АДАПТИВНАЯ ТОРСИОННАЯ РЕССОРА
ADAPTIVE TORSION SPRING

Предлагаемое изобретение относится к области рельсовых транспортных средств и может быть использовано в конструкциях современных локомотивов и вагонов.
a
Известна торсионная рессора, описанная в книге А.Ф.Крайнев Словарь-справочник по механизмам, 2-е изд., переработанное и дополненное, - М.: Машиностроение, 1987 г. и показанная на стр.469 в виде схемы на рис. «а» и «б». Такая рессора используется в различных конструкциях транспортных машин и состоит из двух валов (схема «а»), к одному из которых присоединен рычаг 4, нагруженный усилием F. При закручивании вала 3 моментом F· звено 2 получает угловой поворот и закручивает вал 1 на определенный угол. Такое нагружение обеспечивает как чистое кручение валов торсиона, так и их изгиб. Существенным недостатком указанной конструкции является то, что в процессе кручения валов 1 и 3 их крутильная жесткость остается постоянной, а так как нагрузка F имеет в динамике широкий спектр проявления, то ее демпфирование происходит недостаточно эффективно.
Известна также торсионная рессора, предназначенная преимущественно для локомотивов (Решение о выдаче патента РФ на изобретение от 30.03.2011 г. по заявке №2010117496/11 от 30.04.2010 г.), которая представляет собой стержень, связанный, с одной стороны при помощи рычага с кузовом локомотива, а с другой, своим каналом прямоугольной формы, с брусом ответного сечения так же другим рычагом, но двуплечим, так же с кузовом. При перемещении кузова локомотива в вертикальной плоскости за счет поступательного движения бруса прямоугольного сечения изменяется рабочая длина стержня торсиона, а следовательно, меняется и его крутильная жесткость, что в итоге позволяет демпфировать такие колебания. Несмотря на эффективность использования такой конструкции, последняя обладает и недостатком, заключающимся в том, что амплитуда угловых перемещений стержня торсиона во времени изменяется резко, а это существенно сказывается на плавности хода локомотива и комфортности локомотивной бригады.
Поэтому целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы торсиона в части улучшения характеристик плавности хода локомотива и улучшение условий труда локомотивной бригады.
Поставленная цель достигается тем, что стержень имеет дополнительный канал, но круглого сечения, расположенный соосно каналу прямоугольного сечения, и в нем подвижно размещен поршень, снабженный горизонтальными дроссельными каналами, взаимосвязанными с вертикальными каналами, выполненными на торцевых поверхностях в приливах последнего и примыкающими с зазором к ребрам, жестко закрепленным на указанных поверхностях, причем упомянутый поршень своим штоком, имеющим по своей длине ряд участков переменного диаметра, жестко присоединен к брусу прямоугольного сечения, а его канал заполнен рабочей жидкостью.
На фиг.1 показан общий вид адаптивной торсионной рессоры в продольной ее плоскости с частичным разрезом, на фиг.2 - вид ее в сечении ВВ по стрелке С, и на фиг.3 - сечение по АА фиг.2.
Адаптивная торсионная рессора состоит из стержня 1, в котором выполнен канал прямоугольного сечения 2, переходящий после перегородки 3 в канал круглого сечения 4. В канале прямоугольного сечения 2 подвижно, в продольной его плоскости, размещен брус прямоугольного сечения 5, который шарнирно, с помощью пальца 6, соединен с одним из плеч 7 двуплечего рычага 8, шарнирно установленного на кронштейне 9, жестко закрепленном на кузове 10 локомотива. Другое плечо 11 двуплечего рычага 8, также шарнирно, при помощи пальца 12, взаимосвязано с кронштейном 13, установленным на кузове 10. Брус прямоугольного сечения 5 снабжен штоком 14, имеющим разные диаметры 15 и 16, выполненные по его длине, который жестко присоединен к поршню 17, расположенному подвижно в канале круглого сечения 4, заполненном рабочей жидкостью 18. Поршень 17 снабжен горизонтальными дроссельными каналами 19, переходящими в вертикальные дроссельные каналы 20, выполненные в приливах 21, примыкающих с зазором к ребрам 22. Стержень 1 с одной стороны снабжен шлицами 23, которые взаимосвязаны с ответными шлицами 24, выполненными в опоре 25, а с другой с возможностью угловых поворотов расположен в подшипниковой опоре 26 и снабжен рычагом 27, шарнирно связанным с кронштейном 28 кузова 10 локомотива. Опоры 25 и 26 жестко закреплены на тележке 29 локомотива.
φ
Работает адаптивная торсионная рессора следующим образом. Когда локомотив находится в отстое, детали торсиона расположены так, как это показано на фиг.1. При этом такое их состояние создано статической нагрузкой, которая приложена к стержню 1 торсиона через рычаг 27, действующий по стрелке Е. Такая нагрузка вызывает закрутку стержня 1 по стрелке F из-за перемещения кузова 10 локомотива в вертикальной плоскости в сторону его тележки 29 на некоторую величину, называемую статическим прогибом. В случае движения локомотива под действием динамических составляющих сил, вызванных колебаниями кузова 10 и его тележки 29, происходит дополнительное не только упругое угловое перемещение стержня 1, вызванное поворотом рычага 27, но и поступательное движение по стрелке К бруса прямоугольного сечения 5, который уменьшает рабочую длину l стержня 1 торсиона, например, на величину Δl (см. фиг.1). В этом случае согласно известной зависимости  крутильная жесткость стержня 1 торсиона возрастает и демпфирующая способность торсионной рессоры увеличивается. Одновременно с поступательным движением бруса прямоугольного сечения 5 совместно со штоком 14 в этом же направлении движется и поршень 17, при этом рабочая жидкость 18 под давлением поступает по стрелке М в дроссельные каналы 19 и 20, и истекает из них по стрелке N с высокой поступательной скоростью, и взаимодействует с ребром 22 (см. фиг.3), оказывая на него значительное по величине давление. Под действием такого давления, а следовательно, и создаваемого им усилия поршень 17 получает угловой поворот по стрелке Р, а так как он жестко закреплен на штоке 14, то и последний за счет своих упругих свойств получает упругую угловую деформацию, поворачиваясь относительно своей продольной оси на некоторый угол. Это позволяет получить дополнительное сопротивление перемещению кузова 10 и одновременно демпфировать резкий угловой поворот стержня 1 торсиона, что в итоге обеспечит плавность действия сил сопротивления, вызванных динамическими нагрузками. Но так как шток 14 поршня 17 выполнен различного диаметра (участки штока 15 и 16), то в зависимости от воздействия на брус прямоугольного сечения 5 переменных усилий угловые повороты поршня 17 будут различны и, например, тем ниже, чем в работу будут включаться участки штока 14 с большим диаметром и наоборот. Следовательно, по сути дела, в работу по гашению колебаний кузова 10 включается адаптивный гидромеханический демпфер, который образует шток 14 и поршень 17 с дроссельными каналами 19 и 20, при этом рассеивание энергии его режима, в данном случае сжатия, происходит за счет нагрева рабочей жидкости 18 и упругого закручивание штока 14, имеющего различную крутильную жесткость К. После того как динамическая нагрузка, вызванная перемещением кузова 10, исчезнет, брус прямоугольного сечения 5 возвращается в исходное положение в направлении, обратном стрелке К, и поршень 17 также перемещается в этом же направлении, при этом ему соответствует режим отдачи и рабочая жидкость 18 перетекает в обратном направлении, упруго закручивая шток 14 в обратном стрелке Р направлении, создавая силы сопротивления перемещению бруса прямоугольного сечения 5 и тем самым повышая плавность хода кузова 10 при перемещении его в исходное положение. В дальнейшем указанные процессы могут повторяться неоднократно.
Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как оно компактно и позволяет эффективно гасить колебания экипажей в движении при преодолении неровностей пути.