RU174096U1

RU174096U1 - FRICTIONAL OSCILLATOR

Info

Publication number: RU174096U1
Application number: RU2017107890U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Воробьев; Сергей Николаевич Злобин; Олег Васильевич Измеров; Олег Васильевич Дорофеев; Антон Сергеевич Новиков; Александр Анатольевич Пугачев
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2017-10-02

Abstract

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и касается устройства фрикционных гасителей колебаний, применяемых для демпфирования колебаний железнодорожного подвижного состава.Фрикционный гаситель колебаний, содержащий нажимной клин, опирающийся на нажимную пружину и выполненное из диэлектрического материала прокладочное кольцо, через фрикционные клинья взаимодействующие с фрикционным стаканом, источник тока, соединенный с нажимным клином и фрикционным стаканом, подчиненную систему регулирования, состоящую из регулятора тока, подключенного к сумматору, соединенному с блоком уставки предельной амплитуды вертикальных колебаний тележки, датчика вертикальных ускорений тележки, подключенного к двойному интегратору, и выпрямителя, связанного с сумматором. Для повышения надежности и снижения расходов на ремонт тяговых приводов с опорно-рамным подвешиванием тягового электродвигателя путем уменьшения динамических нагрузок в тяговых приводах при галопировании тележки имеется второй сумматор, суммирующий сигнал амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения, поступающий с датчика вертикальных ускорений надрессорного строения на одном конце рамы тележки с сигналом инвертора, инвертирующего сигнал амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения, поступающий со второго датчика вертикальных ускорений надрессорного строения на противоположном конце рамы тележки через второй двойной интегратор.Технический результат заключается в том, что благодаря наличию двух датчиков ускорений, размещенных на противоположных концах рамы тележки, подчиненная система регулирования фрикционного гасителя колебаний увеличивает трение в гасителе преимущественно для демпфирования колебаний галопирования тележки, что, в случае применения фрикционных гасителей колебаний для демпфирования колебаний тележки с опорно-рамным подвешиванием тяговых электродвигателей, приводит к уменьшению динамических нагрузок в тяговых приводах и, вследствие этого - к повышению надежности и снижению расходов на ремонт тяговых приводов.The invention relates to transport engineering and relates to the device of friction vibration dampers used for damping railway rolling stock vibrations. Friction vibration dampers containing a pressure wedge resting on a pressure spring and a spacer ring made of dielectric material interacting with the friction cup through friction wedges current connected to the pressure wedge and the friction cup, a subordinate control system consisting of regulators current torus connected to the adder which is connected with the setting unit limiting the amplitude of the vertical oscillations of the trolley, vertical trolley acceleration sensor connected to a double integrator, and a rectifier connected to an adder. To increase reliability and reduce the cost of repairing traction drives with supporting frame suspension of the traction motor by reducing dynamic loads in traction drives when galloping the trolley, there is a second adder that sums the amplitude signal of vertical vibrations of the spring structure coming from the vertical acceleration sensor of the spring structure at one end of the frame trolleys with a signal of an inverter inverting the signal of the amplitude of vertical oscillations of the thrust structure coming from the second The vertical acceleration sensor of the nadressor structure at the opposite end of the trolley frame through the second double integrator. The technical result is that due to the presence of two acceleration sensors located at opposite ends of the trolley frame, the slave control system of the friction vibration damper increases the friction in the damper mainly for damping galloping trolleys, which, in the case of using friction vibration dampers for damping oscillations of the trolley with support frames suspension of traction electric motors, reduces dynamic loads in traction drives and, as a result, increases reliability and reduces the cost of repairing traction drives.

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 фрикционный гаситель колебаний (фрикционный амортизатор) железнодорожного подвижного состава, содержащий нажимной клин, опирающийся на нажимную пружину и прокладочное кольцо через фрикционные клинья, взаимодействующие с фрикционным стаканом [Соколов М.М., Варава В.И., Левит Г.М. Гасители колебаний подвижного состава: справочник. - М: Транспорт, - 1985, рис. 3.5а, стр. 52].Known friction damper (friction shock absorber) of a railway rolling stock containing a pressure wedge resting on a pressure spring and a spacer ring through friction wedges interacting with the friction cup [Sokolov MM, Varava VI, Levit G.M. Dampers of rolling stock oscillations: a reference book. - M: Transport, - 1985, Fig. 3.5a, p. 52].

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. В то же время вне режима резонанса трение в гасителе приводит к ухудшению плавности хода и увеличению воздействия на путь, и поэтому должно быть минимальным. Однако в известном гасителе величина силы трения зависит от сжатия нажимной пружины (от загрузки экипажа) и ее 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 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. At the same time, outside the resonance mode, friction in the absorber leads to a deterioration in ride smoothness and an increase in the impact on the path, and therefore should be minimal. However, in the known damper, the magnitude of the friction force depends on the compression of the compression spring (from the loading of the crew) 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 плотности тока в пятне контакта и может быть повышен до значений 0,6 и более [Ткаченко В.П. Кинематическое сопротивление движению рельсовых экипажей: монография. - Луганск: Издательство Восточно-украинского государственного университета, 1996. - 200 с, с. 78-79]. Для более детального исследования влияния электрического тока 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 колеса и рельса при прохождении тока в зоне их контакта возможно повышение коэффициента трения (сцепления) более чем в два раза.It is known that the coefficient of friction (adhesion) in the metal-metal contact, in addition to the physical properties of the friction pair, depends on the current density in the contact spot and can be increased to values of 0.6 or more [V. Tkachenko Kinematic resistance to the movement of rail crews: a monograph. - Lugansk: Publishing house of the East Ukrainian State University, 1996. - 200 p., P. 78-79]. For a more detailed study of the influence of electric current on the friction coefficient of the metal-metal system, tests were carried out on special installations [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. - Eagle: Orel State Technical University, 2007. - p. 95-101]. The test results showed that for the studied models of the wheel and rail with the passage of current in the zone of their contact, it is possible to increase the coefficient of friction (adhesion) by more than two times.

В качестве прототипа предполагаемой полезной модели выбран фрикционный гаситель колебаний, содержащий нажимной клин, опирающийся на нажимную пружину и прокладочное кольцо, через фрикционные клинья взаимодействующие с фрикционным стаканом, при этом прокладочное кольцо выполнено из диэлектрического материала, гаситель имеет источник тока, соединенный с нажимным клином и фрикционным стаканом, а величина силы трения между фрикционными клиньями и фрикционным стаканом изменяется подчиненной системой регулирования, состоящей из регулятора тока, сигнал на который поступает с выхода сумматора, сравнивающего сигнал задания величины предельной амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения, поступающего с блока уставки предельной амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения с действительным сигналом амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения, поступающим с датчика вертикальных ускорений надрессорного строения, двойного интегратора и выпрямителя [патент РФ 2529066, МПК B61F 5/06, B61G 11/14, F16F 11/00, опубл. 27.09.2014].As a prototype of the proposed utility model, a friction vibration damper containing a pressure wedge supported by a pressure spring and a spacer ring is selected through friction wedges interacting with the friction cup, while the spacer ring is made of dielectric material, the damper has a current source connected to the pressure wedge and friction cup, and the magnitude of the frictional force between the friction wedges and the friction cup is changed by a subordinate regulation system consisting of current, the signal to which comes from the output of the adder, which compares the signal for setting the value of the limit amplitude of the vertical vibrations of the stress structure, coming from the setting unit of the maximum amplitude of the vertical vibrations of the stress structure, coming from the vertical acceleration amplitude of the stress structure, double integrator and rectifier [RF patent 2529066, IPC B61F 5/06, B61G 11/14, F16F 11/00, publ. 09/27/2014].

Недостатком прототипа является то, что увеличение коэффициента трения происходит как при резонансном усилении колебаний, вызванном приближением частоты прохождения периодических неровностей пути к частоте собственных колебаний рессорного подвешивания, так и при прохождении отдельных значительных непериодических неровностей пути. При прохождении непериодических неровностей пути накопления энергии колебаний при повторном действии возмущений не происходит, и усилие, создаваемое гасителем, только увеличивает ускорение надрессорного строения. Известно, что в конструкциях экипажных частей с опорно-рамным подвешиванием тяговых электродвигателей следует уделять большое внимание демпфированию колебаний галопирования тележки, то есть, таких вертикальных колебаний надрессорного строения тележки, при которых концы надрессорного строения колеблются в противофазе [Повышение надежности экипажной части тепловозов / А.И. Беляев, Б.Б. Бунин, С.М. Голубятников и др.; под ред. Л.К. Добрынина. - М.: Транспорт, 1984. - с 49]. Галопирование тележки приводит к увеличению вертикальных перемещений оси колесной пары относительно надрессорного строения, которые, в свою очередь, возмущают низкочастотные крутильные колебания в валопроводе тягового привода [Кочергин В.В. Экспериментальное исследование тяговых приводов локомотивов. Вестник ВНИИЖТ, 1977. - № 8. с. 7], что приводит к снижению надежности и увеличению расходов на ремонт узлов привода (компенсирующие муфты, зубчатые колеса, подшипники).The disadvantage of the prototype is that the increase in the friction coefficient occurs both with resonant amplification of vibrations caused by the approach of the frequency of passage of periodic irregularities of the path to the frequency of natural oscillations of spring suspension, and with the passage of individual significant non-periodic irregularities of the path. With the passage of non-periodic irregularities, the path of accumulation of vibrational energy during the repeated action of disturbances does not occur, and the force created by the damper only increases the acceleration of the overpressor structure. It is known that in the structures of the carriage parts with the support-frame suspension of traction electric motors, great attention should be paid to damping the oscillations of the galloping of the carriage, that is, such vertical vibrations of the carriage’s pressurized structure, in which the ends of the carriage’s structure oscillate in antiphase [Improving the reliability of the crew of diesel locomotives / A. AND. Belyaev, B.B. Bunin, S.M. Golubyatnikov et al .; under the editorship of L.K. Dobrynina. - M .: Transport, 1984. - with 49]. Galloping of the trolley leads to an increase in vertical displacements of the axle of the wheelset relative to the spring structure, which, in turn, perturb low-frequency torsional vibrations in the shaft drive of the traction drive [V. Kochergin An experimental study of traction drives of locomotives. Vestnik VNIIZHT, 1977. - No. 8. p. 7], which leads to a decrease in reliability and an increase in the cost of repairing drive units (compensating couplings, gears, bearings).

Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в увеличении надежности узлов привода за счет уменьшения величины вертикальных перемещений оси колесной пары относительно надрессорного строения.The technical problem to which the utility model is directed consists in increasing the reliability of drive units by reducing the magnitude of the vertical displacements of the axis of the wheel pair relative to the overpressor structure.

Техническая задача достигается тем, что в фрикционном гасителе колебаний, содержащем нажимной клин, опирающийся на нажимную пружину и выполненное из диэлектрического материала прокладочное кольцо, через фрикционные клинья взаимодействующие с фрикционным стаканом, источник тока, соединенный с нажимным клином и фрикционным стаканом, подчиненную систему регулирования, состоящую из регулятора тока, подключенного к сумматору, соединенному с блоком уставки предельной амплитуды вертикальных колебаний тележки, датчика вертикальных ускорений тележки, подключенного к двойному интегратору, и выпрямителя, связанного с сумматором, дополнительно содержится второй сумматор, соединенный через выпрямитель с первым сумматором, суммирующий сигнал амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения, поступающий с датчика вертикальных ускорений надрессорного строения на одном конце рамы тележки с сигналом инвертора, инвертирующего сигнал амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения, поступающий со второго датчика вертикальных ускорений надрессорного строения на противоположном конце рамы тележки через второй двойной интегратор.The technical problem is achieved in that in a friction damper containing a pressure wedge, supported by a pressure spring and a gasket made of dielectric material, through friction wedges interacting with the friction cup, a current source connected to the pressure wedge and friction cup, a slave control system, consisting of a current regulator connected to an adder connected to the setting unit of the limit amplitude of the vertical oscillations of the trolley, a vertical accelerator sensor The trolley connected to the double integrator and the rectifier associated with the adder additionally contains a second adder connected via a rectifier to the first adder, which sums the signal of the amplitude of vertical vibrations of the nressore structure coming from the vertical acceleration sensor of the nressor structure at one end of the trolley frame with the inverter signal that inverts the signal of the amplitude of the vertical vibrations of the nadressorenoy structure coming from the second sensor of vertical accelerations of the nadressorenoy structure at the opposite end of the trolley frame through a second double integrator.

Технический результат заключается в том, что благодаря наличию двух датчиков ускорений, размещенных на противоположных концах рамы тележки, подчиненная система регулирования фрикционного гасителя колебаний увеличивает трение в гасителе преимущественно для демпфирования колебаний галопирования тележки, что, в случае применения фрикционных гасителей колебаний для демпфирования колебаний тележки с опорно-рамным подвешиванием тяговых электродвигателей приводит к уменьшению динамических нагрузок в тяговых приводах и, вследствие этого, к повышению надежности и снижению расходов на ремонт тяговых приводов.The technical result consists in the fact that due to the presence of two acceleration sensors located at opposite ends of the carriage frame, the slave control system of the friction vibration damper increases the friction in the damper mainly for damping the galloping vibrations of the carriage, which, in the case of using friction vibration dampers to damp the vibration of the carriage with supporting-frame suspension of traction electric motors reduces dynamic loads in traction drives and, as a result of this about, to increase reliability and reduce the cost of repair of traction drives.

Сущность полезной модели поясняется чертежом.The essence of the utility model is illustrated in the drawing.

На рисунке изображен общий вид фрикционного гасителя колебаний.The figure shows a general view of the friction damper.

Фрикционный гаситель колебаний содержит нажимной клин 1, опирающийся на нажимную пружину 2 и прокладочное кольцо 3 из диэлектрика через фрикционные клинья 4, взаимодействующие с фрикционным стаканом 5. К нажимному клину 1 и фрикционному стакану 5 подведено напряжение от источника 6 тока. Подчиненная система регулирования содержит регулятор 7 тока, подключенный к источнику 6 тока, стакану 5 и выходу сумматора 8, к одному входу которого подключен блок 9 уставки предельной амплитуды вертикальных колебаний, а другой вход через выпрямитель 10 связан с выходом сумматора 11. Один из входов сумматора 11 подключен к выходу инвертора 12, а другой вход - к двойному интегратору 13, вход которого соединен с выходом датчика 14 вертикального ускорения тележки. К входу инвертора 12 подключен выход двойного интегратора 15, вход которого связан с выходом датчика 16 вертикального ускорения тележки.The friction vibration damper contains a pressure wedge 1, supported by a pressure spring 2 and a dielectric spacer 3 from the dielectric through friction wedges 4 interacting with the friction cup 5. The voltage from the current source 6 is supplied to the pressure wedge 1 and the friction cup 5. The slave control system contains a current regulator 7 connected to a current source 6, a cup 5 and the output of the adder 8, to one input of which a unit 9 for setting the maximum amplitude of vertical vibrations is connected, and the other input through a rectifier 10 is connected to the output of the adder 11. One of the inputs of the adder 11 is connected to the output of the inverter 12, and the other input to a double integrator 13, the input of which is connected to the output of the sensor 14 of the vertical acceleration of the trolley. The output of the double integrator 15 is connected to the input of the inverter 12, the input of which is connected to the output of the vertical acceleration sensor 16 of the trolley.

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

При вертикальных колебаниях рамы тележки, вызванных проездом неровностей пути, нажимной клин 1 перемещается, преодолевая сопротивление нажимной пружины 2 и силы трения, возникающих в контакте фрикционных клиньев 4 и фрикционных стаканов 5. Прокладочное кольцо 3 из диэлектрика не допускает короткого замыкания через нажимную пружину 2. Величина тока, проходящего через контакт, задается подчиненной системой регулирования.With vertical vibrations of the trolley frame caused by the passage of uneven paths, the pressure wedge 1 moves, overcoming the resistance of the pressure spring 2 and the frictional forces arising in the contact of the friction wedges 4 and friction cups 5. The insulating ring 3 of the dielectric does not allow short circuit through the pressure spring 2. The amount of current passing through the contact is set by a slave control system.

На регулятор 7 тока поступает сигнал с выхода сумматора 8. На сумматор 8 подается сигнал от блока 9 уставки, который пропорционален заданному предельному уровню амплитуды вертикальных колебаний рамы тележки вне резонансной зоны, и выпрямленный выпрямителем 10 сигнал с выхода сумматора 11, который, в свою очередь равен сумме сигнала с датчика 16 вертикального ускорения рамы тележки на одном конце рамы тележки, который после двукратного интегрирования двойным интегратором 15 и инвертирования инвертором 12 пропорционален мгновенному значению вертикальных перемещений рамы тележки в месте установки датчика 16, взятого с противоположным знаком, и сигнала с датчика 14 на противоположном конце рамы тележки, который, после двукратного интегрирования двойным интегратором 13 пропорционален мгновенному значению вертикальных перемещений рамы тележки в месте установки датчика 16. Таким образом, от выпрямителя 10 поступает сигнал, пропорциональный амплитуде разности перемещений противоположных концов рамы тележки.The current controller 7 receives a signal from the output of the adder 8. The adder 8 receives a signal from the setting unit 9, which is proportional to a predetermined limit level of the amplitude of the vertical vibrations of the trolley frame outside the resonance zone, and a signal rectified by the rectifier 10 from the output of the adder 11, which, in turn, equal to the sum of the signal from the sensor 16 of the vertical acceleration of the trolley frame at one end of the trolley frame, which, after double integration by the double integrator 15 and invert by the inverter 12, is proportional to the instantaneous value the vertical displacements of the trolley frame at the installation site of the sensor 16, taken with the opposite sign, and the signal from the sensor 14 at the opposite end of the trolley frame, which, after double integration by the double integrator 13 is proportional to the instantaneous value of the vertical movements of the trolley frame at the installation site of the sensor 16. Thus, from the rectifier 10 receives a signal proportional to the amplitude of the difference in the movements of the opposite ends of the frame of the trolley.

Пока сигнал от блока 9 уставки больше, чем сигнал с выпрямителя 10, регулятор 7 тока не открывается, и ток от источника 6 через контакт фрикционных клиньев 4 и стаканов 5 не проходит. При превышении сигнала от выпрямителя 10 над сигналами от блока 9 уставки регулятор 7 тока открывается, и ток от источника 6 начинает проходить через фрикционный контакт клиньев 4 и стакана 5. В зависимости от величины положительной разности этих сигналов регулятор 7 тока увеличивает или уменьшает значение тока, проходящего от источника 6 тока через фрикционный контакт, тем самым увеличивая или уменьшая значения силы трения в гасителе колебаний. При равенстве сигналов регулятор 7 тока закрывается, и ток через фрикционный контакт в гасителе не проходит.As long as the signal from the setting block 9 is larger than the signal from the rectifier 10, the current regulator 7 does not open, and the current from the source 6 does not pass through the contact of the friction wedges 4 and glasses 5. When the signal from the rectifier 10 exceeds the signals from the setting unit 9, the current controller 7 opens, and the current from the source 6 begins to pass through the friction contact of the wedges 4 and the cup 5. Depending on the magnitude of the positive difference of these signals, the current controller 7 increases or decreases the current value, passing from the source 6 of the current through the friction contact, thereby increasing or decreasing the values of the friction force in the vibration damper. When the signals are equal, the current controller 7 closes, and the current does not pass through the friction contact in the damper.

При проезде периодических неровностей пути, приближение частоты одной из гармоник возмущающей силы к частоте собственных колебаний надрессорного строения вызывает увеличение колебаний галопирования тележки, при этом датчики 14 и 16 вертикального ускорения, находясь на противоположных концах рамы тележки, колеблются в противофазе, и их сигналы после двукратного интегрирования интеграторами 13 и 15 и инвертирования сигнала интегратора 15 становятся синфазными и в сумме равны удвоенному сигналу от каждого датчика. При проезде единичных неровностей пути перемещения противоположных концов рамы тележки в момент проезда неровностей не связаны друг с другом, поэтому сумма сигнала с выхода двойного интегратора 15 и взятого с противоположным знаком сигнала с выхода двойного интегратора 13 оказывается меньше удвоенного максимального сигнала от каждого из интеграторов при проезде неровности, в результате чего ток через контакт фрикционных клиньев 4 и фрикционных стаканов 5 оказывается меньше, чем при развитии колебаний галопирования.When traveling periodic irregularities of the path, the approach of the frequency of one of the harmonics of the disturbing force to the frequency of the natural vibrations of the thrust structure causes an increase in the galloping vibrations of the carriage, while the vertical acceleration sensors 14 and 16, being at opposite ends of the carriage frame, oscillate in antiphase, and their signals after double integrating integrators 13 and 15 and inverting the signal of the integrator 15 become in-phase and in total equal to twice the signal from each sensor. When driving single irregularities, the paths of movement of the opposite ends of the trolley frame at the time of traveling irregularities are not connected with each other, therefore, the sum of the signal from the output of the double integrator 15 and the signal taken from the output of the double integrator 13 with the opposite sign is less than twice the maximum signal from each of the integrators when traveling irregularities, as a result of which the current through the contact of the friction wedges 4 and friction cups 5 is less than with the development of galloping vibrations.

Claims

Friction damper containing a pressure wedge resting on a pressure spring and a spacer ring made of dielectric material, through friction wedges interacting with the friction cup, a current source connected to the pressure wedge and the friction cup, a slave control system consisting of a current regulator connected to the adder connected to the setting unit of the limit amplitude of the vertical oscillations of the trolley, the vertical acceleration sensor of the trolley connected to the double a generator, and a rectifier associated with the adder, characterized in that it further comprises a second adder connected through a rectifier to the first adder, which sums the signal of the amplitude of the vertical vibrations of the pressurized structure coming from the vertical acceleration sensor of the pressurized structure at one end of the trolley frame with an inverter signal, the inverting signal of the amplitude of the vertical oscillations of the thrust structure, coming from the second sensor of vertical accelerations of the thrust structure on the opposite end of the trolley frame through a second double integrator.