Пневматический гаситель колебаний
PNEUMATIC VIBRATION DAMPER

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и предназначено для гашения колебаний, в особенности подрессоренных масс экипажной части транспортных средств и, в частности, колесных пар тепловозов, электроподвижного состава и пассажирских вагонов с индивидуальным рессорным подвешиванием.
Известен пневматический гаситель колебаний (Патент на изобретение №2082040 РФ, МПК F16F 9/02. Пневматический демпфер / Князева И.А. - №94034003/28, Заявлено: 16.09.1994; Опубликовано: 20.06.1997).
Пневматический демпфер содержит цилиндр с крышками, одна из которых имеет полость, полый шток, размещенный в цилиндре, поршень с центральным отверстием жестко связанный со штоком, делящий полость цилиндра на штоковую и бесштоковую полости, коаксиально размещенные в полости штока жестко связанную с ним дросселирующую втулку, направляющий стержень и установленный с возможностью продольного перемещения относительно последнего дроссельный элемент с двумя конусообразными поверхностями. В полости крышки размещены дополнительный цилиндр, в котором установлен соединенный с одним концом направляющего стержня дополнительный поршень, имеющий калиброванное отверстие и делящий полость дополнительного цилиндра на под- и надпоршневую полости, последняя из которых посредством калиброванного отверстия сообщена с бесштоковой полостью. В полом штоке размещены жестко связанный с ним регулировочный винт и пружина, соединяющая последний с другим концом направляющего стержня.
Система работает следующим образом.
При движении основного поршня в цилиндре, например, вверх, давление воздуха в бесштоковой полости становится выше, чем в штоковой, и сжатый воздух перетекает через регулируемый дроссельный канал, образуемый дросселирующей цилиндрической втулкой, дроссельным элементом и радиальными отверстиями, из бесштоковой полости в штоковую полость цилиндра. Под действием перепада давления и потока сжатого воздуха дроссельный элемент переместится по направляющему стержню, преодолевая легкое сопротивление пружинки, компенсирующей лишь вес золотника, вниз до упора, образованного торцом направляющей втулки.
При сходе нижнего среза дросселирующей цилиндрической втулки с наибольшего диаметра дроссельного элемента начинается резкое увеличение проходного сечения для перетекания сжатого воздуха, в результате чего при подходе основного поршня к расчетному верхнему положению сжатый воздух из бесштоковой полости по широкому кольцевому каналу между нижним срезом дросселирующей цилиндрической втулки и малым диаметром верхнего конуса дроссельного элемента, через радиальные отверстия в штоке устремится в бесштоковую полость, и давления в этих полостях сравняются.
С началом обратного движения основного поршня поток воздуха изменит направление и устремится из штоковой полости через регулируемый дроссельный канал в бесштоковую.
При этом легкий дроссельный элемент в начале обратного движения основного поршня будет переброшен вверх до упора по направляющему стержню, что приведет к резкому уменьшению проходного сечения дроссельного канала, росту перепада давлений между штоковой и бесштоковой полостями и, следовательно, росту демпфирующей силы гасителя.
Однако с ростом пройденного основным поршнем в цилиндре расстояния верхний срез дросселирующей цилиндрической втулки начнет перемещаться по отношению к нижнему дроссельному элементу. Проходное сечение для перетекания воздуха увеличится, в результате чего при подходе основного поршня к нижней точке давления в штоковой и бесштоковой полостях сравняются, а значит, и демпфирующая сила в крайних положениях основного поршня будет равна нулю.
Далее этот процесс будет повторяться.
Известный пневматический демпфер менее подвержен воздействию импульсных нагрузок, надежно работает при низких температурах, эффективно гасит колебания при малых и больших амплитудах колебаний благодаря применению золотникового дроссельного устройства.
К основными недостатками демпфера относятся повышенные требования к точности изготовления деталей пневматического демпфера, износ трущихся частей, пропуск воздуха с рабочей полости в атмосферу через зазоры, что приводит к снижению надежности экипажной части.
Наиболее близкой к заявляемому решению является пневматический подвеска (пневматический гаситель колебаний) (патент на изобретение №2437009 РФ, МПК B60G 11/27, F16F 9/05. Пневматическая подвеска / Хамитов Р.Н. - 2008138121/11. Заявлено: 24.09.2008; Опубликовано: 20.09.2010).
Пневматическая подвеска содержит упругий элемент в виде резинокордной оболочки с крышкой, образующие основную рабочую полость, размещенную в цилиндрическом корпусе, дополнительную полость, выполненную в виде стакана и расположенную в нижней части подвески с возможностью захода в цилиндрический корпус рабочей полости, перегородку с клапанным устройством и системой управления клапанным устройством, расположенную между рабочей и дополнительной полостями. При этом резинокордная оболочка крепится к перегородке.
Клапанное устройство включает цилиндр, установленный внутри него запорный клапан в виде поршня, который имеет по всему нижнему периметру выступающий обод. На его верхней кромке расположен по всей поверхности уплотняющий элемент. Цилиндр имеет радиальные перепускные отверстия. Поршень снабжен штоком, закрытым гофрометаллизированной оболочкой, с расположенной на нем возвратной пружиной и установленным на его конце магнитопроводящим сердечником. Снизу цилиндра установлена обмотка электромагнита, закрытая крышкой и подключенная к системе управления клапанным устройством. Шток и поршень крепятся с помощью центрирующего крепежного элемента. Над цилиндром установлена крышка, имеющая на внутренней поверхности концентрический уплотняющий элемент, на ее боковой поверхности расположены радиальные перепускные отверстия. Между внутренней боковой поверхностью крышки и боковой поверхностью поршня в месте расположения перепускных отверстий образован кольцевой зазор, благодаря которому полости и сообщаются посредством радиальных перепускных отверстий крышки и радиальных перепускных отверстий цилиндра.
Система управления клапанным устройством содержит соединенные последовательно преобразователь перемещения объекта, формирователь сигнала скорости объекта, блок управления силовым ключом, силовой ключ для подключения обмотки электромагнита к источнику питания.
Пневматическая подвеска работает следующим образом.
На ходе сжатия пневматической подвески давление в рабочей полости увеличивается, в дополнительной полости остается постоянным, т.к. запирающий элемент в виде поршня под действием возвратной пружины находится в верхнем положении, и полости разъединены. Выступающий обод поршня с уплотняющим элементом перекрывает отверстия цилиндра. При этом верхняя часть поршня прижата к концентрическому уплотняющему элементу внутренней поверхности крышки. За счет уплотняющих элементов и гофрометаллизированной оболочки при верхнем расположении поршня газ под высоким давлением из рабочей полости не проникает в дополнительную полость. Газ воздействует на внешнюю поверхность крышки и через ее перепускные отверстия на боковую поверхность поршня.
В начале хода отбоя система управления включает электромагнит и поршень занимает нижнее положение. Полости сообщаются посредством радиальных перепускных отверстий крышки и радиальных перепускных отверстий цилиндра и зазора. Дополнительная полость полностью включена в работу. При этом газ перетекает из рабочей полости с более высоким давлением в дополнительную полость и давление газа в полостях и выравнивается.
В начале очередного хода сжатия система управления выключает электромагнит и поршень, под действием возвратной пружины занимает снова верхнее положение и перекрывает отверстия. Далее процесс повторяется.
Пневматическая подвеска позволяет повысить надежность работы при импульсных нагрузках на амортизируемый объект, улучшает условия работы экипажа и обеспечивает требуемую сохранность грузов при их транспортировке.
Основными недостатками устройства являются износ упругого элемента от знакопеременных напряжений в изгибах резинокордной оболочки между цилиндром и корпусом дополнительной полости при горизонтальных перемещениях дополнительной полости и ее вертикальных колебаниях, наличие электромагнитного клапанного устройства усложняющего конструкцию и требующего отдельного источника питания электрической цепи, повышенного контроля и специальных навыков обслуживающего персонала, отказы, вызванные конденсатом, в основной и дополнительной полости, поступающим с воздухом подкачки и образующимся вследствие перепада температур.
Задачей предлагаемого изобретения является создание пневматического гасителя колебаний, позволяющего повысить надежность и эффективности работы оборудования экипажей транспортных средств за счет пневматического гашения колебаний рессорного подвешивания колесно-моторных блоков и динамических воздействий на колесные пары со стороны рельсовой колеи при движении подвижного состава.
Для решения поставленной задачи в пневматическом гасителе колебаний, содержащем цилиндрический корпус, упругий элемент, размещенный внутри цилиндрического корпуса, образующий основную рабочую полость, дополнительную полость, выполненную в виде стакана и расположенную между ними перегородку, перегородка выполнена с калиброванным отверстием для соединения рабочей полости с дополнительной полостью, стакан дополнительной полости, в верхней части которой выполнено отверстие для подачи воздуха, расположен над цилиндрическим корпусом, в нижней части цилиндрического корпуса дополнительно установлен шток в виде поршня с отверстием для слива конденсата, упругий элемент выполнен в виде сильфона и соединен в нижней части с поршнем штока, а в верхней части с перегородкой.
Признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, являются: расположение стакана дополнительной полости над цилиндрическим корпусом, выполнение в верхней части стакана дополнительной полости отверстия для подачи воздуха, выполнение перегородки с калиброванным отверстием для соединения рабочей полости с дополнительной полостью, установка в нижней части цилиндра штока в виде поршня с отверстием для слива конденсата, выполнение упругого элемента в виде сильфона и соединение его в нижней части с поршнем штока, а в верхней части с перегородкой.
Наличие существенных отличительных признаков в совокупности существенных признаков, характеризующих заявляемое решение, свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «новизна».
Благодаря отличительным признакам повышается надежность и эффективность работы экипажной части транспортного средства.
Это обусловлено тем, что предлагаемый пневматический гаситель колебаний позволяет: снизить износ упругого элемента за счет выполнения его в виде сильфона, расположенного внутри корпуса, что не позволяет ему контактировать с трущимися частями гасителя, повысить надежность работы в районах с повышенными перепадами температур, способствующими образованию конденсата, путем слива излишек конденсата через специальное отверстие, выполненное в штоке.
Сущность изобретения поясняется чертежом
На фигуре представлен предложенный пневматический гаситель колебаний;
Пневматический гаситель колебаний содержит цилиндрический корпус 1, упругий элемент 2, размещенный внутри цилиндрического корпуса 1, образующий основную рабочую полость 3, дополнительную полость 4, выполненную в виде стакана 5, и расположенную между ними перегородку 6, перегородка 6 выполнена с калиброванным отверстием 7 для соединения рабочей полости 3 с дополнительной полостью 4, в верхней части стакана 5 дополнительной полости 4 выполнено отверстие 8 для подачи воздуха, в нижней части цилиндрического корпуса 1 дополнительно установлен шток 9 в виде поршня с отверстием 10 для слива конденсата, упругий элемент 2 выполнен в виде сильфона и соединен в нижней части с поршнем штока 9, в верхней части с перегородкой 6.
Пневматический гаситель колебаний работает следующим образом.
При возникновении нагрузки шток 9 движется вверх, сжимая упругий элемент 2, давление воздуха в рабочей полости 3 становится выше, чем в дополнительной полости 4, и сжатый воздух перетекает по калиброванному отверстию 7 из рабочей полости 3 в дополнительную полость 4.
При отсутствии нагрузки на шток 9 упругий элемент 2 растягивается за счет давления воздуха и давление в рабочей полости 3 становится ниже, чем в дополнительной полости 4, и сжатый воздух перетекает по калиброванному отверстию 7 под действием перепада давления.
Таким образом, происходит гашение (вертикальных) колебаний за счет перетекания воздуха по калиброванному отверстию из одной полости в другую.
В силу предложенной конструкции отсутствует износ упругого элемента за счет того, что он находится внутри защитного кожуха, не контактирует с трущимися частями гасителя и имеет вид сильфона, отсутствует потеря воздуха в атмосферу за счет применения принципа упругого элемента вместо принципа «цилиндр-поршень», повышение надежности работы путем применения корпуса, играющего роль направляющего для штока, повышение надежности работы в районах с повышенными перепадами температур, которые влекут образование конденсата, путем слива излишков через специальное отверстие, повышение надежности работы за счет простоты в обслуживании, ремонте и изготовлении представленной конструкции гасителя колебаний.