ДИСКОВЫЙ ФРИКЦИОННЫЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и касается устройства фрикционных гасителей колебаний, применяемых для демпфирования колебаний железнодорожного подвижного состава.
Известен дисковый фрикционный гаситель колебаний, состоящий из подвижного диска, неподвижного диска, фрикционной крышки, нажимной пружины, прижимающей их друг к другу и поводка с резиновыми втулками (Соколов, М.М. Гасители колебаний подвижного состава: справочник / М.М. Соколов, В.И. Варава, Г.М. Левит. - М.: Транспорт. - 1985, С. 43, рис. 3.2а). Этот гаситель колебаний, используемый в буксовом подвешивании тележек электропоездов ЭР1, ЭР2, ЭР9, ЭР9П, ЭР22, ЭР22М, обеспечивает демпфирование колебаний надрессорного строения экипажа в вертикальной плоскости. Величина силы трения его постоянна и зависит от силы нажатия пружины, геометрических размеров подвижного и неподвижного дисков и фрикционной крышки и коэффициента трения между ними.
Недостатком данного гасителя колебаний являются значительные габариты в осевом направлении, т.к. нажимная пружина размещена снаружи дисков.
В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран фрикционный гаситель колебаний (фрикционный амортизатор), используемый в центральном подвешивании тележек рефрижераторных вагонов производства Брянского машиностроительного завода. Фрикционный гаситель колебаний размещен на раме тележки, соединен с надрессорной балкой поводком с резинометаллическим амортизатором и содержит неподвижные диски, связанные шпилькой с рамой тележки, подвижные диски, связанные через поводок и резинометаллические амортизаторы с надрессорной балкой, и фрикционную крышку, расположенную между подвижным диском и нажимной пружиной, размещенной в стакане (Соколов М.М., Варава В.И., Левит Г.М. Гасители колебаний подвижного состава: справочник / М.М. Соколов, В.И. Варава, Г.М. Левит. - М.: Транспорт. - 1985, С. 46. рис. 3.3 а). Этот гаситель имеет меньшие осевые габариты вследствие того, что нажимная пружина частично расположена внутри отверстий в подвижных и неподвижных дисках.
Недостатком данного 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. Однако в известном гасителе величина силы трения зависит от сжатия нажимной пружины и его невозможно изменить в зависимости от наличия или отсутствия резонансных колебаний надрессорного строения.
Известно, что коэффициент трения (сцепления) в контакте «металл-металл», помимо физических свойств пары трения, зависит от напряженности магнитного поля в пятне контакта и может быть повышен (Лужнов, Ю.М. Влияние постоянного магнитного поля на трение твердых тел / Ю.М. Лужнов, А.П. Прунцев // Труды МИИТ. Вып. 467. - М.: МИИТ, 1974). Для более детального исследования влияния магнитного поля на коэффициент трения системы «металл-металл» были проведены испытания на специальных установках (Тихомиров, В.П. Моделирование сцепления колеса с рельсом / В.П. Тихомиров, В.И. Воробьев, Д.В. Воробьев и др. // Известия ОрелГТУ. Серия. Машиностроение и приборостроение. - Орел, ОрелГТУ, 2007. - С. 95-101). Результаты испытаний показали, что для исследуемых моделей контакта «сталь по стали» при создании сильных магнитных полей в зоне их контакта возможно повышение коэффициента трения (сцепления) более чем на 20%. В настоящее время данное явление объясняется, прежде всего, эффектом магнитопластичности, одной из главной причин которого считают увеличение подвижности дислокаций при воздействии внешнего электромагнитного поля под влиянием электронных спинов, локализованных на дефектах кристаллической решетки (Полетаев, В.А. Энергетический анализ влияния магнитного поля на механические свойства стали / В.А. Полетаев, Д.А. Потемкин // Вестник Ивановского государственного энергетического университета (ИГЭУ). - 2007. - №3. - С. 8-11).
Технической задачей полезной модели является повышение плавности хода рамы тележки.
Техническая задача достигается тем, что фрикционный гаситель колебаний, содержащий неподвижные диски, соединенные шпилькой с рамой тележки, подвижные диски, соединенные с надрессорной балкой поводком с резинометаллическим амортизатором, фрикционную крышку, расположенную между подвижным диском и нажимной пружиной, размещенной в стакане, фрикционная крышка выполнена в виде электромагнита, подключенного к источнику тока через подчиненную систему регулирования, состоящую из датчика ускорения, размещенного на раме тележки и через двойной интегратор и выпрямитель соединенного с выходом сумматора, второй вход которого подключен к блоку уставки, а выход связан с регулятором тока.
Технический результат заключается в увеличении коэффициента трения между подвижными и неподвижными дисками фрикционного гасителя в зависимости от соотношения заданной и действующей во время движения величины колебаний рамы тележки за счет изменения величины тока, пропускаемого через обмотку электромагнита, что позволяет увеличивать рассеивание энергии колебаний в гасителе в режиме резонансного усиления колебаний рамы тележки, что приводит к повышению плавности хода рамы тележки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг 1. представлен общий вид фрикционного гасителя колебаний, на фиг 2. - вид фрикционного гасителя колебаний со стороны электромагнита.
Фрикционный гаситель колебаний размещен на раме тележки 1, соединен с надрессорной балкой 2 поводком 3 с резинометаллическим амортизатором 4 и содержит неподвижные диски 5, связанные шпилькой 6 с рамой тележки 1, подвижные диски 7, связанные через поводок 3 и резинометаллический амортизатор 4 с надрессорной балкой 2, и нажимную пружину 8, размещенную в стакане 9.
Фрикционная крышка выполнена в виде электромагните 10. К обмотке электромагнита 10 подведено напряжение от источника тока 11. Подчиненная система регулирования состоит из регулятора 12 тока, сумматора 13, блока уставки 14, датчика 15 ускорений рамы тележки 1, который связан с рамой тележки 1, двойного интегратора 16 и выпрямителя 17.
Регулятор 12 тока выходами подключен к источнику тока 11 и электромагниту 10. Датчик 15 ускорений рамы тележки размещен на раме тележки 1 и через двойной интегратор 16 и выпрямитель 17 соединен с входом сумматора 13, второй вход которого подключен к блоку уставки 14, а выход связан с регулятором 12 тока.
Фрикционный гаситель колебаний работает следующим образом.
При колебаниях рамы тележки 1 относительно надрессорной балки 2 вследствие проезда неровностей пути, резинометаллический амортизатор 4 и поводок 3 перемещаются относительно рамы тележки 1. Вследствие этого связанные с поводком 13 подвижные диски 7 поворачиваются вокруг стакана 9, преодолевая силу трения, возникающую в контакте с неподвижными дисками 5, прижатыми к подвижным дискам нажимной пружиной 8.
Через обмотки электромагнита 10 проходит электрический ток, величина которого задается подчиненной системой регулирования. На регулятор 12 тока поступает сигнал с выхода сумматора 13. На сумматор 13 подается сигнал от блока уставки 14, который пропорционален заданному предельному уровню амплитуды колебаний рамы тележки 1, и сигнал от датчика 9 ускорения рамы тележки 1, который, после двукратного интегрирования интегратором 16 и выпрямления выпрямителем 17, пропорционален амплитуде перемещений рамы тележки 1. Пока сигнал от блока уставки 14 больше или равен сигналу от датчика 15 ускорений рамы тележки 1, регулятор 12 тока закрыт, и ток по обмотке электромагнита 10 не проходит. В случае увеличения амплитуды колебаний рамы тележки 1, и, следовательно, превышения сигнала от датчика 15 ускорений рамы тележки 1 над сигналом от блока уставки 14 регулятор 12 тока открывается, по обмотке электромагнита 10 начинает проходить ток, увеличивается магнитный поток, проходящий через контактирующие поверхности дисков 5 и 7, растет коэффициент трения, что приводит к увеличению силы сопротивления повороту дисков 5 и 7 относительно друг друга. Чем больше сигнал от датчика 15 ускорений рамы тележки 1 превышает сигнал от блока уставки 14 (что может проявляться, например, при резонансном накоплении энергии колебаний тележки во время проезда периодических неровностей пути), тем больше величина тока в обмотке электромагнита 10 и, следовательно, больше трение в гасителе, больше рассеяние энергии колебаний тележки за счет этого трения, что приводит к ограничению амплитуды этих колебаний.