CC BY
6Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=4.63) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22230
ОТРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ВИНТОВОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙПРУЖИНЫ С ДЕМПФИРУЮЩИМИ
КАЧЕСТВАМИ
Махмут Ахматович Ибрагимов
РУТ (МИИТ)
Дамир Мирхатымович Инсапов
ТГТрУ
Шохрух Наримон угли Кахрамонов
ТГТрУ
АННОТАЦИЯ
В рессорном подвешивании современных локомотивов широко используют винтовые цилиндрические пружины совместно с автономными гасителями колебаний. Подобная компоновка приводит к усложнению и удорожанию подвески. В статье рассмотрены конструкции пружин совмещающих свойства гасителя колебаний и проведена отработка конструкции подобной пружины.
Ключевые слова - рессорное подвешивание, винтовые цилиндрические пружины, автономные гасители колебаний, локомотив, фрикционные демпферы,
Рессорное подвешивание рельсовых транспортных средств в основном скомпоновано из цилиндрических винтовых пружин в комплекте с гасителями колебаний различных типов. Это объясняется недостаточной величиной сил внутреннего сопротивления возникающих при нагружении в металле пружины. Указанный фактор значительно усложняет и удорожает конструкцию экипажной части рельсового подвижного состава. Обзор научно-технической и патентной литературы, проведенный в [ 1], показал на значительное количество материалов посвященных разработке и совершенствованию конструкции пружины с целью придания ей дополнительных свойств демпфирования колебаний. При этом все многообразие выявленных конструкций было разделено на две большие группы: I - пружины с фрикционным демпфированием; II - пружины, фрикционное демпфирование которых усиливалось за счет включения в их конструкцию резиновых и других элементов, обладающих высоким внутренним трением.
Как показали исследования кафедры "Вагоны" ЛИИЖТа [4], гасители колебаний, совмещающие качества фрикционного и резинового гасителя способны обеспечить эффективное демпфирование во всем диапазоне динамической нагрузки. Исследования характеристик пружин, имеющих подобные свойства, проведенные лабораторией "Динамика машин" позволили сделать следующие выводы [3].
110
UZBEKISTAN | www.caajsr.uz
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=4.63) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22230
Для пружины сформированной из желобов открытого профиля характерна существенная угловая (в сечении) и линейная (по длине желоба) депланация сечений желобов. Это значительно снижает жесткость пружины и ее несущая способность оказывается значительно ниже по сравнению с аналогичной пружиной изготовленной из прутка сплошного сечения. В тоже время « ... повышение жесткости путем ограничения подвижности концов желоба различными конструктивными способами приводит к снижению демпфирующих качеств во фрикционной области и к значительному росту напряжений в пружине, которые в отдельных точках сечения превышают допустимые пределы.»[2]
Рис.1. Пружина составного сечения с вставкой прямоугольного сечения.
Далее, при проведении экспериментальных исследований, была изготовлена и испытана пружина, рабочий чертеж которой приведен на рис.1 Испытания подтвердили эффективность подобных пружин, показатели демпфирования которой оказались в диапазоне, рекомендованном для гасителей колебаний локомотивов. В тоже время был сделан вывод о целесообразности использования в качестве вставки в полости желоба профилей кругового сечения, надежно зарекомендовавших себя при работе в качестве цилиндрических винтовых пружин, а технология их изготовления хорошо освоена промышленностью [3]. На основе этого анализа была предложена конструкция упругого элемента в виде пружины, приведенная на рис.2. Этот вариант конструкции содержит дополнительные элементы трубчатого профиля.
касфйжекме при кр^ченцц-540 мпа
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=4.63) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22230
Демпфирование колебаний в этой пружине происходит за счет внутреннего трения в материале 3 с высоким внутренним трением при деформации его совместно с желобчатой секцией 2, помещенными между витками пружины обычного типа 1, витками последней при ее нагружении. Недостатком конструкции является тот факт, что при смыкании витков пружины- не предусмотренных расчетом, но часто происходящим при превышении динамической нагрузкой допустимых пределов, прочность желобчатого элемента может быть нарушена и появляется реальная возможность ее разрушения.
На основе этих выводов из проведенных исследований была предложена конструкция еще одного упругого элемента в виде пружины. Предлагаемая конструкция приведена на рис.3. Она содержит трубчатую пружину 2 с разомкнутым сечением. В полости трубчатой пружины размещен демпфирующий элемент 3, выполненный напримериз резины. Ось симметрии сечения трубчатой пружины параллельна оси упругого элемента, а на его дне, под демпфирующим элементом размещена винтовая пружина 1 кругового сечения. На рисунке изображены: общий вид упругого элемента, вид двух смежных витков при действии динамической нагрузки и предполагаемая силовая характеристика упругого элемента. Причем пружина 1 выполнена с рабочими и опорными витками, а трубчатая пружина 2 имеет только рабочие витки и внешняя нагрузка на нее передается через пружину 1.
CENTRAL ASIAN ACADEMIC JOURNAL ISSN: 2181-2489
OF SCIENTIFIC RESEARCH VOLUME 2 I ISSUE 6 I 2022
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=4.63) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22230
Рис.3. Упругий элемент (патент РУзUZIDP 05219).
Работает упругий элемент следующим образом. При действии на него внешней нагрузки витки его деформируются и зазор Т между смежными витками уменьшается.При достижении статической нагрузки величины P(t) = Рс, зазор между ее витками выбирается и становится равным нулю, т.е. Т = 0. Упругому элементу в диапазоне нагрузок 0 - Рс не требуется демпфирование, так как при установке в систему рессорного подвешивания он работает при нагрузках Рс -Рmax и оно в конструкции минимально. При дальнейшем увилечении нагрузки смежные витки упругого элемента начинают контактировать, деформируя элемент 3. Силовая характеристика на участке Рс - Рmaх становится более жесткой, ее неоднозначность усиливается. На этом участке в основном будет работать только демпфирующий элемент. Подобная конструкция позволяет полностью исключить динамические соударения металлических сечений витков друг о друга, а поскольку при таком режиме нагрузка на пружину не превышает допустимую, исключается и перегрузка пружины максимальными динамическими нагрузками, являющейся одной из основных причин выхода пружин из строя. Как
113
UZBEKISTAN | www.caajsr.uz
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=4.63) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=2223Q
видим, подобная конструкция помимо придания пружине качеств гасителя колебаний дополнительно приводит к повышению его надежности. А варьирование величиной зазора Т между витками упругого элемента за счет толщины демпфирующего элемента позволяет получить точку перелома его силовой характеристики практически при любом значении внешней нагрузки. Таким образом представленный упругий элемент совмещает характеристики фрикционного и резинового гасителя колебаний, что рекомендуется выводами работы [4]; технология его изготовления, предложенная ниже, достаточно проста; упруго-диссипативные характеристики достаточно легко варьируются за счет толщины стенки желобчатого элемента и толщины демпфирующего элемента. Далее описывается новая технология изготовления предложенной винтовой пружины, причем при этом одновременно решается проблема изготовления пружины с наклонными опорными витками, обоснование величин углов наклона которых проведены в [2]. Изготовление пружины происходитв следующей последовательности :берутся заготовки требуемой длины для изготовления пружины сплошного сечения и желобчатого элемента; концы заготовки пружины кругового сечения оттягиваются на длину 0,75 длины периметра одного витка для формирования из них опорного витка; далее заготовки нагреваются и производится их навивка в спираль с шагом и
диаметром равным проектной пружине; полученные заготовки спиралей раздельно подвергают стандартной термической обработке, применяемой при изготовлении пружин рессорного подвешивания после чего производится сборка пружины, путем навинчивания винтового бруса в полость винтовой секции. При этом желобчатая секция короче кругового бруса на длину опорных витков и размещается симметрично относительно его концов; собранную заготовку составной цилиндрической пружиныустанавливают в специальное приспособление, нагревают концевые участки кругового бруса,
неохваченные желобчатым элементом, например, электрическим током и дают на пружину нагрузку в продольном направлении перемещающимися торцевыми площадками приспособления. Нагретые участки витков, деформируясь, образуют опорные витки пружины, которые будут в дальнейшем препятствовать сползанию желобчатого элемента с кругового сечения, а их наклон будет соответствовать наклону поверхности площадок, через которые на пружину передавалась формообразующая нагрузка. В последнюю очередь в полость желобчатого элемента устанавливают резиновый элемент.
Таким образом можно констатировать: в результате проведенных исследований создана пружина совмещающая качества гасителя колебаний с
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=4.63) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22230
достаточно простой технологией изготовления и взаимозаменяемая с конструкциями существующих пружин рессорного подвешивания, которая может быть рекомендована к применению в системах рессорного подвешивания современного рельсового подвижного состава.
1. Ибрагимов М.А., Инсапов Д.М. Обзор конструкций винтовых цилиндрическихпружин обладающих демпфирующими свойствами.В сборнике трудов международной интернет- конференции «Современные проблемы ж.д. транспорта». Москва, 7 апреля 2020.
2. Ибрагимов М.А., Хромова Г.А., Сливинский Е.В., Киселев В.И.Разработка конструкции пружины рессорного подвешивания обладающей демпфирующими свойствами.В сборникетрудов международной интернет-конференции«Современные проблемы ж.д. транспорта». Москва, 7 апреля 2020.
3. Ибрагимов М.А. Совершенствование конструкции рессорного подвешивания локомотивов. Винтовые цилиндрические пружины: монография/ М. А. Ибрагимов.-МИИТ, 2010.-127 с.
4. Слитиков П.А. и др. Анализ гасителей колебаний рельсовых экипажей. В сб. трудов ЛИИЖТа «Вопросы проектирования и эксплуатации тележек пассажирских вагонов», вып.235, 1965- с.3-19.
5. Упругий элемент, а.с.№1328613 (СССР).
6. Упругий элемент, патент РУзUZIDP 05219
Литература
