рессоры. Тема 4. Рессорное подвешивание. Тема Рессорное подвешивание. Назначение, классификации, конструкции, схемы и характеристика элементов рессорного подвешивания

• Название: Тема Рессорное подвешивание. Назначение, классификации, конструкции, схемы и характеристика элементов рессорного подвешивания
• Анкор: рессоры
• Дата: 01.03.2022
• Размер: 0.75 Mb.
• Имя файла: Тема 4. Рессорное подвешивание.docx
• Тип: Документы; #378106

Тема 4. Рессорное подвешивание. Назначение, классификации, конструкции, схемы и характеристика элементов рессорного подвешивания

4.1. Назначение, классификации, конструкции, схемы рессорного подвешивания

Рессорное подвешивание вагонов предназначено для снижения динамического воздействия ж.д. пути на вагон и вагона на путь. При движении вагона на него действуют силы при :

-прохождения кривых участков пути;

-силы ветра на боковую поверхность кузова;

-силы инерции при торможении;

Рессорное подвешивание обеспечивает смягчение толчков и ударов передаваемых колесами кузову, а также гашение колебаний, возникающих при движении вагона.

На пассажирских тележках применяется двухступенчатое рессорное подвешивание: центральное и надбуксовое.

Рессорное подвешивание состоит из :

-упругих элементов;

-возвращающих устройств;

-гасителей колебаний;

-вспомогательные элементы ;

Упругие элементы – это витые цилиндрические пружины. При движении вагона они деформируются и смягчают колебательные движения вагона. Пружины представляют собой завитый по винтовой линии пруток стали с одинаковыми просветами между витками. Концы пружин для надежной их опоры оттягивают и делают плоскими и перпендикулярными оси. Пружина имеет диаметр, высоту в свободном и сжатом состоянии. Изготавливаются по Госту.

Возвращающие устройства – служат для смягчения боковых толчков вагона при извилистом движении к.п.при выходе тележки в кривую и прохождении стрелочного перевода. Они устанавливаются в рессорном подвешивании и препятствуют отклонению кузова от среднего положения. В пассажирских тележках- это люлька.

Гасители колебаний– бывают двух видов: фрикционные и гидравлические.

Вспомогательные детали – это подвески, валики, кронштейны.

Рессорное подвешивание представляет собой совокупность упругих элементов, возвращающих устройств, гасителей колебаний и вспомогательных деталей.

4.2. Схема рессорного подвешивания



В буксовом подвешивании (рис. а) упругие элементы размеще­ны между буксой 1 и рамой 2 тележки, в центральном (рис. б) — между рамой 2 и надрессорной балкой 3. Вертикальное и горизонтальное подрессоривание кузова обеспечивается при этом упругими элементами, а демпфирование колебаний — фрикционными гасителями. Одинарное подвешивание применяется, как правило, в тележках грузовых вагонов, за исключением изотермических.

Каждый вариант размещения упругих элементов имеет свои достоинства и недостатки. Система с буксовым подвешиванием позволяет уменьшить массу необрессоренных частей тележки. Однако при этом усложняется конструкция тележки. Система с центральным подвешиванием наиболее проста и поэтому нашла наибольшее распространение

Двойное подвешивание (рис. в, г) широко распространено в тележках пассажирских и изотермических вагонов. Оно состоит из буксового (первичного) подвешивания, размещенного между буксой 1 и рамой 2, и центрального (вторичного) — между рамой 2 и надрессорной балкой 3. Центральное подвешивание при этом может быть люлечным или безлюлечным, буксовое — бесчелюстным или челюстным.

В люлечном центральном подвешивании (рис. в) кузов опирается на надрессорную балку 3, а балка через комплекты упругих элементов — на люльку 4, шарнирно связанную с рамой 2 тележки при помощи подвесок.

В безлюлечном центральном подвешивании (рис. г) надрессорная балка 3 опирается на раму 2 через комплекты упругих элементов.

4.3. Характеристики элементов рессорного подвешивания тележек пассажирских вагонов

Центральное подвешивание (рис. 4) люлечное. Расположено в люлечном устройстве между колесными парами. Оно включает надрессорную балку 15, два комплекта трехрядных пружин 13, тяги 3, серьги 4, поддоны 12, продольные поводки 1 и гидравлические гасители колебаний 7.. Пружины на поддон опираются через прокладки 10. От падения на путь поддона в случае обрыва тяг -3 предупреждают предохранительные болты 9.

В рессорном подвешивании установлены две трехрядные пружины. (В каждой пружине по три) Пружины навиваются в разные стороны, чтобы избежать их заклинивания в процессе работы.



Рис 1. Центральное подвешивание тележки КВЗ-ЦНИИ:

Гасители колебаний 7 нижними концами крепятся к кронштейнам 8 надрессорной балки, а верхними — к кронштейнам 5 рамы тележки. От падения надрессорная балка 15 при обрыве подвесок предохраняется скобами 14. Для предотвращения перекоса надрессорных балок при прохождении вагоном кривых участков пути она связана с рамой тележки продольным поводком.

Буксовое подвешивание (рис.2) Каждый комплект буксового подвешивания, расположенный на одной буксе 15, включает в себя два шпинтона 2, две наружные пружины 3 упругих элементов, два комплекта фрикционных гасителей колебаний. Рама 1 опирается на колесные пары через буксовую ступень рессорного подвешивания.



Рис.2. Буксовое подвешивание тележки КВЗ-ЦНИИ:

1-рама;2-шпинтоны;3-две наружные пружины;4-внутряя пружина;5-металлические кольца;6-кожух;7-резиновые прокладки;8-металические кольца;9-две резиновые прокладки;10-кольца;11-корончатая гайка;12-тарельчатая пружина;13-втулка;14-фрикционные клинья;15-букса 

Упругие элементы. Упругие элементы, являясь основной составной частью рессорного подвешивания, смягчают толчки и удары, действующие на движущийся вагон от рельсового пути. Рассмотрим некоторые виды упругих элементов: рессоры, пружины

Пружины

 

Упругие элементы. В рессорном подвешивании вагонов большое распространение получили витые цилиндрические пружины (рис. 1). В сравнении с листовыми рессорами они позволяют получить необходимые упругие характеристики при меньших массах и габаритных размерах, а в сочетании с гасителями колебаний они обеспечивают более спокойный ход вагона. Кроме того, пружины смягчают горизонтальные толчки и удары, а также проще и дешевле в изготовлении и ремонте, чем листовые рессоры.

Для изготовления вагонных пружин применяются стали 55С2, 55С2А, 60С2, 6ОС2А (ГОСТ 14959—79)..

Рессоры (листовые рессоры)

Рессорой называют упругий элемент, собранный из отдельных полос, тарелей или колец. Листовые рессоры Рис.3



Эти рессоры (а) собраны из нескольких наложенных друг на друга, изогнутых по дуге окружности, постепенно укорачивающихся стальных листов. Посередине листы соединяются шпилькой 4 и прочно насаженным на них (надеваются в горячем состоянии) стальным хомутом 5. Верхний лист 1, называемый коренным, имеет на концах ушки, которыми рессора шарнирно соединяется с рамой или кузовом вагона. Один или два листа 2, прилегающий к коренному листу 1, называется подкоренным, остальные листы 3 называются наборными.

Незамкнутая листовая рессора: а – рессора; б – сечение листов; 1 – коренной лист; 2 – подкоренной лист; 3 – наборные листы; 4 – шпилька; 5 – хомут



Рессора, состоящая из нескольких рядов листов, обращенных вогнутой стороной одна к другой и соединенных по концам специальными наконечниками, называется  эллиптической.

Рис 4.

Эллиптическая рессора Галахова и ее концевые шарниры: 1, 5 – наконечники; 2 – заклепки; 3 – сухарь; 4 – вырез

Трение между листами эллиптических рессор уменьшает амплитуды вынужденных колебаний. Под действием нагрузки происходит выпрямление рессоры. Такие рессоры применяют преимущественно в тележках грузовых вагонов, пассажирских старой постройки и изотермических вагонах.

В последнее время получают распространение пневматические, резинометаллические, торсионные и другие типы рессор.

Пневматические рессоры, являющиеся наиболее прогрессивными упругими элементами ходовых частей, применяют в тележках пассажирских вагонов скоростных поездов. Основным преимуществом их перед другими типами упругих элементов является способность поддержания положения кузова на определенном уровне относительно головок рельсов независимо от величины нагрузки, что обеспечивается автоматическим регулированием давления воздуха внутри рессоры. Кроме того, они обладают хорошими вибро-и шумогасящими свойствами, что обеспечивает комфорт пассажирам. Пневматические рессоры имеют также меньшую массу.

В рессорном подвешивании вагонов применяются пневматические рессоры баллонного (рис. а), диафрагменного (рис. б) и смешанного (рис. в) типов.



Рис. 5. Пневматические рессоры:

а – баллонного типа; б – диафрагменного типа; в – смешанного типа;

1 – резинокордная оболочка; 2, 3 – нижняя и верхняя опоры;

4 – узлы соединения с опорами; 5 – патрубок; 6 – кольцо; 7 – корпус; 8 – диафрагма; 9 – рессора; 10 – опора; 11 – трубопровод; 12 – соединительный узел; 13 – надрессорная балка; I – диафрагменная часть; II – баллонная часть

Наиболее широко применяются рессоры диафрагменного типа.

Резиновые и резинометаллические упругие элементы находят применение в тележках, так как они обладают хорошими амортизирующими свойствами, а также способностью гасить вибрационные и звуковые колебания.
В пассажирской тележке применяются гасители колебаний: 

- фрикционные гасители колебаний,

- гидравлические гасители колебаний.
Во фрикционных гасителях колебаний сопротивление создается за счет сил трения, возникающих при скольжении трущихся деталей . В комплект гасителя входят: (рис.3) шпинтонная втулка 13, шесть фрикционных клиньев 14, верхнее и нижнее опорные кольца 10 и внутренняя пружина 4.

Фрикционный гаситель колебаний пассажирских тележек

В буксовом подвешивании тележек типов КВЗ-5, КВЗ-ЦНИИ, ТВЗ-ЦНИИ-М пассажирских вагонов установлены фрикционные гасители, размещённые внутри наружных пружин 11буксового рессорного подвешивания.

Рис.6 Фрикционный гаситель колебаний

Фрикционный гаситель колебаний тележки КВЗ-ЦНИИ с переменной силой трения: 1 – шпинтон; 2 – втулка шпинтона;3 – внутренняя пружина; 4 – нажимное кольцо; 5 – фрикционный сектор; 6 – резиновая прокладка; 7 – тарельчатая рессора; 8 – корончатая гайка; 9 – металлическая прокладка; 10 – кожух;11 – наружная пружина

В этом гасителе имеется втулка шпинтона 2, надетая на шпинтон 1 рамы тележки. Вокруг втулки расположены шесть фрикционных конусных секторов 5. В комплект гасителя входят: верхнее и нижнее опорные (нажимные) кольца 4, внутренняя пружина 3. Упругие элементы подвешивания совместно с гасителями колебаний амортизируют толчки, уменьшают динамические силы и повышают плавность хода. Принцип действия гасителя колебаний основан на возникновении сил трениямежду фрикционными секторами 5 и втулкой шпинтона 2 при их взаимных смещениях во время колебаний рамы тележки относительно буксы. Под давлением пружины 3 конусные нажимные кольца 4прижимают секторы 5 к втулке 2. Сила прижатия секторов 5 к втулке шпинтона 2 определяется жёсткостью внутренней пружины 3 и углом наклона опорных поверхностей колец 4 и секторов 5. На нарезную часть шпинтона 1навёртывается корончатая гайка 8, под которую ставится тарельчатая рессора 7, предназначенная для фиксации втулки шпинтона 2. Отличие от всех предыдущих гасителей в том, что клинья здесь не раздвигаются, а наоборот ссдвигаются, прижимаясь к фрикционной втулке.

Для уменьшения высокочастотных колебаний рамы и снижения шума под наружную пружину 11 ставят по две резиновые прокладки 6, защищаемые от истирания металлическими кольцами 9. Причём верхнее кольцо сварено за одно целое с кожухом 10.

Расположение частей гасителя колебаний внутри пружины 11затрудняет его осмотр и смену в процессе эксплуатации вагона.

Одним из основных недостатков всех фрикционных гасителей колебаний является то, что они имеют большие силы трения покоя, препятствующие прогибам рессорного подвешивания, когда величина возмущающей силы меньше силы трения самого гасителя.

Гидравлические гасители колебаний

Гидравлические гасители колебаний, применяемые в тележках вагонов, обычно выполнены телескопическими поршневыми. Такие гасители удобны в эксплуатации, имеют незначительную массу и обладают рациональной характеристикой.



Рис.7. Общий вид гидравлического гасителя

В тележках пассажирских вагонов железных дорог России установлены преимущественно гасители колебаний производства Тверского (ранее Калининского) вагоностроительного завода, разработанные совместно с ЛИИЖТ (типа КВЗ-ЛИИЖТ).



Рис. 8. Гидравлический гаситель колебаний типа КВЗ-ЛИИЖТ: 1 – кольцо поршневое; 2 – цилиндр; 3 – направляющая втулка; 4 – кольцо резиновое; 5 – кольцо; 6 – натяжная гайка; 7 – стопорный винт головки; 8 – головка верхняя; 9 – стопорный винт кожуха; 10 – планка стопорная; 11 – сальник каркасный; 12 – обойма; 13 – кожух верхний; 14 – шток;15 – корпус гасителя; 16 – фланец нижнего клапана; 17 – головка нижняя; 18 – клапан нижний; 19 – втулка металлическая; 20 – втулка резиновая; 21 – шариковый клапан; 22 – клапан верхний; 23 – поршень; 24 – кольцо стопорное; 25 – пружина клапана; 26 – регулировочная втулка; 27 – пружина шарикового клапана; 28 – резервуар

Гаситель колебаний типа КВЗ-ЛИИЖТ имеет цилиндр 2, который одним концом установлен в углублении фланца 16нижнего клапана 18 и прижат направляющей втулкой 3. Шток 14 с поршнем 23 ввёрнут в верхнюю головку 8 и закреплён винтом 7. Верхний клапан 22 ввёрнут в углубление поршня и штока, а также закреплён пружинным кольцом 24. Нижний клапан 18 с пружинным кольцом во фланце 16 свободно вставлен в углубление нижней головки17. Через фрезеровочные канавки головки нижняя часть клапана 18 сообщается с резервуаром 28. К головке 17приварен корпус 15, который является базой для сборки всех частей гасителя и, кроме этого, наружной стенкой резервуара. Для защиты от повреждений кожуха и штока и предотвращения проникновения пыли к верхней головке 8 привёрнут кожух 13.

Для предотвращения перетекания жидкости из подпоршневой зоны в надпоршневую и обратно поршень снабжён чугунным уплотнительным кольцом 1. Главное уплотняющее устройство штока на выходе из цилиндра – направляющая втулка 3, вспомогательное – каркасные сальники 11. Причём нижний сальник обеспечивает снятие жидкости с поверхности штока при выходе его из цилиндра, а верхний – для снятия пыли и грязи при входе штока в цилиндр. Каркасные сальники смонтированы в обойме 12. Торцы цилиндра 2 уплотнены алюминиевым кольцом. Внутренние части гасителя (втулка 3, цилиндр 2, фланец клапана 16) закреплены натяжным кольцом 6, которое ввёрнуто в верхнюю часть корпуса 15. Натяжное кольцо 6 через металлическую шайбу 5 и резиновое уплотнение 4упирается в обойму 12 и через неё нажимает на направляющую втулку 3, цилиндр 2, фланец 16 и нижнюю головку17. Кольцо 6 застопорено планкой 10, один конец которой прикреплён к нему шурупом, а другой – входит в прорезь корпуса 15. Для закрепления гасителя к надрессорной балке и раме тележки в верхней и нижней головках имеются отверстия с металлическими 19 и резиновыми 20 втулками.

Верхний 22 и нижний 18 клапаны взаимозаменяемы и снабжены предохранительными шариковыми устройствами для ограничения сопротивления гасителя при чрезмерных скоростях перемещения штока или повышения вязкости жидкости при низкой температуре. В этих случаях шариковое устройство срабатывает и перепускает часть жидкости, минуя дроссельные каналы на седле клапана.

Принцип действия этих гасителей  заключается в последовательном перемещении вязкой жидкости поршнем через узкие (дроссельные) каналы и всасывании её обратно через клапан одностороннего действия. При прохождении жидкости через дроссельные каналы возникает вязкое трение, в результате чего механическая энергия колебательного движения вагона превращается в тепловую, которая затем рассеивается.

Работу гасителя рассмотрим на примере его принципиальной схемы.

При движении поршня 6 вниз (ход сжатия) верхний клапан 7 приподнимается, и жидкость из-под поршневой полости цилиндра перетекает в надпоршневую. Однако вследствие движения штока 1давление в полости рабочего цилиндра 3 повышается и часть жидкости с большим гидравлическим сопро­тивлением перетекает через дроссельные отверстия нижнего клапана 8 в резервуар 5.

При движении поршня 6 вверх (ход растяжения) верхний клапан 7 закрывается, давление жидкости в надпоршневой зоне полости цилиндра 3 повышается, и жидкость с большим гидравлическим сопротивлением перетекает через дроссельные каналы верхнего клапана 7 в надпоршневую полость. Одновременно в этой полости наступает разряжение, так как объём перетекающей в неё из надпоршневой полости жидкости меньше объёма надпоршневой полости. Вследствие этого нижний клапан 8 поднимается и часть жидкости засасывается в подпоршневую зону из резервуара 5, заполняя освобождённое штоком 1 пространство. Резервуар 5 гасителя колебаний служит не только ёмкостью для жидкости, вытесняемой штоком 1 из цилиндра 3, но и сборником жидкости, просачивающейся через кольцевой зазор между направляющей втулкой 2 и штоком 1.

Рабочей жидкостью для гидравлических гасителей колебаний вагонных тележек служат веретённое, приборное и трансформаторное масла, а также другие специальные жидкости. На отечественных дорогах гидравлические гасители заливают приборным маслом (ГОСТ 1805–76).

Силовая характеристика гидравлического гасителя представлена на рисунке. Площадь фигуры, представленной на этом рисунке, является работой гасителя за один цикл нагружения. По оси ординат откладывают силу нагружения гасителя, по оси абсцисс - ход, то есть удлинение или укорачивание.



Силовая характеристика гидравлического гасителя колебаний

Гасители колебаний конструкции КВЗ-ЛИИЖТ установлены в тележках типов КВЗ-5, КВЗ-ЦНИИ и КВЗ-ЦНИИ-М.

Гидравлические гасители колебаний могут быть расположены в тележках вертикально, наклонно и горизонтально.



На рисунке 9 показана наклонная - под углом 45 градусов - установка гидравлических гасителей на тележке. В таком положении один гаситель гасит как вертикальные, так и горизотальные колебания

В горизонтальном положении рассмотренные гасители вследствие утечки рабочей жидкости функционируют ненадёжно. В настоящее время разработаны новые конструкции специальных гасителей колебаний с высокой надёжностью.



Например, современный гидрогаситель черт. 4075.20.100 установлен в буксовой (первой) ступени рессорного подвешивания тележек скоростных вагонов моделей 61-4170, 61-4188, 61-4189. Гаситель имеет штыревое крепление к раме тележки и буксе колесной пары через резиновые амортизаторы, в его конструкции используется круговая циркуляция рабочей жидкости.

4.4. Рессорное подвешивание грузовых тележек. Фрикционный гаситель колебаний для тележек грузовых вагонов модели 18-100

Наибольшее распространение в тележках грузовых вагонов получил клиновый фрикционный гаситель колебаний (рис 10.). Принцип его действия показан на рисунке. Он состоит из двух клиньев 2, на которые сверху опирается надрессорная балка тележки 1; в этом месте надрессорная балка имеет наклонные поверхности (показана зеленой трапецией). Благодаря наклонной поверхности вертикальная сила раскладывается на две составляющие. Горизонтальная составляющая порождает силу трения между клином и специальной фрикционной планкой 3. В следстивие трения и гасятся колебания.

Рис. 10

Клиновой гаситель колебаний, имеющий силы трения, пропорциональные перемещениям, но различной величины для нисходящего и восходящего движений, применён практически во всех тележках грузовых вагонов. Силы трения в этих гасителях возникают при относительном вертикальном и горизонтальном перемещениях трущихся поверхностей клиньев 1 по фрикционным планкам 2, укреплённым на колонках боковых рам тележки. Следовательно, клиновые гасители могут гасить вертикальные и горизонтальные колебания. Они отличаются простотой конструкции, надёжностью в эксплуатации и широко применяются в тележках грузовых вагонов.



Фрикционный клиновой гаситель колебаний тележки модели 18-100: 

1 – фрикционный клин; 2 – фрикционная планка; 3 – пружины рессорного комплекта; 4 – боковая рама тележки; 5 – надрессорная балка тележки



На данном рисунке хорошо видны фрикционные клинья (фиолетовым цветом)



На фото показаны фрикционные планки, приклепанные к центральному проему боковой рамы



А это - фрикционные клинья, лежащие на крайних пружинах рессорного комплекта

Литература:

И.Ф. Пастухов , В.В. Пигунов, Р.О. Кошкалда « Конструкция вагонов». Учебник для колледжей и техникумов – транспорта. М.: Желдориздание, 2000.

Б.В. Быков Конструкция, техническое обслуживание и текущий ремонт вагонов» Желдориздат, Москва 2005г

Контрольные вопросы:

1. 
   Для чего предназначено рессорное подвешивание вагонов?
   
2. 
   Какое рессорное подвешивание применяется в пассажирских тележках ?
   
3. 
   Из каких элементов состоит рессорное подвешивание?
   
4. 
   Что такое упругие элементы  рессорного подвешивания?
   
5. 
   Для чего служат возвращающие устройства?
   
6. 
   Каких видов бывают гасители колебаний?
   
7. 
   Какие бывают виды рессорного подвешивания тележек (схема)?
   
8. 
   Перечислить виды рессорные подвешивания пассажирских тележек
   
9. 
   Из чего состоит гаситель колебаний тележки (грузовой) модели 18-100 (деталировка): 
   
10. 
    Назначение гидравлических гасителей колебания.