RU153297U1

RU153297U1 - DISK Friction Oscillator

Info

Publication number: RU153297U1
Application number: RU2014150118/11U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Воробьев; Олег Васильевич Измеров; Олег Васильевич Дорофеев; Сергей Николаевич Злобин; Михаил Иванович Борзенков; Александр Анатольевич Пугачев; Станислав Григорьевич Волохов
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2015-07-10

Abstract

Фрикционный гаситель колебаний, содержащий неподвижные диски, соединенные шпилькой с рамой тележки, подвижные диски, соединенные с надрессорной балкой поводком с резинометаллическим амортизатором, фрикционную крышку, расположенную между подвижным диском и нажимной пружиной, размещенной в стакане, отличающийся тем, что фрикционная крышка выполнена в виде электромагнита, подключенного к источнику тока через подчиненную систему регулирования, состоящую из датчика ускорения, размещенного на раме тележки и через двойной интегратор и выпрямитель соединенного с выходом сумматора, второй вход которого подключен к блоку уставки, а выход связан с регулятором тока.Friction vibration damper containing fixed disks connected by a stud to the frame of the trolley, movable disks connected to a nadressornoy beam by a lead with a rubber-metal shock absorber, a friction cover located between the movable disk and the pressure spring placed in the glass, characterized in that the friction cover is made in the form an electromagnet connected to a current source through a slave control system consisting of an acceleration sensor located on the trolley frame and through a double integrator and yamitel connected to the output of the adder, whose second input is connected to the power setpoint, and an output connected to a current regulator.

Description

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и касается устройства фрикционных гасителей колебаний, применяемых для демпфирования колебаний железнодорожного подвижного состава.The utility model relates to transport engineering and relates to the device friction dampers, used to damp the vibrations of railway rolling stock.

Известен дисковый фрикционный гаситель колебаний, состоящий из подвижного диска, неподвижного диска, фрикционной крышки, нажимной пружины, прижимающей их друг к другу и поводка с резиновыми втулками (Соколов, М.М. Гасители колебаний подвижного состава: справочник / М.М. Соколов, В.И. Варава, Г.М. Левит. - М.: Транспорт. - 1985, С. 43, рис. 3.2а). Этот гаситель колебаний, используемый в буксовом подвешивании тележек электропоездов ЭР1, ЭР2, ЭР9, ЭР9П, ЭР22, ЭР22М, обеспечивает демпфирование колебаний надрессорного строения экипажа в вертикальной плоскости. Величина силы трения его постоянна и зависит от силы нажатия пружины, геометрических размеров подвижного и неподвижного дисков и фрикционной крышки и коэффициента трения между ними.Known disk frictional vibration damper, consisting of a movable disk, a fixed disk, a friction cover, a pressure spring, pressing them to each other and a leash with rubber bushings (Sokolov, M.M.Vibration dampers of rolling stock: reference book / M.M. Sokolov, V.I. Varava, G.M. Levit. - M .: Transport. - 1985, S. 43, Fig.3.2a). This vibration damper used in axle box suspension of bogies of electric trains ЭР1, ЭР2, ЭР9, ЭР9П, ЭР22, ЭР22М provides damping of vibrations of the crew’s pressurized structure in the vertical plane. The magnitude of its frictional force is constant and depends on the force of pressing the spring, the geometric dimensions of the movable and fixed disks and the friction cover and the coefficient of friction between them.

Недостатком данного гасителя колебаний являются значительные габариты в осевом направлении, т.к. нажимная пружина размещена снаружи дисков.The disadvantage of this damper is the significant dimensions in the axial direction, because a compression spring is located outside the discs.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран фрикционный гаситель колебаний (фрикционный амортизатор), используемый в центральном подвешивании тележек рефрижераторных вагонов производства Брянского машиностроительного завода. Фрикционный гаситель колебаний размещен на раме тележки, соединен с надрессорной балкой поводком с резинометаллическим амортизатором и содержит неподвижные диски, связанные шпилькой с рамой тележки, подвижные диски, связанные через поводок и резинометаллические амортизаторы с надрессорной балкой, и фрикционную крышку, расположенную между подвижным диском и нажимной пружиной, размещенной в стакане (Соколов М.М., Варава В.И., Левит Г.М. Гасители колебаний подвижного состава: справочник / М.М. Соколов, В.И. Варава, Г.М. Левит. - М.: Транспорт. - 1985, С. 46. рис. 3.3 а). Этот гаситель имеет меньшие осевые габариты вследствие того, что нажимная пружина частично расположена внутри отверстий в подвижных и неподвижных дисках.As a prototype of the invention, a friction vibration damper (friction shock absorber) used in the central suspension of trolleys of refrigerated wagons manufactured by the Bryansk Engineering Plant was selected. The friction vibration damper is located on the trolley frame, connected to the nadressornoy beam by a lead with a rubber-metal shock absorber and contains fixed disks connected by a pin to the trolley frame, movable disks connected through a leash and rubber-metal shock absorbers with a nadressorny beam, and a friction cover located between the movable disk and the pressure plate a spring placed in a glass (Sokolov M.M., Varava V.I., Levit G.M. Dampers of fluctuations of the rolling stock: reference book / M.M.Sokolov, V.I. Varava, G.M. Levit. - M .: Transport. - 1985 , S. 46. Fig. 3.3 a). This damper has smaller axial dimensions due to the fact that the pressure spring is partially located inside the holes in the movable and fixed disks.

Недостатком данного фрикционного гасителя колебаний является то, что у него сила трения не зависит от соотношения частот гармонических составляющих возмущающей силы при прохождении периодических неровностей пути и частоты собственных колебаний надрессорного строения. При приближении частоты одной из гармонических составляющих возмущающей силы к частоте собственных колебаний надрессорного строения происходит резонансное усиление колебаний, что приводит к ухудшению плавности хода экипажа и увеличению вертикального воздействия на путь. Для снижения амплитуды колебаний при резонансе трение в гасителе необходимо увеличивать. Однако в известном гасителе величина силы трения зависит от сжатия нажимной пружины и его невозможно изменить в зависимости от наличия или отсутствия резонансных колебаний надрессорного строения.The disadvantage of this frictional vibration damper is that it has a friction force that does not depend on the ratio of the frequencies of harmonic components of the disturbing force during the passage of periodic path irregularities and the frequency of natural vibrations of the thrust structure. When approaching the frequency of one of the harmonic components of the disturbing force to the frequency of the natural vibrations of the thrust structure, a resonant amplification of the oscillations occurs, which leads to a deterioration in the smoothness of the crew’s progress and an increase in the vertical impact on the path. To reduce the amplitude of oscillations during resonance, the friction in the absorber must be increased. However, in the known damper, the magnitude of the friction force depends on the compression of the compression spring and it cannot be changed depending on the presence or absence of resonant vibrations of the pressure structure.

Известно, что коэффициент трения (сцепления) в контакте «металл-металл», помимо физических свойств пары трения, зависит от напряженности магнитного поля в пятне контакта и может быть повышен (Лужнов, Ю.М. Влияние постоянного магнитного поля на трение твердых тел / Ю.М. Лужнов, А.П. Прунцев // Труды МИИТ. Вып. 467. - М.: МИИТ, 1974). Для более детального исследования влияния магнитного поля на коэффициент трения системы «металл-металл» были проведены испытания на специальных установках (Тихомиров, В.П. Моделирование сцепления колеса с рельсом / В.П. Тихомиров, В.И. Воробьев, Д.В. Воробьев и др. // Известия ОрелГТУ. Серия. Машиностроение и приборостроение. - Орел, ОрелГТУ, 2007. - С. 95-101). Результаты испытаний показали, что для исследуемых моделей контакта «сталь по стали» при создании сильных магнитных полей в зоне их контакта возможно повышение коэффициента трения (сцепления) более чем на 20%. В настоящее время данное явление объясняется, прежде всего, эффектом магнитопластичности, одной из главной причин которого считают увеличение подвижности дислокаций при воздействии внешнего электромагнитного поля под влиянием электронных спинов, локализованных на дефектах кристаллической решетки (Полетаев, В.А. Энергетический анализ влияния магнитного поля на механические свойства стали / В.А. Полетаев, Д.А. Потемкин // Вестник Ивановского государственного энергетического университета (ИГЭУ). - 2007. - №3. - С. 8-11).It is known that the coefficient of friction (adhesion) in a metal-metal contact, in addition to the physical properties of a friction pair, depends on the magnetic field strength in the contact spot and can be increased (Luzhnov, Yu.M. Influence of a constant magnetic field on the friction of solids / Yu.M. Luzhnov, A.P. Pruntsev // Proceedings of MIIT. Issue 467. - M .: MIIT, 1974). For a more detailed study of the influence of the magnetic field on the friction coefficient of the metal-metal system, tests were conducted on special facilities (Tikhomirov, V.P. Modeling of wheel-rail adhesion / V.P. Tikhomirov, V.I. Vorobyov, D.V. Vorobyov et al. // Izvestia Orel State Technical University. Series. Mechanical Engineering and Instrument Engineering. - Orel, Orel State Technical University, 2007. - P. 95-101). The test results showed that for the investigated steel-to-steel contact models, when creating strong magnetic fields in the zone of their contact, it is possible to increase the friction coefficient (adhesion) by more than 20%. At present, this phenomenon is explained, first of all, by the magnetoplasticity effect, one of the main reasons for which is an increase in the mobility of dislocations when exposed to an external electromagnetic field under the influence of electron spins localized on defects in the crystal lattice (Poletaev, V.A. Energy analysis of the influence of the magnetic field on mechanical properties of steel / V.A. Poletaev, D.A. Potemkin // Bulletin of the Ivanovo State Energy University (IGEU). - 2007. - No. 3. - S. 8-11).

Технической задачей полезной модели является повышение плавности хода рамы тележки.The technical task of the utility model is to increase the smoothness of the trolley frame.

Техническая задача достигается тем, что фрикционный гаситель колебаний, содержащий неподвижные диски, соединенные шпилькой с рамой тележки, подвижные диски, соединенные с надрессорной балкой поводком с резинометаллическим амортизатором, фрикционную крышку, расположенную между подвижным диском и нажимной пружиной, размещенной в стакане, фрикционная крышка выполнена в виде электромагнита, подключенного к источнику тока через подчиненную систему регулирования, состоящую из датчика ускорения, размещенного на раме тележки и через двойной интегратор и выпрямитель соединенного с выходом сумматора, второй вход которого подключен к блоку уставки, а выход связан с регулятором тока.The technical problem is achieved in that the friction damper containing stationary disks connected by a pin to the frame of the trolley, movable disks connected to the nadressornoy beam by a leash with a rubber-metal shock absorber, a friction cover located between the movable disk and the pressure spring located in the glass, the friction cover is made in the form of an electromagnet connected to a current source through a slave control system consisting of an acceleration sensor located on the frame of the trolley and through a double th integrator and rectifier connected to the output of the adder, the second input of which is connected to the setpoint unit, and the output is connected to the current regulator.

Технический результат заключается в увеличении коэффициента трения между подвижными и неподвижными дисками фрикционного гасителя в зависимости от соотношения заданной и действующей во время движения величины колебаний рамы тележки за счет изменения величины тока, пропускаемого через обмотку электромагнита, что позволяет увеличивать рассеивание энергии колебаний в гасителе в режиме резонансного усиления колебаний рамы тележки, что приводит к повышению плавности хода рамы тележки.The technical result consists in increasing the coefficient of friction between the movable and fixed disks of the friction damper depending on the ratio of the set and the vibrations of the frame of the carriage acting during the movement by changing the amount of current passed through the electromagnet winding, which allows to increase the dispersion of vibrational energy in the damper in the resonant mode amplification of vibrations of the trolley frame, which leads to an increase in the smoothness of the trolley frame.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг 1. представлен общий вид фрикционного гасителя колебаний, на фиг 2. - вид фрикционного гасителя колебаний со стороны электромагнита.In Fig 1. presents a General view of the friction damper, Fig. 2. - view of the friction damper from the side of the electromagnet.

Фрикционный гаситель колебаний размещен на раме тележки 1, соединен с надрессорной балкой 2 поводком 3 с резинометаллическим амортизатором 4 и содержит неподвижные диски 5, связанные шпилькой 6 с рамой тележки 1, подвижные диски 7, связанные через поводок 3 и резинометаллический амортизатор 4 с надрессорной балкой 2, и нажимную пружину 8, размещенную в стакане 9.The friction vibration damper is placed on the frame of the trolley 1, connected to the nadressornoy beam 2 by a leash 3 with a rubber-metal shock absorber 4 and contains fixed disks 5 connected by a pin 6 with a frame of the trolley 1, movable disks 7 connected through a leash 3 and a rubber-metal shock absorber 4 with a nadresornoy beam 2 , and a pressure spring 8 placed in the glass 9.

Фрикционная крышка выполнена в виде электромагните 10. К обмотке электромагнита 10 подведено напряжение от источника тока 11. Подчиненная система регулирования состоит из регулятора 12 тока, сумматора 13, блока уставки 14, датчика 15 ускорений рамы тележки 1, который связан с рамой тележки 1, двойного интегратора 16 и выпрямителя 17.The friction cover is made in the form of an electromagnet 10. A voltage from a current source 11 is connected to the winding of an electromagnet 10. The slave control system consists of a current regulator 12, an adder 13, a setpoint unit 14, an acceleration sensor 15 of the carriage frame 1, which is connected to the carriage frame 1, double integrator 16 and rectifier 17.

Регулятор 12 тока выходами подключен к источнику тока 11 и электромагниту 10. Датчик 15 ускорений рамы тележки размещен на раме тележки 1 и через двойной интегратор 16 и выпрямитель 17 соединен с входом сумматора 13, второй вход которого подключен к блоку уставки 14, а выход связан с регулятором 12 тока.An output current regulator 12 is connected to a current source 11 and an electromagnet 10. The acceleration sensor 15 of the trolley frame is located on the trolley frame 1 and, through a double integrator 16 and a rectifier 17, is connected to the input of the adder 13, the second input of which is connected to the set point 14, and the output is connected to 12 current regulator.

Фрикционный гаситель колебаний работает следующим образом.Friction damper operates as follows.

При колебаниях рамы тележки 1 относительно надрессорной балки 2 вследствие проезда неровностей пути, резинометаллический амортизатор 4 и поводок 3 перемещаются относительно рамы тележки 1. Вследствие этого связанные с поводком 13 подвижные диски 7 поворачиваются вокруг стакана 9, преодолевая силу трения, возникающую в контакте с неподвижными дисками 5, прижатыми к подвижным дискам нажимной пружиной 8.When the frame of the trolley 1 vibrates relative to the overpressure beam 2 due to the passage of uneven paths, the rubber shock absorber 4 and the leash 3 move relative to the frame of the trolley 1. As a result, the movable disks 7 connected to the leash 13 rotate around the cup 9, overcoming the frictional force arising in contact with the fixed disks 5, pressed against the movable disks by a pressure spring 8.

Через обмотки электромагнита 10 проходит электрический ток, величина которого задается подчиненной системой регулирования. На регулятор 12 тока поступает сигнал с выхода сумматора 13. На сумматор 13 подается сигнал от блока уставки 14, который пропорционален заданному предельному уровню амплитуды колебаний рамы тележки 1, и сигнал от датчика 9 ускорения рамы тележки 1, который, после двукратного интегрирования интегратором 16 и выпрямления выпрямителем 17, пропорционален амплитуде перемещений рамы тележки 1. Пока сигнал от блока уставки 14 больше или равен сигналу от датчика 15 ускорений рамы тележки 1, регулятор 12 тока закрыт, и ток по обмотке электромагнита 10 не проходит. В случае увеличения амплитуды колебаний рамы тележки 1, и, следовательно, превышения сигнала от датчика 15 ускорений рамы тележки 1 над сигналом от блока уставки 14 регулятор 12 тока открывается, по обмотке электромагнита 10 начинает проходить ток, увеличивается магнитный поток, проходящий через контактирующие поверхности дисков 5 и 7, растет коэффициент трения, что приводит к увеличению силы сопротивления повороту дисков 5 и 7 относительно друг друга. Чем больше сигнал от датчика 15 ускорений рамы тележки 1 превышает сигнал от блока уставки 14 (что может проявляться, например, при резонансном накоплении энергии колебаний тележки во время проезда периодических неровностей пути), тем больше величина тока в обмотке электромагнита 10 и, следовательно, больше трение в гасителе, больше рассеяние энергии колебаний тележки за счет этого трения, что приводит к ограничению амплитуды этих колебаний.An electric current passes through the windings of the electromagnet 10, the value of which is set by the slave control system. The current controller 12 receives a signal from the output of the adder 13. A signal from the setpoint unit 14 is supplied to the adder 13, which is proportional to a predetermined limit level of the oscillation amplitude of the frame of the carriage 1, and a signal from the acceleration sensor 9 of the frame of the carriage 1, which, after two integration by the integrator 16 and rectification rectifier 17, is proportional to the amplitude of movement of the frame of the trolley 1. As long as the signal from the setpoint unit 14 is greater than or equal to the signal from the acceleration sensor 15 of the frame of the trolley 1, the current regulator 12 is closed, and the current through the winding of the electromagnet 10 does not pass it. In the case of an increase in the amplitude of oscillations of the frame of the carriage 1, and, therefore, the excess of the signal from the sensor 15 of the accelerations of the frame of the carriage 1 over the signal from the setpoint unit 14, the current regulator 12 opens, current flows through the winding of the electromagnet 10, the magnetic flux passing through the contacting surfaces of the disks increases 5 and 7, the coefficient of friction increases, which leads to an increase in the resistance to rotation of the disks 5 and 7 relative to each other. The larger the signal from the acceleration sensor 15 of the frame of the trolley 1 exceeds the signal from the setpoint unit 14 (which can occur, for example, with resonant accumulation of energy from the oscillations of the trolley during the passage of periodic path irregularities), the greater the magnitude of the current in the winding of the electromagnet 10 and, therefore, more friction in the damper, more dispersion of the energy of vibrations of the cart due to this friction, which leads to a limitation of the amplitude of these vibrations.

Claims

Friction vibration damper containing fixed disks connected by a stud to the frame of the trolley, movable disks connected to a nadressornoy beam by a lead with a rubber-metal shock absorber, a friction cover located between the movable disk and the pressure spring placed in the glass, characterized in that the friction cover is made in the form an electromagnet connected to a current source through a slave control system consisting of an acceleration sensor located on the trolley frame and through a double integrator and yamitel connected to the output of the adder, whose second input is connected to the power setpoint, and an output connected to a current regulator.