ФРИКЦИОННЫЙ ГАСИТЕЛЬ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ТЕЛЕЖКИ ЛОКОМОТИВА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к устройствам фрикционных гасителей колебаний, применяемых для демпфирования колебаний железнодорожного подвижного состава.
Известен фрикционный гаситель горизонтальных колебаний тележки локомотива, содержащий штангу, имеющую в средней части впадины, два прижатых к ней ролика и четыре клина, стянутых хомутом, на которые передается усилие от направляющих клиньев, стянутых болтом и пружинами (см. Медель B.Б.. Подвижной состав электрических железных дорог. Т. 1. Конструкция и динамика. - М.: Гострансжелдориздат, 1957. - С. 292-293, рис. 397).
м
Недостатками указанного фрикционного гасителя колебаний тележки локомотива, примененного на электровозе ВЛ22 отечественных дорог, являются большие габариты и масса, что затрудняет его применение в конструкции тележек современных локомотивов.
Известен фрикционный гаситель горизонтальных колебаний тележки локомотива, содержащий набор стальных пластин и прокладок, сжатых болтом с пружиной (см. Медель В.Б.. Подвижной состав электрических железных дорог. Т. 1. Конструкция и динамика. - М.: Гострансжелдориздат, 1957. - C. 291, 293, рис. 396).
Недостатком указанного фрикционного гасителя колебаний тележки локомотива является то, что создаваемая им сила сопротивления не зависит от скорости движения экипажа, в то время как при малых скоростях движения она должна быть ниже, чтобы снизить боковые силы при вписывании тележки в кривые, а при повышенных скоростях - выше, чтобы эффективно рассеивать энергию горизонтальных колебаний тележки в прямых. Известно, что движение тележечных локомотивов по прямым участкам пути с большими скоростями сопровождается вилянием экипажей. Для устранения виляния опоры кузова на тележку необходимо реализовывать их взаимное горизонтальное перемещение с созданием силы и момента, направленных в сторону, противоположную перемещению (см. Тепловозы. Назначение и устройство: учебник для образовательных учреждений ж.д. транспорта, осуществляющих профессиональную подготовку / О.Г. Куприенко и др. - М.: Маршрут. 2006. - С. 220).
Момент трения в опорах тележки ухудшает вписывание в кривые, включая вход в кривую, но положительно действует в прямых, снижая амплитуды виляния экипажа, поэтому величина этого момента должна выбираться с учетом обеспечения требуемых динамических качеств локомотива как в прямых, так и в кривых участках пути (см. Тепловозы. Назначение и устройство: учебник для образовательных учреждений ж.д. транспорта, осуществляющих профессиональную подготовку / О.Г. Куприенко и др. - М.: Маршрут, 2006, - С. 273).
Известно, что коэффициент трения (сцепления) в контакте «металл-металл», помимо физических свойств пары трения, зависит от действия магнитного поля на поверхность контакта (см. В.П. Тихомиров, В.И. Воробьев, Д.В. Воробьев, Г.В. Багров, М.И. Борзенков, И.А. Бутрин. Моделирование сцепления колеса с рельсом. - Орел: ОрелГТУ, 2007. - С. 95-101). Экспериментальным путем установлено, что воздействие постоянного магнитного поля может приводить к увеличению коэффициента трения более чем в 2 раза (см. Делюсто Л.Г. Основы прокатки металлов в постоянных магнитных полях. - М: Машиностроение, 2005 - с. 134-137, таблица 5.1). В настоящее время данное явление объясняется прежде всего эффектом магнитопластичности, одной из главных причин которого считают увеличение подвижности дислокаций при воздействии внешнего электромагнитного поля под влиянием электронных спинов, локализованных на дефектах кристаллической решетки (см. Полетаев В.А., Потемкин Д.А. Энергетический анализ влияния магнитного поля на механические свойства стали // Вестник Ивановского государственного энергетического университета (ИГЭУ), 2007. - №3. - С. 8-11).
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран фрикционный гаситель горизонтальных колебаний тележки локомотива (фрикционный демпфер относа кузова), содержащий корпус, связанный с кронштейном на раме тележки, и фрикционные вкладыши, прижатые пружиной к фрикционному стакану, связанному тягой с кронштейном на главной раме (см. Голубятников С.С., Сорочкин Э.М., Петров А.В., Спирягин И.К., Бурка М.Л., Кутепов С.А. Влияние конструкции и характеристик горизонтальных связей кузова с тележками на динамику тепловоза 2ТЭ121 в прямых, кривых и стрелочных переводах. Результаты испытания тепловоза 2ТЭ121; под ред. к.т.н. Л.К. Добрынина // Труды ВНИТИ, вып. 62. - Коломна, 1985. - С. 99, рис. 1).
Указанный фрикционный гаситель горизонтальных колебаний тележки локомотива имеет тот же недостаток, что и описанные выше, поскольку сила сопротивления гасителя зависит от свойств фрикционных вкладышей, фрикционного стакана и силы их прижатия и не зависит от скорости движения локомотива.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в ограничении развития колебаний виляния и снижении воздействия экипажа на путь в горизонтальном направлении за счет регулирования силы сопротивления гасителя в зависимости от скорости движения.
Техническая задача достигается тем, что фрикционный гаситель горизонтальных колебаний тележки локомотива, содержащий корпус, связанный с кронштейном на раме тележки, и установленные в нем фрикционные вкладыши, прижатые пружиной к фрикционному стакану, связанному тягой с кронштейном на главной раме, содержит обмотку электромагнита, которой снабжен корпус, выполненный из диамагнитного материала, обмотка подключена к источнику питания, к которому также подключена подчиненная система регулирования, состоящая из регулятора тока, выход которого соединен с обмоткой электромагнита через источник питания, а вход регулятора связан с выходом сумматора, один вход которого связан с выходом блока установки заданной скорости движения, а другой вход - с выходом датчика скорости движения.
Технический результат заключается в том, что увеличение коэффициента трения между фрикционными вкладышами и фрикционным стаканом в зависимости от величины тока, пропускаемого через контакт фрикционного вкладыша и фрикционных стаканов при движении со скоростью, большей, чем заданная, позволяет увеличивать сопротивление повороту тележки при движении в прямых и пологих кривых, тем самым ограничивается развитие колебаний виляния и относа и снижается воздействие экипажа на путь в горизонтальном направлении, что, в свою очередь, позволяет снизить расходы на ремонт локомотива и пути.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На рисунке изображена схема фрикционного гасителя горизонтальных колебаний тележки локомотива.
Фрикционный гаситель горизонтальных колебаний тележки локомотива содержит корпус 1, связанный с кронштейном 2 на раме 3 тележки и установленные в нем фрикционные вкладыши 4, прижатые пружиной 5, размещенной на корпусе 1 в стакане 6, к фрикционному стакану 7, связанному тягой 8 с кронштейном 9 на главной раме 10.
Корпус 1 выполнен из диамагнитного материала, а фрикционный гаситель горизонтальных колебаний тележки локомотива снабжен обмоткой электромагнита 11, соединенной с источником 12 питания, при этом величину силы трения между фрикционными вкладышами 4 и фрикционным стаканом 7 изменяют подчиненной системой регулирования, состоящей из подключенного к источнику 12 питания регулятора 13 тока, вход которого связан с выходом сумматора 14, сравнивающего сигнал задания величины скорости движения экипажа, соединенного с блоком 15 установки заданной скорости движения и с датчиком 16 скорости движения.
Фрикционный гаситель горизонтальных колебаний тележки локомотива работает следующим образом.
При повороте тележки во время вписывания в кривые и стрелочные переводы, проезда горизонтальных неровностей пути или вследствие колебаний виляния и относа, рама 3 тележки перемещается относительно главной рамы 10, вследствие чего фрикционный стакан 7, связанный тягой 8 с кронштейном 9 на главной раме 10, перемещается относительно фрикционных вкладышей 4, расположенных в корпусе 1, связанном с кронштейном 2 на раме 3 тележки, при этом, вследствие того, что фрикционные вкладыши 4 прижаты пружиной 5 к фрикционному стакану 7, в контакте между фрикционными вкладышами 4 и фрикционным стаканом 7 возникает трение, которое создает момент сопротивления повороту и относу рамы 3 тележки.
Величина тока, проходящего через обмотку электромагнита 11, задается подчиненной системой регулирования. На регулятор 13 тока поступает сигнал с выхода сумматора 14. На сумматор 14 подаются сигнал от блока 15 установки, который пропорционален вполне определенной заданной величине скорости движения экипажа, и сигнал от датчика 16 скорости движения, пропорциональный действительной скорости движения экипажа. При достижении экипажем действительной скорости больше, чем заданная величина, регулятор 13 тока открывается и ток начинает проходить через обмотку электромагнита 11. Благодаря тому, что корпус 1 выполнен из диамагнитного материала, магнитный поток, создаваемый обмоткой электромагнита 11, проходит через фрикционные вкладыши 4 и фрикционный стакан 7 и через поверхность их контакта, что приводит к увеличению трения между фрикционными вкладышами 4 и фрикционным стаканом 7 и росту момента сопротивления повороту тележки относительно кузова экипажа. Чем больше разность между этими сигналами, тем больше величина тока, проходящего через обмотку электромагнита 11. Если разность сигналов становится равна нулю или меняет знак, то регулятор тока закрывается, и ток не течет через обмотку электромагнита 11.