Dynamický zkušební stav (DZS)

Vědeckotechnický sborník ČD č. 29/2010

Jiří Soukup1, Armin Delong2

Dynamický zkušební stav (DZS) Klíčová slova: akreditované zkoušky, zkoušky kolejových vozidel, zkušební ložiskový stav, zkoušky součástí železničního svršku, Výzkumný ústav železniční

1. Úvod

Obr. 1 - Hala Dynamického zkušebního stavu

Dynamický zkušební stav je částí Zkušební laboratoře Výzkumného ústavu železničního, která je od 31.3.1995 akreditovanou zkušební laboratoří oprávněnou provádět zkoušky kolejových vozidel nebo jejich komponent. V současné době je zkušební laboratoř registrovaná pod č. 1462, držitelem osvědčení o akreditaci vydaného Českým institutem pro akreditaci, o.p.s., (ČIA) na základě posouzení splnění akreditačních kriterií podle ČSN EN ISO/IEC 17 025. Dále je Výzkumný ústav železniční (VUZ) držitelem uznáním EBA č. 019/03/09 - pro zkoušení kolejových vozidel vydaného Eisenbahn-Bundesamt (EBA), Německo.

Ing. Jiří Soukup - Po pětiletém studiu oboru dopravní prostředky a kolejová vozidla na dopravní fakultě J. Pernera v Pardubicích nastoupil v roce 2008 do funkce vedoucího zkoušek zkušebny VUZ, a.s. 1

Ing. Armin Delong - Po pětiletém studiu oboru technický provoz telekomunikací Vysoké školy dopravy a spojů v Žilině nastoupil v roce 1988 do funkce specialisty radioreléových přenosových spojů Českých radiokomunikací, od roku 1994 pracoval jako specialista měřící techniky na zkušebně VUZ, a.s., od roku 2008 vykonává funkci vedoucího Dynamického zkušebního stavu VUZ, a.s.

2

1


Vlastní budova Dynamického zkušebního stavu (dále DZS) je umístněna v areálu Zkušebního Centra VUZ Velim, s kterým je také technologicky propojena.

2. Nabízené činnosti Díky svému technologickému vybavení je schopno DZS provádět zkoušky na přání zákazníků v oboru dynamické pevnosti a životnosti. Provedení jednotlivých typů zkoušek je buď uvedeno v normách nebo jde o zadání průběhu zkoušky zadavatelem. Plný název TSI, norem a vyhlášek UIC (včetně prací ERRI), podle kterých se jednotlivé zkoušky provádějí, je uveden v Příloze 1 příspěvku. Nejčastěji se jedná o simulování provozního zatížení. Obory zkoušek: • Statické, dynamické a únavové zkoušky. Jedná se o simulaci provozních stavů jednotlivých součástí nebo celků a zjišťování parametrů, které požaduje zákazník, nebo jsou definovány normou. • Měření vlastností prvků tlumení a vypružení. Tyto zkoušky spočívají v měření a ověřování charakteristik těchto prvků. • Zkoušky táhlových a narážecích zařízení kolejových prostředků. • Funkční zkoušky strojů a zařízení při simulaci extrémních mechanických podmínek či zatížení. • Frekvenční a dynamické charakteristiky dílů a soustav. • Výkonnostní zkoušky nápravových ložisek

3. Technické vybavení DZS V hale jsou umístěna dvě ocelová zkušební pole. Ta jsou vybavena upínacími drážkami a jsou celkově oddělena od základů celé budovy pomocí vinutých pružin. Velký blok váží přibližně 2500 tun. Je 33 metrů dlouhý a 11 metrů široký. Primárně je určen k dynamickým a statickým zkouškám celých vozů či lokomotiv. K tomuto účelu je středem velkého bloku vedena kolej. Malý blok je přibližně 3x menší a jeho hlavní využitelnost je v dynamických zkouškách podvozků nebo jiných částí kolejových vozidel. Kolem ocelových bloků je instalováno vysokotlaké olejové vedení, které slouží k napájení hydraulických válců. Je napojeno na 3 provozní hydroagregáty, které dodávají zkušebnímu systému hydraulický olej v průtoku až 450 l/min s provozním tlakem 280 MPa (28 Bar). Hydraulické napáječe jsou rovnoměrně rozmístěny kolem obou zkušebních bloků, pro možnost realizace zkoušek v kterémkoliv místě haly. Přebytečné teplo hydroagregátů je odváděno primárním vodním chladícím okruhem do vodního zásobníku o objemu 80 m3, jehož objem je v případě potřeby dochlazován sekundárním vodním okruhem v chladících věžích.

2


Obr. 2 – Pohled do haly DZS

DZS disponuje 14 hydraulickými válci, pro síly od 63 kN do 400 kN s možností vysunutí pístnice až ± 125 mm. Tyto válce jsou pomocí přechodových desek připevněny k portálům, čímž je dosaženo maximální variability zkušebních sestav. Veškerou elektronickou kontrolu těchto válců obstarává 12-ti kanálová řídící jednotka fy Instron – Schenck ovládaná PC.

Obr. 3 - Hydraulické válce

3


4. Zkušební ložiskový stav Toto unikátní zařízení pro účely zkoušení výkonnosti nápravových ložisek je poháněno hydraulickým motorem (max výkon 40 kW), které dokáže simulovat rychlost až 210 km/h. Radiální síla na zkoušená ložiska je realizována pomocí hydraulických válců. Toto zatížení je po celou dobu zkoušky konstantní (např. 25 t/nápravu). Axiální síly jsou do ložisek zaváděny víkem ložiskové komory a jsou realizovány pomocí dvou hydraulických válců o maximální zátěži 63 kN a maximálním zdvihu 50 mm. Celý systém je řízen řídicím počítačem s programem speciálně vytvořeným pro tuto zkoušku v softwarovém prostředí LabVIEW. Teploty ložisek a chvění (pitting) se během zkoušky měří na požadovaných místech a jsou po určitém časovém intervalu automaticky zaznamenávány.

Obr. 4 - Zkušební ložiskový stav

Základní parametry ložiskového stavu • • • • • •

Zkoušky dle ČSN EN 12 082 Maximální radiální zatížení až 25 t/nápravu Maximální axiální zatížení až 63 kN/ložisko Maximální simulovaná rychlost až 210 km/h Automatický sběr dat (teploty, monitoring zatížení, pitting,…) Bezobslužná zkouška (řízení pomocí speciálního programu s automatickým regulátorem a vyhodnocováním závad) • GPS systém pro okamžité hlášení závady personál

5. Portálová zařízení – malý a velký pulsátor DZS dále disponuje hydraulickým válcem pro testování vzorků na extrémní zatížení (velký pulsátor). Maximální silový rozsah je ± 2500 kN a zdvih pístnice ±125 mm. Pomocí dvoukanálového řídicího systému fy INOVA je možno provozovat a definovat statické, dynamické a únavové zkoušky. Přesnost vnášení zatěžování je kontrolována programem LabExpert, který má pro tento účel v sobě zabudovánu obálkovou regulaci (porovnávání žádaného signálu s měřeným).

4


Hydraulický válec se zajišťovacími čelistmi (malý pulsátor) je využíván k trhacím zkouškám menších vzorků, či k měření charakteristik tlumičů.

Obr. 5 – Velký pulsátor

Obr. 6 – Malý pulsátor

Realizované akreditované zkoušky 1. Pevnostní zkoušky podvozků a jejich součástí, viz obr.7 a 8 Zkoušky podle TSI „Kolejová vozidla – nákladní vozy“ příloha J, a vyhlášek UIC 510-3, UIC 515-4, UIC 615-4

Obr. 7 –

Statické a dynamické zkoušky podvozků

Obr. 8 –

Statické a dynamické zkoušky ložiskových komor

2. Stanovení mechanických parametrů kolejových vozidel, viz obr. 9 Zkoušky podle UIC 505-5 5


Obr. 9 – Měření úhlu náklonu

3. Pevnostní zkoušky sedadel dopravních prostředků, viz obr.10 Zkoušky podle UIC 566

Obr. 10 – Zkoušky sedadel

4. Zkoušky brzdových rozpor a brzdových zdrží, viz obr.11 Zkoušky podle UIC 833, ČSN EN 14 363

Obr. 11 – Statické a dynamické zkoušky brzdových rozpor

5. Měření momentu odporu podvozku proti natočení, viz obr.12 6


Zkoušky podle ČSN EN 14 363

Obr. 12 – Měření momentu proti natočení

6. Měření torzní tuhosti částí vozidel Zkoušky podle ERRI B12/RP17 7. Zkouška průjezdu mezními tvary koleje, viz obr.13 Zkoušky podle ERRI B12/DT135, příloha B

Obr. 13 – Zkouška nájezdu na trajekt

8. Zkouška zvedání Zkoušky podle ČSN EN 12 663 9. Zkoušky pružin kolejových vozidel Zkoušky podle UIC 822, UIC 517, UIC 821, ČSN EN 13 298, ČSN EN 14 200 10. Zkoušky táhlových a narážecích ústrojí, viz obr.14 Zkoušky podle UIC 520, UIC 526, UIC 527, UIC 528, ČSN EN 15 566, ČSN EN 15 551

7


Obr. 14 – Statické a dynamické zkoušky táhlových háků, táhlových ústrojí nárazníků a šroubovek

11. Zkouška výkonnosti nápravových ložisek, viz.obr.15 Zkoušky podle ČSN EN 12 082

Obr. 15 – Zkouška výkonnosti nápravových ložisek

12. Únavová zkouška železničního kola, viz obr.16 Zkoušky podle ČSN EN 13 262

Obr. 16 – Statické a únavové zkoušky disku kola

8


13. Statické, dynamické a únavové zkoušky železničních pražců, viz obr.17 Zkoušky podle ČSN EN 13 230 -1, 2, 3, 4, 5

Obr. 17 – Statické, dynamické a únavové zkoušky pražců

14. Zkoušky upevnění kolejnic viz obr.18 Zkoušky podle ČSN EN 13 146 -1, 4, 5, 7, ČSN EN 13 481 - 2+A1

Obr. 18 – Statické, dynamické a únavové zkoušky pražců

9


Přehled některých neakreditovaných zkoušek 1. Zkoušky pevnosti svarů kolejnic

Obr. 199 – Zkoušky pevnosti svarů kolejnic

2. Zkoušky dilatačního zařízení KDZ 3. Zkoušky mostních lan a tyčí

Obr. 20 –

Zkoušky dilatačního zařízení KDZ

Obr. 21 –

10

Zkoušky mostních lan a tyčí


6. Závěr V příspěvku jsme se snažili představit stávající rozsah zkoušek realizovaných na DZS, pro který je DZS přístrojově vybaven a kapacitně zajištěn. DZS připravuje zkoušky nejen pro železniční průmysl, ale také hodlá zvýšit rozmanitost typů zkoušek podle požadavků zákazníků z širokého spektra průmyslové výroby, jako jsou např. zkoušky rázy a vibracemi dle ČSN EN 61373. Používané zkušební zařízení dovoluje přizpůsobit se někdy i nadstandardním požadavkům typů zkoušek. VUZ se i nadále bude snažit udržet přístrojové vybavení i kapacitní zajištění na evropské úrovni technického poznání.

Literatura: Technická specifikace pro interoperabilitu, normy a vyhlášky UIC uvedené v příspěvku jsou uvedeny v Příloze č. 1.

Praha, duben 2010

Lektoroval:

11

Ing. Pavel Janoušek VUZ


Příloha č.1

Seznam v příspěvku uvedených TSI, norem a vyhlášek A) Technické specifikace pro interoperabilitu Technické specifikace pro interoperabilitu subsystému „Kolejová vozidla – nákladní vozy“ transevropského konvenčního železničního systému (2006/861/ES), Příloha J Vzájemné působení vozidla, koleje a rozchodu, Podvozek a pojezd B) ČSN EN - http://csnonline.unmz.cz/Vysledky.aspx ČSN EN ISO/IEC 17 025

Posuzování shody - Všeobecné požadavky na způsobilost zkušebních a kalibračních laboratoří. General requirements for the competence of testing and calibration laboratories. 1.11.2005

ČSN EN 12 082

Železniční aplikace - Nápravová ložiska - Zkouška výkonnosti. Railway applications - Axleboxes Performance testing. 1.10.2008

ČSN EN 12 663

Železniční aplikace - Konstrukční požadavky na skříně kolejových vozidel. Railway applications - Structural requirements of railway vehicle bodies. 1.12.2001

ČSN EN 13 146-4

Železniční aplikace - Trať - Metody zkoušení systémů upevnění - Část 4: Účinek opakovaného zatížení. Railway applications - Track - Test methods for fastening systems - Part 4: Effect of repeated loading. 1.2.2007

ČSN EN 13 146-5

Železniční aplikace - Trať - Metody zkoušení systémů upevnění - Část 5: Stanovení elektrického odporu . Railway applications - Track - Test methods for fastening systems - Part 5: Determination of electrical resistance. 1.12.2003

ČSN EN 13 146-7

Železniční aplikace - Kolej - Metody zkoušení systémů upevnění - Část 7: Stanovení svěrné síly. Railway applications - Track - Test methods for fastening systems - Part 7: Determination of clamping force. 1.11.2007

ČSN EN 13 230-1

Železniční aplikace - Kolej - Betonové příčné a výhybkové pražce - Část 1: Všeobecné požadavky. Railway applications - Track - Concrete sleepers and bearers - Part 1: General requirements. 1.1.2010

ČSN EN 13 230-2

Železniční aplikace - Kolej - Betonové příčné a výhybkové pražce - Část 2: Předpjaté monoblokové pražce. Railway applications - Track - Concrete sleepers and bearers - Part 2: Prestressed monoblock sleepers. 1.1.2010 12


ČSN EN 13 230-3

Železniční aplikace - Kolej - Betonové příčné a výhybkové pražce - Část 3: Dvoublokové železobetonové pražce. Railway applications - Track - Concrete sleepers and bearers - Part 3: Twin-block reinforced sleepers. 1.1.2010

ČSN EN 13 230-4

Železniční aplikace - Kolej - Betonové příčné a výhybkové pražce - Část 4: Předpjaté pražce pro výhybky a výhybkové konstrukce. Railway applications - Track - Concrete sleepers and bearers Part 4: Prestressed bearers for switches and crossings. 1.1.2010

ČSN EN 13 230-5

Železniční aplikace - Kolej - Betonové příčné a výhybkové pražce - Část 5: Zvláštní prvky. Railway applications - Track - Concrete sleepers and bearers Part 5: Special elements. 1.1.2010

ČSN EN 13 262+A1

Železniční aplikace - Dvojkolí a podvozky - Kola Požadavky na výrobek. Railway applications - Wheelsets and bogies - Wheels - Product requirements. 1.5.2009

ČSN EN 13 298

Železniční aplikace - Součásti vypružení - Ocelové vinuté pružiny. Railway applications - Suspension components Helical suspension springs, steel. 1.9.2003

ČSN EN 13 481-2+A1

Železniční aplikace - Kolej - Požadavky na vlastnosti systémů upevnění - Část 2: Systémy upevnění pro betonové pražce. Railway applications - Track Performance requirements for fastening systems - Part 2: Fastening systems for concrete sleepers . 1.11.2007

ČSN EN 14 200

Železniční aplikace - Součásti vypružení - Ocelové parabolické pružnice. Railway applications - Suspension components - Parabolic springs, steel. 1.8.2004

ČSN EN 14 363

Železniční aplikace - Přejímací zkoušky jízdních charakteristik železničních vozidel - Zkoušení jízdních vlastností a stacionární zkoušky. Railway applications Testing for the acceptance of running characteristics of railway vehicles - Testing of running behaviour and stationary tests. 1.10.2006

ČSN EN 15 551

Železniční aplikace - Železniční vozidla - Nárazníky. Railway applications - Railway rolling stock - Buffers. 1.11.2009

ČSN EN 15 566

Železniční aplikace - Železniční vozidla - Táhlové ústrojí a šroubovka. Railway applications - Railway rolling stock - Draw gear and screw coupling. 1.10.2009

ČSN EN 61 373

Drážní zařízení – Zařízení drážních vozidel – Zkoušky rázy a vibracemi. Railway applications - Rolling stock equipment - Shock and vibration tests. 1.4.2002 13


ČSN EN 61 373

Drážní zařízení - Zařízení drážních vozidel - Zkoušky rázy a vibracemi. Railway applications - Rolling stock equipment - Shock and vibration tests. 1.3.2003

C) Vyhlášky UIC - http://www.uic.org/etf/codex/codex.pdf 505-5

Basic conditions common to Leaflets 505-1 and 505-4 - Notes on the preparation and provisions of these leaflets. 2nd edition of 1.1.77 and 4 Amendments

510-3

Wagons - Strength testing of 2 and 3-axle bogies on test rig. 1st edition of 1.1.89 - Reprint dated 1.7.94

515-4

Passenger rolling stock - Trailer bogies - Running gear - Bogie frame structure strength tests. 1st edition of 1.1.93

517

Wagons - Suspension gear - Standardisation. 7th edition, May 2007 - Translation

520

Wagons, coaches and vans - Draw gear - Standardisation. 7th edition, December 2003 – Translation

526-1

Wagons - Buffers with a stroke of 105 mm. 3rd edition, July 2008 - Überseztung

526-2

Wagons - Buffers with a stroke of 75 mm. 1st edition of 1.1.81 and 2 Amendments

526-3

Wagons - Buffers with a stroke of 130 and 150 mm. 3rd edition, October 2008 - Translation

527-1

Coaches, vans and wagons - Dimensions of buffer heads Track layout on S-curves. 3rd edition, April 2005 - Translation

527-2

Coaches, vans and wagons - Dimensions of buffer heads Rolling stock built before 1-1-65. 2nd edition of 1.1.60 and 3 Amendments of 1.1.1962, 1.1.1965

528

Buffer gear for coaches. 8th edition, September 2007 Translation

566

Loadings of coach bodies and their components. 3rd edition of 1.1.90 and addenda and 1 Amendment

615-4

Motive power units - Bogies and running gear - Bogie frame structure strength tests. 2nd edition, February 2003 Translation

821

Technical specification for the supply of parallel leaf springs for vehicles. 6th edition, November 2003 - Translation

822

Technical specification for the supply of helical compression springs, hot or cold coiled for tractive and trailing stock. 5th edition, November 2003 - Translation 14


833

Technical specification for the supply of brake triangles. 3rd edition, February 2004 - Translation

ERRI B12 (WAGONS) / RP17

– Programme of tests to be carried out on wagons with steel underframe and body structure (suitable for being fitted with the automatic buffing and draw coupler) and on their cast steel frame bogies

ERRI B12 (WAGONS) / DT135, příloha B

- Méthodes de calcul d'application géné- rale pour l'étude de nouveaux types de wagons ou de nouveaux bogies de wagons

15

Dynamický zkušební stav (DZS)

Recommend Documents