RU194947U1

RU194947U1 - Friction damper

Info

Publication number: RU194947U1
Application number: RU2019134330U
Authority: RU
Inventors: Станислав Григорьевич Волохов; Валерий Алексеевич Никонов; Николай Викторович Михалин; Владимир Иванович Воробьев
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2020-01-09

Abstract

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к устройствам фрикционных гасителей колебаний, применяемых для демпфирования колебаний железнодорожного подвижного состава.Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в увеличении надежности и долговечности экипажа и пути, повышении плавности хода пассажирских вагонов, снижении их воздействия на путь, и, следовательно, повышение безопасности движения.Технический результат достигается тем, что в фрикционном гасителе колебаний, содержащем фрикционную шпинтонную втулку, вокруг которой между верхним и нижним опорными коническими кольцами расположены фрикционные конусные секторы, на верхнее кольцо действует внутренняя пружина, а нижнее кольцо через резиновую прокладку опирается на поддон корпуса буксы, дополнительно установлена катушка из провода, расположенная соосно фрикционной шпинтонной втулке, источник тока, соединенный с катушкой и с подчиненной системой регулирования, состоящей из регулятора тока, сумматора, блока уставки предельной амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения с действительным сигналом амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения, поступающего с датчика вертикального ускорения надрессорного строения, двойного интегратора и выпрямителя.The utility model relates to transport engineering, namely, devices for friction vibration dampers used to damp vibrations of railway rolling stock. The technical problem aimed at solving this utility model is to increase the reliability and durability of the crew and track, increase the smoothness of passenger cars, reduce their impact on the path, and, consequently, increased traffic safety. The technical result is achieved by the fact that in the friction damper, containing we have a friction spinton sleeve around which friction cone sectors are located between the upper and lower supporting conical rings, an inner spring acts on the upper ring, and the lower ring rests on the pallet of the axle box body through a rubber gasket; a current source connected to a coil and to a slave control system consisting of a current regulator, an adder, a set point for the maximum amplitude of vertical Fucking of the nadressor structure with a real signal of the amplitude of the vertical vibrations of the nadressor structure coming from the sensor of vertical acceleration of the nadressor structure, a double integrator and a rectifier.

Description

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

Известен фрикционный гаситель колебаний железнодорожного подвижного состава, содержащий нажимной клин, опирающийся на нажимную пружину и прокладочное кольцо через фрикционные клинья, взаимодействующие с фрикционным стаканом (см. Соколов М.М., Варава В.И., Левит Г.М. Гасители колебаний подвижного состава: Справочник. М.: Транспорт. 1985, рис. 3.5а, С. 52.).Known friction damper of railway rolling stock containing a pressure wedge resting on a pressure spring and a spacer ring through friction wedges interacting with the friction cup (see Sokolov M.M., Varava V.I., Levit G.M. composition: Handbook. M .: Transport. 1985, Fig. 3.5a, S. 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, и, соответственно, к увеличению расходов на ремонт подвижного состава и пути. Для снижения амплитуды колебаний при резонансе трение в фрикционном гасителе необходимо увеличивать. В то же время вне режима резонанса трение в фрикционном гасителе приводит к ухудшению плавности хода и увеличению воздействия на путь, и поэтому должно быть минимальным. Однако в известном фрикционном 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. Кроме того, недостатком данной конструкции фрикционного демпфера является малый срок службы, связанный с износом основных пар трения сухарь - фрикционная втулка.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, resonant amplification of the oscillations occurs, which leads to a deterioration in the smoothness of the crew’s progress and an increase in vertical impact on the track, and, accordingly, to an increase in the cost of repairing the rolling stock and track. To reduce the amplitude of oscillations during resonance, the friction in the friction absorber must be increased. At the same time, outside the resonance mode, friction in the friction 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 friction 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 pressurized structure. In addition, the disadvantage of this design of the friction damper is the short service life associated with the wear of the main pairs of friction cracker - friction sleeve.

Известно, что коэффициент трения (сцепления) в контакте «металл-металл», помимо физических свойств пары трения, зависит от действия магнитного поля на поверхность контакта (см 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). Экспериментальным путем установлено, что воздействие постоянного магнитного поля может приводить к увеличению коэффициента трения более чем в 2 раза (см. Делюсто Л.Г. Основы прокатки металлов в постоянных магнитных полях. - М: Машиностроение, 2005 - с. 134-137, таблица 5.1). В настоящее время данное явление объясняется прежде всего эффектом магнитопластичности, одной из главных причин которого считают увеличение подвижности дислокаций при воздействии внешнего электромагнитного поля под влиянием электронных спинов, локализованных на дефектах кристаллической решетки (см. 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 that the coefficient of friction (adhesion) in a metal-metal contact, in addition to the physical properties of a friction pair, depends on the action of a magnetic field on the contact surface (see V.P. Tikhomirov, V.I. Vorobyov, D.V. Vorobyov, G.V. Bagrov, M.I. Borzenkov, I.A. Butrin, Modeling Wheel-Rail Grip (Orel, Orel State Technical University, 2007, pp. 95-101). It has been experimentally established that the effect of a constant magnetic field can lead to an increase in the friction coefficient by more than 2 times (see Delyusto L.G. Fundamentals of metal rolling in constant magnetic fields. - M: Mechanical Engineering, 2005 - pp. 134-137, table 5.1). At present, this phenomenon is explained primarily by the magnetoplasticity effect, one of the main reasons for which is considered to be 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 (see Poletaev V.A., Potemkin D.A. analysis of the influence of a magnetic field on the mechanical properties of steel. Herald of the Ivanovo State Energy University (IGEU). - 2007. - No. 3. - P. 8-11.).

В качестве прототипа предполагаемой полезной модели выбран фрикционный гаситель колебаний, содержащий фрикционную шпинтонную втулку, вокруг которой расположены фрикционные конусные секторы между верхним и нижним опорными коническими кольцами, на верхнее кольцо действует внутренняя пружина, а нижнее кольцо через резиновую прокладку опирается на поддон корпуса буксы (см. Лукин В.В., Анисимов П.С., Федосеев Ю.П. Вагоны. Общий курс: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / Под ред. В.В. Лукина. - М., Маршрут, 2004. - С. 108-109, рис. 3.42а, патент на полезную модель №4950, МПК B61F 4/26 (1995.01), опубл. 16.09.1997 г.).As a prototype of the proposed utility model, a friction damper containing a friction spinton sleeve, around which friction cone sectors are located between the upper and lower support conical rings, is surrounded by an inner spring, and the lower ring rests on the pallet of the axle box through a rubber gasket (see Lukin V.V., Anisimov P.S., Fedoseyev Yu.P. Wagons General course: Textbook for universities railway transport / Edited by V.V. Lukin. - M., Route, 2004 . - S. 108-109, Fig. 3.42a, utility model patent No. 4950, IPC B61F 4/26 (1995.01), publ. September 16, 1997).

Недостатком прототипа, применяемого в тележках отечественных пассажирских вагонов КВЗ-ЦНИИ, является то, что величина силы трения зависит от сжатия нажимной пружины и ее невозможно изменить в зависимости от наличия или отсутствия резонансных колебаний надрессорного строения. Расположение фрикционного гасителя внутри пружины буксового рессорного подвешивания тележки исключает доступность и обслуживание без разборки вагонов выкаткой тележек из-под кузова, что связано с увеличением трудовых затрат и времени на текущее обслуживание ходовой части и требует увеличения продолжительности срока службы фрикционного гасителя без ремонта. Продолжительность срока службы деталей фрикционного гасителя определяется износом трущихся пар, однако снизить износ за счет снижения удельного давления путем увеличения размеров деталей невозможно из-за ограниченных габаритов внутри пружины буксового подвешивания, а снизить износ за счет уменьшения усилия нажатия невозможно вследствие необходимости обеспечивать силу трения, достаточную для гашения колебаний в резонансных режимах.The disadvantage of the prototype used in the bogies of domestic passenger cars KVZ-TsNII is that the magnitude of the friction force depends on the compression of the pressure spring and it cannot be changed depending on the presence or absence of resonant vibrations of the pressurized structure. The location of the friction absorber inside the spring axle spring suspension of the trolley excludes the availability and maintenance of cars without disassembling the wagons by rolling out the trolleys from under the body, which is associated with an increase in labor costs and time for the running service of the chassis and requires an increase in the service life of the friction damper without repair. The life of the friction damper parts is determined by the wear of rubbing pairs, however, it is impossible to reduce wear by reducing specific pressure by increasing the dimensions of the parts due to limited dimensions inside the axle box spring, and it is impossible to reduce wear by reducing the pressing force due to the need to provide a friction force sufficient for damping oscillations in resonance modes.

Техническим результатом полезной модели является увеличение надежности и долговечности экипажа и пути за счет уменьшения величины действующих на них динамических воздействий и снижения износа трущихся деталей, повышение плавности хода пассажирских вагонов, снижение их воздействия на путь, и, следовательно, повышение безопасности движения.The technical result of the utility model is to increase the reliability and durability of the crew and track by reducing the magnitude of the dynamic effects acting on them and reducing the wear of rubbing parts, increasing the smoothness of the movement of passenger cars, reducing their impact on the track, and, therefore, improving traffic safety.

Технический результат достигается тем, что в фрикционном гасителе колебаний, включающем фрикционную шпинтонную втулку, вокруг которой между верхним и нижним опорными коническими кольцами расположены фрикционные конусные секторы, на верхнее кольцо действует внутренняя пружина, а нижнее кольцо через резиновую прокладку опирается на поддон корпуса буксы, дополнительно установлены катушка из провода, расположенная соосно фрикционной шпинтонной втулке, источник тока, соединенный с катушкой и с 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, поступающего с датчика вертикального ускорения надрессорного строения, двойного интегратора и выпрямителя.The technical result is achieved by the fact that in the friction damper, including the friction spontaneous sleeve, around which the friction cone sectors are located between the upper and lower supporting conical rings, the inner ring acts on the upper ring, and the lower ring rests on the axle box body pallet through a rubber gasket a coil of wire is installed, located coaxially with the friction spinton sleeve, a current source connected to the coil and to a slave control system, consisting to it from the current regulator, the signal to which comes from the output of the adder, which compares the signal for setting the magnitude of the maximum amplitude of the vertical vibrations of the pressurized structure coming from the setting unit of the maximum amplitude of the vertical vibrations of the pressurizing structure, coming from the vertical amplitude signal of the vibrations of the pressurizing structure, coming from the sensor of vertical acceleration of the pressurizing structure , double integrator and rectifier.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где изображен общий вид фрикционного гасителя колебаний.The essence of the proposed utility model is illustrated in the drawing, which shows a General view of the friction damper.

Предлагаемый фрикционный гаситель колебаний содержит фрикционную шпинтонную втулку 1, вокруг которой расположены фрикционные конусные секторы 2 между верхним 3 и нижним 4 опорными коническими кольцами, на верхнее кольцо 3 действует внутренняя пружина 5, а нижнее кольцо 4 через резиновую прокладку 6 опирается на поддон корпуса буксы 7. Катушка 8 из провода расположена соосно фрикционной шпинтонной втулке 1 и соединена с источником тока 9, соединенным с подчиненной системой регулирования, состоящей из регулятора тока (РТ) 10, сигнал на который поступает с выхода сумматора (С) 11, сравнивающего сигнал задания величины предельной амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения, поступающего с блока уставки (У) 12 предельной амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения с действительным сигналом амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения, поступающего с датчика 13 вертикального ускорения (ДУ) надрессорного строения, двойного интегратора (ДИ) 14 и выпрямителя 15.The proposed friction vibration damper contains a friction spinton sleeve 1 around which friction cone sectors 2 are located between the upper 3 and lower 4 support conical rings, an inner spring 5 acts on the upper ring 3, and the lower ring 4 rests on the pallet of the axle box body 7 through a rubber gasket 6 The coil 8 of the wire is located coaxially with the friction spinton sleeve 1 and is connected to a current source 9 connected to a slave control system consisting of a current regulator (PT) 10, the signal to which steps from the output of the adder (C) 11, comparing the signal for setting the value of the limit amplitude of the vertical vibrations of the thrust structure coming from the setpoint unit (U) 12 of the limit amplitude of the vertical oscillations of the thrust structure with the actual signal of the amplitude of the vertical oscillations of the thrust structure coming from the sensor 13 for vertical acceleration ( ДУ) of a nadressorny structure, the double integrator (ДИ) 14 and the rectifier 15.

Предлагаемый фрикционный гаситель колебаний работает следующим образом.The proposed friction damper operates as follows.

При вертикальных колебаниях надрессорного строения, вызванных проездом неровностей пути, фрикционная шпинтонная втулка 1 перемещается относительно фрикционных конусных секторов 2 и верхнего 3 и нижнего 4 опорных конических колец, преодолевая сопротивление сил трения, возникающих в контакте фрикционной шпинтонной втулки 1 и фрикционных конусных секторов 2. Величина тока, проходящего через катушку 8 из провода, расположенную соосно фрикционной шпинтонной втулке, задается подчиненной системой регулирования.With vertical vibrations of the nadressorny structure caused by the passage of irregularities of the path, the friction spinton sleeve 1 moves relative to the friction cone sectors 2 and the upper 3 and lower 4 support conical rings, overcoming the resistance of the frictional forces arising in the contact of the friction spinton sleeve 1 and the friction conical sectors 2. Value the current passing through the coil 8 of the wire, located coaxially with the friction spinton sleeve, is set by a slave control system.

На регулятор тока (РТ) 10 поступает сигнал с выхода сумматора (С) 11. На сумматор (С) 11 подается сигнал от блока уставки (У) 12, который пропорционален заданному предельному уровню амплитуды вертикальных колебаний надрессорного строения вне резонансной зоны, и сигнал с датчика 13 вертикального ускорения (ДУ) надрессорного строения, который, после двукратного интегрирования двойным интегратором (ДИ) 14 и выпрямления выпрямителем 15, в свою очередь, пропорционален амплитуде вертикальных перемещений надрессорного строения с частотами, близкими частоте его собственных колебаний на рессорном подвешивании. Пока сигнал от блока уставки (У) 12 больше, чем сигнал с датчика 13 вертикального ускорения (ДУ) надрессорного строения, регулятор тока (РТ) 10 не открывается, и ток от источника тока 9 через катушку 8 не проходит. При превышении сигнала от датчика 13 вертикального ускорения (ДУ) надрессорного строения над сигналом от блока уставки (У) 12 регулятор тока (РТ) 10 открывается и ток от источника тока 9 начинает проходить через катушку 8. Катушка 8 создает в зоне контакта фрикционной шпинтонной втулки 1 и фрикционных конусных секторов 2 магнитный поток, который увеличивает коэффициент трения между фрикционной шпинтонной втулкой 1 и фрикционными конусными секторами 2.The current regulator (RT) 10 receives a signal from the output of the adder (C) 11. The adder (C) 11 receives a signal from the setpoint unit (U) 12, which is proportional to the specified maximum level of the amplitude of the vertical vibrations of the pressure structure outside the resonance zone, and the signal the sensor 13 of vertical acceleration (DU) of the nadressornoy structure, which, after double integration by a double integrator (DI) 14 and rectification by the rectifier 15, in turn, is proportional to the amplitude of the vertical movements of the nadressornoy structure with frequencies close to frequent othe of his own vibrations on spring suspension. As long as the signal from the setpoint unit (U) 12 is greater than the signal from the vertical acceleration sensor (DU) 13 of the overpressor structure, the current regulator (RT) 10 does not open, and the current from the current source 9 does not pass through the coil 8. When the signal from the sensor 13 of the vertical acceleration (ДУ) of the overpressor structure exceeds the signal from the setpoint unit (У) 12, the current regulator (RT) 10 opens and the current from the current source 9 begins to pass through the coil 8. The coil 8 creates a friction spinton sleeve in the contact zone 1 and friction cone sectors 2 magnetic flux, which increases the coefficient of friction between the friction spinton sleeve 1 and the friction cone sectors 2.

В зависимости от величины положительной разности сигнала от датчика 13 вертикального ускорения (ДУ) надрессорного строения и сигнала от блока уставки (У) 12 регулятор тока (РТ) 10 увеличивает или уменьшает значение тока, проходящего от источника тока 9 через катушку 8 и магнитного потока в зоне контакта фрикционной шпинтонной втулки 1 и фрикционных конусных секторов 2, тем самым увеличивая или уменьшая значения силы трения в фрикционном гасителе колебаний. При равенстве сигналов от датчика 13 вертикального ускорения надрессорного строения (ДУ) и от блока уставки (У) 12 регулятор тока (РТ) 10 закрывается и ток через катушку 8 не проходит.Depending on the magnitude of the positive difference of the signal from the vertical acceleration sensor (DU) 13 of the overpressor structure and the signal from the setpoint unit (U) 12, the current controller (RT) 10 increases or decreases the value of the current passing from the current source 9 through the coil 8 and the magnetic flux to the contact zone of the friction spinton sleeve 1 and the friction cone sectors 2, thereby increasing or decreasing the values of the friction force in the friction vibration damper. If the signals from the sensor 13 of the vertical acceleration of the thrust structure (ДУ) and from the set point (У) 12 are equal, the current controller (RT) 10 closes and the current does not pass through the coil 8.

При проезде периодических неровностей пути и при приближение частоты одной из гармоник возмущающей силы к частоте собственных колебаний надрессорного строения вагона увеличивается амплитуда вертикальных колебаний надрессорного строения, что, в свою очередь, приводит к увеличению тока, проходящего через катушку 8, увеличению магнитного потока в зоне контакта фрикционной шпинтонной втулки 1 и фрикционных конусных секторов 2, увеличению силы трения в контакте фрикционной шпинтонной втулки 1 и фрикционных конусных секторов 2, ограничению амплитуды колебаний надрессорного строения за счет большего рассеяния энергии колебаний и, соответственно, повышению плавности хода экипажа и снижению его воздействия на путь. Вне резонансных зон сила трения в контакте фрикционной шпинтонной втулки 1 и фрикционных конусных секторов 2 определяется нажатием внутренней пружины 5 и коэффициентом трения, который будет ниже коэффициента трения в случае пропускания магнитного потока через указанный контакт. Таким образом, нажатие внутренней пружины 5 в предлагаемом гасителе может быть уменьшено по сравнению с прототипом, поскольку при развитии резонансных колебаний коэффициент трения увеличивается за счет пропускания магнитного потока через контакт фрикционной шпинтонной втулки 1 и фрикционных конусных секторов 2.When traveling periodic irregularities of the path and when the frequency of one of the harmonics of the disturbing force approaches the frequency of the natural vibrations of the car’s stress structure, the amplitude of the vertical vibrations of the pressure structure increases, which, in turn, leads to an increase in the current passing through coil 8, to an increase in the magnetic flux in the contact zone friction spinton sleeve 1 and friction cone sectors 2, increase the friction force in the contact of friction spinton sleeve 1 and friction cone sectors 2, restriction bolster amplitudes of vibrations of the structure due to the greater dispersion of energy fluctuations and, accordingly, increase the smoothness of crew travel and reduce its impact on the way. Outside the resonance zones, the friction force in the contact of the friction spinton sleeve 1 and the friction cone sectors 2 is determined by pressing the internal spring 5 and the coefficient of friction, which will be lower than the coefficient of friction if the magnetic flux is transmitted through this contact. Thus, the pressing of the internal spring 5 in the proposed damper can be reduced in comparison with the prototype, since with the development of resonant oscillations, the friction coefficient increases due to the passage of magnetic flux through the contact of the friction spinton sleeve 1 and friction cone sectors 2.

Технико-экономический эффект заявленной полезной модели заключается в увеличении коэффициента трения между фрикционной шпинтонной втулкой и фрикционными конусными секторами в зависимости от величины воздействия магнитного потока, пропускаемого через контакт фрикционной шпинтонной втулки и фрикционных конусных секторов, что позволит увеличить силу трения в фрикционном гасителе в режиме резонансного усиления колебаний надрессорного строения, уменьшая его в других режимах за счет уменьшения силы нажатия внутренней пружины, ведет к повышению плавности хода экипажа, снижению его воздействия на путь и, следовательно, повышению безопасности движения, а также снижению износа шпинтонной втулки и фрикционных конусных секторов вследствие уменьшения силы нажатия внутренней пружины, что снижает расходы при эксплуатации вагона.The technical and economic effect of the claimed utility model is to increase the friction coefficient between the friction spinton sleeve and friction cone sectors depending on the magnitude of the magnetic flux transmitted through the contact of the friction spinton sleeve and friction cone sectors, which will increase the friction force in the friction absorber in the resonant mode amplification of the vibrations of the nadressornoy structure, reducing it in other modes by reducing the force of pressing the internal spring, leads to Accelerating the smooth running of the crew, reducing its impact on the way and, consequently, improve traffic safety and reduce wear and friction sleeve shpintonnoy cone sectors due to the reduction of force pressing the inner spring, which reduces the costs for operating the car.

Claims

Friction vibration damper, including friction spinton sleeve, around which friction cone sectors are located between the upper and lower support conical rings, an inner spring acts on the upper ring, and the lower ring rests on the pallet of the axle box body through a rubber gasket, characterized in that a coil of wires located coaxially with the friction spinton sleeve, a current source connected to a coil and to a slave control system consisting of a current regulator, the signal to which it 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 spring structure coming from the setting unit of the maximum amplitude of the vertical vibrations of the spring structure coming from the vertical amplitude signal of the spring of the spring structure coming from the vertical acceleration sensor of the spring structure, a double integrator and a rectifier .