S e r i a : T R A N S P O R T z. 14 Nr kol. 1 0 4 8
M a re k S I T A R Z
I n s t y t u t M e c h a n i k i i P o d s t a w K o n s t r u k c j i M a s z y n
P o l i t e c h n i k i ś l ę s k i e j w G l i w i c a c h
P R Z E G L Ą D B A D A Ń I M O D E L O W A N I A - E M E N T Ó W P A R Y K O Ł O - S Z Y N A
h w świ ecie ba-*
omówiono b a d a n i a tępiono k o ł e m
p od stawowych ba- rnizacji.
W w p r o w a d z e n i u do a r t y k u ł u p o d a n o o g ó l n e z a s a d y badania i m o d e l o w a ni a e l e m e n t ó w pa r y k o ł o - s z y n a , a na p r z y k ł a d o w y m schemacie p o k a z a n o z a l e ż n o ś ć p o m i ę d z y t e o r e t y c z n y m i i e k s p e r y m e n t a l n y m i badaniami.
N a s t ę p n i e o p i s a n o w y b r a n e c h a r a k t e r y s t y c z n e b a d a n i a i st a n o w i s k a d o c y c z ę c e w s p ó ł p r a c y e l e m e n t ó w pary k o ł o - s z y n a . Opisano b a d a n i a kó ł i s z y n w r z e c z y w i s t y c h w a r u n k a c h , s t a n o w i s k o w e oraz m o d e l i mat ema t y c z n y c h .
P r z e d s t a w i o n e w a r t y k u l e r o z w a ż a n i a w s k a z u j ę , że badania e l e m e n t ó w p r a c y s y s t e m u k o ł o - s z y n a z a l e ż ę od w i e l u czynników, z k t ó r y c h do g ł ó w n y c h n a l e ż ę : z a k r e s bad a ń, m o ż l i w o ś c i o r g a n i z a cy jn e i f i n a n s o w e , cza s o r a z w y m a g a n a d o k ł a d n o ś ć p a r a m e t r ó w badanych z j a w i s k .
1. W P R O W A D Z E N I E
Na d y n a m i k ę p o j a z d ó w s z y n o w y c h w z n a c z n y m s t o p n i u m a j ę wpływ w a r u n k i w s p ó ł p r a c y koł a z sz yn ę . D l a t e g o b a d a n i a d y n a m i c z n e teg o sy stemu n a l e ż ę do j e d n y c h z p o d s t a w o w y c h b a d a ń z a r ó w n o przy o p r a c o w a n i u nowych k o n s t r u k cji jak i w p r z y p a d k u ich m o d e r n i z a c j i o r a z w c z as ie ek sp l oa ta c ji .
Ou ż od w i e l u lat z a r z ę d y k o l e j o w e d y s p o n u j ę z e s p o ł a m i , będź o ś r o d k a m i b a d a w c z y m i , w y p o s a ż o n y m i w du że l a b o r a t o r i a s t a c j o n a r n e . Można w s p o m n i e ć , że t a ki e l a b o r a t o r i a w p o c z ę t k a c n b i e ż ę c e g o s t u l e c i a pows ta ły w U S A (Al to n na , I l l i o n o i s ) , w R o s j i ( P e t e r s b u r g ) i w W i e l k i e j Bryt ani i ( S w i n don ) [ l ] . W l a t a c h t r z y d z i e s t y c h u r u c h o m i o n o n o w e o ś r o d k i we F r a n c j i (Vitr y) , w N i e m c z e c h ( Gr ü ne wa l d) , a t a kż e w W i e l k i e j B ry t an ii (Rugby).
La ta p i ę ć d z i e s i ę t e p r z y n i o s ł y b a r d z o i n t e n s y w n y ro z w ó j b az y ba da wc z aj t a b o r u w w i e l u p r z e d s i ę b i o r s t w a c h k o l e j o w y c h , np. S Z D (Moskwa), S NC F (Vitr y) , DB ( M o n a c h i u m ) . P o w s t a j ę t a k ż e n o w e b a d a w c z e o śro dki k o l e j o w e , np. B R w De rb y, I N R w K u n i t a c h i i w i e l e in ny ch . W y m i e n i o n e in st yt uc j e z a t r u d n i a j ę li cz n e, n i e r z a d k o k i l k u s e t o s o b o w e z e s p o ł y pr ac owników.
S t r e s z c z e n i e . P r a c a s t a n o w i p r z e g l ę d s t o s o w a n y c da ń k o l e j o w y c h z e s t a w ó w k o ł o w y c h . W s z c z e g ó l n o ś c i e k s p l o a t a c y j n e i s t a n o w i s k o w e , w k t ó r y c h s z y n ę zas t o c z n y m . B a d a n i a d y n a m i c z n e te go s y s t e m u n a l e ż ę do d a ń p rz y o p r a c o w a n i u n o w y c h k o n s t r u k c j i i ich m o d e
164
M. Sit a r zW z a l e ż n o ś c i o d m o ż l i w o ś c i b a d a w c z y c h i p o t r z e b z a r z ę d ó w k o l e j o w y c h b a d a n i a w a r u n k ó w w s p ó ł p r a c y e l e m e n t ó w p r a c y k o ł o - s z y n a p r z e p r o w a d z a si ę na :
- t o r z e k o l e j o w y m ;
- t o r z e d o ś w i a d c z a l n y m , p o l i g o n i e ;
- s p e c j a l n y c h s t a n o w i s k a c h p r z y s t o s o w a n y c h do b a d a ń r z e c z y w i s t y c h p o j a z d ó w ;
- m o d e l a c h s y m u l u j ę c y c h e l e m e n t y p a r y k o ł o - s z y n a ;
- m o d e l a c h m a t e m a t y c z n y c h p o j a z d ó w s z y n o w y c h (z z a s t o s o w a n i e m E TO) . W r a m a c h k o m p l e k s o w y c h b a d a ń w s p ó ł p r a c y e l e m e n t ó w pa r y k o ł o - s z y n a n a leży w y j a ś n i ć z a l e ż n o ś ć o d d z i e l n y c h t e o r e t y c z n y c h i e k s p e r y m e n t a l n y c h r e z u l t a t ó w , tak ab y n a u k o w e w n i o s k i dał y m o ż l i w o ś ć ic h z a s t o s o w a n i a w p r a k t y c e .
S c h e m a t t a k i c h z a l e ż n o ś c i p o k a z a n y jest na rys. 1, g d z i e : 1 - b a d a n i a w w a r u n k a c h r z e c z y w i s t y c h ; 2 - t e o r e t y c z n e b a d a n i a ( m o d e l o w a n i e ) ; 3 - b a d a n i a s t a n o w i s k o w e ; 4 - s p r a w d z e n i e t e o r i i w w a r u n k a c h r z e c z y w i s t y c h ; 5 - i m i t a c j a r z e c z y w i s t y c h w a r u n k ó w na s t a n o w i s k u ; 6 - s p r a w d z e n i e w y n i k ó w b a d a ń t e o r e t y c z n y c h na s t a n o w i s k u .
Rys. 1. W s p ó ł z a l e ż n o ś ć p o m i ę d z y t e o r e t y c z n y m i i e k s p e r y m e n t a l n y m i b a d a n i a m i
Fig. 1. I n t e r d e p e d a n c e b e t w e e n t h e o r e t i c a l a n d e x p e r i m e n t a l t e s t s
2. B A D A N I A W R Z E C Z Y W I S T Y C H W A R U N K A C H
B a d a n i a na t o r z e k o l a j o w y m sę p r o w a d z o n e p r z e d e w s z y s t k i m w c el u u z y s kania i n f o r m a c j i , k t ó r e w y k o r z y s t u j e s i ę w n a s t ę p n y c h metodach b a d a w c z y c h . P r o w a d z o n e sę o n e na w z o r c o w y c h o d c i n k a c h t o r ó w lub pr zy pad kow ych tr as a ch . Ze w z g l ę d u na l o s o w y c h a r a k t e r sę on e c a ł k o w i c i e ni epo wta rz a ln e o r a z o g r a n i c z o n e do m o ż l i w o ś c i t e c h n i c z n y c h t r a s y i b a d a n y c h pojazdów (st an u toru, p r ę d k o ś c i j a zd y i i n . ).
P o z a tym p r z e p r o w a d z e n i e k o m p l e k s o w y c h b a d a ń e k s p e r y me n ta l ny ch na t o rach k o l e j o w y c h w w a r u n k a c h r e g u l a r n e j j a z dy p o c i ę g ó w w y m a g a bard zo du żo cz asu o r a z n a r u s z a w a r u n k i e k s p l o a t a c j i k o l e i . O p r ó c z tego w r e z u l t a c i e tak ic h b a d a ń m o ż n a o t r z y m a ć t y l k o o g ó l n e i n f o r m a c j e o now y ch k o n s t r u k cj ac h b e z w y j a ś n i e n i a p r z y c z y n i a n a l i z y r ó ż n y c h f a k t ó w majęcych w p ł y w na o t r z y m a n e w y n i k i [2]. P r z y k ł a d o w o w y n i k i t a k i c h b a d a ń w kraju jak i z a g r a n ic ę m o ż n a z n a l e ź ć w p r a c a c h ^3, 4].
Dl a w y e l i m i n o w a n i a w i e l u t r u d n o ś c i z w i ę z a n y c h z b a d a n i a m i na e k s p l o a t o w a n y c h t o r a c h k o l e j o w y c h w S t a n a c h Z j e d n o c z o n y c h i Z w i ę z k u Radzieckim w y b u d o w a n o s p e c j a l n e tor y d o ś w i a d c z a l n e , p o l i g o n y , na których p r o w a d z o n e sę k o m p l e k s o w e b a d a n i a p o j a z d ó w i toró w.
P o l i g o n d l a p r z y s p i e s z o n y c h e k s p l o a t a c y j n y c h b a d a ń różnych k o n s t r u k c j i toru, z e s t a w u k o l e j o w e g o o r a z o c e n y m e t o d e k s p l o a t a c j i tor u k o l e j ow eg o z n a j d u j e si ę w C e n t r u m B a d a w c z y m A m e r y k a ń s k i c h D r ó g Ko le jowych w P ue blo , s t a n C o l o r a d o . S c h e m a t t e g o p o l i g o n u p o k a z a n y jest na rys. 2. Po e k s p e r y m e n t a l n y m o k r ę g u t o r u p o l i g o n u o d ł u g o ś c i 7 , 6 8 km p r z e z 16 godzin d z i e n n i e , 5 dn i w t y g o d n i u j e ź d z i o b c i ę ż o n y p o c i ę g s k ł a d a j ę c y si ę z 4 l o k o m o t y w i 75 w a g o n ó w t o w a r o w y c h z p r ę d k o ś c i ę 6 4 km/h. T a k i e w a r u n k i pracy z a p e w n i a - ję w c i ę g u 1 r ok u i m i t a c j ę 1 0 - l e t n i e j e k s p l o a t a c j i toru i po ja z dó w [2J . Na p o d s t a w i e o t r z y m a n y c h w y n i k ó w b a d a ń p r a c y p o s z c z e g ó l n y c h e l e m e n t ó w o p r a c o w u j e s i ę r e k o m e n d a c j ę d l a A m e r y k a ń s k i c h k o l e j i d ot y c z ę c y c h p r o j e k t o w a n i a n a j b a r d z i e j r a c j o n a l n y c h k o n s t r u k c j i i s y s t e m u ich e k s p l o a t a c j i w c e l u o b n i ż e n i a k o s z t ó w i z w i ę k s z e n i a m o ż l i w o ś c i pr zew o zo w yc h.
3. B A D A N I A S T A N O W I S K O W E
B a d a n i a s t a n o w i s k o w e s t o s o w a n e sę w c el u p o m i a r u c h a r a k t e r y s t y k kół, z e s t a w ó w k o l e j o w y c h , w ó z k ó w i c a ł y c h z e s p o ł ó w j e z d n y c h w czasie t o c z e n i a po " i d e a l n y m " tor z e. K o n s t r u k c j a " i d e a l n e g o " tor u d a j e mo żl iw oś ć z m i e r z y ć w y b r a n e p a r a m e t r y , np. p a r a m e t r y g e o m e t r i i to ru i ich odch yłk i od p r o j e k t o w a n y c h w i e l k o ś c i lub p a r a m e t r y S p r ę ż y s t o ś c i toru. W t a ki m razie s t a n o w i s k a b a d a w c z e p o z w a l a j ę t e o r e t y c z n i e m o d e l o w a ć tor do wo l ne j k o n s t r u k c j i z u w z g l ę d n i e n i e m łuków, p o c h y l e ń i i n n y c h fa któ w. P r ę d k o ś ć jazdy r ó w n i e ż jest r e g u l o w a n a do m a k s y m a l n e j w i e l k o ś c i 5 0 0 km/h. M o ż n a również i m i t o w a ć p r a c ę p o j a z d u pr z y r o z p ę d z a n i u i h a m o w a n i u . W m i e j s c e s z y n na s t a n o w i -
Rys. 2. S c h e m a t p o l i g o n u d o ś w i a d c z a l n e g o w P u e b l o ^2j 1 - 2 2 - n u m e r y o d c i n k ó w , n a d n i m i p o k a z a n o p o c h y l e n i e p o d j a z d ó w
Fig. 2. S c h e m e of the p r o v i n g g r o u n d in P u e b l o
1 - 2 2 - n u m b e r s of s e g m e n t s - o v e r t h em g r a d e s of a p p r o a c h r o ad s ar e p r e s e n t e d [ 2
s k a ch s t o s u j e s i ę k rą ż k i . S t a n o w i s k a t a k ie p o z w a l a j ą na obserwację p r o c e sów p o w s t a w a n i a w z e s t a w a c h k o l e j o w y c h p ę k n i ę ć z m ę c z e n i o w y c h i c h a r a k t e r u d a l s z e g o ich r oz woj u. Na c h a r a k t e r y s t y k i e k s p l o a t a c y j n e negatywny w p ł y w maję r ó w n i e ż c h r o p o w a t o ś ć p o w i e r z c h n i i jej z a n i e c z y s z c z e n i e w o d ę , ol ej e m, zi e mi ę, ś n i e g i e m . W ł a ś c i w o ś c i m a t e r i a ł u o k r e ś l a j ę c h a r a k t e r i z m i a n ę p o w i e r z c h n i k o n t a k t u , a t a k ż e p r o f i l u ko ła i s z yn y . Z n a cz ny wzrost w o s t a t nich l a t a c h o b c i ę ż e n i a na oś p o w o d u j e p o w a ż n e p r o b l e m y zwięzane z p ra cę toru, z e s t a w ó w k o l e j o w y c h i n i e k t ó r y c h e l e m e n t ó w p o ja z d ó w . Te o b c i ę ż e n i a i w y w o ł a n e n im i n a p r ę ż e n i a w a ż n e sę ni e t y l k o j a ko p ar a m e t r y statyczne, ale n i e z b ę d n e sę do o k r e ś l e n i a d y n a m i c z n y c h sił, k t ó r e sę bezpośrednio lub p o ś r e d n i o z w i ę z a n e z m a s ę i o b c i ę ż e n i e m s t a t y c z n y m i dlatego o d d z i a - ływ uj ę na k o n t a k t ko ła z szynę .
W y n i k i b a d a ń s t a n o w i s k o w y c h , m i e r z o n y c h w i e l o m a czujnikami, z a m o c o w a nych na c z ę ś c i a c h m e c h a n i z m ó w j az dy i toru, z b i e r a si ę i opracowuje w c e n tru m p o m i a r ó w i k i e r o w a n i a za p o m o c ę t e c h n i k i k o m p u t e r o w e j . Rezultaty e k s p e r y m e n t ó w p o r ó w n u j e s i ę z t e o r e t y c z n i e w y l i c z o n y m i wielkościami o t r z y m a n y m i dl a a n a l o g i c z n y c h w a r u n k ó w j a zd y za p o m oc ę m o d e l ow an i a m a t e m a t y c z nego .
D e d n y m z b a r d z i o j i n t e r e s u j ę c y c h i n a j s t a r s z y c h z a r a z e m stanowisk do b a d a n i a c h a r a k t e r y s t y k d y n a m i c z n y c h c a ł y c h p o j a z d ó w jest stanowisko w V i t r y [[5]. U m o ż l i w i a o n o o c e n ę p o j a z d ó w po d w z g l ę d e m stateczności r u ch u z e s t a w ó w po to rz e , k o m f o r t u ja zd y, o k r e ś l o n e g o s t o p n i e m drgań w y s t ę p u j ę - cych w p u d l e o r a z w y z n a c z a n i e c h a r a k t e r y s t y k d y n a m i c z n y c h całych p o j a z d ó w w z a k r e s i e p a r a m e t r ó w c h a r a k t e r y z u j ę c y c h d r g a n i a i w y m u sz en i a p o p r z e c z n e , p i on owe , k o ł y s a n i e i g a l o p o w a n i e .
O m a w i a n e s t a n o w i s k o b a d a w c z e 3 k ł a d a s i ę z d w óc h g ł ó w n y c h zespołów, w y p o s a ż o n y c h w h y d r a u l u c z n i e s t e r o w a n e s i ł o w n i k i , p r z e z n a c z o n e do n i e z a l e ż nego lub s p r z ę ż o n e g o i n i c j o w a n i a d r g a ń w y m u s z o n y c h , dz ia łaj ęcy ch na ka żd y w ó z e k b a d a n e g o p o j a z d u . O d l e g ł o ś ć m i ę d z y z e s p o ł a m i w y m u s z a ję c ym i d r g a n i a może by ć r e g u l o w a n a , z a l e ż n i e od r o z s t a w u c z o p ó w osi lub czopów s k r ę t u po j a zd u, w g r a n i c a c h od 1 , 4 5 do 2 2 , 5 m. S t a n o w i s k o u m o ż l i w i a badan ia p o j a z dów o n a c i s k u os i do 2C T. 'Jkład s t e r o w a n i a s i ł o w n i k a m i pozwala na u z y s k i w a n i e p o j e d y n c z y c h .ynuszer, ( j e d n o s t k o w y c h c y kl i ) lub na o d w z o r o w a n i e w a r u n k ó w o d p o w i a d a j ę c y c h j e ź d z i e p o j a z d u po to rze z sz y b k o ś c i ą do 2 0 0 km/h, a w p r z y p a d k a c h k r ó t k o t r w a ł y c h - na wet do 3 0 0 km/h.
A p a r a t u r a p o m i a r o w a s k ł a d a s i ę z o s c y l o g r a f ó w do rej e st ra c ji 50 s y g n a łów w z m o c n i o n y c h p r z e z o d p o w i e d n i e w z m a c n i a c z e , a p o c h o d z ą c y c h do w y c h y leń, p r z e m i e s z c z e ń , p r z y s p i e s z e ń . Z e s t a w p o m i a r o w y , re j es t ru ją c y s y g na ł y na t a ś m a c h o s c y l o g r a f u m o ż e być z d u b l o w a n y r e j e s t r a t o r a m i mag net yc zn ym i , p o ł ą c z o n y m i z z e s p o ł e m l i c z n i k ó w s t a t y s t y c z n y c h lub kom pu te r em do m a t e m a t y c z n e j o b r ó b k i r e j e s t r o w a n y c h pr ze b i e g ó w .
W L a b o r a t o r i u m D y n a m i c z n y m O ś r o d k a B a d a ń S t a n o w i s k o w y c h (USA) s k o n s t r u o w a n o s t a n o w i s k o b a d a w c z e p r z e z n a c z o n e do b a d a n i a c a ł y c h p oj azd ów (rys. 3 ) [¿J . IV st a n o w i s k u ty m s z y n y z a s t ą p i o n o ro lk a mi , która n a p ę d z a n e
Rys. 3. S c h e m a t s t a n o w i s k a w P u e b l o [ p \ F i g . 3 . S c h e m e o f t h a s t a n d i n P u e b l o \_ e \
sę p o p r z e z u k ł a d s i l n i k ó w i p r z e k ł a d n i z ę b a t y c h . P o d t r z y m u j ę o n e pojazd b a d a n y w c z a s i e pr ób y. H y d r a u l i c z n y s y m u l a t o r m o ż e w y w o ł a ć w i b r a c j e i z m i a n y p o z y c j i p o j e d y n c z y c h role k, a ż e b y z a s y m u l o w a ć s z e r o k ę g a m ę warun
k ó w na t o r ze . P r ób y m a j ę m i e j s c e w h a li o w y m i a r a c h 11 6 x 30 x 20 m, wy
p o s a ż o n e j w d w i e s u w n i c e o u d ź w i g u 1 0 0 ton do p o d n o s z e n i a na j c i ę ż s z y c h l o k o m o t y w . P r z e d w ł a ś c i w ę p r ó b ę o d b y w a s i ę w s t ę p n a p r ó b a s t a t y c z n a dla o t r z y m a n i a c h a r a k t e r y s t y k z a w i e s z e n i a p o j a z d u na o s o b n y m s t a n o w i s k u . T u t a j n i e r u c h o m y p o j a z d p o d d a w a n y jest w i b r a c j o m za p o m o c ę hydraulicznego s y m u l a t o r a , aby p o b u d z i ć z a w i e s z a n i e w cel u o k r e ś l e n i a c h a r a k t e r y s t y k r e z o n a n s o w y c h i w s p ó ł c z y n n i k ó w t ł u m i e n i a . O s z c z ę d z a to czas s y m u la to r a d y n a m i c z n e g o a t a k ż e p o z w a l a na w c z e ś n i e j s z ę k a l i b r a c j ę z a w i e s z e n i a i z d j ę c i e c h a r a k t e r y s t y k w i b r a c y j n y c h . F u n d a m e n t , na k t ó r y m o s a d z o n y jest s y m u l a t o r d y n a m i c z n y ma w y m i a r y : 70 x 2 6 x 7 m. M o ż n a na ni m testować j a k i k o l w i e k n a p ę d z a n y lub n i e n a p ę d z a n y 4 - o s i o w y p o j a z d o m a s i e do 180 T z p r ę d k o ś c i ę do 5 0 0 k m/ h u ż y w a j ę c r ol ek o ś r e d n i c y nie m n i e j s z e j niż 1 0 5 0 mm. R o z s t a w o s i m o ż e by ć z m i e n i a n y od s t a n d a r t o w e g o do 1 6 5 0 mm.
Rolki , na k t ó r y c h u m i e s z c z o n y jes t p o j a z d ba d an y , m o g ę s y m u l o w a ć zakrzy
w i e n i e toru o p r o m i e n i u n i e m n i e j s z y m ni ż 30 m o r a z o p o c h y l e toru 3°.
K a ż d a r o lk a jest n a p ę d z a n a p r z e z 4 5 0 kiV s i l n i k p r ę d u s t a ł e g o p o p r z e z u k ł a d n a p ę d o w y , k t ó r y z a w i e r a k oł a z a m a c h o w e s ł u ż ę c e s y m u l a c j i : - b e z w ł a d n o ś c i p o j a z d u j
- b e z w ł a d n o ś c i k ó ł w r uc hu o b r o t o w y m ; - s z t y w n o ś c i w z d ł u ż n e j s z yn y ;
- h a m o w a n i a h a m u l c e m b e z p i e c z e ń s t w a .
R o l k i z a m o n t o w a n e sę r a z e m z d w o m a t o r o w y m i m o d u ł a m i - j e dn ym na każdy z e s t a w ko ło w y , k t ó r e m o g ę p o r u s z a ć s i ę w t r z e c h k i e r u n k a c h . Tor m o ż e byc s y m u l o w a n y p r z e z n a c h y l e n i a lub w i b r a c j e r ol ek p o p r z e z h y d r a u l i c z n y symu
la to r . T o r i d e a l n y s y m u l u j e s i ę prz y n i e r u c h o m y c h r ol k ac h; w i b r a c j e pio
n o w e m o g ę by ć b a d a ne , j e ś l i chce si ę s p r a w d z i ć z a w i e s z e n i a p o j a z d u lub e fe kt p r z e r w na j e g o o b c i ę ż e n i e . Ha ła s i t e m p e r a t u r ę m i e r z y s i ę razem z p r z e m i e s z c z e n i a m i , p r z y s p i e s z e n i a m i , o d k s z t a ł c e n i a m i , n a p r ę ż e n i a m i i z m ę c z e n i e m m a t e r i a ł u . P r ó b y p r o w a d z o n e sę przy u ż yc iu k o m p u t e r ó w do k i e r o w a n i a a n a l o g o w y m s y s t e m e m k o n t r o l i , k t ó ry g e n e r u j e sy g n a ł y e l e k t r y c z ne k o n t r o l u j ę c e e l e k t r o s e r w o z a w o r y h y d r a u l i c z n e w y t w a r z a j ę c o w i b r a c j e i i n n e ruc hy. C z ę s t o t l i w o ś c i od 0 do 10 0 Hz m og ę być w y w o ł a n e p r ze z 25 n ie
z a l e ż n y c h k a n a ł ó w k o n t r o l n y c h . R e j e s t r o w a n i e d r g a ń o d b y w a s i ę za pcmocę s p e c j a l n y c h k a m e r i u r z ę d z e ń s t r o b o s k o p o w y c h . IV c z a s i e p r ó by d a n e z apa
r a t ur y r e j e s t r u j ę c e j sę na b i e ż ę c c w y ś w i e t l a n e na m o n i t o r z e kontrol ny m.
W W i e l k i e j B r y t a n i i k o l e j e b r y t y j s k i e [7] e k s p l o a t u j ę w a g o n - Labora
t o r i u m D E C A P O D - p r z e d s t a w i o n y na rys. 4. B a d a n y z e s t a w k o ł o w y u m ie sz c zo ny jest c e n t r a l n i e m i ę d z y w ó z k a m i w a g o n u L a b o r a t o r i u m . P r o w a d z o n y jest cn w z g l ę d e m ramy w a g o n u w z d ł u ż n i e u ł o ż o n y m i d r ę ż k a m i . D r ę ż k i p r o w a d z ę c e u m o ż l i w i a j ę n a s t a w i a n i e k at a n a b i e g a n i a . W w ę ź l e A u m i e s z c z o n e sę elemcn-
1 7 0 M. S i t a r z
Rys. 4. S c h e m a t w a g o n u - l a b o r a t o r i u m U E U A P O O w W i e l k i e j B r y t a n i i |_t] Fig. 4. S c h e m e of th e r a i l w a y car - l a b o r a t o r y D E C A P O D in the Gr eat Bri-
t a in |j7j
ty s p r ę ż y s t e . Z e s t a w k o ł o w y jest o b c i ę ż a n y h y d r a u l i c z n i e s i ł a m i p i o n o w y m i i s i ł ę p o p r z e c z n ę . Gdy z e s t a w k o ł o w y jest z e s t a w e m p o m i a r o w y m , to m o ż l i w y jest p o m i a r sił: w z d ł u ż n e j , p i o n o w e j i p o p r z e c z n a j , d z i a ł a j ą c y c h na k a ż d e koło.
W O a p o n i i f i rm a " S u m i t o m o K i n d z o k u K o g j o " [8] od w i e l u lat w y k o r z y s t u je do b a d a ń kó ł s t a n o w i s k o , k t ó r e g o s c h e m a t p r z e d s t a w i o n y jest na rys. 5.
S t a n o w i s k o s k ł a d a s i ę z d w ó c h t a r c z p o d p o r o w y c h (1) p o ł ą c z o n y c h m i ę d z y sobą w a ł e m , o s a d z o n y m w ł o ż y s k a c h (2). W a ł p o ł ą c z o n y jest z s i l n i k i e m p r ą d u s t a ł e g o , p r z y c z y m m o ż l i w a jest r e g u l a c j a p r ę d k o ś c i o b r o t o w e j tarcz.
P o w i e r z c h n i a k r a w ę d z i t a r c z p o d p o r o w y c h w p o s t a c i o b r ę c z y (3) w r a z i e p o t r z e b y m o ż e być w y m i e n i a n a . Na t a r c z a c h p o d p o r o w y c h u s t a w i a s i ę p a r ę kó ł (5) p o d l e g a j ą c y c h b a d a n i o m . P ar a k ó ł z ł o ż y s k a m i t o c z n y m i (7) u t w i e r d z o n a jest na s p r ę ż y n o w y m z a w i e s z e n i u (6) na r a m i e (8) s t a n o w i s k a . Rama za p o m o c ą p r z e g u b u (10) p o ł ą c z o n a jest z p o d s t a w ą z a m o c o w a n i a na f u n d a m e n c i e (13). P a r ę k ó ł p r z y c i s k a s i ę do t a r c z p o d p o r o w y c h za p o m o c ą s i ł o w n i k a h y d r a u l i c z n e g o (4), t r z on k t ó r e g o p r z y m o c o w a n y jest do ramy,
a c y l i n d e r do f u n d a m e n t u . O b c i ą ż e n i e na p a r ę k ó ł m o ż n a r ó w n i e ż u z y s k a ć za p o m o c ą c i ę ż a r u (9) n a k ł a d a n e g o na ra m ę (8). K o n i e c z n y m o m e n t h a m u j ą c y r e a l i z u j e 3 i ę p o p r z e z h a m u l c e k l o c k o w e (12). P r z y c i ś n i ę c i e k l o c k ó w i ich o d s u n i ę c i e u z y s k u j e s i ę za p o m o c ą n a p ę d u h y d r a u l i c z n e g o (11). P r ę d k o ś ć o b r o t o w a k ó ł p o d c z a s b a d a ń o d p o w i a d a p r ę d k o ś c i ruch u, tj. 3 0 0 km/h.
O b c i ą ż e n i e na oś m o ż e w y n o s i ć 1 5 0 - 2 0 0 kN.
W R F N w w y n i k u z l e c e n i a M i n i s t e r s t w a ds. N a u k i i T e c h n i k i o p r a c o w a n o s t a n o w i s k o b a d a w c z e
[V]
p r z e d s t a w i o n e na rys. 6. VI s t a n o w i s k u t y m s zy ny z o s t a ł y z a s t ą p i o n e p r z e z rol ki. A b y k o ł a r o l k o w e m o g ł y s y m u l o w a ć e f e k t y j a k i e d a j ą sz yn y , w r ó ż n y c h s t y t u a c j a c h , k a ż d a r o lk a m u s i p o s i a d a ć p i ę ć s t o p n i s w o b o d y i w y k o n y w a ć n a s t ę p u j ą c e r o d z a j e r u ch ó w :Rys. 5. S c h e m a t s t a n o w i s k a k o l e j i j a p o ń s k i c h Qs|
Fig. 5. S c h e m e of the 0 a p a a n e 9 e r a i l wa y s t a n d [8]
Rys. 6. S ch e m a t s t a n o w i s k a b a d a w c z e g o w RF N [~9j
Fig. 6. S c h e m e of the test s t a n d in the F e d er al R e p u b l i c od G e r m a n y [9]
1 7 2 M. S i t a r z
1. W k i e r u n k u "y" o b r a z u j ą c e z m i a n y r o z s t a w u osi;
2. W k i e r u n k u "z" o b r a z u j ą c e w a d y w y s o k o ś c i ; 3. W o k ó ł o s i "X" dl a r ó ż n y c h n a c h y l e ń s z y ny ; 4. W o k ó ł o s i "z" dl a łuków;
5. W o k ó ł os i " z " i w o k ó ł os i ”x" j e d n o c z e ś n i e dla s k r ę c e n i a s zyn ; 6. W o k ó ł o s i "y" dl a s k r ę c e n i a p o r u s z a j ą c y c h s i ę kół.
Na rys. 7 p r z e d s t a w i o n o o g ó l n i e s t o p n i e s w o b o d y k o ł a r o l k o w e g o podcz as jaz dy . R o d z a j e r u c h ó w p o t r z e b n e do s y m u l a c j i j a z d y r e a l i z o w a n e są za p o mo c ą s i ł o w n i k ó w h y d r a u l i c z n y c h . O g ó l n y s c h e m a t p o j e d y n c z e g o z e s p o ł u przed s t a w i a rys. 8. S t a n o w i s k o r o l k o w e u m o ż l i w i a b a d a n i e o d d z i e l n y c h par kó ł
je z d n ia
hamowanie napędzanie przez stanowisko badawcze
Rys. 7. W i d o k o g ó l n y s t o p n i s w o b o d y s t a n o w i s k a b a d a w c z e g o w R F N [9] Fig. 7. G e n e r a l v i e w of th e d e g r e e of f r e e d o m of J h e s t a n d in th e F e d e r a l
R e p u b l i c of G e r m a n y
>f tf [9]
Z esła w
NapecL przez ele k tro w ó z
Wały z kołnierzem i sprzę -g ła z zębami takowymi
Połączenie poprzez regu lacje synchroniczna
Rys. 8. S c h e m a t p o j e d y n c z e g o z e s p o ł u n a p ę d o w e g o [9]
Fig. 8. S c h e m e of the s i n g l e p o w e r unit Q}J
i z e s t a w ó w k o ł o w y c h . S k ł a d a s i ę z s z e ś c i u pa r rolek, k t ó r e m og ę p o ru sza ć się, aby u m o ż l i w i ć b a d a n i e p o j a z d ó w o s z e ś c i u o si a c h . K a ż d a z n i c h jest z a m o n t o w a n a o d d z i e l n i e i mo ż e p r z e m i e s z c z a ć s i ę n i e z a l e ż n i e w trzech p ł a s z c z y z n a c h w c el u i m i t a c j i p r a k t y c z n i e w s z y s t k i c h w a r u n k ó w pracy z e s t a w u k o ł o w e g o . Na s t a n o w i s k u m og ę by ć b a d a n e p o j a z d y s z y n o w e majęc e do s z e ś c i u osi, o d ł u g o ś c i do 30 m. o s z e r o k o ś c i do 4 , 3 m, na j wi ęk s ze j w y s o k o ś c i 6 m, o r o z s t a w i e o s i od 1 4 3 5 mm do 1 6 7 6 mm, p rz y m a k s y m a l n y m ob - c i ę ż e n i u ko ła 1 2 5 kN i o m a k s y m a l n y m r o z s t a w i e m a ź n i c 23 m. Moc napędu s t a n o w i s k a 2 4 0 0 kW r e a l i z o w a n a je st p r z e z d wa s i l n i k i k a żd y po 1200
kw.
U k ł a d n a p ę d o w y m o ż e w y t r z y m y w a ć p r z e c i ę ż e n i a d o c h o d z ę c e do 5 0 % w cięgu 5 min ut .
1 7 4 M. S i t a r z
H a m o w a n i e s t a n o w i s k a d o k o n u j e s i ę g e n e r a t o r o w y m s y s t e m e m p r a c y s i l n i ków. R o l k a i m i t u j ą c a s z y n ę p o s i a d a ś r e d n i c ę 1 4 0 0 mm, a m a k s y m a l n a lic zb a o b r o t ó w w y n o s i 1 9 0 0 o b r o t ó w / m i n , co o d p o w i a d a p r ę d k o ś c i 50 0 km/h.
W N R D e k s p l o a t u j e s i ę s t a n o w i s k o []8j , k t ó r e g o k o n s t r u k c j ę p r z e d s t a w i o no na rys. 9. Z a ł o ż e n i a k o n s t r u k c y j n e s t a n o w i s k a u m o ż l i w i a j ę p r o w a d z e n i e
Rys. 9. S c h e m a t s t a n o w i s k a b a d a w c z e g o w N R O [8j
Fig. 9. S c h e m e of the test s t a n d in the G e r m a n D e m o c r a t i c R e p u b l i c [8]
b a d a ń p a r y kó ł z a m o n t o w a n y c h na w ó z k u w a g o n o w y m . O b c i ę ż e n i e na w ó z e k d o k o n u j e s i ę za p o m o c ę s i ł o w n i k ó w h y d r a u l i c z n y c h . S t a n o w i s k o s k ł a d a s i ę ze w s p o m n i a n y c h s i ł o w n i k ó w h y d r a u l i c z n y c h (1), p o d p ó r ro lek z ł o ż y s k a m i (2), ro le k i m i t u j ę c y c h s z y n y (3), p i e r ś c i e n i s t a n o w i ą c y c h w ł a ś c i w ą b i e ż n i ę rolek (4), b a d a n e g o ko ł a (5) o r a z w ó z k a w a g o n o w e g o (6). P r ę d k o ś ć o b r o t u ro le k o d p o w i a d a p r ę d k o ś c i r u c h u p o j a z d u do 2 0 0 km /h pr z y o b c i ą ż e n i u na oś 1 5 0 - 2 0 0 kN.
W Z S R R do b a d a ń d y n a m i c z n y c h o p r a c o w a n o s t a n o w i s k o Q8] p r z e d s t a w i o n e na rys. 10. S k ł a d a s i ę o n o z h a m u l c a k l o c k o w e g o (1) b a d a n e g o koł a (2), s i ł o w n i k ó w h y d r a u l i c z n y c h o b c i ą ż e n i a o s i (3), r o lk i s y m u l u j ą c e j s z y n ę (4), p i e r ś c i e n i a r o lk i (5), o b u d o w y (6), s i l n i k a e l e k t r y c z n e g o do n a p ę d u r ol ki (7), s i l n i k a e l e k t y c z n e g o do n a p ę d u b a d a n e g o k o ł a (8), w a ł u ł ą c z ą c e g o b a d a n e k oł o z n a p ę d e m (9), s i ł o w n i k a h y d r a u l i c z n e g o h a m u l c a (10) o r a z s i ł o -
Rys. 10. S c h e m a t s t a n o w i s k a b a d a w c z e g o w Z S R R [8]
Fig. 10. S c h e m e of the test s t a n d in the U S S R [8]
w n i k a h y d r a u l i c z n e g o do p r o m i e n i o w e g o o b c i ą ż e n i a koł a (11). O b r ę c z wałka p o d p o r o w e g o p o s i a d a k r z y w ą b i e ż n i ę do i m i t a c j i p o z i o m y c h o b c i ą ż e ń o d d z i a ł u ją c y c h na ko ło. C h a r a k t e r y s t y c z n y m dla teg o s t a n o w i s k a jest ob e cn o ść 2 s i l n i k ó w p r z e n o s z ą c y c h o b r o t y na b a d a n e k oł o i w a ł e k p o d po r ow y . Si lni ki te p o ł ą c z o n a są w e d ł u g s c h e m a t u bu s t e r a . Prz y b a d a n i u kó ł dla l ok o m o t y w s i l ni k e l e k t r y c z n y n a p ę d u k oł a p r a c u j e w s y s t e m i e p rac y na pę d u, a wa ł w s y s t e m i e p r a c y g e n e r a t o r a .
W L e n i n g r a d z i e ( LII ŻT) [jLO] z n a j d u j e s i ę s t a n o w i s k o (rys. 11), na k t ó rym m o ż n a b a d a ć m o d e l e p o j a z d ó w s z y n o w y c h w sk al i. Ł ą c z y o n o m o d e l po
ja zd u z j eg o r u c h e m po t o r z e k ol e j o w y m . W y k o n u j e s i ę m o d e l w s k a l i 1:4 c z t e r o o s i o w y c h p o j a z d ó w s z y n o w y c h i 1 :5 s z e ś c i o o s i o w y c h . P r z e w i d z i a n o m o ż l i w o ś ć w a r i a n t o w a n i a p a r a m e t r ó w p o j a z d ó w or a z c h a r a k t e r y s t y k s i ł bez
w ł a d n o ś c i , s p r ę ż y s t o ś c i , t ł u m i e n i a i w y m u s z e n i a . T o r k o l e j o w y imitują r o lk i w i b r a c y j n e (1) n a p ę d z a n e e l e k t r y c z n y m i s i l n i k a m i p r ą d u s t a ł e g o (2) u m i e s z c z o n e na s p r ę ż y s t y c h p o d k ł a d a c h (3) i o d d z i a ł y w u j ą c e na zes tawy ko le j o w e . R o lk i w i b r a c y j n e w y t w a r z a j ą o k r e s o w e w y m u s z e n i a sinusoidalne, a t a kż e p r z e m i e s z c z e n i a z e s t a w ó w k o ł o w y c h (4) w p ł a s z c z y ź n i e pionowej o r a ? ruc n o b r o t o w y w p ł a s z c z y ź n i e p o z i o m e j . S t a n o w i s k o u m o ż l i w i a badanie
1 7 6 M. Sitarz
^ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ :
Rys. 11. S c h e m a t s t a n o w i s k a b a d a w c z e g o w L I I Ź T - L e n i n g r a d [id]
Fig. 11. S c h e m e of the test s t a n d in L i T Ż T - L e n i n g r a d [jioj
Rys. 12. S c h e m a t s t a n o w i s k a b a d a w c z e g o w Z S R R [jLl]
Fig. 12. S c h e m e of the test s t a n d in the U S S R [_ 1 l]
d y n a m i c z n e g o o d d z i a ł y w a n i a p o j a z d u i t o r u , p a r a m e t r ó w r u c h o w y c h p o j a z d u , r ó ż n y c h t ł u m i k ó w d r g a ń i t y p ó w s p r ę ż y s t e g o z a w i e s z e n i a o r a z p o d s t a w o w y c h r o d z a j ó w m o d e l i p o j a z d ó w .
m o d e l o w a n i u p r o c e s u t o c z e n i a z e s t a w u k o ł o w e g o po s z y n a c h , prz eds taw io ny jest na rys. 12.
E l e m e n t y pa ry k o ł o - s z y n a z o s t a ł y z a m o d e l o w a n e w s k a l i 1:8. Na s t a n o w i s k u tym tor p r z e d s t a w i o n y jest jak o p a r a d y s k ó w (1), po której p r z e m i e s z c z a s i ę r u c h o m a p a r a k ó ł (2) i s w o b o d n a pa ra k ół (3). Obrót r u c h o m e j p a ry k ó ł o s i ę g a s i ę p o p r z e z n a p ę d p ar y d y s k ó w (3) za p o mo cę si ln i ka e l e k t r y c z n e g o . U k ł a d d ź w i g n i o w y (4) d o c i s k a z s ił ę P p a r ę kół do z a m o d e l o - w a n e g o toru.- S i ł ę s t y c z n ę T w p ł a s z c z y ź n i e k o n t a k t u u z ys kuj e s ię za p o m o cę s p e c j a l n e g o d y n a m o m e t r y c z n e g o s p r z ę g ł a (6). P o m i a r nacisku w p ł a s z c z y ź ni e k o n t a k t u m o d e l u ko ła i s z y n y d o k o n u j e s i ę za p o m o c ę m ik ro c z u j n i k ó w (5), k t ó r e z a m o n t o w a n e sę w o t w o r a c h na p o w i e r z c h n i pa ry dysków (1).
K o ń c e c z u j n i k ó w za p o m o c ę t e n s o m e t r y c z n a j a p a r a t u r y podłęczone sę do u r z ę d z e n i a r e j e s t r u j ę c e g o . Na s t a n o w i s k u tym m o ż n a b a d a ć nacisk k ó ł na s z y n ę , s i ł ę s t y c z n ę o r a z p o w i e r z c h n i ę p ł a s z c z y z n y styk u.
W z w i ę z k u z u r u c h o m i e n i e m w O a p o n i i s z y b k o b i e ż n y c h koleji " S h i n k a n s e n "
s k o n s t r u o w a n o i w y b u d o w a n o s t a n o w i s k o do b a d a n i a t r w a ł o ś c i kół, k t ó r e g o s c h e m a t p r z e d s t a w i o n o na rys. 13 £1 2]. P o d s t a w o w e d a n e techniczne: o b c i ę - ż e n i a p r o m i e n i o w e - m a x 10 T (dla m a ł y c h p r ę d k o ś c i ) - m ax 30 T (dla d u ż y c h p r ę d k o ś c i ) ; o b c i ę ż e n i e p i o n o w e - ma x 5 T; m a k s y m a l n a prędkość 2 6 0 km /h; s k r ę c e n i e k oł a - od 0 do t 3°; s y s t e m h a m o w a n i a - h a m u l c e m h y d r a u l i c z n y m i s i l n i k i e m e l e k t r y c z n y m . Oo g ł ó w n y c h e le m e n t ó w s t a n o w i s k a n a l e ż ę : 1 - u k ł a d s y m u l u j ę c y j a z d ę na z a k r ę t a c h ; 2 - koło; 3 - s i l n i k e l e k t r y c z n y n a p ę d z a j ę c y i h a m u j ę c y ; 4 - s i ł o w n i k h y d r a u l i c z n y ; 5 - s z y n a ; 6 - w a h a c z ;
7
- s i l n i k h y d r a u l i c z n y ;8
- s i ł o w n i k h y d r a u l i c z n y p i o n o w e g o r u c h u ; w i r n i k a ; 9 - s k r z y n k a p r z e k ł a d n i o w a ; 9 - s p r y s k i w a c z wo dn y.S t a n o w i s k o to p o s i a d a l i c z n i k p r z e b y t e j dro gi, i n s t a l a c j ę - u m o ż l i w i a j ę c ę h a m o w a n i e w g p r o g r a m u , s p r y s k i w a c z w o d n y do s y m u l a c j i w a r u n k ó w a t m o s f e r y c z n y c h o r a z s y s t e m y z a b e z p i e c z a j ę c e .
Na P o l i t e c h n i c e K r a k o w s k i e j s k o n s t r u o w a n o s t a n o w i s k o b a d a w c z e ( r ys .1 4 ) , na k t ó r y m m o ż n a b a d a ć z a l e ż n o ś c i p o m i ę d z y s i ł a m i n ac i s k u , s i ł a m i n a c i s k u na k l o c k a c h h a m u l c o w y c h i s i ł a m i t a r c i a [13J . B a d a n e k o ł o jest n a p ę d z a n e m o m e n t e m M n p o c h o d z ę c y m od koł a s y m u l u j ę c e g o sz yn ę. P o d s t a w o w y m i e l e m e n t a m i s t a n o w i s k a i p a r a m e t r a m i s ę : 1 - s z y n a ; 2 - o b r ę c z koła; 3 - h a m u l e c s z c z ę k o w y ; 4 - s i ł o w n i k p n e u m a t y c z n y h a m u l c a ; 5 - si ło w ni k p n e u m a t y c z n y o b c i ę ż e n i a ; P n - s i ł a n a c i s k u na k l o c k i h a m u l c o w e ; T - s i ł a t a r c i a ; Pj - s i ł a d z i a ł a j ę c a na s t y k u koła i s z y n y ; P - s i ł a w y w i e r a n a p r z e z s i ł o w n i k (5) na r a m ię o b c i ę ż a j ę c e . S t a n o w i s k o to p o s i a d a mo żl iwo ść p r o w a d z e n i a b a d a ń w z a ł o ż o n e j s ka l i . S t o s o w a n e p r ę d k o ś c i os ięgane na s t a n o w i s k u - od 0 do 1 0 0 km/h.
S t a n o w i s k o b a d a w c z e k t ó r e g o z a s a d a d z i a ł a n i a o p a r t a j e s t n a z a -
Rys. 13. S c h e m a t s t a n o w i s k a b a d a w c z e g o w O a p o n i i [12]
Fig. 13. S c h e m e of the test s t a n d in O a p a n [12]
Rys. 14. S c h e m a t s t a n o w i s k a b a d a w c z e g o P o l i t e c h n i k i Krakowskiej Ql3j Fig. 14. S c h e m e of the test s t a n d of the C r a c o w T e c h n i c a l University L 13J
Na P o l i t e c h n i c e ś l ą s k i e j na W y d z i a l e M e c h a n i c z n y m T ec h n o l o g i c z n y m o p r a c o w a n o p r o j e k t s t a n o w i s k a do b a d a n i a n i e z a w o d n o ś c i i trwałości z e s t a w ó w k o ł o w y c h (rys. 15). W s k ł a d s y m u l a t o r a s t a n o w i s k a w c h o d z i : rama;
s i ł o w n i k i h y d r a u l i c z n e ; ram a z a s t ę p u j ą c a n a d w o z i e w a g o n u ; rama z ast ępu jąc a w ó z e k w a g o n o w y , w k t ór ej m o c o w a n e są b a d a n e m o d e l e z e s t a w ó w k o ł o w y c h ; koła z a s t ę p u j ą c e to r k o l e j o w y ; k oł a z a m a c h o w e z a s t ę p u j ą c e ma s ę wa gonu;
u k ł ad n a p ę d o w y ; u k ł a d s t e r u j ą c y .
R a m ę (1) s y m u l a t o r a z a p r o j e k t o w a n o j a ko s a m o n o ś n ą z r o b i o n ą z k s z t a ł to wn i k ó w . Do d o l n e j c z ę ś c i ramy z a m o c o w a n o o b u d o w ę z ł o ż y s k a m i to c zn ym i (2), w k t ó re j o s a d z o n o w a ł y z k o ł a m i z a s t ę p u j ą c y m i to r jez dn y (3). Na k o łach tyc h p o r u s z a s i ę b a d a n y m o d e l z e s t a w u k o ł o w e g o (4) z a m o c o w a n y w r a mie z a s t ę p u j ą c e j w ó z e k w a g g n o w y (5). S y m u l a c j a h a m o w a n i a m o ż l i w a jest p o p r z e z u k ł a d h a m u l c o w y (6). B a d a n y m o d e l o b c i ą ż o n y jest p r z e z dwa s i ł o w n i ki p i o n o w e (7) i dw a s i ł o w n i k i p o z i o m e (8) za p o m o c ą ramy z a s t ę p u j ą c e j n a d w o z i e w a g o n u (9). Dla u t r z y m a n i a w ó z k a w s t a ł y m p o ł o ż e n i u z a s t o s o w a n o 4 ł ą c z n i k i (10). D wa ko ł a z a m a c h o w e (11) u ł o ż y s k o w a n o w ł o ż y s k a c h t o c z nyc h (12) z a s t ę p u j ą c y c h m a s ę w a g o n u p r z y p a d a j ą c ą na j edn ą oś. N a p ę d s y m u l a t o r a z a p e w n i a j ą s i l n i k i e l e k t r y c z n e p rą d u s t a ł e g o (13). W ał y s i l n i k ó w o r a z p o z o s t a ł e w a ł y p o ł ą c z o n ą są w z a j e m n i e s p r z ę g ł a m i z ę b a t y m i (14).
S y m u l a c j i o b c i ą ż e n i a z e s t a w u k o ł o w e g o p o d c z a s jazdy d o k o n u j e s i ę pr zez z a m o c o w a n i e w w ó z k u j e d n e g o lub d w ó c h z e s t a w ó w k o ł o w y c h o r a z p r a c ę s i ł o w n i k ó w p i o n o w y c h (7) i p o z i o m y c h (8) w e d ł u g u s t a l o n e g o p r o g r a m u . Z a m o c o w a nie d w ó c h z e s t a w ó w k o ł o w y c h , z k t ó r y c h j e d en p o r u s z a s i ę na koła ch z a s t ę p u j ą c y c h tor, a d r u g i s p o c z y w a na r a m i e u m o ż l i w i a b a d a n i e , o p r ó c z m o d e l u z e s t a w u k o ł o w e g o , b a d a n i e m o d e l u w ó z k a w a g o n o w e g o o k r e ś l o n e j konst ruk cj i.
O b c i ą ż e n i a ob u z e s t a w ó w r e a l i z u j ą s i ł o w n i k i p i o n o w e (7) i s ił o w n i k i p o z i o m e (8), prz y c z y m te o s t a t n i e d z i a ł a j ą na p r z e m i a n . Z a m o c o w a n i e w w ó z ku t yl ko j e d n e g o z e s t a w u k o ł o w e g o (4) p o w o d u j e , że w ó z e k s p e ł n i a rolę
Rys* 15
.
S c h e m a t s t a n o w i s k a b a d a w c z e g o P o l i t e c h n i k i ś l ę s k i e j w G l i w i c a c hQ14]
Fig. 15. S c h e m e of t h e test s t a n d in T e c h n i c a l U n i v e r s i t y in G l i w i c e Ql4]
d ź w i g n i j e d n o r a m i e n n e j , o b c i ą ż a j ą c e j b a d a n y z e s t a w k ó ł do kół z a s t ę p u j ą c y ch tor. W tym p r z y p a d k u dl a w y w o ł a n i a tyc h s a m y c h nacisków m i ę d z y k o ł a m i a s z y n ę p o t r z e b a c z t e r o k r o t n i e m n i e j s z e j s ił y s i ł o w n i k ó w (7) i (8), ni ż p o p r z e d n i o . U m i e s z c z e n i e s i ł o w n i k ó w p o z i o m y c h (8) na odp owiedniej w y s o k o ści ramy z a s t ę p u j ą c e j n a d w o z i e w a g o n u (9) o d p o w i a d a wysokości p o ł o ż e n i a ś r o d k a c i ę ż k o ś c i w a g o n u r z e c z y w i s t e g o . T a k i e u s t a w i e n i e powoduje, że pr zy z a d z i a ł a n i u s i ł o w n i k a p o z i o m e g o (8) n a s t ę p u j e s a m o c z y n n a zmiana o b c i ą ż e ni a p o i o n o w e g o kół, i d e n t y c z n a do z m i a n y , jaka w y s t ę p u j e na łu ka c h toru.
D z i a ł a n i e k ó ł z a m a c h o w y c h (11) prz y h a m o w a n i u z e s t a w u kołowego p o w o d u j e p o w s t a w a n i e si ł y s t y c z n e j m i ę d z y k o ł a m i a s z y n a m i , c z yl i jest i d e n t y c z n a do o d d z i a ł y w a n i a m as y w a g o n u h a m o w a n e g o w w a r u n k a c h normalnej e k s p l o a t a cji. H a m u l e c jest s t e r o w a n y h y d r a u l i c z n i e w e d ł u g odp owi ed ni ego p r o g r a m u z s y n c h r o n i z o w a n e g o z u k ł a d e m s t e r o w a n i a s i l n i k a m i . Dwa silniki e l e k t r y c z ne (13) z a p e w n i a j ą b a d a n i a pr zy m a k s y m a l n y m o b c i ą ż e n i u symulatora. D a z d ę z e s t a w u k o ł o w e g o na łuk ac h tor u s y m u l u j e s i ę p r z e z osob ne n a p ę d z a n i e kó ł
(3) r ó ż n y m i s i ł a m i p r z y r o z ł ą c z o n y m s p r z ę g l e (14). Wszystkie e l e m e n t y s y m u l a t o r a u m i e s z c z o n e są na d w ó c h d w u t e o w n i k a c h , k t ó r e p r z y m oc o wa ne są do po d ł o ż a .
W C O B i R T K w W a r s z a w i e w y k o r z y s t u j e s i ę s t a n o w i s k o £15] b ę dą c e k o n s t r u k cją do b a d a ń s t a t y c z n y c h e l e m e n t ó w p o j a z d ó w , jak r ów n i e ż do b a d a ń i n n y c h k o n s t r u k c j i i n ż y n i e r s k i c h (np. f r a g m e n t u p r z ę s ł a mostowego). S t a n o w i s k o p o s i a d a k o n s t r u k c j ę k r a t o w n i c o w ą w f o r m i e s z e ś c i a n u , którego w n ę t r z e jest na ty l e o b s z e r n e , że m o ż e p o m i e ś c i ć e l e m e n t y w i e l k o ś c i wózka w a g o n o w e g o . B a d a n i e p r z e p r o w a d z a s i ę w ten s p o s ó b , że w e w n ą t r z kr atownicy u m i e s z c z a s i ę za p o m o c ą s i ł o w n i k ó w h y d r a u l i c z n y c h b a d an y e le me nt. S i ł o w n i k i z j e d nej s t r o n y m o c o w a n e są do e l e m e n t ó w k r a t o w n i c y , a z drugiej do b a d a n e g o e l e m e n t u , m o c u j ą c go i j e d n o c z e ś n i e o d d z i a ł u j ą c na n i e g o s i ł a m i róż nej w i e l k o ś c i i c z ę s t o t l i w o ś c i . Z w i e l k ą p r e c y z j ą k o n s t r u k c j a k r a t o w n i c y p o z w a l a na d z i a ł a n i e s i ł o w n i k ó w r ó ż ne j w i e l k o ś c i z k a ż d e g o p r a k t y c z n i e k i e r u n k u . Na b a d a n y m e l e m e n c i e n a k l e j o n e są t e n s o me t ry , k tó re p o z w a l a j ą o d c z y t a ć b e z p o ś r e d n i o w c z a s i s p r ób y n a p r ę ż e n i a , w s p ó ł c z y n n i k t ł u m i e n i a , o d k s z t a ł c e n i a .
W W ę g i e r s k i m I n s t y t u c i e K o l e j n i c t w a ¡JLó] s k o n s t r u o w a n o s t a n o w i s k o do b a d a n i a t a r c i a t o c z n e g o m i ę d z y s z y n ą a k oł e m (rys. 16). S t a n o w i s k o to s k ł a d a s i ę z :
1) u r z ą d z e n i a do b a d a n i a t a r c i a t o c z n e g o ; 2) u k ł a d u p o m i a r o w e g o ;
3) u k ł a d u o b r ó b k i p o m i e r z o n y c h da ny ch .
U r z ą d z e n i e s k ł a d a s i ę z s i l n i k a e l e k t r y c z n e g o (1) o mocy z n a m i o n o w e j 2 , 8 k w i z n a m i o n o w e j l i c z b i e o b r o t ó w rów ne j 2 7 0 0 obr/min, k t ór y o b r a c a p o p r z e z p r z e k ł a d n i ę p a s o w ą o p r z e ł o ż e n i u 0 , 7 5 oś k oł a czyn neg o (2) p o s i a d a j ą c e g o p r o f i l p o w i e r z c h n i s t y k u o d p o w i a d a j ą c y pro fi l o wi sz yn y . Koło c z y n n e w p r a w i a w r uc h o b r o t o w y k oł o m o d e l o w e (3) doc is ka n e w k i e r u n k u p r o m i e n i o w y m . D o c i s k ko ła c z y n n e g o do m o d e l o w e g o uzysk uj em y p o p r z e z w z o r -
182 M. Sitarz
Rys. 16. Schemat stanowi sk a badawc ze g o na Węgrzech [i.6]
Fig. 16. Schome of tha test stand in Hungary [[ló^
cowę sprężynę, która jest w s t ę pn i e na pr ężona za pomocę koła pokrętnego (4).
Stycznę siłę peł za n ia występ uj ęc ę w punkcie styku kół, n astawiamy za po
średnictwem hamulca klockowego, którego docisk reguluje sprężyna, którę regulujemy poprzez koło pokrętne (5). Koło mo delowe uł oż yskowane jest na górnej ramie i za pomocę zespołu dźwigni i drę żk ów (6) uzyskujemy pomiar siły.
4. BADAN IA MODELI MA TE M AT YC ZN Y CH
Badania modeli mat e ma ty cz n yc h sprowa dz aj ? się do przyjęcia pewnych układów m a t e m at yc zn y ch tworzęcych układ zastępczy, ich drgania symuluję drgania rz eczywistego pojazdu sz ynowego . Przykłady za stępczych uk ła dów mechanic z ny ch systemu pojazd-tor, od bardzo prostych do bardziej złożonęch pokazano na rysunkach 17 i 18.
Układ zastępczy, zbudowany na powyższej zasadzie, opisuje się s z e r e giem równań r ó żniczkowych i algebraicznych, których rozwięzania umczli- wiaję anal iz ę drgań, a zwłaszcza wpływ różnych p arametrów na ich rodzaje i postacie. Przydatność badań modeli matematy c zn yc h do analizy dynamiki elementów pary koło-szyna zależy od do kładności z jakę układ zastępczy o dw zorowuje z achowanie się rz ec z ywistego układu.
Fig. 17. Examples of replacing m echanical systems for the system v eh icle-rail
184 M. Sitarz
Rys. 18. Zastępczy układ mecha n ic zn y przy ob l iczeniach systemu pojazd-tor Fig. 18. Replacing m ec ha n i c a l system for comp ut at i on of the system
v eh ic l e - r a i l
R zeczywi st e mu p o ja zd ow i sz y no we mu może odpowiadać kilka równoważnych układów zastępczych, s t r u k t u r a l n i e podobnych, w opisie mate ma t yc zn ym różnych zależnie od przyj ęt yc h m etod opisu równań ruchu, upros zc ze ń fi
zycznych i m at e ma tycznych, z ew nę t r z n y c h o d dz ia ł yw ań na poja zd itp. K r y terium budowy układu zast ę pc ze go s t an o wi uwz gl ęd n ie ni e w jego budowie tych wł as no śc i rzeczyw is t eg o pojazdu szynowego, które maję decydujęcy w p ł y w na badane procesy i zjawiska, a pominię ci e cech n ie is totnych k o m
plikujących a n a l iz ę badawczą
[j.cQ.
Przy kł a do wo w pracy , dla upros z cz en ia obl i cz eń dy na micznych p r o s topadłych s ił p r ze ka zu j ąc yc h ze stawami k olejowymi na szyny, pr zyjęto do rozważań tylko główne, n a jw ię ks z e siły i p om i nięto lub uw zg l ędniono po
średnio p oz o stałe siły.
Do głównych pod st aw o wy ch sił mają cy c h w p ł y w na stan obcią że ni a d y n a m icznego szyny przyjęto:
- masę pojazdu prz ek az yw a ną przez koło na szynę;
- siły prze ka zy w an e przez r es orowanie kół przy drganiach nadwozia;
- siły bez wł ad no ś ci n i e r e so ro w an yc h mas p o ws ta j ąc e na spręży st ym torze ' pod wpływem w y s tę p ow an ia n i er ów n oś ci toru i kół;
- pionowe siły pow s ta łe przy ruchu pojazdu po krzywej traje kt o ri i z wiąza
ne z pod w yż sz en i em zewnę tr z ne j szyny na łuku i dz i ałanie przy tym na zestaw kolejowy poziomych pop r ze cz ny c h sił.
P rzedsta wi o ne wyżej zasady, z a st os ow a ne do sił pionowych mogą być przyjęte i dla sił p o ziomych przy w s p ół pr ac y koła z szyną.
Bardziej szcze gó ł ow e opisy modelowania matematycznego współpracy e l e mentów pary koło-szyna można znaleźć np. w pracach [ _ i 7 , 18, 19, 2cf] .
5. UWAGI X WNIOSKI KOŃCOWE
1. Artyk u ł jest ogólnym ujęciem pro bl e mó w związanych z badaniem e l e mentów pary systemu koło-szyna.
2. Ko mpleksowe badania tego systemu wskazują na konieczność p r o w a d z e nia je d no cześnie badań eksploatacyjnych, stanow is ko w yc h i teoretycznych, które dają możliwość opracowania wytycznych związanych z konstrukcją i eksploatacją tego systemu.
3. Przedstawiony przegląd stanowisk badawczych pary koło-szyna pozwoli na dosk o na le ni e tych konstrukcji, które umożliwią przeprowadzenie bardziej d okładnych badań tego systemu.
L IT ER A T U R A
[jQ Problemy kolejnictwa. Zeszt 50, Warszawa 1974.
Ü2] Beck R.F.: The track cyclopedia. Simmo ns -B o ar dm an Publishing Corp.
Omaha, 1987.
[3] Gawryś T.: Identyfikacja obciążeń szyny kolejowej na wybranych o d cinkach sieci PKP. Praca badawcza Politechniki śląskiej w Gliwicach, NB-147/RMK/79.
C4j Riechers G. : Eksper y me nt al n e badania techniko-ekonomicznych m o ż l i wości systetmu koło-szyna. Eisenbahningenieur, 1980, T. 31, nr 7, s. 301-309.
L
5
II Leris M.H. : Essais de s imulation de la fissuzation par toche ovale.Oourness Françaises du Rail. Paris 197C.
[6] V ib rating roller vig is centrepiece at Pueblo. Railway Gazette International, 1975, nr 9.
C 7] P io trowaski O.: Zagadnienia modelowania obciążeń kontaktowych kół i szyn. Materiały Konferencji. Spała 1987.
C 8 J B ogdanov A.F.: Eksploatacja i remont koljesnych par vagonov. T r a n s port , 1985.
[ 9 ] Alth animer K. : Dia Versuchsanlage Rollprüfstand in München - Freimann.
El e ktrische Bahnen, 1978, nr 10.
QlO] Sobczak M.: Badania i modelowanie fizyczne pojazdów szynowych. T r a k cja i wagony, 1987, nr 9.
[il] Oa ko vl le v 3 . F.: E ks pe rimentalnoje oprodelenie pieca trjenija kacze- nija. Trudy LIIŻTa- Leningrad 1964.
C
12
J Nishida S., Sugina K., Masumoto H.: Develoment of High speed Rail Testing Machine. Transactiones ISIO, Vol. 2.4, 1984.Ll3j Piec P . : Influence of chosen agents on the mating of the w hi o l with a brake and a rail. Technical University of Cracow. Monograph 41.
Cracow 1986, pp. 147-156.
[14] Michałowski E.: Praca dyplomowa inżynierska. Politechnika śląska, Gliwice 1979.
186 M. S i t a r z
C l C Kolorz O . : Praca d yp lomowa magisterska. P ol itechnika śląska w G l i wicach, 1988.
Hl6] Zabory 9., Szabo A.: Sines kerek normzot kozi. Konferericia. Miskolc*
Vatos, 1987.
Cl7] Verigo H.F., Kogan A . 9.: V z a i m od e is tv ie puti i p odviznoyo sostava.
Transport, Moskva 1986.
[^18] Hauschild W. : Oesign of a limit cycle controller for the nonlinear wheel rail system. Vehicle s ys te m Dynamics. Vol. 10, No 2-3, 1981.
Cl9] Duffek W . , D aschinski A.: Efficient i m pl ementation of w hell rail contact m ec hanics in dynamic curving. Vehicle System Dynamics.
Vol. 10, No 2-3, 1981.
L
20
I Drożdziel 0., Kisielowski 0., Zboiński K. : Zjawiska wyst ę pu ją ce w kontakcie koło-szyna i ich w pływ na d ynamikę układu mechani cz n eg o pojazd szynowy-tor. Materiały Konferencji Te o retyczne i d o ś w i a d c z a l ne podstawy p r o g n o zo wa ni a trwałości pory koło-szyna. Spała 1987.Recenzent : Doc. dr inż. Karo] REICH
Wpłynęło do R edakcji 7, 08.1989 r.
HCCJIEHOBAHHH H <SH3łmECK0E MOHBJIHPOBAHHE 3JIEMEHT03
¡IAPH KOJIBC 0-PEJIbC P
e 3 ¡o m eCTaTŁfl HBJIseTCS HaCTIO p a60T U KacaBUHiłCH M6T04 n O B N m e H H H p a d o T O C n O C O d H O C T H sJieweHTOB n a p n C H C i e M u KOJieco-peabc, JlHHaMHHecKHe HCcjiefloBaHHH sioJł C H C i e M u HBHBTCfl OCHOBKhIMM n pH pa3p a Ó 0 T K e H O B H X KOHCTpyKIJHH H H X M 0 A e p H H 3 a U M .
B BeneHHK) noKa3aHO oOniHe npHHUHiihi nccjie^oBaHHH u Mo^ejiapoBaHHa 3JieM6HTob n a p a KOJieco- pejibc, a Ha cxeMe n o K a 3 a H O 3 a B H C H M o c i b M e n m y T e o p e T H H e c K H M H a H a T y p H H M H HCCJie^oBaHiiHMH. Hajibme o na c aH O Bhi6paHHue x a p a K t e p z c T H T e c K z e HCOJie^OBaHHS H K a T K O B H e CTeHflbi,
RESEARCH A N D P H I SI C AL S IM UL A TI ON OF ELEMENTS OF PAIR W HE E L- RA IL
S u m m a r y
In the paper the review of applied tests for railway wheel sets is presented. Particularly, field adn stand tests, in which the real is replaced by the rolling wheel is discussed, in the in t ro duction general principles of tests and m od elling for elements of the system wneel - rail ave given.
