Досвід експериментальних досліджень рухомого складу з використанням стендового обладнання

30.03.2018 (9 месяцев назад)

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.