Гасителі коливань
Якість ресора підвішування вагонів визначається гнучкістю його пружного елемента (ресор і пружин). Чим гнучкіші ресори, тим краще вони пом'якшують поштовхи, що виникають при русі. Але зі збільшенням гнучкості ресор зростають вільні коливання кузова, тому хоч і пом'якшується переданий поштовх від колеса на раму, кузов вагона довго розгойдуватиметься на ресорному підвішуванні. Для гасіння цих коливань у ресорному підвішуванні візків вантажних і пасажирських вагонів поряд із пружинами застосовують особливі пристрої, які називають <га>гасниками коливань . Працюючи одночасно з пружинами, гасителі коливань створюють додатковий опір коливанням зресорених частин вагона та забезпечують необхідну плавність його ходу. Гасителі коливань, що застосовуються у вагонобудуванні, за характером і зміною сил опору ділять на дві основні групи:
У фрикційних гасителях коливань опір утворюється силами тертя, що виникають при ковзанні тертьових елементів. Ці гасники мають постійні або змінні за величиною сили тертя, що залежать від величини відносних переміщень окремих деталей та вузлів підвішування загону.
У гідравлічних гасителях коливань в'язка рідина, що знаходиться в корпусі гасника, під дією поршня перетікає з однієї порожнини в іншу через вузькі (дросельні) канали. При проходженні рідини через канали виникає в'язке тертя, в результаті енергія коливального руху кузова перетворюється на теплову, яка потім розсіюється.
Сили опору фрикційних гасників коливань нестійкі, оскільки вони залежать від коефіцієнта тертя між поверхнями, що труться, який змінюється в різних умовах експлуатації. Регулювати сили тертя фрикційних гасників коливань не можна, і цеє суттєвим недоліком таких гасників. У гідравлічних гасителях сили опору змінюються залежно від режиму коливань, вагона та за будь-яких умов його руху може бути забезпечений стійкий коливальний процес, з цілком певною амплітудою. Гідравлічні гасники коливань застосовують у пасажирських вагонах, а фрикційні – у вантажних.
Є кілька типів фрикційних гасителів коливань.
Рис 1 – Схема клинового гасника коливань
У тривісних візках вагонів Крюківського вагонобудівного заводу для гасіння вертикальних коливань застосовується гасник, показаний (рис. 2, а). Він має сталевий корпус (3) шестигранної форми, фрикційні клини (2), натискний конус (1), стяжний болт з гайкою та шайбою та пружину (4). Гаситель коливань встановлюють у пружинний комплект ресорного підвішування візка замість однієї з дворядних пружин комплекту.
Мал. 2 - Фрикційні гасники коливань
Гаситель коливань, що застосовується в тривісних візках типу УВЗ-9м, показаний на (рис. 2, б). Сили тертя у цьому гасителі виникають в результаті переміщення фрикційних розсувних клинів (5) внутрішньої циліндричної поверхні склянки (8). Стиснутий гасник відновлюється пружиною (7), розміщеною між фланцем склянки та опорним кільцем (6), притиснутим до фланців розсувних клинів.
Діаграма роботи фрикційного гасника з пружиною (рис. 3) показує, що на початку стиснення підвищення навантаження Р до точки а не викликає відповідного прогину. При розвантаженні ресорного комплекту з фрикційним гасителем спочатку немає помітної деформації ресорного підвішування (відрізок лінії бв). Це вказує на те, що початок стиснення та розвантаження комплекту пружин із фрикційним гасником супроводжуються поштовхами. Площа,обмежена лініями абв0, що дорівнює кількості погашеної гасником енергії.
Мал. 3 – Діаграма роботи фрикційного гасника коливань із пружиною
Фрикційний гасник фірми Сан Ойл Компані (рис. 4) складається з гумових ресор (3), циліндричної пружини (2) та клинів (1). При дії навантаження відбувається стиск циліндричної пружини та гумової ресори, яка у свою чергу тисне на клини. Сили тертя виникають як між клинами, так і між клинами та циліндричною пружиною. Цей гаситель з погляду гасіння коливань заслуговує на увагу, оскільки тут застосована гума, т. е. матеріал, має хорошу здатність гасіння коливання високої частоти (шум).
Мал. 4 – Гаситель фірми Сан Ойл Компані
Фрикційний гасник фірми Сімінгтон Гоулд (рис. 5) складається із зовнішньої пружини, патрона з канавкою, яка заливається спеціальним сплавом, що володіє хорошими фрикційними властивостями, трьох фрикційних черевиків, притисканих до внутрішньої поверхні патрона трьома малими. Зовнішня пружина своїм верхнім кінцем упирається у відбуртування патрона, а нижнім упирається в шайбу, яка є також стискаючим елементом фрикційних черевиків. Даний гасник не має складального болта і простий за конструкцією. Недоліком є наявність трьох пружин, що знаходяться усередині гасника і тому важкодоступні для огляду в експлуатаційних умовах.
Мал. 5 – Гаситель системи Сімінгтон Гоулд типу SBR
Гасителі коливань, розташовані всередині пружин, дуже компактні і їх можна застосовувати як для новозбудованих, так і особливо при модернізації візків. Однак вони гасять лише вертикальні коливання. Недоліком конструкції цих гасників також є складність їх огляду, який можливий лише під час підіймання вагона.
У візку вантажних вагонів фірми Крейслер, призначеної для високих швидкостей руху, гасіння вертикальних коливань здійснюється фрикційними гасниками телескопічного типу (мал. 6), які можуть бути встановлені похило до вертикальної осі ресорних комплектів. І тут вони можуть гасити як вертикальні, і горизонтальні коливання вагона.
Мал. 6 – Гаситель телескопічного типу фірми Крейслер
Гаситель складається з телескопічної труби (корпус), трьох фрикційних черевиків, болта з конічною головкою, притискного конуса, пружини та завзятої шайби; він кріпиться на візку за допомогою гумових втулок та притискних шайб. Цей гаситель доступний для огляду в експлуатації, а у разі несправності може бути легко замінений.
У візках пасажирських вагонів встановлено гідравлічні гасники коливань конструкції Калінінського вагонобудівного заводу (КВЗ-ЛІІЖТ), а також заводів НДР, ВНР та ПНР. Незважаючи на конструктивні відмінності гідравлічних гасників, принцип роботи їх однаковий.
Верхній клапан (21) змонтований усередині поршня та зафіксований пружинним кільцем (22), а нижній клапан (25) розміщений у фланці (24). Шток поршня має різьбове з'єднання з верхньою головкою (12) та зафіксований гвинтом (10).
Циліндр (4) внизу прикріплений через гумові прокладки (1) до фланця, а вгорі – до напрямної втулки (18). Циліндричний корпус (23) приварений до голівки (26). Кожух (19) навернуто на верхню головку (12) і зафіксовано стопорним гвинтом (13). Цей кожух оберігає гасник коливань від бруду та пилу, а частина штока, що виступає з корпусу, – від пошкоджень.
Мал. 7 – Гідравлічний гасник коливань
Місце виходу штока з циліндра ущільнене гумовими каркасними сальниками (16) та спрямовуючою втулкою (18).Сальники змонтовані в обоймі (17) із гайкою (9). Верхня частина простору між корпусом та циліндром ущільнена гумовим (6) та металевим (7) кільцями, закріпленими гайкою (8). Для запобігання ослаблення на гайках (8) і (9) поставлені стопорні планки (14) і (15). Вгорі циліндр (4) закритий напрямною втулкою (18) і ущільнений гумовим кільцем (5), а внизу – корпусом нижнього клапана та кільцем (1). Поршень гасника забезпечений компресійним кільцем (2), внаслідок чого значно знижується непродуктивне перетікання олії при дроселюванні.
Принцип роботи гасителя коливань полягає у наступному. При стисканні гасника поршень зі штоком рухається вниз (рис. 7, б), масло під поршнем стискається і під тиском дроселюється через нижній клапан, перетікає в порожнину між циліндром та корпусом. При цьому тиск олії під поршнем зростає і як тільки зрівняється з силою натискання пружини на шайбу верхнього клапана, цей клапан відкривається і масло потрапляє через відкритий отвір надпоршневу порожнину. Таким чином, величина опору гасника коливань залежить в основному від швидкості перетікання (дроселювання) масла через нижній клапан, швидкості руху поршня і сили натискання пружини на шайбу.
При розтягуванні гасника коливань – зворотний хід чи віддача – поршень зі штоком рухається вгору (рис. 7, в), олію надпоршневої порожнини стискається, під тиском дроселюється через отвори верхнього клапана і перетікає в підпоршневу порожнину. У міру підняття поршня під ним створюється розрядження, під дією різниці тисків нижній клапан відкривається і масло між циліндрової порожнини спрямовується під поршень. Олія, що знаходиться під поршнем, через отвір у сідлі нижнього клапана перетікає у простір між циліндром та корпусом.
Таким чином зусилля при розтягуванні залежить від величини тиску олії в надпоршневій порожнині та ступеня розрядження підпоршневої порожнини гасника.
Верхній та нижній клапани мають запобіжні кулькові пристрої, призначені для обмеження опору гасника коливань при переміщенні поршня із занадто великою швидкістю або підвищення в'язкості рідини внаслідок низької температури зовнішнього повітря.
При підвищенні тиску олії в циліндрі понад допустимий розвантажувальний клапан відкривається і поряд з дроселюванням перепускає частину рідини в міжциліндрову порожнину.
Як робоча рідина в гідравлічних гасителях застосовують приладову олію МВП. Перед заливкою фільтрують через металеву сітку.
Робота гідравлічного гасника показано на діаграмі (рис. 8), у якій відбивається залежність сили опору (зусилля) гасника Р від ходу Н його поршня. Зліва від вертикальної осі діаграма характеризує роботу гасника при ході поршня на стиск, а праворуч – на віддачу, причому хід поршня представлений відрізком вертикальної осі, обмеженим перетином кривих діаграми з нульовим положенням (початок координат) посередині ходу. Наростання сил тертя в гідравлічних гасителях коливань відбувається плавно, і ресора підвішування з такими гасниками більш-еластично пом'якшує поштовхи, що передаються кузову вагона.
Мал. 8 – Діаграма роботи гідравлічного гасника коливань при різних частотах
На гаситель коливань завод-виробник складає паспорт із записом характеристики, складу робочої рідини та робочої діаграми приладу. Після ремонту гаситель коливань випробовується з метою перевірки його працездатності, записується робоча діаграма.