Комплексные испытания локомотивов: динамико-прочностные, тягово-энергетические и тормозные характеристики

При проведении динамико-прочностных испытаний определяются динамические характеристики экипажной части и величины, характеризующие прочность и долговечность элементов экипажной части локомотива. Перед началом этих испытаний выполняется проверка соответствия строительного и проектного очертания установленному габариту, а также контроль развески локомотива с определением статических нагрузок от колес на рельсы. Экспериментально устанавливаются вертикальная и поперечная горизонтальная жесткости рессорного подвешивания, характеристики гасителей колебаний и частоты собственных колебаний обрессоренных масс.

Частоты собственных колебаний обрессоренных масс определяются методом свободного перекатывания локомотива через специальные клинья, подкладываемые под колеса в определенном порядке для имитации режимов подпрыгивания, галопирования и боковой качки. В ходе динамико-прочностных испытаний на прямых и кривых участках пути радиусом 300–350 м, 600–650 м и 1000 м, а также при соударении, измеряются и регистрируются следующие величины: динамические прогибы рессорных комплектов первой и второй ступеней подвешивания; вертикальные и поперечные горизонтальные ускорения кузова у стяжных ящиков и на раме тележки; динамические напряжения в раме тележки, главной раме, кузове, механизме передачи силы тяги, буксовых поводках, осях, колесных центрах и элементах тяговых приводов.

Дополнительно регистрируются поперечные горизонтальные рамные силы, действующие от колесных пар на раму тележки, а также частоты и характер колебаний локомотива и его узлов, включая виляние тележки относительно кузова. Измерению подлежат вертикальные, поперечные горизонтальные и продольные ускорения всех основных узлов локомотива. По результатам динамико-прочностных ходовых испытаний определяются ключевые показатели: коэффициент вертикальной динамики первой и второй ступеней подвешивания; значения рамной силы; коэффициент запаса устойчивости против схода колеса с рельса; показатель плавности хода в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Также рассчитываются запас на относительные перемещения элементов экипажа, коэффициенты запаса сопротивления усталости несущих конструкций и запаса устойчивости элементов конструкции. На основе полученных данных корректируется расчетная долговечность подшипников колесно-моторных блоков (КМБ), тягового привода и поглощающих устройств, обеспечивающих защиту локомотивной бригады. Основное требование к регистрирующей аппаратуре — автоматическая регистрация и обработка опытных данных в соответствии с аттестованными программами с использованием отечественных измерительно-вычислительных тензометрических комплексов.

Комплексные динамико-прочностные испытания и оценка воздействия локомотивов на путь проводятся для установления допускаемых скоростей движения на типовых конструкциях пути: прямых, кривых участках и стрелочных переводах. Помимо параметров, регистрируемых при стандартных динамико-прочностных испытаниях, дополнительно измеряются показатели воздействия на путь: напряжения в наружной и внутренней кромках подошвы рельсов, напряжения в нормируемых сечениях остряков, отношение максимальной горизонтальной нагрузки к средней вертикальной нагрузке рельса на шпалу. Для модернизируемых локомотивов с хорошо исследованным прототипом, при отсутствии увеличения скоростей и нагрузок от колесных пар, допускается применение расчетно-экспериментального метода установления допускаемых скоростей.

Тягово-энергетические и теплотехнические испытания тепловозов. Тягово-энергетические и теплотехнические испытания являются одними из наиболее объемных при проведении испытаний тепловозов. В ходе их выполнения определяются не только тяговые и теплотехнические характеристики, но и функциональная работоспособность электрооборудования, нагрев его элементов, функционирование устройств защиты от боксования и юза, работоспособность системы автоматического регулирования температуры воды и масла дизеля, а также систем защиты дизеля. Паспортные испытания по определению характеристик в соответствии с техническим заданием подразделяются на стендовые, выполняемые на реостатной станции, и полигонные, проводимые на экспериментальном кольце ОАО "ВНИИЖТ".

На реостатной станции проводятся энергетические испытания дизель-генератора в установившихся и переходных режимах для определения зависимости мощности, часового и удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала с учетом внешних условий. Контролируются основные показатели рабочего процесса дизеля: температура газов и давление сгорания по цилиндрам, давление наддувочного воздуха. Проверяются характеристики электрооборудования, работа систем тепловозной автоматики, динамика изменения параметров дизель-генератора при изменении нагрузки, определяется мощность на привод вспомогательных агрегатов.

Теплотехнические испытания направлены на определение тепловыделений дизеля, теплорассеивающей способности охлаждающего устройства, способности систем охлаждения поддерживать требуемый тепловой режим силовой установки во всем диапазоне нагрузок и атмосферных условий. Измеряются производительность насосов, гидравлическое сопротивление систем циркуляции теплоносителей, характеристики работы системы автоматического регулирования температур. Аэродинамические испытания связаны с определением статического и динамического напора, расхода воздуха, охлаждающего теплоносители дизеля, тягового генератора, тяговых электродвигателей и других электрических машин.

Полигонные испытания проводятся в зонах ограничения силы тяги по мощности и сцеплению для определения тяговых, мощностных и энергетических характеристик тепловоза. Устанавливаются зависимости тока тягового генератора, касательной силы тяги и касательной мощности, мощности дизеля и расхода топлива, КПД тепловоза от скорости движения, позиций контроллера машиниста и ступеней ослабления поля. Определяются предельные тяговые силы, реализуемые тепловозом, и коэффициенты тяги при различных условиях сцепления, максимальные токи тягового генератора, токораспределение по тяговым двигателям, эффективность устройств защиты от боксования, разгонные характеристики и сопротивление движению.

При проведении тягово-энергетических испытаний используются специальные динамометрические вагоны, оснащенные гидравлическими динамометрами для измерения силы тяги и измерительно-вычислительными комплексами для автоматизации процессов. Для создания нагрузки применяются специальные локомотивы, тяговые электродвигатели которых работают в генераторном режиме, или локомотивы с электродинамическими тормозами. Результаты паспортных испытаний служат основой для оценки соответствия локомотива техническому заданию и прогнозирования его топливной эффективности в эксплуатации с учетом режимов частичных нагрузок, холостого хода и затрат на привод вспомогательного оборудования.

Наиболее объективную оценку эксплуатационной экономичности тепловоза дают специальные эксплуатационные энергетические испытания, позволяющие установить фактические характеристики при выполнении рядовой работы. Методическую основу составляет определение КПД в различных условиях с разложением на составляющие для выявления наименее экономичных звеньев. Обработка результатов ведется с разделением информации по участкам, позициям контроллера и режимам работы с построением статистических распределений, регрессионных зависимостей и круговых диаграмм энергетического баланса.

Тормозные испытания и проверка электрооборудования. По результатам полигонных тормозных испытаний определяются три основных параметра локомотива: тормозной путь, расчетный тормозной коэффициент (коэффициент силы нажатия тормозных колодок) и способность удержания ручным (стояночным) тормозом на нормируемом уклоне. При стояночных испытаниях проверяются производительность компрессора, высота штоков тормозных цилиндров и регулировка тормозной рычажной передачи, плотность питательной и тормозной магистрали, функционирование всех узлов тормозной системы: крана машиниста, воздухораспределителя, сигнализации срыва тормозной магистрали.

Для проведения тормозных испытаний используются специализированные приборы: ДПУ-01-2 для измерения силы затяжки ручного тормоза, ИДЦ-1 для определения нажатия тормозных колодок, счетчик импульсов БЕ-1Р-6 для измерения длины тормозного пути, измерительная рулетка TS 20/2. Испытания электрооборудования при стационарных (реостатных) испытаниях включают определение электрического сопротивления и электрической прочности изоляции проводов, кабелей, электрической аппаратуры, дросселей, резисторов, вращающихся машин, полупроводниковых преобразователей, трансформаторов, а также сопротивления защитного заземления.

Испытания на электромагнитную совместимость с устройствами сигнализации и связи позволяют определить уровень мешающего влияния электрооборудования на рельсовые цепи и путевые устройства, а также напряженность поля радиопомех. Санитарно-гигиенические испытания включают оценку микроклимата в кабине машиниста: температуру, влажность, скорость движения воздуха, избыточное давление, перепад температур по высоте. Измеряются уровни звукового давления, ультразвука и вибрации на рабочих местах, освещенность в кабине и машинном помещении, яркость шкал приборов, уровень электромагнитного излучения и содержание вредных веществ в воздухе.

Дополнительно контролируются выбросы вредных веществ и дымность отработавших газов, уровень внешнего шума, геометрические параметры кабины, эргономика рабочего места, удобство доступа к органам управления и зона размещения средств отображения информации. Видимость и обзорность из кабины оцениваются специализированными организациями, однако ряд параметров, таких как уровни шума, вредные выбросы и дымность, должны периодически контролироваться заводом-изготовителем с использованием соответствующих приборов: шумомеров-анализаторов спектра LD-2800B, микрофонов ВМК-205, компьютерных газоанализаторов "КВИНТОКС", ГИАМ-27, дымомеров ЛМСИ-90, ИНТ-4.

Особенности испытаний электровозов. При испытаниях электровозов проверяется их работоспособность при граничных условиях электроснабжения, обеспечивается контроль систем защиты и сигнализации при коротких замыканиях в цепях управления, тяговых двигателях, контактной сети при рекуперативном торможении, а также защита от перегрузок и обратных токов. Объем испытаний электровозов в основном аналогичен испытаниям тепловозов, однако имеются отличия, связанные с использованием высокого напряжения до 25 кВ. Заводские испытания начинаются со стационарных контрольно-наладочных работ без напряжения в контактной сети: прозвонка всех цепей, проверка секвенции, опробование системы вентиляции, измерение сопротивления и электрической прочности изоляции.

После этого проводятся стационарные испытания под контактным проводом при напряжении 3 или 25 кВ, в ходе которых проверяется работа основного оборудования и системы защиты, запускаются вспомогательные машины, тестируется система собственных нужд. На электровозах переменного тока дополнительно измеряются перенапряжения на вторичных обмотках тягового трансформатора при коммутациях и имитации атмосферных перенапряжений. Проверяется функционирование радиостанции, локомотивной сигнализации, микропроцессорных систем управления, статических преобразователей, выполняются вентиляционные и аэродинамические испытания.

При движении по кольцу резервом и с составом налаживаются системы тягового привода в тяговом и тормозном режимах, проверяется взаимодействие электрического и пневматического тормозов, работа систем защиты при боксовании и юзе. Определяются характеристики тяговых электродвигателей, преобразователей, тормозные характеристики в режимах рекуперации, распределение токов по двигателям, КПД и его зависимость от скорости, а на электровозах переменного тока — коэффициент мощности. Обязательными являются испытания по определению уровня радиопомех и величины псофометрических токов, характеризующих влияние на линии связи.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Анисимов П.С., Винокуров В.А., Воробьев В. И., и др.

Источник: Подвижной состав железных дорог

Данные публикации будут полезны студентам железнодорожных специальностей (эксплуатация железных дорог, подвижной состав), начинающим специалистам в области локомотивостроения и эксплуатации тягового подвижного состава, а также всем, кто интересуется устройством, классификацией и современными тенденциями развития железнодорожной техники.