Досвід експериментальних досліджень рухомого складу з використанням стендового обладнання

Я. Калівода, доктор філософії, Чеський технічний університет Л. Недужа, к. т. н., доцент, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна

журнал «Вагонний парк» 3-4 (120-121) 2017

Показано можливості наукових шкіл в галузі механіки залізничного транспорту та їх вплив на сучасний стан теоретичних і експериментальних досліджень. Презентовано позитивний досвід розробки, виготовлення, удосконалення та використання наукового стендового обладнання на прикладі каткових стендів для випро¬бувань візків рейкового рухомого складу.

Дніпропетровський національний університет заліз- ничного транспорту імені академіка В. Лазаряна (ДНУЗТ) відомий як сучасний науковий центр з по¬тужними науковими школами за різними напрямками до¬сліджень [1]. Відомі вчені європейського рівня — академік В. А. Лазарян Академії наук України, доктора технічних наук, професори Є. П. Блохін, В. Д. Данович, М. Л. Коротенко, Л. А. Манашкін, О. М. Савчук та інші, які працювали в уні¬верситеті та продовжують виконувати наукові дослідження у галузі залізничного транспорту. У роботах вчених універ¬ситету досить детально розкривається досвід виконання теоретичних та експериментальних досліджень, зокрема з використанням спеціального стендового обладнання. Наприклад, для випробувань візків рейкових екіпажів та їх окремих елементів: колісних пар, бокових рам, надресор¬них балок, гасників коливань, тріангелів тощо. Результати випробувань на стендовому обладнанні використовуються не тільки при підготовці робіт на здобуття наукових ступенів кандидата і доктора технічних наук, а й для відпрацювання нових та модернізованих конструкцій елементів рухомого складу та інфраструктури залізниць, а також з метою оцінки відповідності при приймальних та сертифікаційних випро¬буваннях.

Наукові дослідження проводяться з урахуванням техніч¬ного рівня обчислюваної техніки та засобів вимірювання. Зазвичай роботи з виконання оцінки динамічних й міцніс¬них властивостей рухомого складу залізниць та промис¬лового транспорту складається з теоретичних і експери-ментальних досліджень. Під час теоретичних досліджень застосовують сучасні математичні моделі просторових ко¬ливань рейкових екіпажів, або математичні моделі напру¬жено-деформованого стану основних металоконструкцій рухомого складу [2].
Для проведення експериментальних досліджень вико¬ристовуються як натурні об’єкти рухомого складу, так і фі¬зичні моделі.

У ДНУЗТ наукові дослідження розвиваються в усіх на¬прямках і в теоретичному і в експериментальному, при цьому експерименти успішно проводяться як у «польових умовах» (безпосередньо на ділянках залізниць), так і на стендовому обладнанні. Однак університет не тільки використовує екс¬периментальне обладнання, а й розробляє свої конструкції механічного і електронного обладнання з використанням мі¬кропроцесорних систем.
Одним із напрямків міжнародної співпраці університету є розробка обладнання для експериментальних досліджень.

Яскравим прикладом є співробітництво з Чеським техніч¬ним університетом (ЧТУ).

Науково-технічна співпраця університетів, крім власне навчальних питань, стосується також багатьох напрямків наукових досліджень [1].
Один із спільних наукових проектів пов’язаний з розвит- ком дослідницької бази двох університетів для проведен¬ня експериментальних досліджень рейкового рухомого складу. У цьому напрямку обидва університети мають багаторічний досвід. Основна частина експерименталь¬них робіт у Випробувальних лабораторіях ДНУЗТ вико- нуються на магістральних ділянках залізниць, або на коліях промислових підприємств. Випробуванням підлягають дослідні зразки нової, або модернізованої залізничної техніки.

Однак є досвід випробувань макетних зразків рейкового рухомого складу, наприклад, цистерн, думпкарів, піввагонів та двовісних візків вантажних і пасажирських вагонів. Ма¬кетні зразки є точною копією у масштабі реального об’єкту, який підлягає експериментальним дослідженням. Це вико¬нується з метою відпрацювання більшої кількості варіантів конструкції та режимів навантаження і визначення можли¬вих динаміко-міцнісних характеристик.
Нещодавно відбулася чергова подія науково-технічного співробітництва двох потужних наукових центрів. Під час проведення днів науки на Механічному факультеті ДНУЗТ відбулася низка публічних лекцій та наукових семінарів. Центральним місцем наукових заходів став науковий се-мінар для викладачів, науковців, аспірантів та магістрантів (рис. 2).
Доповідачем на науковому семінарі став доктор Калівода Я. з Чеського технічного університету (рис. 3).

На науковому семінарі в ДНУЗТ йшлося про досвід ство¬рювання, удосконалення та використання каткових стендів візків рейкових екіпажів у ЧТУ. А також про: лабораторні до¬слідження динаміки залізничних транспортних засобів; кат¬ковий стенд ЧТУ; Центр компетенції залізничних транспорт-них засобів.
Розглянуто історію розвитку масштабованого каткового стенду ЧТУ [3], починаючи з ранніх етапів (рис. 4) і до по¬точних проектів, у яких він використовується. Докладно роз¬глянуто конструкції експериментального візка [4] (рис. 5), каткового стенду, датчиків і приладів, а також типів експе-риментів, що проводяться на катковому стенді ЧТУ (рис. 6).

Завдяки технології комп’ютерного моделювання отримує- мо надійні результати, однак важливе значення мають натурні випробування у процесі розробки і сертифікації будь-якого залізничного транспортного засобу. Оскіль¬ки натурні випробування залежать від погодних умов, то їх складно організувати і вони не дають можливості для ви¬пробування транспортних засобів у критичних ситуаціях. На катковому стенді випробувальний транспортний засіб фік¬сується в поздовжньому напрямку, а замість залізничної ко¬лії використовуються обертові ролики. Таке пристосування дає можливість провести динамічні випробування ходових характеристик рейкових транспортних засобів у безпечно¬му та стабільному лабораторному середовищі [5].

Доведено, що не допустимо нехтувати відмінностями в поведінці транспортного засобу на коліях магістральних залізниць та масштабованої моделі на катковому стенді. Стендові випробування масштабованих фізичних моде¬лей на катковому стенді є відносно недорогим способом для перевірки і демонстрації результатів комп’ютерного моделювання. Вони особливо корисні для перевірки мо¬делювання багатомодульних систем (БМС) абсолютно нових концепцій ходових частин рейкового рухомого складу.

Доктор Каліводa Я. проінформував, що наразі катковий стенд у ЧТУ використовується для випробувань систем із активним контрольованим керуванням руху колісної пари. Згідно з результатами моделювання, опублікованими в ба¬гатьох наукових роботах, такі системи пропонують більш ви¬соку продуктивність у порівнянні зі звичайними пасивними

транспортними засобами. Катковий стенд ЧТУ слугує як інструмент для перевірки результатів комп’ютерного моде¬лювання та демонстрації переваг активного управління ко¬лісної пари у різних режимах руху [6].

Випробування, проведені на катковому стенді ЧТУ, під¬тверджують можливість значного впливу на динаміку руху рейкового транспортного засобу за допомогою активного контрольованого управління колісної пари. Така концепція може розглядатися як можливий ймовірний підхід при роз¬робці ходових частин перспективних рейкових транспорт¬них засобів.

Таким чином, результатом спільних досліджень двох уні¬верситетів є позитивний досвід розробки, виготовлення та використання стендового обладнання на прикладі кат¬кового стенду для випробувань візків рейкового рухомого складу. Підготовлено технічні вимоги до стаціонарного об¬ладнання для проведення експериментальних досліджень ходових частин рухомого складу залізниць та промислового транспорту.