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 (см. Соколов М.М., Варава В.И., Левит Г.М. Гасители колебаний подвижного состава: справочник. - М.: Транспорт, 1985, рис. 2.1a, С. 16). 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.
Недостатком известного 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 воз действия 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, содержащий немагнитный поршень, цилиндр, наполненный жидкостью с ферромагнитными наночастицами и постоянные магниты, обеспечивающие центровку немагнитного поршня за счет притяжения жидкости, содержащей ферромагнитные наночастицы, находящейся в их магнитном поле, в зазор между поршнем и цилиндром (см. Берковский Б.М., Медведев В.Ф., Краков М.С. Магнитные жидкости. - М.: Химия, 1989, рис. 4.34. С. 171). Данный гаситель имеет тот же недостаток, что и описанный выше, поскольку не содержит элементов, меняющих силу трения во время движения.
Известно, что вязкость жидкости, содержащей ферромагнитные наночастицы, зависит от внешнего магнитного поля. В отсутствии магнитного поля наночастица свободно вращается в плоскости сдвига слоев жидкости друг относительно друга. При наличии магнитного поля на нее действует момент сил, пропорциональный напряженности магнитного поля, под действием которого скорость вращения наночастицы при сдвиге слоев жидкости изменяется, в результате чего возникает трение между частицей и жидкостью. Экспериментальные исследования показали, что с ростом напряженности магнитного поля вязкость жидкости тем выше, чем выше концентрация наночастиц, напряженность магнитного поля (до наступления насыщения) и скорость движения соседних слоев жидкости друг относительно друга. Следовательно, используя данный эффект, можно менять силу трения в гасителе колебаний.
Задачи, на решение которых направлена полезная модель, состоят в повышении плавности хода экипажа, снижению его воздействия на путь, повышению безопасности движения и повышению надежности узлов экипажной части вагона за счет управления величиной вязкости жидкости, содержащей ферромагнитные наночастицы в зависимости от величины магнитного поля и, следовательно, регулирования силы трения в гасителе.
Это достигается тем, что в гидравлическом гасителе колебаний, содержащем немагнитный поршень, цилиндр, наполненный жидкостью с ферромагнитными наночастицами и постоянные магниты, на внешней стороне цилиндра размещена обмотка электромагнита, питаемая от источника тока, причем величина тока изменяется системой регулирования, состоящей из регулятора тока, сумматора, блока установки максимальных величин амплитуд колебаний, датчика вертикальных ускорений, двойного интегратора и выпрямителя.
Предлагаемый гидравлический гаситель колебаний (Фиг. 1) содержит цилиндр 1, заполненный жидкостью 2, содержащей ферримагнитные наночастицы и немагнитный поршень 3. На цилиндре 1 расположены кольцевые постоянные магниты 4, 5 и обмотка электромагнита 6, к которой подведено напряжение от источника тока 7. Подчиненная система регулирования состоит из регулятора тока 8, сумматора 9, блока установки 10, датчика вертикального ускорения надрессорного строения 11, двойного интегратора 12 и выпрямителя 13.
Гидравлический гаситель колебаний работает следующим образом.
При вертикальных колебаниях надрессорного строения порожнего вагона, вызванных проездом неровностей пути, поршень 3 перемещается в цилиндре 1, преодолевая сопротивление жидкости 2. Кольцевые постоянные магниты 5 обеспечивают центровку немагнитного поршня за счет жидкости, содержащей ферромагнитные наночастицы и находящейся в их магнитном поле.
Подчиненная система регулирования работает следующим образом. На регулятор тока 8 поступает сигнал с выхода сумматора 9. На сумматор 9 подается сигнал от блока уставки 10, который пропорционален заданному предельному уровню амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения порожнего вагона, и сигнал с датчика вертикального ускорения надрессорного строения 11, который, после двукратного интегрирования двойным интегратором 12 и выпрямления выпрямителем 13, в свою очередь, пропорционален амплитуде вертикальных перемещений надрессорного строения порожнего вагона. Пока сигнал от блока уставки 10 больше, чем сигнал с датчика вертикального ускорения надрессорного строения 11, регулятор тока 8 не открывается, и ток от источника 7 через обмотку электромагнита 6 не проходит. При превышении сигнала от датчиков 11 над сигналами от датчика 10 регулятор тока открывается и ток от источника 7 начинает проходить через обмотку электромагнита 6, который создает постоянное магнитное поле. Увеличение магнитного потока увеличивает вязкость жидкости 3, содержащей ферромагнитные наночастицы, что приводит к увеличению силы трения в гасителе. В зависимости от величины положительной разности этих сигналов регулятор тока 8 увеличивает или уменьшает значение тока, проходящего от источника тока через обмотку электромагнита 6, тем самым увеличивая или уменьшая значения силы вязкого трения в гасителе колебаний. При равенстве сигналов регулятор тока закрывается и ток через обмотку электромагнита не проходит.
Использование предлагаемого гидравлического гасителя колебаний, содержащего немагнитный поршень, цилиндр, наполненный жидкостью с ферромагнитными наночастицами и постоянные магниты, отличающегося тем, что на внешней стороне цилиндра размещена обмотка электромагнита, питаемая от источника тока, причем величина тока изменяется системой регулирования, состоящей из регулятора тока, сумматора, блока уставки максимальных величин амплитуд колебаний, датчика вертикальных ускорений, двойного интегратора и выпрямителя, позволит повысить плавность хода экипажа, снизить его воздействия на путь, повысить безопасность движения и повысить надежность узлов экипажной части вагона за счет управления величиной вязкости жидкости, содержащей ферромагнитные наночастицы в зависимости от величины магнитного поля и, следовательно, регулирования силы трения в гидравлическом гасителе колебаний.