Гасители колебаний и стабилизирующие устройства

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.

Гасителем колебаний (демпфером) называется устройство, обеспечивающее уменьшение (гашение) амплитуд колебаний вагона за счет преобразования кинетической энергии колебаний в тепловую энергию и рассеивания ее в окружающую среду.

Многочисленные разновидности конструкций гасителей колебаний, применяемых в подвижном составе железных дорог, можно объединить в две большие группы: фрикционные и вязкого сопротивления.

В тележках грузовых вагонов наиболее широко применяются фрикционные гасители колебаний с переменной силой трения, зависящей от прогиба пружин.

В тележках модели 18-100 фрикционный гаситель колебаний состоит из двух фрикционных клиньев (рис. 7.3, 7.6), размещенных между наклонными поверхностями концов надрессорной балки и фрикционными планками, укрепленными на колонках боковой рамы тележки. Клинья опираются на двухрядные цилиндрические пружины.

При колебаниях вагона (надрессорной балки) фрикционные клинья перемещаются относительно фрикционных планок и наклонных поверхностей надрессорной балки, в результате чего возникают силы трения, обеспечивающие гашение колебаний вагона. Величина силы трения пропорциональна прогибу пружин. Она возрастает по мере увеличения прогиба (см. график на рис. 7.6).

Рис. 7.6. Схема фрикционного клинового гасителя колебаний тележки модели 18-100

Работа сил трения преобразуется в тепловую энергию, которая рассеивается в окружающую среду.

Существенным недостатком фрикционных гасителей колебаний является нестабильность их работы, т. е. ухудшение силовой характеристики. Эти и другие недостатки устранены в гидравлических гасителях колебаний и других гасителях вязкого сопротивления, которые, несмотря на усложнение изготовления, ремонта и технического обслуживания, широко применяются в тележках современных пассажирских вагонов.

В 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.

Рис. 7.7. Схема поршневого гидравлического гасителя колебаний:
1 – шток; 2 – направляющая втулка; 3 – корпус; 4 – рабочий цилиндр; 5 – резервуар; 6 – поршень; 7, 8 – верхний и нижний клапаны; 9 – неподвижный поршень с отверстием 14; 10 – подпоршневая полость; 11 – большие отверстия; 12 – надпоршневая полость;

13 – уплотнитель

Гидравлический гаситель колебаний (рис. 7.7) 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. 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 8. 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 8 поднимается и пропускает жидкость из резервуара 5 в подпоршневую полость 10, восполняя недостающий объем жидкости, поступающей 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.

В тележках вагонов применяют возвращающие устройства, которые служат одновременно для смягчения боковых толчков, возникающих вследствие набегания гребней колес при извилистом движении колесных пар на прямых участках пути и при входе вагона в кривые, а также для возвращения отклоненного кузова под действием поперечных сил в среднее положение.

В тележках вагонов применяются возвращающие устройства двух типов, различающиеся по принципу действия и конструктивному выполнению.

К первому типу относятся устройства, возвращающая сила которых создается за счет использования силы тяжести кузова, воздействующей на тележку. К подобным устройствам относятся конструкции, имеющие ролики (катки), размещенные между наклонными плоскостями (рис. 7.8, а).

Рис. 7.8. Возвращающие устройства вагонов: а – катковое; б – люлечное

При поперечном отклонении тележки относительно кузова возникает возвращающая сила N, не зависящая от величины отклонения тележки. Если же ролики (катки) вместо наклонных плоскостей разместить в овальных (цилиндрических или выполненных по особому профилю) углублениях, то возвращающая сила N будет возрастать по определенному закону с увеличением поперечных отклонений тележки в связи с ростом угла α от нуля (среднее положение) до максимального значения (максимальное отклонение тележки).

К первому типу возвращающих устройств относится также люлечное подвешивание (рис. 7.8, б). При горизонтальном отклонении надрессорной балки 4, расположенной на упругих элементах 3, произойдет изменение наклона люлечных подвесок 2, что и вызовет появление горизонтального возвращающего усилия.

Люльки бывают с вертикальными и наклонными подвесками 2. Вертикальные люлечные подвески при отклонении остаются параллельными, а надрессорная балка при этом остается параллельной первоначальному положению. В случае наклонных люлечных подвесок создается большая величина возвращающей силы, зависящая от первоначального угла их наклона, но при этом происходит нежелательный наклон надрессорной балки, а иногда перекос и кручение кузова вагона.

Во втором типе возвращающего устройства возвращающая сила обеспечивается за счет использования поперечной упругости упругих элементов рессорного подвешивания.

В современных тележках грузовых вагонов, например, функции возвращающих устройств выполняют пружины, возвращающая сила которых пропорциональна величине их горизонтальной упругой деформации.

В конструкции тележек КВЗ-ЦНИИ типов I, II и КВЗ-ЦНИИ-М для передачи тяговых и тормозных усилий от тележки к кузову предусмотрены продольные поводковые связи (поводки).

Одним из назначений поводка тележки является упругое ограничение перекоса надрессорной балки в горизонтальной плоскости и возвращение ее в центральное положение. Для выполнения этой задачи поводок должен быть правильно установлен, а его упругие элементы обладать необходимой жесткостью. Выполняя совместно с люлькой роль возвращающих устройств, поводки одновременно служат для смягчения боковых толчков, возникающих вследствие набегания гребней колес при извилистом движении колесных пар на прямых участках пути и при входе вагона в кривые; обеспечивают упругое ограничение перекоса надрессорной балки в горизонтальной плоскости и возвращение ее в центральное положение; предотвращают сдвигающие (продольные) усилия, действующие на элементы подвесок.

Одной из важнейших мер для улучшения плавности хода вагона в вертикальном направлении является увеличение гибкости рессорного подвешивания. Однако при этом возрастает боковая качка кузова и ухудшается поперечная устойчивость вагона. В этом случае применяют особые устройства – стабилизаторы, которые обеспечивают упругое сопротивление только крену кузова и позволяют значительно увеличить суммарный статический прогиб рессорного подвешивания вагона. В подвешивании могут быть использованы рычажные, торсионные и другие типы стабилизаторов боковой качки вагонов.

Рычажный стабилизатор (рис. 7.9, а) включает в себя два равноплечих рычага 3 и 6, прикрепленных шарнирами 5 к надрессорной балке 7. Своими концами 2 рычаги 3 опираются на люлечные подвески 1, а противоположные концы рычагов с помощью валиков соединены между собой серьгами 4. Такое устройство противодействует наклону надрессорной балки тележки и препятствует боковой качке кузова, не влияя на вертикальные перемещения.

Рис. 7.9. Стабилизаторы боковой качки вагона:

а – рычажный; б – торсионный

Торсионный стабилизатор (рис. 7.9, б) состоит из двух торсионов 2, свободно вращающихся в подшипниках 1, прикрепленных к раме тележки 6. Надрессорная балка 5 шарнирно соединена подвесками 3 с изогнутыми концами 4 торсионных стержней. Такое стабилизирующее устройство обеспечивает восстанавливающие моменты от скручивания торсионов при боковом отклонении кузова и противодействует его наклону.

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите типы рессорного подвешивания вагонов.

2. Нарисуйте схему рессорного подвешивания грузового вагона.

3. Назовите упругие элементы рессорного подвешивания пассажирского вагона.

4. Конструкция и принцип действия фрикционных гасителей колебаний.

5. Назовите все элементы, из которых состоят фрикционные гасители колебаний в тележках модели 18-100.

6. Конструкция и принцип действия гидравлических гасителей колебаний.

7. Назначение и принцип действия возвращающих и стабилизирующих устройств вагонов.

Дата добавления: 2014-01-03