ФРИКЦИОННЫЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

Полезная модель фрикционного гасителя колебаний тележки грузового вагона относится к железнодорожному транспорту, к виброзащите высоконагруженных транспортных вагонов, а конкретнее, к конструктивным элементам их тележек, и может быть использована для ограничения колебаний тележек грузовых вагонов, как при порожнем пробеге, так и в загруженном состоянии.
Известно, что в комплекте тележек ЦНИИ-Х3-(и ее модификации 80-100) отечественных грузовых вагонов используется серийный клиновой гаситель колебаний.
Он включает корпус, в котором размещен воспринимающий транспортные нагрузки исполнительный орган, на котором выполнена наружная коническая поверхность с углом в 45°. С данной поверхностью при помощи пакета пружин введены во взаимодействие внутренние конусные поверхности набора клиньев, которые своими наружными поверхностями взаимодействуют с фрикционными планками, закрепленными в корпусе на колонках боковых рам тележки ЦНИИ-Х3-0 [Вагоны: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / Л.А.Шадур, И.И.Челноков, Л.Н.Никольский и др.; Под ред. Л.А.Шадура. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1980. - 439 с. (см.: с.167, рис VII.27)].
Недостатком данной конструкции является малый эксплуатационный ресурс за счет работоспособности клинового гасителя.
При работе клинового гасителя колебаний тележки при порожнем пробеге грузового вагона, когда при разгрузке пакета пружин клинья смещаются в крайнее верхнее положение, усилие поджатия клиньев к
фрикционным планкам резко снижается. Это, при наличии первоначально накопленного в эксплуатации износа трущихся поверхностей клиньев и планок приводит к появлению зазора в сопряжении клиньев с фрикционными планками при порожнем пробеге грузовых вагонов. Причем, чем больше износ трущихся поверхностей указанного сопряжения, тем больше этот зазор.
Появление зазора не только снижает степень диссипации энергии исполнительного органа (тележки порожнего вагона), но и в силу кинематической связи гасителя колебаний с подрессорной тележкой и ее колесной парой может привести к сходу колес порожнего грузового вагона с рельсового пути. Опасность схода порожнего грузового вагона на базе тележки ЦНИИ-Х3-0 возникает, при завышении клина (зазора во фрикционной паре).
Известен фрикционный гаситель колебаний, содержащий корпус, в котором исполнительный орган с наружной конусной поверхностью взаимодействует с внутренними конусными поверхностями набора клиньев, наружные поверхности которых в свою очередь, взаимодействует с жестко закрепленными в корпусе фрикционным: планками, и пакет пружин, поджимающих клинья к исполнительном органу, подпятник который воспринимает усилие всего пакета пружин, в каждом клине набора выполнена дополнительная внутренняя конусная поверхность, которая выполнена ортогонально внутренней конусной поверхности клина и взаимодействует с конусной поверхностью пружинного подпятника [патент РФ №40039 опубликован 27.08.2004 Б.И. №4 автор О.П.Мулюкин и др. Функциональный гаситель колебаний тележки грузового вагона].
Недостатком данного устройства является отсутствие противодействия пружинного комплекта динамической нагрузке со стороны рельсового пути, перемещающий порожний вагон (или вагон с
малой массой загрузки) вверх с большей амплитудой перемещения. Это обуславливает резкое возрастание инерционной нагрузки воздействующей на исполнительный орган гасителя колебаний при последующем обратном ходе порожнего вагона вниз, что, в свою очередь, негативно влияет на прочностные показатели клинового гасителя колебаний.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Для устранения охарактеризованных недостатков известных конструкций фрикционных гасителей в предлагаемой конструкции гасителя колебаний дополнительно введен подпятник, который воспринимает усилия всего пакета пружин, а в каждом клине из набора выполнена дополнительная внутренняя конусная поверхность ортогонально внутренней конусной поверхности клина и взаимодействует с конусной поверхностью пружинного подпятника.
Техническим результатом полезной модели является снижение динамической нагруженности поверхностей клинового гасителя колебаний при гашении колебаний объектов малой массы в эксплуатации и упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что в функциональном гасителе колебаний, содержащем корпус, в котором исполнительный орган с наружной конусной поверхностью взаимодействует с внутренними конусными поверхностями набора клиньев, наружные поверхности которых, в свою очередь, взаимодействуют с жестко закрепленными в корпусе фрикционными планками, и пакет пружин, поджимающий клинья к исполнительному органу, корпус гасителя выполнен цилиндрическим, закрывающимся крышкой с центральным отверстием, на днище которого установлена цилиндрическая втулка с развитой опорной поверхностью и цилиндрическим выступом со сквозным центральным отверстием, на втулке установлены внешняя и внутренняя цилиндрические пружины, на
внешнюю цилиндрическую пружину установлена верхняя цилиндрическая пружинная опора со сквозным центральным отверстием, взаимодействующая с фрикционной планкой гасителя и пружинным подпятником, на внутреннюю цилиндрическую пружину установлен подпятник с центральным отверстием, который взаимодействует с исполнительным органом через клинья, а через отверстия цилиндрической втулки с развитой опорной поверхностью, и внутреннюю цилиндрическую пружину, пружинный подпятник и исполнительный орган проходит хвостовик, который закреплен резьбовой технологической втулкой и проходит через центральное отверстие крышки корпуса.
На фиг.1 представлена принципиальная схема фрикционного гасителя колебаний тележки грузового вагона.
1 - корпус; 2 - исполнительный орган; 3 - конусная поверхность исполнительного органа; 4 - двухсторонний клин; 5 - верхняя конусная поверхность двухстороннего клина; 6 - внутренняя поверхность фрикционной втулки; 7 - фрикционная втулка; 8 - нижняя конусная поверхность клина; 9 - пружинный подпятник с центральным отверстием; 10 - конусная поверхность пружинного подпятника; 11 - верхняя цилиндрическая пружинная опора со сквозным центральным отверстием; 12 - внутренняя пружина; 13 - внешняя цилиндрическая пружина; 14 - цилиндрическая втулка с развитой опорной поверхностью и цилиндрическим выступом; 15 - хвостовик с головкой; 16 - сквозное центральное отверстие цилиндрической втулки с развитой опорной поверхностью; 17 - крышка; 18 - резьбовая технологическая втулка.
Гаситель колебаний при порожнем пробеге грузового вагона работает следующим образом.
На данном режиме работы гасителя колебаний статическое равновесие системы «объект защиты А (грузовой порожний вагон) - клиновой гаситель колебаний - виброактивное основание В (тележка
грузового вагона, испытывающего динамические воздействия со стороны рельсового пути)» характеризуется появлением в кинематических звеньях гасителя зазоров Н и h (конструктивно выбрано Н=h, см. фиг.2), величина которых определяется соотношением усилия пружинного комплекта 12, 13 и веса порожнего грузового вагона (объект защиты А).
При движении объекта защиты А под действием кинематического возбуждения вниз исполнительный орган 2, преодолевая усилие пружин 12, 13, также перемещается вниз, рассеивая полученную энергию возмущения в сопряжении «клинья 4 - фрикционная втулка 7» (поверхность 6), ввиду взаимодействия конусных поверхностей 3 исполнительного органа 2 и конусной поверхности 5 набора клиньев 4.
При движении объекта защиты под действием кинематического возбуждения вверх вместе с ним вверх перемещается и исполнительный орган 2 одновременно испытывающий неблагоприятное поддавливание от усилия пружин 12, 13, способствующего его ускоренному перемещению. При этом полученная исполнительным органом 2 энергия возмущения рассеивается в сопряжении «клинья 4 - фрикционная втулка 7» ввиду взаимодействия конусной поверхности 8 набора клиньев 4 и конусной поверхности 10 пружинного подпятника 9.
По мере движения исполнительного органа 2 вверх зазоры H и h уменьшаются, и при Н=h=0 произойдет упор верхней цилиндрической пружинной опоры 11 в торец фрикционной втулки 7, а торец головки хвостовика 15, закрепленного резьбовой технологической втулкой 18 и проходящего через центральное отверстие крышки 17 корпуса 1, упрется в торец цилиндрической втулки с развитой опорной поверхностью и цилиндрическим выступом 14 со сквозным центральным отверстием 16. При этом верхняя цилиндрическая пружинная опора 11 прекратит движение, то есть станет неподвижной, а хвостовик 15 через головку начнет перемещать вверх цилиндрическую втулку с развитой опорной
поверхностью и цилиндрическим выступом со сквозным центральным отверстием 14. Перемещению вверх втулки 14 будет противодействовать усилие пружины 13, работающей в этом случае на сжатие, а усилие пружины 12, ввиду неизменности ее посадочного места при перемещении цилиндрической втулки с развитой опорной поверхностью 14 и клиньев 4, останется в данном случае постоянным. В результате произойдет останов движущего вверх объекта защиты А за более короткое время (при меньшей амплитуде перемещения, и, соответственно с меньшей скоростью, определяющей кинетическую энергию движущегося объекта А). Очевидно, что последующее движение объекта защиты А вниз с малой высоты его подъема (малой инерционности) произойдет при пониженной динамической нагруженности поверхностей клинового гасителя колебаний.
Гаситель колебаний при загруженном пробеге грузового вагона работает следующим образом.
Также как и на ранее рассмотренном режиме работы гасителя и на втором режиме его работы статическое равновесие системы «объект защиты А - клиновой гаситель колебаний - виброактивное основание В» характеризуется появлением в кинематических звеньях гасителя зазоров Н и h.
Очевидно, величина этих зазоров на данном режиме работы гасителя резко (по сравнению с работой на первом режиме) возрастает, так, как в этом случае также резко возрос вес грузового вагона при неизменном усилии пружинного комплекта 12, 13. Из практики следует, что «раскачать» (заставить совершить перемещения с большей амплитудой колебаний) такой вагон в верхнем положении невозможно (попутно отметим, что вес российского порожнего вагона на базе тележки 18-100 составляет порядка 10 т, а загруженного - в пределах 70-100 т).
В силу этого при загруженном пробеге грузового вагона при всех верхних перемещениях исполнительного органа 2 под действием возмущающего воздействия зазоры Н и h всегда будут значительно превышать их нулевое значение, т.о. есть перераспределения усилий пружины 12, 13 на рабочем ходе исполнительного органа 2 наблюдаться не будет. Также очевидно, что при разгрузке грузового вагона и его транспортировки к потребителю в порожнем состоянии вновь вступает в силу охарактеризованный выше первый режим работы гасителя колебаний.
По сравнению с известными конструкциями фрикционных гасителей колебаний предлагаемый гаситель обеспечивает существенное снижение амплитуды верхних перемещений порожних (или с малой массой загрузки) грузовых вагонов с соответствующим снижением динамической нагруженности сопрягаемых поверхностей гасителя, что благоприятно сказывается на его прочностных (ресурсных показателях).
Предлагаемая конструкция гасителя колебаний позволяет снизить динамическую нагруженность поверхностей клинового гасителя колебаний при гашении колебаний объектов малой массы в эксплуатации и дополнительно упрощает конструкцию.