ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ
PNEUMATIC OSCILLATION DAMPER

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и предназначено для гашения колебаний неподрессоренных масс экипажной части транспортных средств и, в частности, колесных пар тепловозов, электроподвижного состава и пассажирских вагонов с индивидуальным рессорным подвешиванием.
Известен пневматический гаситель колебаний (Патент на изобретение №2082040 РФ, МПК F16F 9/02. Пневматический демпфер / Князева И.А. - №94034003/28, Заявлено: 16.09.1994; Опубликовано: 20.06.1997).
Пневматический демпфер, содержащий цилиндр с крышками, одна из которых имеет полость, полый шток, размещенный в цилиндре, поршень с центральным отверстием жестко связанный со штоком, делящий полость цилиндра на штоковую и бесштоковую полости, коаксиально размещенные в полости штока жестко связанную с ним дросселирующую втулку, направляющий стержень и установленный с возможностью продольного перемещения относительно последнего дроссельный элемент с двумя конусообразными поверхностями. В полости крышки размещены дополнительный цилиндр, в котором установлен соединенный с одним концом направляющего стержня дополнительный поршень, имеющий калиброванное отверстие и делящий полость дополнительного цилиндра на под- и надпоршневую полости, последняя из которых посредством калиброванного отверстия сообщена с бес-штоковой полостью. В полом штоке размещены жестко связанный с ним регулировочный винт и пружина, соединяющая последний с другим концом направляющего стержня.
Система работает следующим образом.
При движении основного поршня в цилиндре, например, вверх, давление воздуха в бесштоковой полости становится выше, чем в штоковой, и сжатый воздух перетекает через регулируемый дроссельный канал, образуемый дросселирующей цилиндрической втулкой, дроссельным элементом и радиальными отверстиями, из бесштоковой полости в штоковую полость цилиндра. Под действием перепада давления и потока сжатого воздуха дроссельный элемент переместится по направляющему стержню, преодолевая легкое сопротивление пружинки, компенсирующей лишь вес золотника, вниз до упора, образованного торцом направляющей втулки.
При сходе нижнего среза дросселирующей цилиндрической втулки с наибольшего диаметра дроссельного элемента начинается резкое увеличение проходного сечения для перетекания сжатого воздуха, в результате чего при подходе основного поршня к расчетному верхнему положению сжатый воздух из бесштоковой полости по широкому кольцевому каналу между нижним срезом дросселирующей цилиндрической втулки и малым диаметром верхнего конуса дроссельного элемента, через радиальные отверстия в штоке устремится в бесштоковую полость, и давления в этих полостях сравняются.
С началом обратного движения основного поршня, поток воздуха изменит направление и устремится из штоковой полости через регулируемый дроссельный канал в бесштоковую.
При этом легкий дроссельный элемент, в начале обратного движения основного поршня будет переброшен вверх до упора по направляющему стержню, что приведет к резкому уменьшению проходного сечения дроссельного канала, росту перепада давлений между штоковой и бесштоковой полостями и, следовательно, росту демпфирующей силы гасителя.
Однако с ростом пройденного основным поршнем в цилиндре расстояния верхний срез дросселирующей цилиндрической втулки начнет перемещаться по отношению к нижнему дроссельному элементу. Проходное сечение для перетекания воздуха увеличится, в результате чего при подходе основного поршня к нижней точке давления в штоковой и бесштоковой полостях сравняются, а значит, и демпфирующая сила в крайних положениях основного поршня будет равна нулю.
Далее этот процесс будет повторяться.
Известный пневматический демпфер менее подвержен воздействию импульсных нагрузок, надежно работает при низких температурах, эффективно гасит колебания при малых и больших амплитудах колебаний благодаря применению золотникового дроссельного устройства.
Основными недостатками демпфера являются повышенные требования к точности изготовления деталей пневматического демпфера, износ трущихся частей, пропуск воздуха с рабочей полости в атмосферу через зазоры, что приводит к снижению надежности демпфера экипажной части.
Наиболее близкой к заявляемому решению является пневматический гаситель колебаний (патент на изобретение №2662299РФ, МПК F16F 9/05. Пневматический гаситель колебаний / Новачук Я.А., Егоров П.Е. - 2017121065. Заявлено: 15.06.2017; Опубликовано: 25.07.2018).
Пневматический гаситель колебаний, содержит цилиндрический корпус, упругий элемент, размещенный внутри цилиндрического корпуса, образующий основную рабочую полость, дополнительную полость, выполненную в виде стакана и расположенную между ними перегородку, отличающийся тем, что перегородка выполнена с калиброванным отверстием для соединения рабочей полости с дополнительной полостью, стакан дополнительной полости, в верхней части выполнен с отверстием для подачи воздуха, и расположен над цилиндрическим корпусом, в нижней части цилиндрического корпуса дополнительно установлен шток в виде поршня с отверстием для слива конденсата, при этом упругий элемент выполнен в виде сильфона и соединен в нижней части с поршнем штока, а в верхней части с перегородкой.
Пневматический гаситель колебаний работает следующим образом.
При возникновении нагрузки шток движется, вверх сжимая упругий элемент, давление воздуха в рабочей полости становится выше, чем в дополнительной полости, и сжатый воздух перетекает по калиброванному отверстию из рабочей полости в дополнительную полость.
При отсутствии нагрузки на шток, упругий элемент растягивается за счет давление воздуха и давление в рабочей полости становится ниже, чем в дополнительной полости и сжатый воздух перетекает по калиброванному отверстию под действием перепада давления.
Таким образом, происходит гашение (вертикальных) колебаний за счет перетекания воздуха по калиброванному отверстию из одной полости в другую.
Пневматический гаситель колебаний позволяет повысить надежность, и эффективность работы экипажной части транспортного средства. Это обусловлено тем, что рабочая камера имеет вид упругого элемента в виде сильфона, расположенного внутри цилиндрического корпуса.
Основными недостатками устройства являются знакопеременные напряжения в изгибах резинокордной оболочки сильфона, износ сильфона от трения в местах соприкасания с цилиндрическим корпусом с корпусом и малый объем дополнительной полости, ограничивающий диссипативный эффект гасителя.
Задачей предлагаемого изобретения является создание пневматического гасителя колебаний позволяющего повысить надежность и эффективность работы оборудования экипажей транспортных средств, за счет пневматического гашения колебаний рессорного подвешивания колесно-моторных блоков и динамического воздействия колесных пар на элементы экипажной части со стороны рельсовой колеи при движении подвижного состава.
Для решения поставленной задачи в пневматический гаситель колебаний, содержит упругий элемент выполненный виде баллона, образующий основную рабочую полость, дополнительную полость и расположенную между ними перегородку, при этом перегородка выполнена с дроссельным отверстием, с изменяемым диаметром, соединяющим рабочую полость с дополнительной полостью, упругий элемент в верхней части крепится к раме тележки кронштейном, а в нижней части посредством перегородки соединен с дополнительной полостью, для подачи воздуха дополнительную полость в боковой части выполнен канал с обратным клапаном, а в нижней части дополнительной полости установлен шток.
Признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа являются: расположение рабочей полости над дополнительной полостью, выполнение упругого элемента рабочей полости в виде баллона и соединение его в верхней части с рамой тележки посредством кронштейна, а в нижней части с перегородкой, имеющей дроссельное отверстие с изменяемым диаметром отверстия для соединения рабочей полости с дополнительной полостью, выполнение корпуса дополнительной полости в виде цилиндрической емкости с каналом в боковой части для подачи воздуха и установки в нижней части емкости штока с отверстием для слива конденсата
Наличие существенных отличительных признаков в совокупности существенных признаков, характеризующих заявляемое решение, свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «новизна».
Благодаря отличительным признакам повышается надежность, и эффективность работы экипажной части транспортного средства.
Это обусловлено тем, что предлагаемый пневматический гаситель колебаний позволяет: снизить износ упругого элемента за счет выполнения его в виде баллона, повысить надежность работы элементов оборудования экипажной части в районах с повышенными перепадами температур, способствующими изменению свойств воздуха, путем изменения диаметра дроссельного отверстия, повысить эффективность работы гасителя, благодаря значительному преобладанию объема дополнительной полости над объемом рабочей полости.
Сущность изобретения поясняется чертежом
На фигуре представлен предлагаемый пневматический гаситель колебаний.
Пневматический гаситель колебаний содержит упругий элемент 1, выполненный в виде баллона, образующий основную рабочую полость 2, дополнительную полость 3 и расположенную между ними перегородку 4, перегородка 4 выполнена с дроссельным отверстием 5 соединяющим рабочую полость 2 с дополнительной полостью 3, упругий элемент 1 в верхней части крепится к раме тележки кронштейном 6, в нижней части посредством перегородки 4 соединен с дополнительной полостью 3, для подачи воздуха дополнительную полость 3 в боковой части выполнен канал 7, в нижней части дополнительной полости 3 установлен шток 8 с отверстием 9 для слива конденсата.
Пневматический гаситель колебаний работает следующим образом.
При воздействии нагрузки от пути на колесо упругий элемент 1 сжимается, давление воздуха в рабочей полости 2 повышается и становится выше, чем в дополнительной полости 3, сжатый воздух перетекает по дроссельному отверстию 5 из рабочей полости 2 в дополнительную полость 3. Таким образом, происходит гашение (вертикальных) колебаний силовых воздействий на колесо за счет перетекания воздуха по дроссельному отверстию из одной полости в другую.
В предложенной конструкции явно отсутствует износ упругого элемента, выполненного в виде баллона, за счет того, что он не соприкасается с подвижными элементами гасителя колебаний в процессе работы, отсутствует потеря воздуха за счет применения принципа упругой рабочей полости и жесткой конструкции дополнительной полости, воздействующей на упругий элемент, повышается эффективности работы гасителя, благодаря значительному преобладанию объема дополнительной полости над объемом рабочей полости.