RU157096U1

RU157096U1 - DISK Friction Oscillator

Info

Publication number: RU157096U1
Application number: RU2015107856/05U
Authority: RU
Inventors: Андрей Сергеевич Космодамианский; Александр Васильевич Самотканов; Владимир Иванович Воробьев; Олег Васильевич Измеров; Александр Анатольевич Пугачев; Денис Андреевич Бондаренко; Станислав Григорьевич Волохов; Елена Валентиновна Фомина; Сергей Валентинович Синицын; Татьяна Павловна Синицына; Светлана Николаевна Иванова
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2015-11-20

Abstract

Фрикционный гаситель колебаний, размещенный на раме тележки и содержащий неподвижные диски, соединенные шпилькой с рамой тележки, подвижные диски, соединенные с надрессорной балкой поводком с резинометаллическими амортизаторами, фрикционную крышку и нажимную пружину, размещенную в металлическом стакане, отличающийся тем, что фрикционная крышка гасителя выполнена в виде электромагнита, обмотка которого питается от источника тока через подчиненную систему регулирования, состоящую из регулятора тока, сумматора, блока уставки, датчика ускорений рамы тележки, двойного интегратора и выпрямителя.Friction vibration damper located on the trolley frame and containing fixed disks connected by a stud to the trolley frame, movable disks connected to the spring bar with a lead with rubber-metal shock absorbers, friction cover and pressure spring located in a metal cup, characterized in that the friction damper cover in the form of an electromagnet, the winding of which is powered by a current source through a slave control system consisting of a current regulator, an adder, a setpoint unit, a sensor trolley frame speeds, double integrator and rectifier.

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., Варава В.И., Левит Г.М. Гасители колебаний подвижного состава: Справочник. М.: Транспорт. 1985, рис. 3.2а, С. 43.).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., Varava V.I., Levit G.M. rolling stock: Handbook. M.: Transport. 1985, Fig. 3.2a, S. 43.).

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

В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выбран фрикционный гаситель колебаний (фрикционный амортизатор), используемый в центральном подвешивании тележек рефрижераторных вагонов производства Брянского машиностроительного завода. Фрикционный гаситель колебаний, размещенный на раме тележки, содержит неподвижные диски, связанные шпилькой с рамой тележки, подвижные диски, связанные через поводок и резинометаллические амортизаторы с надрессорной балкой, и нажимную пружину, размещенную в металлическом стакане (Соколов М.М., Варава В.И., Левит Г.М. Гасители колебаний подвижного состава: Справочник. М.: Транспорт. 1985, рис. 3.3а, С. 46.)As a prototype of the proposed utility model, a friction vibration damper (friction shock absorber) used in the central suspension of refrigerated carriages produced by the Bryansk Engineering Plant was selected. The friction vibration damper located on the trolley frame contains fixed disks connected by a pin to the trolley frame, movable disks connected through a leash and rubber-metal shock absorbers with a pressure beam, and a pressure spring placed in a metal cup (Sokolov M.M., Varava V. I., Levit G.M. Dampers of fluctuations of rolling stock: Handbook. M .: Transport. 1985, Fig. 3.3a, S. 46.)

Этот гаситель имеет меньшие осевые габариты вследствие того, что нажимная пружина частично расположена внутри отверстий в подвижных и неподвижных дисках.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 известного 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.A disadvantage of the known frictional vibration damper is that its frictional force 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 (Лужнов, Ю.М., Прунцев, А.П. Влияние постоянного магнитного поля на трение твердых тел. - Труды МИИТ, 1974, вып. 467.) 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. Для более детального исследования влияния магнитного поля на коэффициент трения системы «металл-металл» были проведены испытания на специальных установках (В.П. Тихомиров, В.И. Воробьев, Д.В. Воробьев, Г.В. Багров, М.И. Борзенков, И.А. Бутрин. Моделирование сцепления колеса с рельсом. 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., Потемкин Д.А. Энергетический анализ влияния магнитного поля на механические свойства стали. Вестник Ивановского государственного энергетического университета (ИГЭУ) - 2007 №3. - С. 8-11).It is known (Luzhnov, Yu.M., Pruntsev, AP The influence of a constant magnetic field on the friction of solids. - Transactions of MIIT, 1974, issue 467.) that the coefficient of friction (adhesion) in the metal-metal contact, in addition to physical properties of a friction pair depends on the magnetic field strength in the contact spot and can be increased. For a more detailed study of the influence of the magnetic field on the friction coefficient of the metal-metal system, tests were performed on special facilities (V.P. Tikhomirov, V.I. Vorobyev, D.V. Vorobyov, G.V. Bagrov, M.I. Borzenkov, IA Butrin, Modeling Wheel-Rail Coupling, Orel, Orel State Technical University, 2007, pp. 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%. Currently, this phenomenon is explained primarily by the magnetoplasticity effect, one of the main reasons for which is the 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., Potemkin D.A. Energy analysis of the effect the magnetic field on the mechanical properties of steel.Vestnik of Ivanovo State Energy University (IGEU) - 2007 No. 3. - P. 8-11).

Предлагаемый фрикционный гаситель колебаний не имеет вышеуказанных недостатков известных фрикционных гасителей колебаний.The proposed friction damper does not have the above disadvantages of the known friction damper.

Фрикционный гаситель колебаний иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид фрикционного гасителя колебаний.The friction damper is illustrated in the drawings, where in FIG. 1 shows a General view of the friction damper.

На фиг 2. - вид фрикционного гасителя колебаний со стороны электромагнита.In Fig 2. is a view of the friction damper from the side of the electromagnet.

Дисковый фрикционный гаситель колебаний содержит подвижные диски 1, неподвижные диски 2, связанные шпилькой 16 с рамой тележки 12, связанные через поводок 14 и резинометаллические амортизаторы 15 с надрессорной балкой 13, и нажимную пружину 3, размещенную в металлическом стакане 17, который размещен на раме тележки 12.The disk friction vibration damper comprises movable disks 1, fixed disks 2, connected by a pin 16 with a frame of a trolley 12, connected through a leash 14 and rubber-metal shock absorbers 15 with a pressure beam 13, and a pressure spring 3 placed in a metal cup 17, which is placed on the frame of the trolley 12.

Фрикционная крышка выполнена в виде электромагнита 4. К обмотке электромагнита 4 подведено напряжение от источника тока 5. Подчиненная система регулирования состоит из регулятора тока РТ (6), сумматора Σ (7), блока уставки У (8), датчика ускорения тележки ДУ (9), который связан с рамой тележки 12, двойного интегратора ДИ (10) и выпрямителя 11.The friction cover is made in the form of an electromagnet 4. The voltage from the current source 5 is connected to the winding of the electromagnet 4. The slave control system consists of a current regulator RT (6), an adder Σ (7), a setpoint unit U (8), and an acceleration sensor for the remote control truck (9 ), which is connected with the frame of the trolley 12, a double integrator DI (10) and a rectifier 11.

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

При колебаниях рамы тележки 12 относительно надрессорной балки 13 вследствие проезда неровностей пути, амортизаторы 15 и поводок 14 перемещаются относительно рамы тележки 12. Вследствие этого связанные с поводком 14 подвижные диски 1 поворачиваются вокруг стакана 17, преодолевая силу трения, возникающего в контакте с неподвижными дисками 2, прижатыми к подвижным дискам нажимной пружиной 3.When the frame of the trolley 12 vibrates relative to the overpressure beam 13 due to the passage of uneven paths, the shock absorbers 15 and the leash 14 move relative to the frame of the trolley 12. As a result, the movable disks 1 connected to the leash 14 rotate around the glass 17, overcoming the frictional force arising in contact with the stationary disks 2 pressed against the movable disks by a pressure spring 3.

Через обмотку электромагнита 4 проходит электрический ток, величина которого задается подчиненной системой регулирования. На регулятор тока РТ (6) поступает сигнал с выхода сумматора Σ (7). На сумматор Σ (7) подается сигнал от блока уставки У (8), который пропорционален заданному предельному уровню амплитуды колебаний рамы тележки, и сигнал от датчика ускорения рамы тележки ДУ (9), который, после двукратного интегрирования интегратором ДИ (10) и выпрямления выпрямителем 11, пропорционален амплитуде перемещений рамы тележки 12. Пока сигнал от блока уставки У (8) больше или равен сигналу от датчика ускорений рамы тележки ДУ (9), регулятор тока закрыт и ток по обмотке электромагнита 4 не проходит. В случае увеличения амплитуды колебаний рамы тележки, и, следовательно, превышения сигнала от датчика ускорений рамы тележки ДУ (9) над сигналом от блока уставки У (8) регулятор тока открывается, по обмотке электромагнита 4 начинает проходить ток, увеличивается магнитный поток, проходящий через контактирующие поверхности дисков 1 и 2, растет коэффициент трения, что приводит к увеличению силы сопротивления повороту дисков 1 и 2 относительно друг друга. Чем больше сигнал от датчика ускорений кузова ДУ (9) превышает сигнал от блока уставки У (8) (что может проявляться, например, при резонансном накоплении энергии колебаний тележки во время проезда периодических неровностей пути), тем больше величина тока в обмотке электромагнита 4 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 winding of the electromagnet 4, the value of which is set by the slave control system. The current regulator RT (6) receives a signal from the output of the adder Σ (7). The adder Σ (7) receives a signal from the setpoint unit U (8), which is proportional to the specified limit level of the amplitude of the oscillations of the trolley frame, and a signal from the acceleration sensor of the trolley frame DU (9), which, after two integration by the integrator DI (10) and rectification rectifier 11, is proportional to the amplitude of movement of the frame of the trolley 12. As long as the signal from the setpoint unit U (8) is greater than or equal to the signal from the acceleration sensor of the frame of the trolley DU (9), the current regulator is closed and the current through the winding of electromagnet 4 does not pass. In the case of an increase in the amplitude of oscillations of the trolley frame, and, consequently, the signal from the acceleration sensor of the trolley frame remote control (9) exceeds the signal from the setpoint unit U (8), the current controller opens, current flows through the winding of electromagnet 4, and the magnetic flux passing through the contacting surfaces of the disks 1 and 2, the friction coefficient increases, which leads to an increase in the resistance to rotation of the disks 1 and 2 relative to each other. The larger the signal from the acceleration sensor of the body DU (9) exceeds the signal from the setpoint unit U (8) (which can occur, for example, with resonant accumulation of energy of the oscillations of the trolley during the passage of periodic irregularities of the path), the greater the magnitude of the current in the winding of the electromagnet 4 and therefore, there is more friction in the damper, more dispersion of the energy of the cart vibrations due to this friction, which leads to a limitation of the amplitude of these vibrations.

Предполагаемая полезная модель обеспечивает получение следующего технического результата. Увеличение коэффициента трения между подвижными и неподвижными дисками фрикционного гасителя в зависимости от соотношения заданной и действующей во время движения величины колебаний кузова, достигаемое путем изменения величины тока, пропускаемого через обмотку электромагнита, позволяет увеличивать рассеяние энергии колебаний в гасителе в режиме резонансного усиления колебаний тележки, что ведет к повышению плавности хода тележки и снижению воздействия тележки на путь.The proposed utility model provides the following technical result. An increase in the coefficient of friction between the movable and fixed disks of the friction absorber depending on the ratio of the body vibrations set and acting during the movement, achieved by changing the amount of current passed through the electromagnet winding, allows one to increase the dispersion of the vibration energy in the damper in the mode of resonant amplification of the cart vibrations, which leads to increased smoothness of the trolley and reduce the impact of the trolley on the path.

Источники информации:Information sources:

1. Соколов М.М., Варава В.И., Левит Г.М. Гасители колебаний подвижного состава: Справочник. М.: Транспорт. 1985, рис. 3.2а, С. 43.1. Sokolov M.M., Varava V.I., Levit G.M. Vibration dampers of a rolling stock: Handbook. M .: Transport. 1985, fig. 3.2a, p. 43.

2. Соколов М.М., Варава В.И., Левит Г.М. Гасители колебаний подвижного состава: Справочник. М.: Транспорт. 1985, рис. 3.3а, С. 46.2. Sokolov M.M., Varava V.I., Levit G.M. Vibration dampers of a rolling stock: Handbook. M .: Transport. 1985, fig. 3.3a, p. 46.

3. Лужнов, Ю.М., Прунцев, А.П. Влияние постоянного магнитного поля на трение твердых тел. - Труды МИИТ, 1974, вып. 467.3. Luzhnov, Yu.M., Pruntsev, A.P. The effect of a constant magnetic field on the friction of solids. - Proceedings of MIIT, 1974, no. 467.

4. В.П. Тихомиров, В.И. Воробьев, Д.В. Воробьев, Г.В. Багров, М.И. Борзенков, И.А. Бутрин. Моделирование сцепления колеса с рельсом. Орел, ОрелГТУ, 2007, С. 95-101.4. V.P. Tikhomirov, V.I. Vorobiev, D.V. Vorobiev, G.V. Bagrov, M.I. Borzenkov, I.A. Butrin. Modeling the clutch of a wheel with a rail. Orel, Orel State Technical University, 2007, S. 95-101.

5. Полетаев В.А., Потемкин Д.А. Энергетический анализ влияния магнитного поля на механические свойства стали. Вестник Ивановского государственного энергетического университета (ИГЭУ) - 2007 №3 - С. 8-11.5. Poletaev V.A., Potemkin D.A. Energy analysis of the influence of a magnetic field on the mechanical properties of steel. Bulletin of the Ivanovo State Energy University (ISEU) - 2007 No. 3 - P. 8-11.

Claims

Friction vibration damper located on the trolley frame and containing fixed disks connected by a stud to the trolley frame, movable disks connected to the spring bar with a lead with rubber-metal shock absorbers, friction cover and pressure spring located in a metal cup, characterized in that the friction damper cover in the form of an electromagnet, the winding of which is powered by a current source through a slave control system consisting of a current regulator, an adder, a setpoint unit, a sensor trolley frame speeds, double integrator and rectifier.