УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА
PASSENGER CAR DAMPER

Изобретение относится к железнодорожному подвижному составу, в частности, к дополнительным устройствам для уменьшения колебаний пассажирского вагона. Типовое рессорное подвешивание вагона имеет значительную жесткость, что приводит к увеличенным динамическим воздействиям со стороны пути на тележку вагона и, как следствие, к снижению комфортности пассажиров при повышенных скоростях движения.
Применяемое дополнительное устройство для уменьшения колебаний пассажирского вагона выполнено в виде гидравлического гасителя колебаний, который закреплен шарнирно к кронштейнам кузова вагона и боковой раме его тележки. Штатный комплект для одного вагона составляет четыре устройства для уменьшения колебаний. Однако характеристики механических систем почти не зависят от изменений климатических условий, и они предпочтительны в эксплуатации.
Известно устройство, имеющее упругую подвеску в виде совместно работающих пружинной рессоры и гасителя колебаний, например, «Подвеска сиденья транспортного средства» (патент России №2224668, B60N 2/50). Устройство имеет профилированные кулачки, закрепленные к внешнему корпусу, и упругие стержни, закрепленные к направляющей с предварительным поджатием к ним, и механизм настройки.
За прототип принята «Подвеска сиденья транспортного средства» (патент России №2210511, B60N 2/50), имеющая упругую подвеску, установленную между возбудителем колебаний и механизмом переменной жесткости. Механизм переменной жесткости снабжен закрепленными к направляющей упругими консольными стержнями, которые имеют возможность контактировать через нажимные ролики с профилированными кулачками, закрепленными на массивном корпусе. Направляющая, связанная с защищаемым объектом, установлена подвижно относительно корпуса посредством опорных роликов, размещенных на его торцах.
Недостатком указанных устройств уменьшения колебаний и гашения вибрации является сложность центрирования опорных роликов относительно профилированных кулачков, установленных на значительном удалении друг от друга.
Задачей новшества является упрощение конструкции и повышение ее технологичности.
Суть новшества состоит в дополнении устройства переменной жесткости втулкой, несущей опорные ролики, изменении компоновки и перераспределении внешних воздействий. Предлагаемое устройство для уменьшения колебаний пассажирского вагона имеет направляющую, закрепленную к основанию одного тонкостенного корпуса, на которой совместно и подвижно установлены: втулка с опорными роликами и жестко соединенный с ней профилированный кулачок. Вокруг направляющей к основанию другого корпуса консольно закреплено несколько упругих стержней с нажимными роликами, которые поворотно установлены на их противоположных концах. Нажимные ролики имеют возможность контактировать с натягом с профилированным кулачком, который закреплен к основанию первого тонкостенного корпуса.
Технический результат заключается в повышении эффективности снижения динамического воздействия со стороны пути на кузов пассажирского вагона при уменьшении металлоемкости.
На чертеже изображена кинематическая схема устройства для уменьшения колебаний пассажирского вагона (условно показано среднее положение рабочего хода).
Устройство для уменьшения колебаний пассажирского вагона имеет два тонкостенных корпуса 1 и 2. Корпуса установлены соосно и образуют общую полость.
К основанию одного из корпусов, например 1, с внутренней стороны по оси полости закреплен торец кулачка 3. Кулачок 3 имеет центральное отверстие и внешнюю профилированную поверхность, например сферическую. К основанию другого корпуса 2 закреплена направляющая 4, совмещенная с центральным отверстием кулачка 3. Направляющая 4 может быть выполнена цилиндрической.
Вокруг направляющей 4 на основании корпуса 2 закреплены концы нескольких упругих стержней 5. На других концах упругих стержней 5 установлены посредством осей нажимные ролики 6. Ролики 6 имеют возможность силового взаимодействия с профилированной поверхностью кулачка 3. Длина кулачка 3 соответствует рабочему ходу.
К каждому основанию корпусов закреплено средство присоединения к кронштейнам кузова вагона и боковой раме его тележки, например шарниры 7 и 8. С возбудителем колебаний, то есть тележкой, преимущественно соединено основание, имеющее направляющую 4 и упругие стержни 5.
Устройство для уменьшения колебаний дополнено втулкой 9, закрепленной к противоположному торцу профилированного кулачка 3. Вдоль втулки 9 установлены встречно посредством осей опорные ролики 10 (минимально два ряда). Опорные ролики 10 имеют возможность взаимодействовать с направляющей 4. Свободный конец направляющей 4 снабжен ограничительным диском 11. Все ролики (6 и 10) выполнены в виде подшипников качения.
Минимальные длины направляющей 4 и упругих стержней 5 выбраны равными и соизмеримыми с суммой длин втулки 9 и кулачка 3.
Устройство для уменьшения колебаний работает следующим образом.
Рабочий режим устройства для уменьшения колебаний подбирается в статике, то есть до начала движения вагона, при монтаже. При этом упругие стержни 5 должны быть разведены максимально в стороны и нажимные ролики 6, закрепленные на их концах, расположены в среднем положении рабочего хода, то есть на максимуме выпуклости профилированной поверхности кулачка 3.
При возникновении возмущения нажимные ролики 6 перекатываются к одному или к другому торцу кулачка 3. Смещение нажимных роликов 6 на меньшие диаметры профилированной поверхности уменьшают усилия в упругих стержнях 5. Кроме того, переменные продольные составляющие упомянутых усилий, действующие на кулачок 3 при контактировании с его противоположными симметричными частями, имеют разные знаки. Таким образом, устройство обладает переменной жесткостной характеристикой. Механизм переменной жесткости в рабочем диапазоне создает характеристику, состоящую из двух сопряженных частей: выпуклой и вогнутой.
Эффективность виброзащиты обеспечивается совместной работой типового рессорного подвешивания, имеющего постоянную жесткость, и предложенного устройства с переменной жесткостной характеристикой.
Результат суммирования при наличии противоположных по знаку слагаемых характерен наличием зоны пониженной жесткости (ЗПЖ) в средней части силовой характеристики. Суммарная силовая характеристика подвески нелинейная. Зона пониженной жесткости совмещена с диапазоном минимальных рабочих перемещений, за пределами ЗПЖ суммарная жесткость резко возрастает, что позволяет подавлять значительные вибрации.
Суммарная жесткость предлагаемого устройства зависит от упругости стержней 5, их количества, диаметра нажимных роликов 6, а также геометрических параметров профилированного кулачка 3.
Величина ЗПЖ зависит прямопропорционально от трения в контактах упругих стержней 5 и в контактах с направляющей 4. Снижение трения в устройстве обеспечено применением для нажимных 6 и опорных роликов 10 подшипников качения. Эффективность работы устройства достигнута минимальным трением при малой ЗПЖ.
Жесткое крепление кулачка 3 со втулкой 9, не допускающее перекоса относительно направляющей 4, и малое плечо поперечных рабочих усилий позволили обеспечить надежную опору рабочих органов при существенном уменьшении металлоемкости.
Рабочие усилия действуют в конечном счете на направляющую 4. Боковины корпусов имеют между собой продольные зазоры, являются защитными, не воспринимают рабочих нагрузок и выполнены тонкостенными, что способствует экономии материалов.
Конструкция устройства для уменьшения колебаний компактна и позволяет установку его вместо демонтируемого штатного гидравлического гасителя колебаний. Кроме того, характеристики механических систем почти не зависят от изменений климатических условий, поэтому они предпочтительны в эксплуатации.
Технический результат заключается в повышении плавности движения и постоянстве режима эффективного снижения вредных воздействий на экипаж при малой металлоемкости.