Контрольная работа по «Техническая диагностика подвижного состава»

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 

"ПЕТЕРБУРГСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ  СООБЩЕНИЯ"

 

Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по дисциплине:

«Техническая диагностика подвижного состава».

Вариант 20.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент заочного факультета

уч. шифр: 11-В-220

Павельев А. В.

 

Проверил:

 

 

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2014

Вопрос 9.

Преобразователи. Генераторные датчики.

  Первичной задачей любой измерительной системы является восприятие физической величины. Эта функция выполняется чувствительным элементом преобразователя (датчика)   По принципу действия все датчики с электрическим выходным сигналом делятся на две группы: параметрические и генераторные (активные).

    К датчикам предъявляются следующие требования: чёткая  фиксация номинальных и предельных значений измеряемых величин; независимость действия, т. е. не оказывать влияния на работу диагностируемого объекта, форму и параметры контролируемых сигналов. При отказе датчика не должно быть ложных показаний о контролируемом объекте или нарушения его нормальной работы. Датчик должен иметь простую схему и быть экономичным и надежным в любых реальных условиях

    Датчики получают свое наименование, с одной стороны, по измеряемой величине (датчик расхода, уровня, температуры и т. д.), и с другой по параметру, в который преобразуются сигналы датчика (индуктивные датчики, датчики сопротивления, емкостные и т.п.).    Тензорезисторы работают на основе тензоэффекта, т.е. свойстве проводников или полупроводниковых материалов изменять электрическое сопротивление при их деформации. Тензорезисторы условно можно разделить на три группы: проволочные, фольговые и полупроводниковые.

Генераторные датчики - это приборы, которые осуществляют непосредственное преобразование входной величины X в электрический сигнал. Такие датчики преобразуют энергию источника входной (измеряемой) величины сразу в электрический сигнал, т. е. они являются как бы генераторами электроэнергии (откуда и название таких датчиков - они генерируют электрический сигнал). Дополнительные источники электроэнергии для работы таких датчиков принципиально не требуются. Тем не менее, дополнительная электроэнергия может потребоваться для усиления выходного сигнала датчика, его преобразования в другие виды сигналов и других целей. Генераторными являются термоэлектрические, пьезоэлектрические, индукционные, фотоэлектрические и многие другие типы датчиков.

Индукционные датчики преобразуют измеряемую неэлектрическую величину в ЭДС индукции. Принцип действия датчиков основан на законе электромагнитной индукции. К этим датчикам относятся тахогенераторы постоянного и переменного тока, представляющие собой небольшие электромашинные генераторы, у которых выходное напряжение пропорционально угловой скорости вращения вала генератора. Тахогенераторы используются как датчики угловой скорости. Тахогенератор представляет собой электрическую машину, работающую в генераторном режима. При этом вырабатываемая ЭДС пропорциональна скорости вращения и величине магнитного потока. Кроме того, с изменением скорости вращения изменяется частота ЭДС. Применяются как датчики скорости (частоты вращения).

    

Проволочные тензорезисторы (рис. 2.3) представляют собой проволочную плоскую спираль 1, закрепленную между двумя слоями тонкой пленки 2 (бумаги, пластмассы) и снабженную выводами 3. Для измерения, например, деформации он наклеивается на поверхность контролируемой детали и фиксирует смещения ее поверхностных слоев.

    Фольговые датчики подобного вида изготовляют методом травления или штампования из константановой фольги.

Полупроводниковые тензорезисторы изготовляют методами напыления или другими технологическими приемами. Тензорезисторы широко используют как промежуточные преобразователи во многих датчиках, например прогибомерах, ускорениемерах и т.д.

      

                                                    

                 

 

        Рис. 2.3. Проволочный тензорезистор       Рис. 2.4. Схема пластинчатого прогибомера

 

      

   

     Рис. 2.5. Схема инерционного ускорениемера              Рис. 2.6. Схема индуктивного датчика с изменяющимся    

                                                                                                                     воздушным зазором

 

 

 

    Простейший прогибомер-преобразователь перемещений показан на рис. 2.4. Он представляет собой упругую пластину 1 с наклеенным на нее одним (несколькими) тензорезистором 2. Один конец пластинки 1 жестко закреплен на детали 3, а второй опирается на перемещающуюся часть 4. При перемещении части 4 изменяется изгиб пластинки 1, что фиксирует тензо-резистор 2.Аналогично устроен инерционный ускорениемер (датчик для измерения ускорений). Инерционная масса 1 (рис. 2.5) через упругую пластину 2 закреплена на колеблющемся объекте 3. На пластину 2 наклеиваются тензорезисторы 4. При движении объекта 3 инерционная масса 1 изгибает пластину 2 пропорционально ускорению колебательного процесса. Тензо-резисторы 4 фиксируют деформации пластины 2, фактически измеряя ускорение объекта 3. Сжимающие силы, приложенные к конструкции, могут быть измерены с помощью динамометра. Нагрузка при этом передается, например, через упругий цилиндрический стержень (кольцо) с наклеенным тензорезистором и определяется пересчетом деформации измерительного стержня в действующую силу.

    Индуктивный датчик представляет собой катушку индуктивности, параметры которой могут меняться под воздействием измеряемой величины. Наибольшее распространение получили индуктивные датчики с изменяющимся воздушным зазором (рис. 2.6). Датчик состоит из подвижного якоря 1 и ферромагнитного сердечника 2 с катушкой 3. Если датчик закрепить на взаимно смещающихся частях механизма, то при изменении воздушного зазора под воздействием хвх изменяется магнитное сопротивление цепи.  Емкостные датчики в противоположность индуктивным работают при высоких частотах тока порядка 1000 Гц.

    Емкостные датчики обладают высокой чувствительностью, но требуют применения достаточно сложной аппаратуры. Они весьма чувствительны к внешним воздействиям.

    Для измерения температуры используют различные типы термометров: расширения, манометрические, термоэлектрические и термометры сопротивления. Термометры расширения можно разделить на стержневые, в которых учитывается разница удлинений двух стержней, помещенных рядом; биметаллические, в которых температура определяется по выпрямлению или искривлению двух сваренных пластинок, имеющих различные коэффициенты теплового расширения; жидкостные, основанные на различии теплового расширения жидкости и термометрического стекла.

    Первые два типа как самостоятельные измерительные приборы применяются очень редко. Их используют в качестве чувствительных элементов других приборов.

 

Вопрос 20.  

Диагностирование гасителей колебаний.

При движении вагона по периодическим неровностям пути (стыкам рельсов, например) со скоростью, когда частоты вынужденных и собственных колебаний близки по величине, могут возникать большие амплитуды колебаний кузова на рессорах (резонанс), если в системе рессорного подвешивания отсутствуют или малы силы сопротивления. Поэтому для гашения резонансных колебаний в систему рессорного подвешивания вводят специальные гасители, которые позволяют снизить амплитуды и ускорения колебательного движения, а следовательно, уменьшить воздействие динамических сил на элементы вагона и перевозимый груз. Многочисленные разновидности конструкций гасителей колебаний, применяемых в подвижном составе железных дорог, можно объединить в две большие группы: фрикционные и вязкого сопротивления. Рассмотрим некоторые из них.

Фрикционные гасители колебаний наиболее широко применяются в тележках грузовых вагонов. 

В двухосных тележках типа ЦНИИ-ХЗ фрикционный гаситель колебаний состоит из двух фрикционных клиньев 2 (рис. 3.27, а), размещенных между наклонными поверхностями концов надрессорной балки 1 и фрикционными планками 5, укрепленными на колонках 4 боковой рамы тележки. Клинья опираются на двухрядные цилиндрические пружины 5.Работа таких гасителей заключается в следующем. При вертикальных колебаниях надрессорной балки 1 совместно с обрессоренными массами вагона фрикционные клинья 2 перемещаются вниз и вверх относительно фрикционных планок 3. В результате между клиньями и планками возникают силы трения, создающие сопротивление колебательному движению. При этом величина силы трения прямо пропорциональна прогибу пружин и возрастает с его увеличением, так как клинья прижимаются с большей силой. Работа сил трения преобразуется в тепловую энергию, которая рассеивается в окружающую среду. Такого типа гаситель называют фрикционным с переменной силой трения, зависящей от прогиба.

Фрикционный гаситель колебаний с постоянной силой трения, показанный на рис. 3.27, б, устроен так, что сила трения не зависит от прогиба рессорного подвешивания. В пазах 5 концов надрессорной балки установлены башмаки 2, в которых размещены стаканы 3 с пружинами 4. Стакан 3 прижат предварительно сжатой пружиной 4 к фрикционной планке 1 боковой рамы тележки. Сила трения, возникающая при колебании надрессорной балки совместно с опирающимися на нее частями, постоянна и зависит только от жесткости и величины предварительного сжатия пружины, а также коэффициента трения между взаимодействующих плоскостей стаканов и фрикционных планок.

Фрикционный гаситель колебаний, применяемый в трехосных тележках типа УВЗ-9М (рис. 3.27, в), создает силы трения, пропорциональные прогибу рессорного подвешивания. Нагрузка от надрессорной балки тележки через прокладку 1 и нажимной конус 2 передается на два раздвигающихся клина 3. При деформациях рессорного подвешивания под действием скошенных поверхностей нажимного конуса 2 раздвижные клинья 3 прижимаются к внутренней поверхности фрикционного стакана 6. Между трущимися поверхностями раздвижных клиньев 3 и стакана 6 при их взаимном перемещении возникают силы трения, пропорциональные прогибу пружины 5, размещенной между фланцем стакана 6 и опорным кольцом 4.

К гасителям колебаний с постоянной силой трения относится дисковый фрикционный гаситель (рис. 3.28, а), конструкция которого состоит из стального диска 6, зажатого между двумя фрикционными прокладками 2 с помощью пружины 7, болта 4, поводков 3 и резиновых прокладок 5. Рычаги 1 и 3 с помощью валиков крепят между опорами упругих элементов. При колебании вагона и относительном угловом перемещении рычагов 1 и 8, а следовательно диска 6 и прокладок 2, между ними возникают силы трения постоянной величины. Эти силы можно регулировать величиной сжатия пружины 7 с помощью гаек болта 4.

Телескопический фрикционный гаситель колебаний фирмы Крайслер (рис. 3.28, б) является гасителем с постоянной силой трения и применяется в тележках грузовых и пассажирских вагонов зарубежных стран. Он состоит из башмаков 2 с фрикционными накладками 5, выполненными из асбестовой массы, которые прижимаются к корпусу 6 с помощью усилия пружины 4, воздействующей на конусные (клиновые) головку 1 и шайбу 3. Сила трения такого гасителя регулируется гайками 7, сжимающими пружину 4.

        

Телескопический гаситель колебаний типа БИТМ (Брянский институт транспортного машиностроения) (рис. 3.28, в) отличается от гасителя фирмы Крайслер тем, что усилия на главные трущиеся поверхности передаются через эластичные прокладки 1 и 2 без вспомогательных клиновых поверхностей. Изменением толщины этих прокладок и усилием сжатия пружины можно регулировать соотношение сил трения при возвратно-поступательном движении частей гасителя относительно корпуса. Гаситель колебаний типа БИТМ обладает большей стабильностью по сравнению с гасителем фирмы Крайслер, поскольку усилия на главные трущиеся поверхности передаются через упругие элементы.

Телескопические гасители колебаний устанавливаются как вертикально, так и наклонно относительно оси упругих элементов подвешивания. При наклонном их расположении гасятся вертикальные и горизонтальные колебания вагона. Важным преимуществом телескопических гасителей является простота и быстрота замены неисправного гасителя исправным.

Гидравлические гасители колебаний. Как отмечалось выше, существенным недостатком фрикционных гасителей колебаний является нестабильность их работы, т.е. ухудшение силовой характеристики. Эти и другие недостатки устранены в гасителях колебаний гидравлического типа и других гасителях вязкого сопротивления, которые, несмотря на усложнение изготовления, ремонта и технического обслуживания, широко применяются в тележках современных пассажирских вагонов.

В телескопических поршневых гидравлических гасителях колебаний сила сопротивления создается за счет перетекания жидкости из одной полости в другую через узкие калиброванные (дроссельные) отверстия. Сила сопротивления гасителя в этом случае зависит от вязкости жидкости, размеров дроссельных отверстий и пропорциональна скорости перемещения поршня.

Силовую характеристику в этих конструкциях создают на основе требований к ходовым качествам вагона путем подбора вязкости жидкости и размеров дроссельных отверстий.

Гидравлический гаситель колебаний (рис. 3.29) состоит из рабочего цилиндра 4, поршня 6 со штоком 1, неподвижного поршня 9 с отверстием 14, верхнего 7 и нижнего 8 клапанов, корпуса 3 и направляющей втулки 2. Между цилиндром 4 и корпусом 3 образуется резервуар 5. Гаситель заполнен вязкой жидкостью, которая подбирается с таким расчетом, чтобы в летнее и зимнее время ее вязкость изменялась незначительно.

  Работа гидравлического гасителя  колебаний заключается в следующем. При движении поршня 6 вниз (ход  сжатия) верхний клапан 7 приподнимается  и жидкость из подпоршневой  полости цилиндра 4 перетекает в  надпоршневую 12 через большие отверстия 11. Одновременно вследствие движения  штока 1 вниз давление под поршнем 6 повышается и часть жидкости  с сопротивлением перетекает  из полости 10 через дроссельное  отверстие клапана 8 в резервуар 5.

   В это время давление жидкости в надпоршневой 12 и подпоршневой 10 полостях цилиндра 4 выравнивается, так как полости 10 и 12 соединены между собой через большие отверстия 11 поршня и приподнятого вверх клапана 6. При движении поршня 6 вверх (ход растяжения) верхний клапан 7 закрывается под действием повышенного давления в надпоршневой полости 12 и жидкость с сопротивлением перетекает через дроссельные каналы в подпоршневую полость 10. Одновременно в полости 10 наступает разрежение, вследствие чего нижний клапан 5 поднимается и пропускает жидкость из резервуара 5 в подпоршневую полость 10, восполняя недостающий объем жидкости, поступающий из меньшего надпоршневого пространства, включающего объем штока 1. Резервуар 5 гасителя служит для размещения объема жидкости, вытесняемой штоком 1 из цилиндра при движении поршня 6 вниз, а также является сборником жидкости, просачивающейся через кольцевой зазор между штоком и направляющей втулкой 2. Для предотвращения выдавливания жидкости наружу гаситель имеет уплотнение 13.