ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и касается устройства гидравлических гасителей колебаний, применяемых для демпфирования колебаний железнодорожного подвижного состава.
Известен гидравлический гаситель колебаний, содержащий цилиндр и поршень. Этот гаситель колебаний, используемый на вагонных тележках пассажирских вагонов, обеспечивает демпфирование колебаний надрессорного строения экипажа в вертикальной и горизонтальной (поперечной) плоскостях. Величина силы трения его зависит от скорости перемещения цилиндра относительно поршня (Гасители колебаний подвижного состава: справочник / М.М. Соколов, В.И. Варава, Г.М. Левит. - М.: Транспорт. 1985. - С. 16, рис. 2.1 а).
Недостатком данного гидравлического гасителя колебаний является то, что у него сила трения не зависит от соотношения частот гармонических составляющих возмущающей силы при прохождении периодических неровностей пути и частоты собственных колебаний надрессорного строения. При приближении частоты одной из гармонических составляющих возмущающей силы к частоте собственных колебаний надрессорного строения порожнего вагона происходит резонансное усиление колебаний, что приводит к ухудшению плавности хода экипажа и увеличению вертикального воздействия на путь. Для снижения амплитуды колебаний при резонансе трение в гасителе необходимо увеличивать. В то же время вне режима резонанса трение в гасителе приводит к ухудшению плавности хода и увеличению воздействия на путь, и поэтому должно быть минимальным. Однако в известном гасителе величина силы трения зависит от его конструктивных параметров (размеры гасителя, вязкость жидкости, размеры и форма дроссельных отверстий и наибольшее давление), и его невозможно изменить во время движения в зависимости от наличия или отсутствия резонансных колебаний надрессорного строения.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран гидравлический гаситель колебаний, содержащий цилиндр, заполненный электропроводящей жидкостью, помещенный в него поршень, подчиненную систему регулирования, состоящую из регулятора тока, подключенного к источнику тока, обмотке электромагнита и выходу сумматора, к одному входу которого подключен блок уставки, а другой вход через выпрямитель и двойной интегратор связан с датчиком вертикального ускорения кузова (Патент РФ №151934, МПК F16F 9/53, опубл. 20.04.2015).
Недостатком прототипа является то, что он не содержит элементов, меняющих силу трения во время движения.
Известен магнитогидродинамический эффект, состоящий в возникновении электрического поля и электрического тока при движении электропроводной жидкости или ионизированного газа в магнитном поле (Магнитогидродинамическое преобразование энергии: пер. с англ. / Р. Роза. - 1970, 288 с.).
Технической задачей полезной модели является оптимизация конструкции гидравлического гасителя колебаний для повышения безопасности движения за счет увеличения плавности хода экипажа и снижения его воздействия на путь.
Техническая задача достигается тем, что гидравлический гаситель колебаний, содержащий цилиндр, связанный с кузовом и заполненный электропроводящей жидкостью, помещенный в него поршень, связанный с тележкой, подчиненную систему регулирования, состоящую из регулятора тока, подключенного к источнику тока, обмотке электромагнита и выходу сумматора, к одному входу которого подключен блок уставки, а другой вход через выпрямитель и двойной интегратор связан с датчиком вертикального ускорения кузова, дополнительно содержит сообщающуюся с цилиндром соединительную трубку, выполненную из немагнитного электропроводящего материала, на которой размещена обмотка электромагнита.
Технический результат заключается в повышении плавности хода экипажа, снижении его воздействия на путь и, следовательно, повышении безопасности движения.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлен общий вид гидравлического гасителя колебаний.
Гидравлический гаситель колебаний содержит цилиндр 1, связанный с кузовом 2 и заполненный электропроводящей жидкостью 3, помещенный в него поршень 4, связанный с тележкой 5. Цилиндр 1 сообщается с трубкой 6 из электропроводящего немагнитного материала, на которой размещена обмотка электромагнита 7, соединенная с источником 8 тока. Подчиненная система регулирования состоит из регулятора 9 тока, подключенного к источнику 8 тока, обмотке электромагнита 7 и выходу сумматора 10, к одному входу которого подключен блок 11 уставки, а другой вход через выпрямитель 12 и двойной интегратор 13 связан с датчиком 14 вертикального ускорения кузова 2.
Гидравлический гаситель колебаний работает следующим образом.
При вертикальных колебаниях кузова 2, вызванных проездом неровностей пути, поршень 4 перемещается относительно корпуса 1, вызывая движение электропроводящей жидкости 3 по трубке 6. Величина тока, проходящего через обмотку электромагнита 7, задается подчиненной системой регулирования. На регулятор 9 тока поступает сигнал с выхода сумматора 10. На сумматор 10 подается сигнал от блока 11 уставки, который пропорционален заданному предельному уровню амплитуды вертикальных колебаний кузова вне резонансной зоны, и сигнал с датчика 14 вертикального ускорения кузова, который после двукратного интегрирования двойным интегратором 13 и выпрямления выпрямителем 12, в свою очередь, пропорционален амплитуде вертикальных перемещений кузова с частотами, близкими частоте его собственных колебаний на рессорном подвешивании. Пока сигнал от блока 11 уставки больше, чем сигнал с датчика 14 вертикального ускорения кузова 2, регулятор 9 тока не открывается, и ток от источника 8 через обмотку электромагнита 7 не проходит. При превышении сигнала от датчика 14 над сигналами от блока 11 уставки регулятор 9 тока открывается и ток от источника 8 начинает проходить через обмотку электромагнита 7. В электропроводящей жидкости 3, когда она протекает по трубке 6 в магнитном поле, созданном электромагнитом 7, вследствие магнитогидродинамического эффекта возникает электродвижущая сила, создающая разность потенциалов на противоположных стенках трубки 6. В связи с тем, что трубка 6 выполнена из электропроводящего материала, указанная разность потенциалов приводит к протеканию электрического тока через стенки трубки 6 и нагреву трубки 6 за счет прохождения этого тока. Таким образом, часть кинетической энергии движущейся жидкости 3 превращается в электрическую энергию, а затем в тепловую, вследствие чего увеличивается сопротивление протеканию жидкости 3 по трубке 6, что, в свою очередь, увеличивает силу сопротивления перемещению поршня 4 относительно корпуса 1. В зависимости от величины положительной разности сигналов от датчика 14 и блока 11 уставки регулятор 9 тока увеличивает или уменьшает значение тока, проходящего от источника 8 тока через обмотку электромагнита 7, тем самым увеличивая или уменьшая значения силы сопротивления в гасителе колебаний. При равенстве сигналов регулятор тока закрывается и ток через обмотку электромагнита 7 не проходит.
При проезде периодических неровностей пути приближение частоты одной из гармоник возмущающей силы к частоте собственных колебаний кузова на рессорах приводит к увеличению амплитуды его вертикальных колебаний, что, в свою очередь, приводит к увеличению тока, проходящего через обмотку электромагнита, увеличению вихревых токов в трубке, ограничению амплитуды колебаний кузова за счет большего рассеяния энергии колебаний и соответственно повышению плавности хода экипажа и снижению его воздействия на путь. Вне резонансных зон сила сопротивления гасителя определяется гидравлическим сопротивлением трубки, которое будет ниже сопротивления протеканию электропроводящей жидкости в случае пропускания тока через обмотку электромагнита.