badaniach na modelu symulacyjnym opisanym w rozdziale 5.2. Wyniki badań z

Powiązane dokumenty