Гидравлический гаситель колебаний

Полезная модель относится к рельсовым транспортным средствам и касается устройства гидравлических гасителей колебаний, применяемых для демпфирования колебаний железнодорожного подвижного состава.
Известен гидравлический гаситель колебаний, содержащий цилиндр и поршень (Соколов М.М., Варава В.И., Левит Г.М. Гасители колебаний подвижного состава: Справочник. М.: Транспорт. 1985, рис. 2.1а, С. 16.). Этот гаситель колебаний, используемый на вагонных тележках пассажирских вагонов, обеспечивает демпфирование колебаний надрессорного строения экипажа в вертикальной и горизонтальной (поперечной) плоскостях. Величина силы трения его зависит от скорости перемещения цилиндра относительно поршня.
Недостатком известного гидравлического 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 порожнего вагона 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 его конструктивных параметров (размеры гасителя, вязкость жидкости, размеры и форма дроссельных отверстий и наибольшее давление) и его невозможно изменить во время движения в зависимости от наличия или отсутствия резонансных колебаний надрессорного строения.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран гидравлический гаситель колебаний, содержащий цилиндры, поршни и соединительные трубки (Медель В.Б. Подвижной состав электрических железных дорог. Т. 1. Конструкция и динамика. Изд. 2-е, перераб. Гострансжелдориз-дат, 1957, С. 289, рис. 392).
Данный гаситель имеет тот же недостаток, что и описанный выше, поскольку не содержит элементов, меняющих силу трения во время движения.
Известно, что воздействие постоянных и переменных электрических полей частотой 50 Гц приводит к возрастанию коэффициентов динамической вязкости жидкостей. Эффект воздействия полей на вязкость возрастает с увеличением их напряженности и дипольного момента молекул жидкости. При максимальных значениях напряженности электрических полей динамическая вязкость наиболее полярной жидкости - ацетона возрастала более чем в два раза (Савиных Б.В., Фасхутдинов А.А., Мухамадиев А.А. и др. Динамическая вязкость жидкостей в электрических полях // Химия и компьютерное моделирование: Бутлеровские сообщения. - 2002. - No 10).
Технический результат заявленной полезной модели состоит в повышении безопасности движения путем повышения плавности хода экипажа и снижения его воздействия на путь при увеличении сопротивления гасителя в режиме резонансного усиления колебаний надрессорного строения.
Технический результат достигается тем, что в гидравлическом гасителе колебаний, содержащем цилиндр, поршень, жидкость и соединительную трубку, жидкость выполнена диэлектрической, соединительная трубка выполнена из диэлектрического материала, а гаситель содержит источник напряжения, соединенный с металлическими пластинами, при этом величина сопротивления гасителя изменяется подчиненной системой регулирования, состоящей из регулятора напряжения, сигнал на который поступает с выхода сумматора, сравнивающего сигнал задания величины предельной амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения, поступающего с блока установки 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.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1. изображен общий вид гидравлического гасителя колебаний.
Предлагаемый гидравлический гаситель колебаний (Фиг. 1) содержит цилиндр 1, заполненный диэлектрической жидкостью 2, поршень 3, трубку из диэлектрического материала 4, на которой размещены металлические пластины 5, соединенные с источником напряжения 6. Подчиненная система регулирования состоит из регулятора напряжения 7 (РТ), сумматора 8 (Σ), блока уставки 9 (У), датчика вертикального ускорения надрессорного строения 10 (ДУ), двойного интегратора 11 (ДИ) и выпрямителя 12.
Гидравлический гаситель колебаний работает следующим образом.
При вертикальных колебаниях надрессорного строения, вызванных проездом неровностей пути, поршень 3 перемещается относительно корпуса 1, вызывая движение диэлектрической жидкости 2 по трубке 4. Величина напряжения, подаваемого на металлические пластины 5, задается подчиненной системой регулирования. На регулятор напряжения 7 (РТ) поступает сигнал с выхода сумматора 8 (Σ). На сумматор 8 (Σ) подается сигнал от блока уставки 9 (У), который пропорционален заданному предельному уровню амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения вне резонансной зоны, и сигнал с датчика вертикального ускорения надрессорного строения 10 (ДУ), который, после двукратного интегрирования двойным интегратором 11 (ДИ) и выпрямления выпрямителем 12, в свою очередь, пропорционален амплитуде вертикальных перемещений надрессорного строения с частотами, близкими частоте его собственных колебаний на рессорном подвешивании. Пока сигнал от блока уставки 9 больше, чем сигнал с датчика вертикального ускорения надрессорного строения 10, регулятор тока 7 не открывается, и ток от источника 6 через обмотки электромагнита 5 не проходит. При превышении сигнала от датчика 10 над сигналами от датчика 9 регулятор напряжения открывается и напряжение от источника 6 начинает подаваться на металлические пластины 5. В диэлектрической жидкости 2, когда она протекает по трубке 4 в электрическом поле, созданном пластинами 5, вследствие вязко-электрического эффекта динамическая вязкость диэлектрической жидкости 2 возрастает, вследствие чего увеличивается сопротивление протеканию жидкости 2 по трубке 4, что, в свою очередь, увеличивает силу сопротивления перемещению поршня 3 относительно корпуса 1. В зависимости от величины положительной разности сигналов датчиков 10 и 9 регулятор напряжения 6 увеличивает или уменьшает значение напряжения, подаваемого от источника напряжения на металлические пластины 5, тем самым увеличивая или уменьшая значения силу сопротивления в гасителе колебаний. При равенстве сигналов регулятор напряжения 6 закрывается и напряжение на металлические пластины 5 не подается.
При проезде периодических неровностей пути, приближение частоты одной из гармоник возмущающей силы к частоте собственных колебаний надрессорного строения увеличивается амплитуда его вертикальных колебаний, что, в свою очередь, приводит к увеличению напряжения, подаваемого на металлические пластины, увеличению динамической вязкости диэлектрической жидкости вследствие вязкоэлектрического эффекта, 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 сила сопротивления гасителя определяется гидравлическим сопротивлением трубки, которое будет ниже сопротивления протеканию диэлектрической жидкости при воздействии на нее электрического поля путем подачи напряжения на металлические пластины.
Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в том, что использование гидравлического гасителя колебаний позволяет повысить безопасность движения вследствие повышения плавности хода экипажа и снижения его воздействия на путь при увеличении силы сопротивления гасителя в режиме резонансного усиления колебаний надрессорного строения в зависимости от величины напряжения, подаваемого на металлические пластины, за счет увеличения динамической вязкости в протекающей мимо обмоток диэлектрической жидкости благодаря возникновению вязко-электрического эффекта при воздействии на диэлектрическую жидкости электрического поля, создаваемом при приложении напряжения на металлические пластины.