ФРИКЦИОННЫЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ
FRICTION SHOCK ABSORBER

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к устройствам фрикционных гасителей колебаний, применяемых для демпфирования колебаний железнодорожного подвижного состава.
Известен фрикционный гаситель колебаний (фрикционный амортизатор) железнодорожного подвижного состава, содержащий нажимной клин, опирающийся на нажимную пружину и прокладочное кольцо через фрикционные клинья, взаимодействующие с фрикционным стаканом [Соколов М.М., Варава В.И., Левит Г.М. Гасители колебаний подвижного состава: Справочник. - М.: Транспорт. 1985, рис. 3.5а, стр. 52.].
Недостатком известного фрикционного 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 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 сжатия нажимной пружины (от загрузки экипажа) и его невозможно изменить в зависимости от наличия или отсутствия резонансных колебаний надрессорного строения.
В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран фрикционный гаситель колебаний, содержащий нажимной клин, опирающийся на нажимную пружину и прокладочное кольцо через фрикционные клинья, взаимодействующие с фрикционным стаканом, при этом прокладочное кольцо выполнено из диэлектрического материала, гаситель имеет источник тока, соединенный с нажимным клином и фрикционным стаканом, а величина силы трения между фрикционными клиньями и фрикционным стаканом изменяется подчиненной системой регулирования, состоящей из регулятора тока, сигнал на который поступает с выхода сумматора, сравнивающего сигнал задания величины предельной амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения, поступающего с блока уставки предельной амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения с действительным сигналом амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения, поступающим с датчика вертикальных ускорений надрессорного строения, двойного интегратора и выпрямителя [Луков Н.М., Ромашкова О.Н., Космодамианский А.С., Попов Ю.В., Стрекалов Н.Н., Серии С.А., Измеров О.В., Михальченко Г.С, Воробьев В.И., Пугачев А.А., Новиков В.Г. Фрикционный гаситель колебаний. Патент РФ 2529066. Опубликовано 27.09.2014, бюл. №27].
Недостатком прототипа является то, что величина силы трения между фрикционными клиньями и фрикционным стаканом не изменяется в течение периода колебаний и остается постоянной, потому что регулируется только в зависимости от величины амплитуды колебаний. В то же время для эффективной работы гасителя при заданном предельно допустимом ускорении надрессорного строения необходимо в течение каждого периода колебаний надрессорного строения увеличивать силу трения гасителя при уменьшении ускорения надрессорного строения и снижать при увеличении ускорения. Поскольку надрессорное строение совершает колебания в основном с частотой, близкой к частоте собственных колебаний надрессорного строения на рессорном подвешивании [Повышение надежности экипажной части тепловозов / А.И. Беляев, Б.Б. Бунин, С.М. Голубятников и др.: Под ред. Л.К. Добрынина. - М.: Транспорт, 1984, с. 47-48], что позволяет считать форму колебаний близкой к синусоидальной, то наименьшие значений ускорений надрессорного строения для каждого периода колебаний соответствуют наибольшим скоростям надрессорного строения при колебаниях, и наоборот.
Задачей полезной модели является повышение плавности хода экипажа, снижение его воздействия на путь и повышение безопасности движения.
Указанная задача достигается тем, что фрикционный гаситель колебаний, содержащий нажимной клин, опирающийся на нажимную пружину и прокладочное кольцо через фрикционные клинья, взаимодействующие с фрикционным стаканом, прокладочное кольцо, выполненное из диэлектрического материала, источник тока, соединенный с нажимным клином и фрикционным стаканом, регулятор тока, первый сумматор, первый блок уставки, двойной интегратор и выпрямитель, отличающийся тем, что на регулятор тока поступает сигнал с элемента «ИЛИ», на входы которого поступают сигналы с выходов первого и второго сумматоров, причем на первый сумматор подается сигнал от первого блока уставки и сигнал от датчика вертикального ускорения надрессорного строения, дважды интегрированный первым и вторым интеграторами, образующими двойной интегратор, выпрямленный выпрямителем и осредненный сглаживающим фильтром, а на второй сумматор подается сигнал от второго блока уставки и сигнал от датчика вертикального ускорения надрессорного строения, однократно интегрированный первым интегратором, взятый по модулю блоком выделения модуля сигнала.
Фрикционный гаситель колебаний (см. чертеж) содержит нажимной клин 1, опирающийся на нажимную пружину 2 и прокладочное кольцо из диэлектрика 3 через фрикционные клинья 4, взаимодействующие с фрикционным стаканом 5. К нажимному клину 1 и фрикционному стакану 5 подведено напряжение от источника тока 6. Подчиненная система регулирования состоит из регулятора тока 7 (РТ), логического блока «ИЛИ» 17, сумматоров 8 (∑1), и 14 (∑2), блоки уставок 9 (У1) и 18 (У2), датчика вертикального ускорения надрессорного строения 10 (ДУ), интеграторов 11 (И1) и 13 (И2), блока выделения модуля сигнала 16 (ABS), выпрямителя 12 и сглаживающего фильтра 15 (ОФ).
Фрикционный гаситель колебаний работает следующим образом.
При вертикальных колебаниях надрессорного строения, вызванных проездом неровностей пути, нажимной клин 1 перемещается, преодолевая сопротивление нажимной пружины 2 и силы трения, возникающие в контакте фрикционных клиньев 4 и фрикционных стаканов 5. Прокладочное кольцо из диэлектрика 3 не допускает короткого замыкания через нажимную пружину 2. Величина тока, проходящего через контакт, задается подчиненной системой регулирования.
На регулятор тока 7 (РТ) поступает сигнал с элемента «ИЛИ» 17, на входы которого поступают сигналы с выходов сумматора 8 (∑1) и 14 (∑2). На сумматор 8 (∑1) подается сигнал от блока уставки 9 (У1), который пропорционален заданному предельному уровню амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения вне резонансной зоны, и сигнал от датчика вертикального ускорения надрессорного строения 10 (ДУ), дважды интегрированный интеграторами 11 (И1) и 13 (И2), выпрямленный выпрямителем 12 и осредненный сглаживающим фильтром 15 (ОФ). На сумматор 14 (∑2) подается сигнал от блока уставки 18 (У2), который пропорционален заданному предельному уровню вертикальной скорости надрессорного строения при его колебаниях, и сигнал от датчика вертикального ускорения надрессорного строения 10 (ДУ), однократно интегрированный интегратором 11 (И1), взятый по модулю блоком выделения модуля сигнала 16 (ABS).
Пока сигнал от блока уставки 9 (У1) больше, чем сигнал с сумматора 8 (∑1), а сигнал от блока уставки 18 (У2) больше, чем сигнал с сумматора 14 (∑2), регулятор тока 7 не открывается, и ток от источника 6 через контакт фрикционных клиньев 4 и стаканов 5 не проходит. При превышении сигнала от сумматора 8 (∑1) над сигналом от блока уставки 9 (У 1) либо от сумматора 14 (∑2) над сигналами от блока уставки 18 (У2), регулятор тока открывается и ток от источника 6 начинает проходить через фрикционный контакт клиньев 4 и стакана 5. В зависимости от величины положительной разности этих сигналов регулятор тока 6 увеличивает или уменьшает значение тока, проходящего от источника тока через фрикционный контакт, тем самым увеличивая или уменьшая значения силы трения в гасителе колебаний. При равенстве сигналов регулятор тока закрывается и ток через фрикционный контакт в гасителе не проходит.
При проезде периодических неровностей пути, приближении частоты одной из гармоник возмущающей силы к частоте собственных колебаний надрессорного строения вагона увеличивается амплитуда вертикальных колебаний надрессорного строения, что, в свою очередь, приводит к увеличению тока, проходящего через контакт фрикционных клиньев и фрикционного стакана, увеличению силы трения в этом контакте, ограничению амплитуды колебаний надрессорного строения за счет большего рассеяния энергии колебаний и, соответственно, повышению плавности хода экипажа и снижению его воздействия на путь.
Вне резонансных зон ток через контакт фрикционных клиньев и фрикционного стакана проходит только в течение тех фаз периода колебаний, когда вертикальная скорость надрессорного строения при его колебаниях превышает допустимую величину, определенную уставкой, что повышает эффективность работы гасителя вне резонансных зон. В остальных случаях сила трения в контакте фрикционных клиньев и фрикционного стакана определяется нажатием пружины и коэффициентом трения, который будет ниже коэффициента трения в случае пропускания тока через указанный контакт.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении коэффициента трения между фрикционными клиньями и фрикционным стаканом в зависимости от величины тока, пропускаемого через контакт фрикционных клиньев и фрикционного стакана, что позволяет увеличивать силу трения в гасителе как в режиме резонансного усиления колебаний надрессорного строения, так и в моменты, когда виброскорость колебаний надрессорного строения превышает установленную предельную величину. Это ведет к повышению плавности хода экипажа, снижению его воздействия на путь и, следовательно, повышению безопасности движения.