УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ КУЗОВА ВАГОНА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и, более конкретно, к системам подвески, обеспечивающим соединение кузова вагона с тележками, смягчение ударов от неровностей пути и равномерное распределение нагрузки между колесными парами.
Подвеска вагона, включающая различные виды амортизаторов и демпферов, позволяет более плавно (сглаженно) передавать динамические усилия на вагон. Однако при движении вагона влияние этих усилий весьма существенно возрастает с увеличением скорости движения и приводит к возникновению различного вида колебаний кузова [1].
Известна подвеска пассажирских вагонов, содержащая установленные на двухосных тележках надбуксовые пружинные амортизаторы, а в люлечном подвешивании наряду с витыми пружинами расположены гидравлические амортизаторы [2].
Применение гидравлических амортизаторов позволяет более эффективно осуществлять гашение вертикальных и горизонтальных колебаний кузова относительно тележек по сравнению с используемыми ранее рессорами. Однако в ряде случаев этого недостаточно, особенно с учетом увеличения скорости движения вагонов, когда даже незначительная амплитуда колебаний кузова вагона приводит к возникновению больших усилий между отдельными частями вагона и между колесами и рельсами, вызывая их повышенный износ, поломки и угрожая безопасности движения.
К тому же, в некоторых случаях, таких как, например, перевозка раненых в медицинских вагонах и составах при возникновении чрезвычайных ситуаций, даже незначительные колебания и отклонения кузова в процессе перевозки и на стоянках не только нежелательны, но и недопустимы.
Известны также подвески, обеспечивающие стабилизацию положения транспортируемых объектов путем их установки на гиростабилизируемой платформе [3], [4]. Гиростабилизированные платформы обеспечивают высокую точность и стабильность поддержания неизменным их положения относительно заданных направлений и используются в основном для одноточечных систем подвески небольших по массе и габаритным размерам объектов, таких как автопилоты курса и крена летательных аппаратов в системах инерциальной навигации [5], или как в [3] для стабилизированной подвески одного санитарного места в машине скорой помощи. Для стабилизации же пассажирского вагона применение таких систем нецелесообразно, так как они будут иметь очень большие массу и габаритные размеры, сопоставимые с массой вагона (несколько десятков тонн).
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является система стабилизации кузова железнодорожного вагона, содержащая установленные между кузовом и каждой тележкой пневмобаллоны, каждый из которых соединен трубопроводами с источником сжатого газа через запорно-регулирующую аппаратуру, управляемую процессором, связанным с датчиками положения кузова [6].
Эта известная система стабилизации имеет относительно небольшие массу и габаритные размеры, а используемые в ней пневмобаллоны в качестве силового привода обеспечивают создание необходимых для перемещения кузова вагона усилий при сравнительно небольших величинах давления сжатого газа в них, не увеличивая при этом
жесткость подвески кузова. Однако эта известная схема характеризуется недостаточным быстродействием и точностью, т.к. реагирует на возмущающие воздействия (неровности пути, инерционные нагрузки при движении вагона но криволинейным участкам и др.) по сигналам установленного на кузове вагона гироскопического датчика после того, как на эти воздействия среагировали тележки и упругие элементы подвески.
Технический результат, который может быть достигнут при использовании заявляемой полезной модели, заключается в повышении быстродействия и точности стабилизации положения кузова при обеспечении «мягкой» подвески кузова.
Для достижения указанного результата в устройстве для стабилизации кузова пассажирского вагона, содержащем установленные между кузовом и рамой каждой тележки пневмобаллоны, каждый из которых соединен трубопроводами с источником сжатого газа через запорно-регулирующую аппаратуру, управляемую процессором по сигналам датчиков положения и/или перемещения, предлагается на раме каждой тележки установить гироскопический датчик, а на кузове вагона расположить датчики его угловых скоростей, при этом верхний конец каждого шкворня выполнить подвижным в вертикальном направлении относительно шкворневой балки кузова и взаимодействующим с ней через сферическую опору с образованием четырехподвижного соединения тележки с кузовом [7].
Пневмобаллоны могут быть расположены на раме каждой тележки по ее углам, симметрично относительно оси шкворня.
Для обеспечения надежного функционирования устройства источник сжатого газа может быть выполнен в виде установленного на каждом вагоне компрессора с ресивером, а связанная с процессором запорно-регулирующая аппаратура - в виде электропневматических клапанов.
Сферическая опора между шкворнем и шкворневой балкой кузова может быть выполнена в виде опоры трения качения.
Возможное исполнение полезной модели проиллюстрировано на прилагаемых чертежах.
На фиг.1 представлена структурная схема системы стабилизации кузова вагона.
На фиг.2 показан вид сбоку на вагон.
На фиг.3 представлен вариант выполнения сферической опоры.
Устройство для стабилизации содержит расположенные между кузовом 1 вагона и рамой 2 каждой его тележки 3 пневмобаллоны 4, каждый из которых сообщен с источником сжатого газа 5. На трубопроводах 6, соединяющих пневмобаллоны 4 с источником сжатого газа 5, который выполнен в виде компрессора 7 с ресивером 8, установлена запорно-регулирующая аппаратура, которая может быть выполнена в виде электропневматических клапанов 9, управляемых процессором 10. В процессор 10 поступают сигналы от установленных на раме 2 каждой тележки 3 гироскопических датчиков 11 и от установленных на кузове 1 датчиков угловых скоростей 12.
Кузов 1 связан с каждой тележкой 3 четырехподвижным соединением, выполненным в виде закрепленного на раме 2 тележки 3 шкворня 13, верхний конец которого взаимодействует со шкворневой балкой 14 через сферическую опору 15, при этом верхний конец шкворня 13 может перемещаться относительно кузова 1 в вертикальном направлении. Для снижения трения между сферическими поверхностями опоры 15, а также между ней и шкворнем 13 могут быть установлены шарики 16 в сепараторе 17.
Положение кузова 1 регулируется силовым приводом в виде пневмобаллонов, 4, что позволяет также эффективно гасить вибрации за счет амортизирующих и демпфирующих свойств баллонов, не усложняя при этом
систему стабилизации.
Любые отклонения рамы 2 каждой тележки 3 из-за неровностей пути различного характера или из-за разного уровня головок рельсов как во время движения вагона (поезда), так и во время остановок, регистрируются установленными на раме 2 каждой тележки 3 гироскопическими датчиками 11, направляющими в процессор 10 сигналы отсчета текущего положения рамы 2 относительно собственной гировертикали как по углам, так и по высоте. Процессор 10 непрерывно анализирует эти сигналы, рассчитывает «виртуальную горизонталь» для кузова 1 и вырабатывает индивидуальные команды управления для пары электропневматических клапанов 9 каждого пневмобаллона 4, осуществляя непрерывное регулирование давления в баллонах 4 для выравнивания положения кузова 1 по углам и высоте и обеспечивая его горизонтальное положение. Обратная связь осуществляется посредством передачи в процессор 10 сигналов от датчиков угловых скоростей 12, расположенных на кузове 1 вагона.
Источники информации:
[1] В.А.Лазарян «Динамика вагонов», М., «Транспорт», 1964 г., стр.3-6.
[2] «Подвижной состав и тяга поездов» под ред. А.П.Третьякова, М., изд. МПС, 1961 г, стр.225-229, фиг.206»в»
[3]DE №4115639, A61G 3/00, 1992.
[4] SU, №927617, B62D 37/06, 1980.
[5] А.Ф.Крайнев, «Словарь-справочник по механизмам», М.,
«Машиностроение», 1987, стр.78-79.
[6] US, 3789769, B60G 21/06, 1974, (прототип).
[7] А.Ф.Крайнев, «Идеология конструирования», М., «Машиностроение», 2003, стр.50, табл.18.
[8] US, 3896740, B61F 3/04, 1975.
[9] US, 2474471, 105-164, 1949.