СИСТЕМА ВИБРОИЗОЛЯЦИИ ТЕЛЕЖКИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE BOGIE VIBRATION ISOLATION SYSTEM

Изобретение относится к системам виброизоляции при действии стохастических динамических нагрузок и может быть использовано в тележках транспортных средств.
К наиболее близкому техническому решению следует отнести систему виброизоляции тележки транспортного средства, содержащую упругие элементы, Г-образные рычаги, объект защиты, имеющий две степени свободы, опирается обоими концами на упругие элементы, соединенные с основанием, а верхними концами закреплен на Г-образные рычаги, которые, в свою очередь, одним плечом опираются на упругие элементы, соединенные с основанием, а два других плеча соединены между собой пружиной (патент РФ на полезную модель №95050 -прототип).
Недостатком известной системы является сравнительно невысокое демпфирование колебаний на резонансных частотах.
Технически достижимый результат - повышение эффективности виброизоляции за счет увеличения величины диссипативных сил в резонансных режимах работы.
Это достигается тем, что в системе виброизоляции тележки транспортного средства, содержащей упругие элементы и Г-образные рычаги, объект защиты, имеющий две степени свободы, опирается обоими концами на упругие элементы, соединенные с основанием, а верхними концами закреплен на Г-образные рычаги, которые, в свою очередь, одним плечом опираются на упругие элементы, соединенные с основанием, а два других плеча соединены между собой пружиной, объект защиты шарнирно закреплен верхними концами на Г-образных рычагах, а упругие элементы, на которые опирается объект защиты и Г-образные рычаги, расположены относительно оси объекта защиты симметрично, каждая из пружин, на которых расположен объект защиты, выполнена в виде кольцевой конусной пружины, состоящей из набора конусных дисков, причем набор составлен из последовательно чередующихся дисков большего и меньшего диаметров с отогнутыми в противоположные стороны краями по радиусу, обеспечивающему сопряжение дисков одного с другим, набор состоит, по крайней мере, из одного внешнего и двух внутренних кольцевых упругих конусных диско, размещенных между основанием и крышкой пружины, при этом каждый из внешних и внутренних кольцевых упругих конусных дисков выполнен в виде усеченных конусных поверхностей и содержит, по крайней мере, три радиальных паза, направленных от большего основания усеченного конуса к меньшему основанию, причем каждый из радиальных пазов заканчивается отверстием, для снятия напряжений, а сопряжение боковых конусных поверхностей внешних кольцевых упругих конусных дисков с боковыми конусными поверхностями внутренних кольцевых упругих конусных дисков выполнено в виде сферических сегментов радиусом R, имеющихся на каждом из дисков в количестве двух, расположенных соответственно у большего основания усеченного конуса и меньшего основания каждого из дисков, при этом сферические сегменты выполнены заедино с коническими поверхностями каждого из дисков и направлены в разные стороны от образующей конической поверхности, т.е. один сферический сегмент каждого диска направлен внутрь конической поверхности, а другой - наружу, а на крышке закреплен сетчатый демпфер своим основанием, выполненным в виде пластины с закрепленной на ней нижней шайбой, которая фиксирует на основании демпфера сетчатый упругий элемент.
На фиг. 1. изображена схема системы виброизоляции тележки транспортного средства вместе с объектом защиты, на фиг. 2 - вариант выполнения пружин 2, 3 на которых расположен объект защиты 1, на фиг. 3 - общий вид одного из дисков пружины в свободном состоянии.
1
2
1
2
10
20
30
1
2
10,
20
30
1
2
1
2
10
20
1
2
1
2
Система виброизоляции тележки транспортного средства содержит пружины 2, 3 на которых расположен объект защиты 1, пружины 4, 5, 6 устройства для гашения колебаний тележки транспортного средства, Г-образные рычаги 7, 8, основание 9, 10. На фиг. 1 введены следующие обозначения: y, y - обобщенные координаты перемещения объекта защиты; ϕ, ϕ - угловые обобщенные координаты перемещения Г-образных рычагов; l, l, l - длины плеч Г-образных рычагов; k, k - жесткости пружин, соединяющих объект защиты с основанием; kk - жесткость пружины, соединяющей Г-образные рычаги с основанием; k - жесткость пружины, соединяющей Г-образные рычаги; m, m - массы Г-образны рычагов; M, J - массоинерционные параметры объекта защиты; J, J - моменты инерции Г-образных рычагов; у, y - обобщенные координаты перемещения Г-образных рычагов; z, z - смещение основания; m, m - массы Г-образных рычагов.
1
2
В рассматриваемом случае объект защиты 1 может совершать колебания в обобщенных координатах у, у. Колебания основания 9, 10 передаются объекту защиты 1 через пружины 2, 3, пружины 4, 6 и Г-образные рычаги 7, 8, что вызывает угловые и вертикальные перемещения объекта защиты и Г-образных рычагов и взаимодействие через пружину 5.
Предлагаемое устройство для гашения колебаний тележки транспортного средства, по сравнению с известными виброзащитными системами, для объекта защиты, имеющего две степени свободы, позволяет, по сравнению с прототипом, улучшить виброзащитные свойства через организацию дополнительных режимов динамического гашения.
Использование такого устройства для гашения колебаний тележки транспортного средства в задачах виброзащиты транспортных средств, позволяет исключить, при определенных скоростях, угловые колебания, которые приводят к «раскачиванию» транспортного средства. Возможен вариант выполнения пружин 2, 3 на которых расположен объект защиты 1 (фиг. 2, 3) в виде кольцевой конусной пружины с сетчатым демпфером. Кольцевая конусная пружина (фиг. 1) состоит из набора, включающего, по крайней мере, один внешний 11 и два внутренних 12 и 14 кольцевых упругих конусных дисков (фиг. 2), размещенных между основанием 22 и крышкой 33 пружины. Каждый из внешних 12, 13, 15 и внутренних 12, 14, 16, 17 кольцевых упругих конусных дисков выполнен в виде усеченных конусных поверхностей и содержит, по крайней мере, три радиальных паза 18, направленных от большего основания 21 усеченного конуса к меньшему основанию 20. Каждый из радиальных пазов 18 заканчивается отверстием 19, для снятия напряжений.
Сопряжение боковых конусных поверхностей внешних 11, 13, 15 кольцевых упругих конусных дисков с боковыми конусными поверхностями внутренних 12, 14, 16, 17 кольцевых упругих конусных дисков выполнено в виде сферических сегментов радиусом R, имеющихся на каждом из дисков в количестве двух, расположенных соответственно у большего основания 21 усеченного конуса и меньшего основания 20 каждого из дисков. При этом сферические сегменты выполнены заедино с коническими поверхностями каждого из дисков и направлены в разные стороны от образующей конической поверхности, т.е. один сферический сегмент каждого диска направлен внутрь конической поверхности, а другой - наружу.
1
2
1
1
2
Высота внутреннего конуса f внешнего кольцевого конусного диска 11 выполнена по расчету, а высота f внутреннего конуса внутреннего кольцевого конусного диска 12 выполнена, например, несколько больше, чем f. Для создания опоры пружины при выборе хода ее на максимальную величину и для ограничения перемещения кольцевого упругого конусного диска 13 имеет высоту Н, например, несколько большую высоты H кольцевого упругого конусного диска 15. Для фиксации пружины на вибрирующем основании (на чертеже не показано) служит центральное отверстие 26 в основании 22 пружины, а для крепления виброизолируемого объекта (на чертеже не показан) - центральное резьбовое отверстие 24 в крышке 33 пружины, собранной, например, как показано на фиг. 1, - из семи кольцевых конусных дисков, находящихся в свободном состоянии. Число внешних и внутренних дисков может быть различным в зависимости от жесткости и величины хода пружины.
1
2
2
1
Для использования кольцевой конусной пружины без направляющей гильзы или центрирующей оправки внутренний диаметр Д кольцевого упругого конусного диска 11 и наружный диаметр Д кольцевого упругого конусного диска 12, а также внутренний диаметр d кольцевого упругого конусного диска 17 и наружный диаметр d кольцевого упругого конусного диска 12 выполнены, например, по подвижной посадке.
Сетчатый демпфер (фиг. 1) закреплен на крышке 33 основанием 32, выполненным в виде пластины с закрепленной на ней нижней шайбой 27, которая фиксирует на основании 32 сетчатый упругий элемент 28, верхняя часть которого фиксируется верхней нажимной шайбой 29, жестко соединенной с центрально расположенным кольцом 30, охватываемым соосно расположенным кольцом 31, жестко соединенным с основанием 32.
3
3
Плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента 28 находится в оптимальном интервале величин: 1,2 г/см…2,0 г/см, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм…0,15 мм.
Возможен вариант, когда поверхность 23, расположенная на основании 22, по его периметру, имеющая внутренний профиль, эквидистантный профилю контактирующего с ним внешнего сферического сегмента внутреннего кольца 12, опирающегося на основание 22, покрыта слоем фрикционного материала, состоящего из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, в мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) 28÷34%, - волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0) 12÷19%, - графит 7÷18%, - модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния 7÷15%, - баритовый концентрат 20÷35%, - тальк 1,5÷3,0%.
Возможен вариант, когда боковые конусные поверхности внутренних кольцевых упругих конусных дисков и сферических сегментов покрыты вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном.
Сетчатый демпфер работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта (на чертеже не показан), расположенного на верхней нажимной шайбе 29, упругий сетчатый элемент 28 воспринимает как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов.
Кольцевая конусная пружина работает следующим образом.
Под нагрузкой Р кольцевые конусные диски взаимодействуют один с другим одновременно, как внешними, так и внутренними рабочими поверхностями своих сферических сегментов. В процессе работы энергия от воспринимаемых пружиной нагрузок расходуется на упругую деформацию каждого кольцевого конусного диска, например по аналогии как с каждым витком винтовой пружины, а также на рассеивание энергии за счет трения при перемещении их сферических сегментов, например по аналогии как осуществляется демпфирование при «сухом трении». Кроме того, в предлагаемой конструкции значительно уменьшается напряжение на кромках колец пружины по сравнению с тарельчатыми пружинами, что позволяет повысить допускаемые напряжения в материале и, следовательно, нагрузку, а также несколько увеличить величину хода. Перемещение кольцевых конусных дисков обеспечивает разность нагрузочных и разгрузочных характеристик пружины за один ход ее под нагрузкой, что, в свою очередь, обеспечивает, например, некоторое повышенное затухание механических колебаний системы в целом. Пружина выполнена так, что изготовление ее кольцевых конусных дисков можно осуществить из разных материалов и различных заготовок, например, из листовых стальных и цветных литейных сплавов, а также из соответствующих неметаллических материалов, в том числе и из пластических масс и им подобных материалов.
Возможен вариант, когда основание 32 сетчатого демпфера (фиг. 1), закрепленного на крышке 33 пружины, содержит три промежуточных вибродемпфирующих слоя: первый слой -из дисперсного упруго-демпфирующего материала, в котором может быть использована крошка, например, следующих материалов: резины, пробки, пенопласта, капрона, вспененного полимера, а также крошка твердых вибродемпфирующих материалов, например таких как пластикат типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», с размером фракций крошки 1,5÷2,5 мм, второй слой - из вязаных упругих синтетических нитей, причем размер ячеек, вязанных из упругих синтетических нитей, на 10÷15% меньше размеров фракций крошки вибродемпфирующих материалов; и третий слой - из сплошного демпфирующего материала, в котором может быть использована губчатая резина, иглопробивной материал типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, а также нетканый вибродемпфирующий материал.