Способ и устройство каскадного демпфирования вагонов

1. Способ каскадного демпфирования вагонов представляет совокупность приемов и последовательности их выполнения характеризующийся тем, что с целью уменьшения поперечных сил, действующих на гребни колесных пар и боковую поверхность головки рельсов и их износа, создания постоянных усилий, противодействующих внешним, уменьшения центробежных сил при прохождении кривых участков пути, замены трения скольжения между гребнем колеса и головкой рельс на трение качения, рекуперации энергии поперечных возмущений, дистанционного управления демпфированием в зависимости от скорости, загрузки вагонов, радиуса кривизны пути, и других факторов реализация способа достигается тем, что в опорах на днище корпуса параллельно продольной оси вагона устанавливают валы с обеих сторон у обоих торцов вблизи к колесным парам, на которых вертикально на шпонках размещают пневмоцилиндры с подвижными осями на штоках, колесами и жестко связанными с ними роликами, при этом ролики свободно вращают в плоскости колесных пар, опускают их до упора на поверхность катания рельсов, обеспечивают тем самым положение оси колес на уровне оси головки рельсов, которые свободно вращают в горизонтальной плоскости или под углом к горизонтали до 45 градусов при прижатии к боковой поверхности рельсов с внутренней, наружной или с обеих сторон, обеспечивают при этом постоянный контакт, а поперечные усилия, возникающие в колее, и поперечные перемещения оси вагона относительно оси рельсового пути копируют колесами, передают их через подвижные оси, на пневмоцилиндрах и валы, качающиеся в опорах, на верхние точки маятниковых рычагов, которые устанавливают в торцевой плоскости вагона, на шпонках с другой стороны валов, при этом уменьшают поперечные усилия в верхних точках, увеличивают скорость и величину относительного перемещения осей вагона и пути, возникающих в колее при движении соответственно на передаточное число U от 2 до 10, где U равно отношению длин плеч рычагов L/H, где L-длина маятникового рычага от оси вала до верхней точки, Н- расстояние от оси вала до оси головки рельсов и колеса, а маятниковые рычаги соединяют шарнирно с штоками поршней сдвоенного поршневого компрессора, с траверсой с пружинами, полыми штоками поршней сдвоенного пневмоцилиндра и штоками золотниковых распределителей, которые автоматически подают давление из ресивера в соответствующие полости сдвоенного пневмоцилиндра при предельных нагрузках, угловых перемещениях и деформации маятниковых рычагов, создают на штоках соответствующих поршней дополнительно поперечные силы, противодействующие внешним, которые передают обратно через маятниковые рычаги и валы в опорах корпуса на колеса подвижных осей и на рельсы, увеличивают их при этом на передаточное число U, вычитают из действующих усилий в сопряжении гребня колесной пары с рельсом, заменяют трение скольжения на трение качения, уменьшают сопротивление движению от сил трения в 5-10 раз, демпфируют поперечные колебания, уменьшают действие центробежных сил, амплитуду, скорость, ускорение, кинетическую энергию удара о рельсы вплоть до полного их устранения, рекуперируют энергию поперечных возмущений в давление воздуха в полостях поршневых компрессоров, который закачивают в ресивер и используют для управления автоматикой, а демпфирующими свойствами вагонов состава управляют в зависимости от скорости движения, транспортируемой массы, состояния пути и радиуса кривизны давлением в пневмомагистрали через редукционный клапан, которым управляют с пульта машиниста в процессе движения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вертикальное демпфирование колебаний осуществляют через пневцилиндры с подвижными осями, которые опускают на штоках до упора роликов на поверхность катания рельсов, а при ходе вагона вниз в процессе колебаний параллельно усилиям пружин возврата создают давление воздуха над поршнем и под ним при неподвижном штоке, действующее на некомпенсированную площадь пневмоцилиндра, а при ходе в верх стравливают давление над и под поршнем, при этом обе полости соединяют между собой через редукционный клапан, поддерживающий требуемый перепад, которым обеспечивают гарантированное прижатие роликов к рельсам, а излишки давления сбрасывают во всасывающую магистраль пневмоцилиндров сдвоенного компрессора, сдвоенного пневмоцилиндра и золотниковых распределителей.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что, с целью устранения вероятности резонансного совпадения периодов и частот возмущающих сил действующих в вертикальной и горизонтальной плоскости, и их геометрического сложения, дополнительно управляют диапазоном подачи, заполнения, выдержки и дренажа давления воздуха которое падают через золотниковые распределители в соответствующие полости сдвоенного пневмоцилиндра электро клапанами по сигналам датчиков частоты вертикальных и горизонтальных колебаний кузова через блок программного управления, исключают совпадение экстремальных значений периодов и частот.
4. Устройство для осуществления способа включает железнодорожный вагон, рельсы, тележки, колесные пары, рычажную демпфирующую систему, пневмоцилиндры, колеса отличающееся тем, что с целью предотвращения износа колесных пар и рельсов, замены трения скольжения между рельсом и гребнем на трение качения, уменьшения сил сопротивления движению, поперечных сил, сил инерции, центробежных сил и других возмущающих факторов устройство снабжено, пневмоцилиндрами с подвижными осями в вертикальной плоскости с установленными на них свободно вращающимися колесами в горизонтальной плоскости и жестко связанными с ними роликами, вращающимися в вертикальной плоскости, выполненными с возможностью вертикального подъема, опускания и качания на валах в поперечном направлении, которые соединены через валы с маятниковыми рычагами.
5. Устройство по п. 4 отличающееся тем, что, с целью аварийного и периодического подъема и опускания колес, расположенных на подвижных осях, пневмоцилиндры снабжены пружинами, возврата в исходное положение.
6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что для повышения точности передачи перемещений и управления отклонениями оси вагона от оси рельсового пути, для преобразования усилий действующих со стороны рельсов на гребни колесных пар и, наоборот, со стороны вагона на рельсы устройство снабжено маятниковыми рычагами в виде плоских пружин изгиба и пневмоцилиндрами с подвижными осями, посажеными на валах, выполненных в виде единого жесткого рычага, связанного с корпусом вагона через валы, установленные в опорах, а роль второй опоры выполняют колеса при выдвижении штоков с подвижными осями, упирающиеся в боковую поверхность головки рельсов.
7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что снабжено третьей упругой опорой передающей усилия от давления воздуха, действующее на поршни полых штоков сдвоенного пневмоцилиндра на маятниковые рычаги, вызывая их упругую деформацию, противодействующую пропорционально поперечным усилиям, смещающим ось вагона от оси рельсового пути
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что для передачи поперечных усилий и относительного перемещения оси вагона и рельсового пути при движении независимо от колебаний размеров колей, величины боковых отклонений, износа бандажей и рельсов, обеспечения постоянного контакта колес подвижных осей с головкой рельсов устройство снабжено траверсой с размещенными на ней свободно перемещающимися вдоль полыми штоками поршней сдвоенного пневмоцилиндра, шарнирно соединенными с маятниковыми рычагами через навинченные резьбовые сферические вставки, стягиваемые между собой до упора колес в рельсы пружинами, установленными в резьбовых стаканах на торцах траверсы.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что, с целью компенсации вертикальных и угловых перемещений корпуса поршневого компрессора, сдвоенного пневмоцилиндра, возникающих при качании маятниковых рычагов, они шарнирно-подвижно соединены поступательной парой с корпусом вагона и шарнирно со штоками маятниковых рычагов и траверсой..
10. Устройство пункту п. 7, отличающееся тем, что, с целью создания дополнительных усилий, противодействующих внешним и передачи их обратно на колеса подвижных осей с увеличением на передаточное число U и вычитанием из сопряжения гребня с рельсом в автоматическом режиме, устройство снабжено золотниковыми распределителями, шарнирно соединенными с маятниковыми рычагами и корпусом, открывающими при деформации и угловых отклонениях маятниковых рычагов соответствующие полости подачи давления в сдвоенные пневмоцилиндры.
11. Устройство по п. 10 отличающееся тем, что, с целью расширения возможностей регулирования демпфирующих усилий, противодействующих внешним, действующим между гребнями колесных пар и рельсами в зависимости от скорости движения, загрузки вагона, состояния пути и радиуса кривизны, устройство снабжено редукционным клапаном, установленным на пневмомагистрали подачи давления в ресивера вагонов, регулируемым с пульта машиниста по ходу движения.