Ložiskový zkušební stav II

Na zkušebním stavu se podařilo zahájit testování ložisek pro vysoké rychlosti. V tomto roce VUZ rozšířila služby i pro ložiska, která se testují na testovací rychlost 400 km za hodinu. Na Dynamickém zkušebním stavu (psalo se o něm v TechMagazínu č. 6/2022, pozn. redakce) je testována celá řada komponent, jako jsou např. rámy podvozků, kola, hřídele, nárazníky či betonové komponenty.
Ložiskový zkušební stav (dále jen LZS II) je zařízení, které slouží k prokázání dostatečné životnosti a výkonnosti nápravových ložisek používaných nejen v železniční dopravě. Zařízení je navrženo tak, aby vyhovovalo a mohlo simulovat podmínky stanovené v EN 12082 (viz obr.1).    
Společnost VUZ se zabývá testováním nápravových ložisek pro kolejová vozidla již přes deset let a řadí se mezi přední společnosti zaměřené na testování v Evropě.

Koncepce a návrh LZS II
Koncepce LZS II je zvolena na základě EN 12082, kde je předepsán obecný systém zavádění sil, chlazení a rozložení testovaných a nosných ložisek. Byl zvolen dvouhřídelový systém, který má oproti jednohřídelovým provedením nesporné výhody, ale samozřejmě i nevýhody (viz Tab.). Rozložení sil a reakcí působící na LZS II je patrné z obr. 2.

Výhody a nevýhody dvouhřídelové koncepce Výhody * Nevýhody
Při havárii možno vyměnit nosná ložiska bez demontáže zkoušených * Finančně náročnější řešení
Na jednotlivá nosná ložiska působí menší zatížení * Větší nároky na pohon z důvodu dvojnásobného množství nosných ložisek
Každé nosné ložisko primárně zachytává jiný směr zatížení, menší opotřebení, vyšší životnost * Nutnost používat různé druhy nosných ložisek na každém z hřídelů
Možnost montáže pouze jednoho hřídele s jedním zkoušeným ložiskem * Náročnější montáž
* Složitější provozní podmínky (chlazení)

Z hlediska porovnání výhod a nevýhod se jeví jako efektivnější jednohřídelové uspořádání Zkušebního ložiskového stavu, nicméně pro tuto zkoušku je stěžejní, aby zkoušená ložiska během zkoušky nebyla demontována, což při náhodném selhání nosných ložisek nelze zajistit jinak než dvouhřídelovou konstrukcí či dělenými nosnými ložisky.

Mechanická konstrukce LZS II
Hlavními částmi konstrukce LZS II jsou: zkušební hřídele s nosnými ložisky (radiální, axiální), hlavní nosný rám konstrukce, pohon, hydraulické zatěžovací zařízení, ventilátory pro chlazení, mazací hydraulický systém a silový hydraulický systém.
Hydraulické zatěžovací zařízení – k aplikaci radiálního a axiálního zatížení do zkoušených ložisek slouží lineární hydraulické motory, které jsou ovládány pomocí počítačem řízených servoventilů. Axiální zatížení je realizováno hydroválci 30 kN, řízenými servoventily MOOG a systémem EU 3000, který je schopen replikovat víceméně jakékoliv nastavené schéma zatížení. Radiální zatížení je aplikováno pomocí jednoduchých hydroválců 200 kN, které jsou pomocí ventilu regulovány pouze na jednu nastavenou hodnotu radiálního zatížení, jež je během zkoušky konstantní.
Zkušební hřídele s nosnými radiálními a axiálními ložisky – pro montáž zkoušených ložisek slouží dvě zkušební hřídele, které jsou opatřeny dvěma nosnými ložisky. Zkušební hřídel je na jedné straně přesnou kopií skutečné železniční nápravy (lze modifikovat pomocí adaptérů) a zbytek slouží k upevnění nosných ložisek. Přední zachytává ze zkoušených ložisek výhradně radiální zatížení, zadní zachytává hlavně axiální zatížení. Všechna nosná ložiska jsou chlazena a mazána průtokově olejem.
Pohon + mazací hydraulický systém – pohon je řešen pomocí elektromotoru o výkonu 55 kW, který přenáší točivý moment na jednotlivé zkušební hřídele pomocí řemenic s ozubenými řemeny. Přenos výkonu je řešen synchronně. To znamená, že jeden motor přenáší točivý moment na dvě oddělené nápravy, čímž jsou zajištěny synchronní otáčky na obou hřídelích. Motor je řízen 75kW měničem se zpětnou vazbou, který je ovládán z řídicího PC. Napínání řemenů je řešeno úhlově náklopným rámem motoru. Před každou zkouškou se řemeny napnou za pomoci ultrazvukového měřiče napětí řemenů.
Mazací a chladicí systém nosných ložisek je realizován pomocí hydraulické uzavřené soustavy, kterou protéká mazací, ale hlavně i chladicí olej nosných ložisek. Pomocí nízkotlakého čerpadla je olej distribuován do nosných ložisek v závislosti na potřebě.
Hlavní nosný rám konstrukce LZS II – skládá se ze tří částí. Spodní rám slouží k připevnění celého zařízení k odpruženému betonovému bloku. Střední rám slouží k montáži sestav zkušebních hřídelů s nosnými ložisky a vrchní rám je přizpůsoben k montáži axiálních hydraulických válců a větráků chladicího systému. Při odstranění vrchního rámu lze zkoušená ložiska montovat přímo v LZS II. Celý rám je připevněn na odpruženém betonovém bloku z důvodu nežádoucího vlivu vibrací, které se mohou na LZS II objevit v důsledku provozu jiných zkoušek na DZS.  
Mazací hydraulický systém nosných ložisek – je realizován pomocí hydraulické uzavřené soustavy, kterou protéká ložiskový olej (obr. 4). Pomocí nízkotlakého čerpadla je olej distribuován do nosných ložisek v závislosti na potřebě. Sběrná vana mazacího oleje je uzpůsobena tak, aby se vracející teplý olej co nejméně mísil s ochlazeným olejem, a tím bylo docíleno největší účinnosti chlazení. Při nutnosti většího chlazení je olej navíc přesměrován do velkého chladiče, který je umístěn mimo místnost LZS II.
Silový hydraulický systém – napájí vysokotlakým hydraulickým olejem lineární hydraulické motory realizující dynamickou axiální sílu a radiální statickou sílu do zkoušených ložisek. Stejně jako chladič nízkotlakého systému je umístěn mimo místnost LZS II. Provozní tlak v systému je 23–26 MPa; je stále udržován a dorovnáván.
Ventilátory chlazení – během zkoušky musejí být zkoušená ložiska ochlazována proudícím vzduchem o rychlosti 8–10 m/s. K tomu slouží čtveřice ventilátorů, z nichž dva jsou stacionární a slouží k chlazení nosných ložisek a dva jsou úhlově nastavitelné a slouží k chlazení zkoušených ložisek (obr. 5). Vzhledem k požadovaným podmínkám při realizaci zkoušky byl LZS II umístěn do samostatné místnosti, ve které je pomocí 3 A/C jednotek udržována teplota 20 ± 2 °C a pomocí zvlhčovačů vlhkost vzduchu min. 30 %. Z tohoto důvodu nemusejí být teploty korigovány na teplotu prostředí 20 °C.
Řídicí systém LZS II – Základní řízení a sběr dat ze všech snímačů jsou řešeny pomocí PLC. Tento okruh a veškeré ovládané zařízení i systémy lze řídit a spouštět jednotlivě manuálně. Při běhu testu PLC komunikuje s řídicím PC, které je nadřazené tomuto PLC. Sbíraná data, která úzce souvisí s realizací zkoušky (teploty, vibrace…), jsou shromažďována a vyhodnocována přímo v tomto řídicím PC, jež v případě překročení limit či zjištění nestandardního chodu LZS II vyšle sadu příkazů do PLC, které vykoná požadované úkony. Schéma řídicího řetězce LZS II.

Průběh testování
Zkoušky na LZS II probíhají dle scénáře ČSN EN 12 082 tab. A1. V závislosti na použití ložiska (vysokorychlostní, nákladní…) lze nastavit řídicí program i dle specifikace, která neodpovídá výše zmíněným možnostem. Naprogramovat lze i speciální průběhy zkoušek výkonnosti, které poté stroj automaticky provede. Během zkoušky jsou v periodě po 6 sekundách kontrolovány všechny sledované parametry, které přímo či nepřímo souvisí s prováděním zkoušky (teploty, vibrace, hladiny mazacího oleje, teplota frekvenčního měniče, tlak v hydraulickém systému…) a jednou za 100 sekund se všechny sledované hodnoty zaznamenávají a vyhodnocují dle kritérií EN 12 082 tab. A2. Při překročení jakékoliv limity či při havárii LZS II program automaticky zastavuje provoz LZS II ve zrychleném módu, zaznamenává data a posílá zprávu o typu havárie na emaily zúčastněným osobám.
Součástí zkoušek ložisek dle EN 12082 je i tzv. zkouška vodotěsnosti, při níž má být zjišťováno, zda se do ložiska či ložiskové jednotky nedostane voda, která by měla za následek kontaminaci maziva a narušení vnitřních dílů ložiska či ložiskové jednotky.

Závěr
Nová generace LZS II je po všech stránkách dokonalejší a propracovanější zkušební zařízení, které dokáže být, v rámci testování ložisek či ložiskových jednotek, velice všestranné a komplexní. LZS II je již koncipován na rychlosti 400 km/h a je jedním z nejkvalitnějších zařízení na provádění zkoušek ložisek. Automatický provoz a kompletní řízení počítačem zajišťuje bezproblémový chod zkoušky a dohledatelnost veškerých sledovaných veličin.
Vzhledem k posuzování ložisek a ložiskových skříní je tato zkouška nenahraditelná například zkušebním provozem, protože testuje ložiska bez jakýchkoliv rizik vzhledem k bezpečnosti. Z důvodu velmi dlouhého průběhu zkoušek jednotlivých ložisek (až 8 měsíců i více), jsou tyto zkušební stendy velice vytížené po celé Evropě.

Jiří Soukup, Jaroslav Brabec, Radek Stuchlík
Foto: VUZ

Publikováno: 23. 6. 2023 | Počet zobrazení: 151 32