CC BY
95
РУХОМИЙ СКЛАД
УДК 629.4.027.3
Жижко В.В., с.н.с. (ДИИТ, Днепропетровск)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ СИСТЕМ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ РЕЛЬСОВЫХ ЭКИПАЖЕЙ
Одной из важных систем в конструкции рельсовых экипажей, обеспечивающих необходимые динамические характеристики, являются системы демпфирования и гашения колебаний. Разнообразие технических решений устройств и систем гашения колебаний связано, в первую очередь, с различными направлениями их применения и типом рельсового экипажа. Ранее, другими авторами, уже производился обзор и анализ конструкций систем гашения колебаний рельсовых экипажей. В данной работе рассматриваются в основном конструкции гасителей колебаний, в которых в качестве рабочего тела используется газ или жидкости, как отдельно, так и в сочетании с другими типами гасителей колебаний.
В научных трудах ученых Санкт-Петербургского университета путей сообщения (ранее ЛИИЖТ) проанализированы конструкции гасителей колебаний железнодорожных транспортных средств, существующих на то время [1]. Но за последние годы конструктора и изобретатели предложили целый ряд новых технических решений, которые также заслуживают внимания и представляют интерес для специалистов, занимающихся совершенствованием конструкции ходовых частей рельсовых экипажей [2]. Далее рассмотрим наиболее характерные технические решения гасителей колебаний разработанные в последнее время.
Группа изобретений - поперечный пружинящий элемент для рельсового транспортного средства и способ для центрирования кузова вагона описана в работе [3]. Согласно предложенному техническому решению гидропневматический поперечный пружинящий элемент (ППЭ) располагается между ходовой частью и кузовом. Данный ППЭ является встроенным вторичным демпфером и функционирует в зависимости от возникающих колебаний, обеспечивая автоматическое центрирование
кузова относительно ходовой части, т. е. удержание кузова в среднем положении. Основу ППЭ составляет цилиндр двойного действия с двумя поршневыми штангами, установленными соответствующими концами в суппортах рамы кузова. Имеется также реакционная штанга, связанная одним из концов с суппортом ходовой части. Для цилиндра ППЭ предусмотрен управляющий вентильный блок, подключенный шлангом высокого давления к гидронакопителю.
Изобретение [4] касается устройства для гашения механических колебаний, в особенности обрессоренных частей транспортных средств. Дано описание конструкции адаптивного пневмогидравлического демпфера. Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение оптимального демпфирования железнодорожных транспортных средств на участках как с хорошим, так и с удовлетворительным состоянием пути, т. е. как при малых, так и при больших амплитудах колебаний.
Изобретение [5] относится к устройствам для гашения колебаний, в частности гидравлическим гасителям колебаний, устанавливаемым на пассажирские вагоны железнодорожного транспорта. Гаситель колебаний содержит амортизатор, охваченный защитным кожухом, с одним отверстием, сообщенным с сообщающейся с атмосферой полостью. Гаситель может быть также снабжен, одним дополнительным ограничивающим элементом, закрепленным по трем кромкам на защитном кожухе для образования дополнительной полости, сообщенной с соответствующим отверстием, выполненным в защитном кожухе. При этом суммарный объем полостей превышает максимальный объем камеры, ограниченной амортизатором и защитным кожухом Амортизатор может быть выполнен гидравлическим или гидропневматическим. В результате снижается трудоемкость устройства, уменьшаются его габариты и металлоемкость.
В патенте [6] рассматривается изобретение, которое относится к конструктивным элементам демпфера. Сущность изобретения заключается в том, что демпфер подвески транспортного средства содержит корпус и внутренний цилиндр, между которыми расположена кольцевая камера, поршень и шток, проходящий через направляющее отверстие крышки цилиндра, закрепленной в корпусе гайкой, фиксирующей в выемке крышки штоковый уплотнитель, впускной клапан, установленный в днище цилиндра, сообщенный с подводящим каналом корпуса, поршневой обратный клапан, проходные каналы и крышки и отводную трубку, соединяющие штоковую полость с кольцевой камерой через дроссель и
разгрузочный клапан в крышке, имеющей выходящее в кольцевую камеру контрольное отверстие, герметично закрытое резьбовой головкой щупа, и манжету. Дроссель и разгрузочный клапан расположены в плоскости, перпендикулярной штоку. В корпусе по их осям выполнены монтажные отверстия. Между фаской крышки и кольцевым уступом корпуса, ниже уровня разгрузочного клапана, установлены кольцо со встречной фаской и упругая манжета, прижатая фасками к корпусу. Техническим результатом является упрощение регулирования демпферных характеристик.
Устройство для вторичного демпфирования кузова вагона железнодорожного транспортного средства с активным амортизатором представленное в изобретение [7], относится к эластичным подвескам вагонов с устройствами для регулирования характеристик гидравлических или пневматических амортизаторов. В предложенном техническом решении активный гидропневматический амортизатор выполнен с буферным аккумулятором и размещен между кузовом вагона и поворотной тележкой. Во время движения вагона гарантируется наивысший уровень его поднятия. Посредством имеющегося регулятора осуществляется также регулирование уровня опускания вагона относительно платформы. Буферный аккумулятор в стационарном состоянии транспортного средства блокируется для того, чтобы разгрузить регулятор уровня при смене нагрузки. В случае падения давления в основной магистрали управления вступает в действие аварийный цилиндр, обеспечивающий установку промежуточного уровня поднятия вагона.
В работах [8-9] рассмотрены патенты тележки и пневмогидравлической рессоры транспортного средства. Патентуемая тележка [8] содержит снабженную эластичными опорными поверхностями раму, выполненную в виде поперечной балки, жестко связанной с продольными боковинами, соединенными с подшипниковыми узлами колесных осей при помощи упругих органов. Гаситель колебаний размещен между упругими органами над подшипниковым узлом и выполнен в виде резинометаллического блока, полость которого разделена на две сообщающиеся через дроссельное отверстие между собой камеры, первая из которых заполнена рабочей жидкостью, а во второй размещена упругая диафрагма. Опорные поверхности резионометаллического блока дополнительно связаны между собой через раму двух-шарнирным звеном, ось которого непараллельна продольной оси резинометаллического блока Технический результат - повышение скорости движения тележки.
Сущность изобретения пневмогидравлической рессоры [9] заключается в том, что пневмогидравлическая рессора содержит цилиндр с
верхней и нижней крышками, заполненный жидкостью и газом, поршень с полым штоком, в котором размещена камера противодавления, сообщенная трубкой с кольцевой полостью между стенками цилиндра и полого штока, и шток с проточкой, закрепленный в верхней крышке цилиндра и размещенный в центральном отверстии поршня. Проточка штока выполнена в нижней его части и соединяет надпоршневую полость с камерой противодавления при негруженом транспортном средстве. Рессора снабжена демпфирующим узлом, саморегулируемым в зависимости от амплитуды колебаний и степени загрузки транспортного средства, включающим основной дроссельный канал, выполненный на нижнем торце трубки, дополнительный дроссельный канал, образованный радиальными отверстиями, выполненными в нижней части трубки, и подпружиненный плунжер, установленный на нижнем конце трубки и перекрывающий радиальные отверстия при взаимодействии с нижним торцом штока при груженом транспортном средстве. Входное отверстие трубки в кольцевую полость выполнено в полном штоке ниже нижнего торца поршня и перекрывается в конце хода отдачи нижней крышкой. Между нижним торцом поршня и входным отверстием трубки на наружной поверхности полого штока выполнен продольный паз переменного сечения, который при перекрытии входного отверстия трубки обеспечивает увеличение неупругого сопротивления в конце хода отбоя рессоры. Камера противодавления сообщена с кольцевой полостью посредством дополнительной трубки с обратным клапаном, входное отверстие которой выполнено в полом штоке непосредственно под нижним торцом поршня. Техническим результатом является повышение плавности хода.
Патентуемая рессора [10] содержит цилиндр с размещенным в нем поршнем со штоком. Цилиндр выполнен в виде пневмоцилиндра, надпоршневая воздушная полость которого соединена через дроссельный канал, в котором размещен саморегулируемый дроссельный элемент с возможностью перемещения в нем, и гибкий шланг с дополнительным резервуаром. Саморегулируемый дроссельный элемент выполнен в виде двух усеченных конусов, обращенных основаниями с большим диаметром другу к другу. Рессора снабжена также масляным резервуаром, верхняя воздушная полость которого соединена трубой через редукционный клапан с дополнительным резервуаром. Нижняя масляная полость масляного резервуара соединена гибким шлангом со штуцером на нижнем наружном конце штока. Между верхними и нижними уплотнительными манжетами на поршне выполнена кольцевая канавка, которая посредством радиального
канала соединена со штуцером на нижнем наружном конце штока. Дополнительный резервуар снабжен электронагревательным элементом, установленным внутри его полости, и теплоизолирован от внешней среды. Техническим результатом является повышение несущей способности пневматической рессоры за счет повышения давления сжатого воздуха в пневмоцилиндре и сокращения при этом его габаритов, возможности размещения отдельных частей рессоры в тележке, упрощение регулировки положения поршня в пневмоцилиндре и повышение надежности и технического ресурса работы пневмоцилиндра.
Сущность патентуемой рессоры [11] заключается в том, что пневмогидравлическая рессора содержит цилиндр с верхней и нижней крышками, заполненный жидкостью и газом, поршень с полым штоком, в котором размещена камера противодавления, сообщенная трубкой с кольцевой полостью между стенками цилиндра и полого штока, и шток с проточкой, закрепленный в верхней крышке цилиндра и размещенный в центральном отверстии поршня. Проточка штока выполнена в нижней его части и соединяет надпоршневую полость с камерой противодавления при негруженом транспортном средстве. Рессора снабжена демпфирующим узлом, саморегулируемым в зависимости от амплитуды колебаний и степени загрузки транспортного средства, включающим основной дроссельный канал, выполненный на нижнем торце трубки, дополнительный дроссельный канал, образованный радиальными отверстиями, выполненными в нижней части трубки, и подпружиненный плунжер, установленный на нижнем конце трубки и перекрывающий радиальные отверстия при взаимодействии с нижним торцом штока при груженом транспортном средстве. Входное отверстие трубки в кольцевую полость выполнено в полном штоке ниже нижнего торца поршня и перекрывается в конце хода отдачи нижней крышкой. Между нижним торцом поршня и входным отверстием трубки на наружной поверхности полого штока выполнен продольный паз переменного сечения, который при перекрытии входного отверстия трубки обеспечивает увеличение неупругого сопротивления в конце хода отбоя рессоры. Камера противодавления сообщена с кольцевой полостью посредством дополнительной трубки с обратным клапаном, входное отверстие которой выполнено в полом штоке непосредственно под нижним торцом поршня. Техническим результатом является повышение плавности хода.
Изобретение [12] относится к железнодорожному транспорту, а именно к конструкции пружин центрального подвешивания тележки
пассажирского вагона с двухступенчатым рессорным подвешиванием (см. рисунок 1).
Рисунок 1 - Тележка пассажирского вагона с двухступенчатым рессорным
подвешиванием
По оси установки пружин на шаровых опорах закреплены телескопические направляющие, оборудованные упорными площадками, ограничивающими сжатие пружины на заданную величину. Внутри пружины установлен герметичный неметаллический защитный кожух, закрывающий шаровые опоры и телескопические направляющие, оборудованные кингстонами свободного выхода конденсата из них к основанию их закрепления. Технический результат - эффективное и надежное гашение высокочастотных составляющих вертикальных колебаний при движении тележки на всех участках железнодорожного пути.
В патенте [13] рассмотрена гидропневматическая рессора рельсового транспортного средства (см. рисунок 2). Сущность изобретения: гидропневматическая рессора содержит гидроцилиндр, размещенный в нем поршень со штоком, сообщенный с надпоршневой полостью гидроцилиндра гидропневмоаккумулятор с упругой диафрагмой, отделяющей жидкость от газа, и жесткой перегородкой с дроссельным каналом, установленной с возможностью раздела газовой полости на две камеры.
Рисунок 2 - Гидропневматическая рессора
Поддиафрагменная жидкостная полость гидропневмоаккумулятора сообщена с надпоршневой полостью гидроцилиндра посредством дроссельного канала. Золотниковый узел состоит из трех частей, из которых средняя фланцевая часть закреплена на упругой диафрагме по оси ее перемещения, нижняя часть выполнена в виде первого золотника, спрофилированного в виде двух обращенных вершинами друг к другу конусов, установленного с возможностью перемещения в дроссельном канале, а верхняя часть выполнена в виде стержня с упорами и установленного между упорами стержня с возможностью перемещения вдоль его оси второго золотника в виде двух обращенных вершинами наружу конусов, установленного с возможностью перемещения в дроссельном канале жесткой перегородки. Конец стержня электромагнитно связан с электрической обмоткой катушки узла измерения положения золотников относительно дроссельных каналов. Клапанный узел установлен в дроссельном канале для отключения упругой части рессоры.
Изобретение [14] относится к устройствам для гашения колебаний, в частности гидравлическим гасителям колебаний, устанавливаемым на пассажирские вагоны железнодорожного транспорта. Гаситель колебаний, изображенный на рисунке 3, содержит амортизатор, охваченный защитным кожухом, по крайней мере, с одним отверстием, сообщенным с
сообщающейся с атмосферой полостью, образованной защитным кожухом и ограничивающим ее элементом, при этом ограничивающий элемент закреплен на защитном кожухе по трем кромкам.
Гаситель может быть также снабжен, по крайней мере, одним дополнительным ограничивающим элементом, закрепленным по трем кромкам на защитном кожухе для образования дополнительной полости, сообщенной с соответствующим отверстием, выполненным в защитном кожухе. При этом суммарный объем полостей превышает максимальный объем камеры, ограниченной амортизатором и защитным кожухом. Амортизатор может быть выполнен гидравлическим или гидропневматическим. В результате снижается трудоемкость устройства, уменьшаются его габариты и металлоемкость.
Гидравлический гаситель колебаний для одноступенчатого рессорного подвешивания в патенте [15], может быть использовано для гашения вертикальных колебаний рельсового транспортного средства.
Рисунок 4 - Гидравлический гаситель колебаний для одноступенчатого
рессорного подвешивания
Рисунок 3 - Гидравлический гаситель колебаний
Сущность изобретения: гаситель колебаний (рисунок 4) содержит корпус, кожух, рабочий цилиндр, резервуар, резиновые и металлические втулки, шток с поршнем. Поршень выполнен в виде верхней и нижней ограничительных шайб с перепускными каналами и перемещающейся между ними шайбы с дроссельными отверстиями, ограниченной с обеих сторон витыми пружинами.
В работе [16] предлагается описание гидропневматической рессоры рельсового транспортного средства. Сущность изобретения: гидропневматическая рессора содержит гидроцилиндр, размещенный в нем поршень со штоком, сообщенный с надпоршневой полостью гидроцилиндра гидропневмоаккумулятор с упругой диафрагмой, отделяющей жидкость от газа, и жесткой перегородкой с дроссельным каналом, установленной с возможностью раздела газовой полости на две камеры. Поддиафрагменная жидкостная полость
гидропневмоаккумулятора сообщена с надпоршневой полостью гидроцилиндра посредством дроссельного канала. Золотниковый узел состоит из трех частей. Средняя фланцевая часть закреплена на упругой диафрагме по оси ее перемещения, нижняя часть выполнена в виде первого золотника, спрофилированного в виде двух обращенных вершинами друг к другу конусов, установленного с возможностью перемещения в дроссельном канале, а верхняя часть выполнена в виде стержня с упорами и установленного между упорами стержня с возможностью перемещения вдоль его оси второго золотника.
Аварийная пневматическая рессора с центрирующим действием описана в патенте[17].
Рисунок 5 - Аварийная пневматическая рессора с центрирующим
действием
Пневматическая рессора (LUF) (рисунок 5) для железнодорожного экипажа (SFZ) включает в себя 2 гофрированных обода (BF 1, BF 2), установленных один над другим и взаимосвязанных гофрированной пневматической подвеской. Один из гофрированных ободов (BF 1) содержит выемку (NUT), а второй обод (BF 2) содержит ответную часть (GGS) для выемки, которая позволяет осуществлять автоматическое центрирование двух гофрированных ободов (BF 1, BF 2) взаимосвязанных друг с другом в поперечном направлении (Q) транспортного средства, если пневматическая рессора не сработала или сломалась.
Пневматические рессоры также рассмотрены в патенте [18]. Чтобы обеспечить нелинейную характеристику пневматической рессоры имеют такую конструкцию, что кольцеобразное упругое тело расположенное по контуру опорного элемента и внутренняя труба могли бы проявлять свойство жесткой рессоры под увеличенной нагрузкой с повышенным значением давления и проявлять свойство упругой рессоры при обычном нагружении, в пневматической рессоре опорный элемент имеет форму усеченного конуса или форму усеченной пирамиды.
Рисунок 6 - Пневматическая рессора
Представлена пневматическая ресора (рисунок 6), включающая в себя наружную трубу (1), внутреннюю трубу (2), мембрану (3), расположенную над (1, 2), опорный элемент (4) с круговой конической оболочкой (4а), и кольцевое упругое тело (5) расположенное над оболочкой (4а) поддерживающее кузов (4) и внутреннюю трубу (2). В пневматической рессоре, демпфер (7) с упругим элементом (6) расположен между внутренней трубой (2) и опорным элементом (4), в то время как
демпфер деформируется до уровня упругой деформации упругого элемента (5) начинает происходить упругая деформация упругого элемента (6) вследствие чего происходит смещение между внутренней трубой (2) и опорным элементом (4).
В патенте [19] представлен блок пневматической рессоры, который связывает раму тележки железнодорожного вагона и ходовую часть железнодорожного вагона, имеет 3 рессоры с пневматическим амортизатором (см. рисунок 7). Блок рессоры - (1) гасит вибрацию между рамой тележки железнодорожного вагона и ходовой частью железнодорожного вагона. Блок содержит 3 или более рессор (А, В, С).
Первая рессора имеет эластичную пневматическую перегородку, амортизатор с внутренним перекрестным жестким креплением, прикреплена к опорной плите (2) и пневматической рессорной подушке (4). Амортизатор включает воздушный резервуар (5), связанный с системой подачи воздуха (6). Вторая рессора (В) расположена между пневматической рессорной подушкой (4) и основанием (3).
В изобретении [20] описано устройство вторичного подвешивания кузова вагона (рисунок 8), которое имеет между кузовом вагона (1) и тележкой (2) гидропневматический рессорный блок (3) для обеспечения необходимого уровня кузова при движении железнодорожного экипажа. Блок корректирует нижний уровень платформы кузова, используя регулирование уровнем так, что подвеска амортизатора (4), закрепленного болтами, при остановке экипажа осуществляет контроль изменения загрузки. Вспомогательная рессора расположена вне гидравлического цилиндра тяги.
6
3
Рисунок 7 - Блок пневматической рессоры
Рисунок 8 - Гидропневматическое устройство
Устройство по патенту [21] (рисунок 9) также обеспечивает вторичное упругое подвешивание для кузова железнодорожного вагона, имеет цилиндр перед блоком рессоры для обеспечения горизонтального уровня рессоры при аварийном режиме, то есть в случае несрабатывания системы амортизации, где блок рессоры и цилиндр управляются через гидравлическую систему.
Рисунок 9 - Амортизирующее устройство
В работе [22] приводится описание изобретения, которое относится к подвескам вагонных кузовов, выполненным с пневмогидравлическими амортизаторами и имеющим аварийные опоры (АО). Задача -усовершенствование конструкции подвески за счет обеспечения регулирования высоты АО, находящейся под пневматической частью подвески, например для согласования высоты АО со скоростью транспортного средства. С этой целью подвеска оборудована измерительным устройством (ИУ) для определения высоты АО относительно рамы ходовой части. Данное ИУ располагается на АО или
соединенных с ней деталях и выдает электрический сигнал для изменения высоты, в частности, путем подвода или отвода жидкости под гидравлической стойкой. на которой закреплена АО.
Модернизация и испытание гидравлических гасителей колебаний транспортных средств приведены в работе [23]. Описаны конструкции модернизированных гасителей колебаний транспортных средств, а также дано описание стендов для их контроля.
Фирма Siemens SGP Verkehrstechnik GMBH (Австрия) [24], рассматривает описоние устройства для регулирования поперечного рессорного подвешивания между тележкой и кузовом единицы железнодорожного подвижного состава. Патентуемое устройство отличается от ранее известных более простой конструкцией, меньшими издержками изготовления и меньшим расходом сжатого воздуха при эксплуатации. Оно состоит из датчика для измерений поперечных наклонов кузова и двух закрепленных на вертикальном неподвижном упоре рамы тележки пневмоцилиндров, штоки которых связаны с клапанами, регулирующими подачу сжатого воздуха в пневморессоры; бесштоковые полости цилиндров связаны с пневморессорами.
В работе [25] фирмой Knorr-Bremse (Германия) предлагается регулируемая по высоте сильфонная пневморессора для подвижного состава, прежде всего для железнодорожного, отличающаяся от известных, например, фирмы Robert Bosch GmbH, меньшей стоимостью изготовления. Уменьшение стоимости достигается за счет упрощения конструкции путем отказа от применения клапана, регулирующего расход поступающего в рессору воздуха, и его замены чисто механическим устройством, регулирующим высоту рессоры. При этом механическое устройство, выполненное в виде приводимой в действие электродвигателем передачи "винт-гайка", крепится на кузове и другим концом соединяется с рессорой. Команда на включение устройства подается датчиком высоты. Описаны подробности конструкции и работы рессоры.
В статье [26] рассмотрена патентуемая пневматическая рессора рельсового транспортного средства, которая содержит цилиндр с размещенным в нем поршнем со штоком. Цилиндр выполнен в виде пневмоцилиндра, надпоршневая воздушная полость его соединена через дроссельный канал, в котором размещен саморегулируемый дроссельный элемент с возможностью перемещения в нем, и гибкий шланг с дополнительным резервуаром. Саморегулируемый дроссельный элемент выполнен в виде двух усеченных конусов, обращенных основаниями с большим диаметром другу к другу. Рессора снабжена также масляным
резервуаром, верхняя воздушная полость которого соединена трубой через редукционный клапан с дополнительным резервуаром. Нижняя масляная полость масляного резервуара соединена гибким шлангом со штуцером на нижнем наружном конце штока. Между верхними и нижними уплотнительными манжетами на поршне выполнена кольцевая канавка, которая посредством радиального канала соединена со штуцером на нижнем наружном конце штока. Дополнительный резервуар снабжен электронагревательным элементом, установленным внутри его полости, и теплоизолирован от внешней среды. Техническим результатом является повышение несущей способности пневматической рессоры за счет повышения давления сжатого воздуха в пневмоцилиндре и сокращения при этом его габаритов, возможности размещения отдельных частей рессоры в тележке, упрощение регулировки положения поршня в пневмоцилиндре и повышение надежности и технического ресурса работы пневмоцилиндра.
Изучение активной и полуактивной систем подвешивания подвижного состава железных дорог рассматривается в работе [27]. Сообщается об улучшении качества поездок в железнодорожном вагоне путем уменьшения вертикальных колебаний за счет использования пневматической активной и полуактивной систем подвешивания. Разработаны три улучшенных схемы подвешивания - оптимальная, активная с управляемыми клапанами и полуактивная. В оптимальной и активной с управляемыми клапанами схемах пневматические рессоры, которые использованы как вторичный поддерживающий элемент используются также как активный исполнительный механизм. В полуактивной схеме фиксированное отверстие, связывающее пневматическую рессору и дополнительную камеру, настраивается или переключается в соответствии с программой управления. Изучение характерисик модели и параметров показывают, что все схемы являются работоспособными.
В статье [28] показан способ определения коэффициента демпфирования при параллельной установке в одноступенчатом рессорном подвешивании фрикционных демпферов (или листовых рессор) и гидравлических демпферов, а также определения параметра гидродемпферов при необходимости установки их в рессорном подвешивании с фрикционными демпферами.
Оценки динамических свойств пассажирского вагона, определяющие его ходовые качества, в зависимости от схемы и мест установки гасителей колебаний в ступенях подвешивания даны в работе [29]. Показано
преимущество разнесенного размещения - по два вертикальных и по два горизонтальных гасителя в центральной ступени подвешивания с каждой стороны тележки, симметрично установленных со смещением вдоль вагона относительно шкворня.
В докладе [30] приведено исследование систем демпфирования поперечных колебаний кузова скоростного подвижного состава. Дан обзор пассивных, активных и полуактивных систем демпфирования поперечных колебаний кузова скоростного подвижного состава Китая. Приведены результаты аналитических исследований полуактивных систем с использованием гасителей колебаний типа Skyhook. Определены основные пути исследований, включающие динамическое моделирование, отработку систем управления и конструкцию гасителей колебаний. Отмечается, что наиболее оптимальным конструктивным вариантом вторичного подвешивания являются полуактивные системы, которые отвечают требованиям безопасности и комфортабельности, предъявляемым к современному скоростному подвижному составу
В докладе [31] представлены результаты аналитического исследования динамических характеристик пневмоподвешивания, полученные на универсальных физических моделях с учетом термодинамических и гидродинамических процессов. Показано, что основными факторами, влияющими на динамические характеристики пневмоподвешивания являются тип пневморессоры и ее жесткость, объем вспомогательного резервуара и диаметр дроссельного отверстия регулятора положения кузова.
В работе [32] предлагается новый способ демпфирования вертикальных колебаний транспортных средств на пневморессорах не за счет дросселирования рабочего тела в трубопроводе между пневмооболочкой и дополнительным резервуаром, а за счет импульса давления, который передается в дополнительный гаситель колебаний. При перетекании воздуха из пневморессоры в дополнительный резервуар и обратно, не создается дополнительного сопротивления между объемом пневморессоры и дополнительного резервуара. Интенсивность демпфирования можно регулировать величиной и формой дросселя гидрогасителя.
Основы расчета и определение рациональных параметров гидропневматических устройств с противодавлением подвесок транспортных машин для скоростного транспорта самого различного назначения представлены в статье [33]. Использование гидропневматических устройств с противодавлением является
перспективным направлением, т. к. исследованиями установлены возможности создания такого рода устройств с практически независимыми упругими и демпфирующими характеристиками Рассмотрены особенности расчета и выбора параметров гидропневматических устройств подвески с противодавлением.
Академией железнодорожного транспорта (Китай) разработана полная динамическая модель гидравлического гасителя колебаний [34]. Модель включает 8 параметров, которые описывают демпфирующие характеристики гасителя в зависимости от структурной конфигурации гидравлических клапанов. Новая модель является эффективным инструментом для повышения коэффициента демпфирования и улучшения динамических характеристикк железнодорожного подвижного состава. Поверочные испытания модели проводились в специализированной лаборатории и показали удовлетворительную сходимость расчетных и экспериментальных методов.
В работе [35] представлены результаты теоретических исследований динамических характеристик 4-осного моторного вагона с двойной 2-осной системой. Данные исследования, проводились на динамической модели с использованием программного обеспечения БГМРАСК. Показано, что профиль поверхности катания колеса оказывает существенное влияние на плавность хода вагона в горизонтальной плоскости и незначительное - на вертикальную динамику вагона. Параметры вертикальных гасителей колебаний первичного и вторичного подвешивания, а также боковых гасителей вторичного подвешивания являются определяющими для плавности хода вагона при различных типах профиля поверхности катания колеса. Важным фактором для повышения плавности хода в кривых является правильный выбор боковых зазоров в ограничительных упорах кузова. Демпферы колебаний вокруг вертикальной оси эффективны только при изношенном профиле поверхности катания колеса. Устойчивость вагона против таких колебаний может достигаться использованием на новых колесах "изношенного" профиля поверхности катания.
Гасители вибрационных колебаний кузова на базе пьезоэлектрических элементов рассмотрены в статье [36]. Описаны разработка и исследования гасителей вибрационных колебаний (ГВК) кузова на базе пьезоэлектрических элементов (ПЭЭ). ПЭЭ выполнены из материала на основе твердых растворов цирконата-титаната свинца, в котором под действием вибрации возникает переменный электрический заряд, пропорциональный амплитуде виброускорений. ГВК состоит из
ППЭ, к клеммам которого параллельно подсоединяется гасящий контур, состоящий из активного и индуктивного сопротивления. Параметры гасящего контура подбираются из условия демпфирования максимальных амплитуд виброускорений на частотах, соответствующих 1-й, 2-й и 3-й формам изгибных вертикальных колебаний кузова. Рассмотрены конструкции ГВК с одним и двумя параллельными гасящими контурами. Представлены результаты теоретического анализа на математических моделях эквивалентного ГВК массой 1,1 кг (0,4% от массы кузова) и экспериментальных исследований на макете кузова скоростного вагона БЫикаивеп. 8 ГВК массой 0,14 кг каждый устанавливались на боковых продольных балках рамы кузова в центральной части. Отмечается, что на моделях получено уменьшение амплитуд виброускорений на частоте 1-й формы изгибных колебаний на 48% для одноконтурного ГВК и на 37% -для 2-контурного. При экспериментах на макете получено уменьшение амплитуд виброускорений на частоте 1-й формы изгибных колебаний на 43% для одноконтурных ГВК и на 17% - для 2-контурных.
В работе [37] рассмотрен выбор конструктивной схемы и параметров подвешивания одноосной тележки пассажирского вагона с конструкционной скоростью 160 км/ч. Описаны два варианта конструктивных схем одноосных тележек, разработанных в БГТУ, и проведена сравнительная оценка их динамических характеристик. Отличительной особенностью предлагаемых вариантов тележек является двухступенчатое рессорное подвешивание. Первый вариант конструкции тележки условно назван тележка "рычажного" типа. Кузов опирается на упругие элементы центральной ступени подвешивания, установленные на раме тележки. Особенностью схемы является несимметричное расположение упругих элементов подвешивания относительно оси колесной пары. Рама рычажного типа двумя шарнирами соединена со шкворневым брусом, служащим для связи тележки с кузовом и обеспечивающим поворот тележки под кузовом для установки колесной пары в кривой радиально. Рама тележки опирается на упругие элементы буксовой ступени подвешивания. Для возвращения оси колесной пары в нейтральное положение применено возвращающее устройство, состоящее из двух упругих элементов и двух демпферов, установленных параллельно продольной оси вагона и связывающих шкворневой брус тележки с кузовом. Гашение вертикальных и поперечных колебаний кузова совместное. В буксовой ступени установлен выносной вертикальный гаситель колебаний. Второй вариант условно назван тележка "симметричного" типа. Несущая система рамы симметрична относительно
оси колесной пары. Кузов опирается на упругие элементы центральной ступени подвешивания, установленные на раме тележки симметрично. Рама тележки опирается на упругие элементы буксовой ступени подвешивания и связана с кузовом двумя продольными поводками, установленными антисимметрично относительно ее оси. Гашение вертикальных и поперечных колебаний в центральной ступени раздельное, в буксовой ступени демпфируются только вертикальные колебания. С помощью программного комплекса расчета динамических систем "Универсальный механизм" построены подробные динамические модели этих тележек и проведены сравнительные их испытания. В качестве объективов сравнения были выбраны модель одноосной тележки Токийского метрополитена (1998 г.) и модель одноосной безрамной тележки схемы МИИТ (2003 г.). В результате исследования рекомендована конструктивная схема одноосной тележки "симметричного" типа для использования под двухосными пассажирскими вагонами. Поперечные ускорения кузова на тележках "симметричного" типа достигали значений (0,08-0,13) g, что соответствует оценке "хорошо" по Нормам.
I
Потенциальные возможности «Skyhook а» активного и полуактивного регулирования ступени вторичного подрессоривания железнодорожного подвижного состава изложен в докладе [38]. В святи с тем, что известные конструкции ходовых частей современного подвижного состава часто уже не отвечают возрастающим требованиям комфорта, так как не могут учесть множества часто противоречащих друг другу факторов, были выполнены теоретические исследования с целью выявления возможности повышения комфорта при движении высокоскоростных поездов (только вертикальной динамики) регулированием ступени вторичного подрессоривания в соотвнтствии с системой «Skyhook'а». Установлено, что возможное повышение комфорта в лучшем случае не превысит 10%.
Таким образом, выполненный анализ свидетельствует о разнообразии конструкций систем гашения колебаний рельсовых экипажей с использованием пневматических и гидравлических гасителей. Выполненный анализ позволяет также определить тенденции в совершенствовании систем гашения колебаний. Определение возможности применения того или иного типа гасителя колебаний и его конструктивное исполнение определяется функциями, которые отводятся данному устройству на конкретном рельсовом экипаже с учетом требований по динамическим характеристикам.
Список литературы
1. Соколов М.М., Варавва В.И., Левит Г.М. Гасители колебаний железнодорожного подвижного состава. - М.: Транспорт, 1985. - 216 с.
2. Манашкин Л.А., Мямлин С.В., Приходько В.И. Гасители колебаний и амартизаторы ударов рельсовых экипажей (математические модели). - М.: АРТ-ПРЕСС, 2007. - 196 с.
3. Пат 691462 Швейцария, МПК7 В 61 F 005/24. Поперечный пружинящий элемент для рельсового транспортного средства и способ для центрирования кузова вагона. Querfederelement fur Schienenfahrzeuge und Verfahren zum Zentrieren eines Wagenkastens; заявитель и патентообладатель SIG Schweizerische Ind.-Ges., Schneider Richard. - № 02805/95; заявл. 05.10.1995; опубл. 31.07.2001. Нем.
4. Пат. 2190133 RU, МПК7 F 16 F 9/06. Адаптивный пневмогидравлический демпфер / Беляев А. И., Князева И. А., Горячова Е. М.; заявитель и патентообладатель Гос. унитар. предприятие ВНИИ тепловозов и пут. машин. - .№ 2000131860/28; заявл. 20.12.2000; опубл. 27.092002. Рус.
5. Пат. 2213892 RU, МПК7 F 16 F 9/38. Гаситель колебаний / Дергачев Э. П., Загородний В. И.; заявитель и патентообладатель Дергачев Э. П.. - № 2001124577/28; заявл. 05.09.2001. опубл. 10.10.2003. Рус
6. Пат. 2235233 RU, МПК7 F 16F 5/00. Демпфер подвески транспортного средства / Шириня В. С., Стрункин Ю. Е., Скачков А. Н.; заявитель и патентообладатель ЗАО «Вагон-комплект», ЗАО Науч. об-ние Твер. ин-т вагоностр.. -№2001106527/11; заявл. 14.03.2001; опубл. 27.08.2004 Рус.
7. Заявка 10360517, Германия, МПК7 В 60 G 17/04. Устройство для вторичного демпфирования кузова вагона железнодорожного транспортного средства с активным амортизатором. Vorrichtung zur Sekundarfederung eines Wagenkastens bei einem Schienenfahrzeug mit einem aktiven Federelement / Hommen Winfried, Krisch Henry, Lehmair Martin, Loebner Reinhard, Waldstein Martin, Oberthur Ralf; заявитель и патентообладатель Knorr-Bremse Systeme fur Schienenfahrzeuge GmbH. - № 10360517.7; заявл. 22.12.2003; опубл. 04 08 2005. Нем.
8. Пат. 2271294 RU, МПК7 В 61 F 5/30. Тележка транспортного средства / Бирюков И. В., Вяткин Р. П., Добрынин Л. К., Мажукин В. А., Михальчук Л. А., Мещерин Ю. В., Корнеев А. Л., Луканцов А. В., Ольшевский Е. В., Рыбников Е. К., Усманов Х. Г., Левин Г. И., Бурмистров Н. В.; заявитель и патентообладатель ЗАО Упр. компания ВКМ. - № 20041-41152/11; заявл. 27.10.2004; опубл. 10.03.2006. Рус.
9. Пат. 2268159 RU, МПК7 В 60 G 11/26, F 16 F 9/06. Пневмогидравлическая рессора транспортного средства / Новиков В. В., Чернышов К. В., Похлебин А. В., Бурякова Т. А.; заявитель и патентообладатель Волгогр. ГТУ. - № 2004107758/11; заявл. 15.03.2004; опубл. 20.01.2006. Рус.
10. Пат. 2266443 RU, МПК F 16 F 5/00. Пневматическая рессора рельсового транспортного средства; заявитель и патентообладатель Федерал. гос. унитар. предприятие Всерос. н.-и. и конструкт. технол. ин-т подвиж. состава М путей сообщ.. -Опубл. 20.12.2005.
11. Пат. 2268159 RU; МПК B60G11/26, F16F9/06. Пневмогидравлическая рессора транспортного средства; заявитель и патентообладатель Волгогр. ГТУ. -Опубл. 20.01.2006.
12. Пат. 2256572 RU, B61F5/12. Тележка пассажирского вагона; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Крюковский вагоностроительный завод" (ОАО "КВСЗ"). - № 2003137014/11; дата начала отсчета срока действия патента 2003.12.24.
13. Пат. 2102640 RU, 6 Р16Б9/06. Гидропневматическая рессора рельсового транспортного средства / Голубятников С. М., Бондаренко Л. М., Беляев А. И., Коновалов С. В., Фендриков А. И.; заявитель и патентообладатель Научно-исследовательский институт тепловозов и путевых машин. - № 95122097/28; заявл. 1995.12.27; опубл. 1998 01.20.
14. Пат. 2213892 RU, 7 F 16F9/38. Гаситель колебаний / Дергачев Э.П., Завгородний В. И.; заявитель и патентообладатель Дергачев Э. П.. - № 2001124577/28; заявл. 2001.09.05; опубл. 2003.10.10.
15. Пат. 2098688 RU, 6 F 16F5/00. Гидравлический гаситель колебаний для одноступенчатого рессорного подвешивания / Куприянов А. Г., Рубан В. М., Матва А. М.; заявитель и патентообладатель Куприянов А. Г.. - № 96109287/28; заявл. 1996.05.05; опубл. 1997.12.10.
16. Пат. 2102640 RU, МПК7 F16F9/06. Гидропневматическая рессора рельсового транспортного средства / Голубятников С. М., Бондаренко Л. М., Беляев А. И., Коновалов С. В., Фендриков А. И.; заявитель и патентообладатель НИИ тепловозов и путев. машин. — № 95122097/28; заявл. 27.12.95; опубл. 20.01.98, Бюл. № 2.
17. Patent 2006180048 US, B61F3/00; B60G11/27; B60G11/28; B60G11/62; B61F5/10; B61F5/14; F16F9/05; B61F3/00; B60G11/26; B60G11/32; B61F5/02; F16F9/02. Emergency pneumatic spring with centering action; applicant: SIEMENS TRANSP SYSTEMS GMBH & (At). - Publication date: 2006-08-17.
18. Patent 2006329280 JP, F16F9/05; B61F5/08; B61F5/10; F16F7/00; F16F15/023; F16F15/04; F16F9/02; B61F5/02; F16F7/00; F16F15/023; F16F15/04. Pneumatic spring; applicant: TOYO TIRE & RUBBER CO. - Publication date: 2006-12-07.
19. Patent 102004025765 DE, F16F1/40; F16F3/08; F16F9/04; F16F1/36; F16F3/00; F16F9/02; (IPC1-7): F16F9/05; B60G11/32; B61F5/10; B61F5/14. Pneumatic spring unit linking rail car bogey frame and the railcar chassis has three springs with a pneumatic cushion; applicant: PHOENIX AG (DE). - Publication date: 2004-12-30.
20. Patent 10360517 DE, B60G17/027; B60G17/04; B61F1/00; B61F5/14; B61F5/22; B60G17/02; B60G17/04; B61F1/00; B61F5/02; (IPC1-7): B60G17/04. Wagon body secondary suspension device for railway vehicle, has spring unit to adjust platform level for body using level control, such that buffer is bolted, when vehicle stops, to relieve control with loading change; applicant: KNORR BREMSE SYSTEME (DE). - Publication date: 2005-08-04.
21. Patent 10360516 DE, B60G17/02; B60G17/027; B60G17/04; B61F5/14; B60G17/02; B60G17/04; B61F5/02; (IPC1-7): B61F5/02. Wagon body secondary resilience providing device for railway carriage, has cylinder beside spring unit to ensure spring level for emergency operation in event of system failure, where unit and cylinder are operated over hydraulic systems; applicant: KNORR BREMSE SYSTEME (DE). - Publication date: 200507-28.
22. Пат. 407031 Австрия, МПК В 61 F 5 10. Подвеска для рельсового транспортного средства / Sommerer Rudolf, Mayr Andreas; заявитель и патентообладатель Federung fur ein Schienenfahrzeug: Integral Verkehrstehnik: AG. - № 8044/98; заявл. 03.12.1998; опубл. 27.11.2000. Нем.
23. Пат. 2213892 Россия, МПК7 F 16 F 9/38. Гаситель колебаний / Дергачев Э. П., Завгородний В. И.; заявитель и патентообладатель Дергачев Э. П. - № 2001124577/28; заявл. 05.09.2001; опубл. 10.10.2003. Рус.
24. Пат. 408975 Австрия, МПК7 В 61 F 5/10, В 61 F 5/24. Устройство для регулирования поперечного рессорного подвешивания между тележкой и кузовом единицы железнодорожного подвижного состава. Anordnung zuf Regelung einer Querfederung zwischen Drehgestell und Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges: Siemens SGP Verkehrstechnik GMBH, Mannesrnann Rexroth Pneumatik GMBH - № 1984/92; заявл. 08.10.1992; опубл. 25.04.2002. Нем.
25. Заявка 10236246 Германия, МПК7 В 60 G 17/00, В 60 G 11/27. Регулируемая по высоте сильфонная пневморессора для подвижного состава. Niveauregulierbare Luftfederungsvorrichtung fur Fahrzeuge: Knorr-Bremse: Systeme fur Schienenfahrzeuye GmbH, Vohla Manfred (Patentanwalte Dr. Wiedemann & Schaich. 86150 Augsburg). - № 10236246.7; заявл. 07.08.2002; опубл. 30.06.2005. Нем.
26. Пат. 2266443 Россия, МПК7 F 16 F 5/00. Пневматическая рессора рельсового транспортного средства / Гусаров К. Б., Беляев А. И.; заявитель и патентообладатель Федерал, гос. унитар. предприятие Всерос. н.-и. и конструкт. технол. ин-т подвиж. состава М-ва путей сообщ. РФ. - № 2004110373/11; заявл. 07.04.2004; опубл. 20.12.2005. Рус.
27. Изучение активной и полуактивной систем подвешивания подвижного состава железных дорог. Lu Zheng-gang. Tieduо xuebao=J. China Railway Soc. 2001. 23, № 1, с. 33-38.
28. Определение коэффициента демпфирования при одновременном применении в одноступенчатом рессорном подвешивании фрикционных и гидравлических демпферов. Кокорев А. И. Тр. НИИ тепловозов и путев, машин. 2000, № 80, с. 74-77.
29. Влияние схемы и мест установки гасителей колебаний на степень демпфирования собственных форм пассажирского вагона. Кошелев В. А., Данилов Ю. В. Вестн. машиностр. 2002, № 4, с. 12-18, 7.
30. Исследование систем демпфирования поперечных колебаний кузова скоростного подвижного состава. Ding Wen-si, Ви Ji-ling, Liu You-mei. Zhongguo tiedao kexue= China Railway Sci. 2002. 23, № 4, с 1-7.
31. Исследование динамических характеристик пневмоподвешивания вагонов. Li Fu, Fu Мао-hai, Huang Yun-hua, Ni Wen-bo (Traction Power Research Center, Southwest Jiaotong University, Chengdu Sichuan 610031, China). Zhongguo tiedao kexue=China Railway Sci. 2003. 24, № 5, с. 91-95, 5.
32. Демпфирование вертикальных колебаний локомотивов на пневморессорах Ерицян Б. X. 4 Международная научно-техническая конференция "Состояние и перспективы развития электроподвижного состава", Новочеркасск, 17-19 июня, 2003: Тезисы докладов. Новочеркасск: Книга. 2003, с. 151-153.
33. Основы расчета и определение рациональных параметров гидропневматических устройств с противодавлением подвесок транспортных машин. Чалов В. В. Наука и техн. трансп. 2004, № 2, с. 79-87.
34. Динамическая модель гидравлического гасителя колебаний. Van Kasteel Richard, Wang Cheng-guo, Qian Li-xin, Liu Jin-zhao, Ye Guo-hong (Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China) Zhongguo tiedao kexue=China Railway Sci. 2004. 25, № 3, с. 1-5.
35. Исследование влияния профиля поверхности катания колес на параметры подвешивания четырехосного моторного вагона. Luo Yun, Chen Kang, Jin Ding-chang (National Traction Power Key Laboratory, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China). Tiedao xuebao=J. China Railway Soc. 2004. 26, № 5, с. 26-30.
36. Гасители вибрационных колебаний кузова на базе пьезоэлектрических элементов. Vibration suppression of railway car body with piezoelectric elements (A study by using a scale model). Hanason Joel, Takano Masayuki. Takigami Tadao, Tomioka Takahiro, Suzuki Yasufumi. JSME Int. J. С. 2004. 47, № 2, с. 451-456.
37. Выбор конструктивной схемы и параметров подвешивания одноосной тележки пассажирского вагона с конструкционной скоростью 160 км/ч.. Забелин А. Л. Проблемы и перспективы развития вагоностроения: Материалы Научно-практической конференции, Брянск, 7-8 дек., 2004 Брянск: Изд-во БГТУ. 2004, с. 40-41.
38. Потенциальные возможности «Skyhookа» активного и полуактивного регулирования ступени вторичного подрессоривания железнодорожного подвижного состава. Potenziale aktiver und semiaktiver Skyhook-Regelgesetze in der Sekundarfederstufe von Schienenfahrzeugen. Hohenbichler Narbert, Six Klaus at: Automatisierungstechntk. 2006, 54, № 3, с. 130-138.
УДК 625.42
Сроклин I. М., асистент (УкрДАЗТ)
РОЗРОБКА МОДЕЛ1 ВПЛИВУ ЕКСПЛУАТАЦ1ЙНИХ ХАРАКТЕРИСТИК НА В1РОГ1ДН1СТЬ В1ДМОВИ ЕЛЕКТРОРУХОМОГО СКЛАДУ
Вступ. Експлуатащя i вщновлення робочих характеристик е невщ'емною частиною життевого циклу ЕРС. Вiдмiчено, що важливу роль в швидкост зносу ЕРС вщграють таю експлуатацшш фактори як пробщ бальшсть коли, швидюсть руху та завантажешсть вагону [1-3]. На раз^ серед перерахованих факторiв для щентифжаци техшчного стану та планування етатв техшчного обслуговування, використовуеться тшьки проб^. Змша та нерiвномiрнiсть ди експлуатацшних факторiв обумовлюють розбiжнiсть мiж фактичними та прогнозними оцшками технiчного стану вагонiв.
Мета. Впровадження ресурсозбер^аючих технологiй в процес експлуатаци рухомого складу за рахунок розробки моделi врахування умов експлуатацп при визначенш техшчного стану вагошв метропол1тену.
