RU2386063C1 - Damping system of vertical vibrations of railway passenger car body - Google Patents
Damping system of vertical vibrations of railway passenger car body Download PDFInfo
- Publication number
- RU2386063C1 RU2386063C1 RU2008127238/11A RU2008127238A RU2386063C1 RU 2386063 C1 RU2386063 C1 RU 2386063C1 RU 2008127238/11 A RU2008127238/11 A RU 2008127238/11A RU 2008127238 A RU2008127238 A RU 2008127238A RU 2386063 C1 RU2386063 C1 RU 2386063C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- damper
- car
- throttle
- control unit
- coefficient
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к машиностроению, к устройствам гашения колебаний, в частности на железнодорожном транспорте, преимущественно в средствах демпфирования колебаний пассажирских вагонов.The invention relates to mechanical engineering, to vibration damping devices, in particular in railway transport, mainly in means of damping vibrations of passenger cars.
Уровень техникиState of the art
Известны устройства гашения колебаний (Авторское свидетельство СССР №495467, кл. F16F 9/06, 1973 - [1] и заявка РФ №2006124009 - [2]), где используется электропроводящая жидкость с ферромагнитным порошком. Недостатком этих устройств является низкая эффективность виброзащиты.Known devices for damping oscillations (USSR Author's Certificate No. 495467, class F16F 9/06, 1973 - [1] and RF application No. 2006124009 - [2]), where an electrically conductive liquid with ferromagnetic powder is used. The disadvantage of these devices is the low efficiency of vibration protection.
Известны устройства гашения колебаний (Авторское свидетельство СССР №1753091, кл. F16F 6/00, 1992 - [3], патенты РФ №2150621- [4] и №2249734, кл. F16F 5/00, 2004 г. - [5]), где демпфирование осуществляется с помошью упругих элементов-сильфонов. В этих устройствах эффективность виброзащиты повышена за счет изменения собственной частоты колебаний устройства.Known devices for damping oscillations (USSR Author's Certificate No. 1753091, class F16F 6/00, 1992 - [3], RF patents No. 2150621- [4] and No. 22979734, class F16F 5/00, 2004 - [5] ), where damping is carried out with the help of elastic elements-bellows. In these devices, the effectiveness of vibration protection is increased by changing the natural frequency of oscillations of the device.
Известны гидравлические гасители колебаний (а.с. 1084508, 1983 - [6], патенты РФ 2324088 - [7], 2324089 - [8], 2268419 - [9], 2215232 - [10], патент США 3731709 - [11]), где для демпфирования используют закручивающий момент, воспринимаемый упругим штоком поршня.Known hydraulic vibration dampers (AS 1084508, 1983 - [6], RF patents 2324088 - [7], 2324089 - [8], 2268419 - [9], 2215232 - [10], US patent 3731709 - [11] ), where for damping use the torque perceived by the elastic piston rod.
Известны также устройства с магнитоуправляемыми клапанами (патенты РФ №2313716, кл. F16К 31/08, 2007 г. - [12], №2307279, кл. F16К 31/08, 2007 г. [13], патент DE №10009835, кл. F16К 31/08, F16Н 01, 2007 г. - [14]). Недостатком указанных устройств является невозможность применения в сложных условиях эксплуатации, в частности невозможность применения на железнодорожных вагонах.Also known devices with magnetically controlled valves (RF patents No. 2313716, class F16K 31/08, 2007 - [12], No. 2307279, class F16K 31/08, 2007 [13], patent DE No. 10009835, class F16K 31/08, F16H 01, 2007 - [14]). The disadvantage of these devices is the inability to use in difficult operating conditions, in particular the inability to use on railway cars.
Системы демпфирования колебаний пассажирских вагонов, в частности с гидравлическими демпферами, предназначены для гашения энергии колебаний вагонов, особенно в резонансных режимах, когда от воздействия неровностей пути на движущийся вагон появляется тенденция к нарастанию амплитуд колебаний вагона, что увеличивает нагрузку на вагон и железнодорожный путь, ухудшает условия комфорта пассажиров. Для обеспечения устойчивых процессов колебаний вагона при любых сочетаниях возмущающих сил, действующих на него при движении с различными скоростями, целесообразно обеспечить, чтобы основной параметр гидродемпферов, а именно их коэффициент сопротивления, изменялся в соответствии со скоростью движения и частотами колебаний кузова.Damping systems for vibrations of passenger cars, in particular with hydraulic dampers, are designed to damp the energy of vibrations of cars, especially in resonance modes, when, due to irregularities of the path on a moving car, a tendency to increase the amplitudes of vibrations of the car appears, which increases the load on the car and the railway, worsens passenger comfort conditions. To ensure stable processes of the car’s vibrations with any combination of disturbing forces acting on it when moving at different speeds, it is advisable to ensure that the main parameter of the hydraulic dampers, namely their drag coefficient, changes in accordance with the speed of movement and the body vibration frequencies.
Известны гидравлические гасители колебаний, где используют предохранительные и обратные клапаны с подпружиненными запорными органами и дроссельный канал, который соединяет надпоршневую полость цилиндра с резервуаром с рабочей жидкостью, образованным между корпусом и цилиндром (см. авт.св. СССР №362958, кл. В61F 5/10, 1972 г. - [15]; авт.св. СССР №1006819, кл. F16F 5/00, 1983 г. - [16]; авт.св. 1044859 - [17]; авт.св. СССР №1325225, кл. F16F 5/00, 1987 г. - [18]; гаситель колебаний пассажирских вагонов КВЗ-ЛИИЖТ - [19]; гаситель колебаний пассажирских вагонов 4065.33.000 РЭ, ТВЗ, 2003 г. - [20] патент РФ 2020310 кл. F16F 5/00, 1994 г. - [21], 2145010 кл. F16F 5/00, 2000 г. - [22], 2230241, 2006 г. - [23], 2145010 кл. F16F 5/00, 2000 г. - [24]).Hydraulic oscillation dampers are known where safety and non-return valves with spring-loaded locking elements are used and a throttle channel that connects the piston cavity of the cylinder to the reservoir with the working fluid formed between the body and the cylinder (see ed. St. USSR No. 362958, class B61F 5 / 10, 1972 - [15]; aut. St. USSR No. 1006819, class F16F 5/00, 1983 - [16]; aut. St. 1044859 - [17]; aut. St. USSR No. 1325225, class F16F 5/00, 1987 - [18]; vibration damper for passenger cars KVZ-LIIZHT - [19]; vibration damper for passenger cars 4065.33.000 RE, TVZ, 2003 - [20] RF patent 202 0310 class F16F 5/00, 1994 - [21], 2145010 class F16F 5/00, 2000 - [22], 2230241, 2006 - [23], 2145010 class F16F 5/00, 2000 - [24]).
Эти устройства могут быть применены в сложных условиях эксплуатации, но создаваемые ими силы сопротивления не имеют широкой регулировки и не всегда способны обеспечить плавность хода, а следовательно, и создание комфортных условий для людей, находящихся в транспортных средствах с такими гасителями колебаний.These devices can be used in difficult operating conditions, but the resistance forces created by them do not have wide adjustment and are not always able to ensure a smooth ride, and therefore create comfortable conditions for people in vehicles with such vibration dampers.
Известна система демпфирования колебаний кузова железнодорожного пассажирского вагона [25] Соколов М.М., Варава В.Н., Левит Г.М. Гасители колебаний подвижного состава. М. «Транспорт», 1985 г., стр.17, рис.2.1, содержащая установленные под кузовом гидравлические демпферы, каждый из которых выполнен в виде поршневого насоса с напорной и безнапорной полостями для рабочей жидкости, сообщающимися друг с другом через дроссель с определенным сечением проходного отверстия. При колебаниях кузова во время движения вагона по неровностям железнодорожного пути в каждом гидродемпфере происходит продавливание рабочей жидкости через узкое проходное сечение дросселя. При этом механическая энергия колебаний вагона превращается в тепло, уменьшая интенсивность этих колебаний. При постоянном коэффициенте сопротивления гидродемпферов (постоянном сечении проходного отверстия дросселя) проходное сечение дросселя, а следовательно, и коэффициент сопротивления выбираются так, чтобы уменьшить амплитуды колебаний кузова, обеспечить хорошее демпфирование колебаний кузова в зоне основного резонанса, то есть при низких скоростях движения вагона и низких частотах колебаний кузова. В таких гидродемпферах при высоких частотах колебаний кузова, возникающих при высоких скоростях движения вагона, рабочая жидкость не успевает перетекать через дроссель. Демпферы при этом уподобляются жестким твердым телам и увеличивают динамический коэффициент передачи воздействия неровностей пути на кузов. Это является существенным недостатком системы демпфирования [25] и доказывает целесообразность использования системы, демпферы которой имеют регулируемое значение коэффициента сопротивления.A known system for damping oscillations of the body of a railway passenger car [25] Sokolov MM, Varava VN, Levit G.M. Vibration dampers of rolling stock. M. "Transport", 1985, p. 17, Fig. 2.1, containing hydraulic dampers installed under the body, each of which is made in the form of a piston pump with pressure and pressureless cavities for the working fluid communicating with each other through a throttle with a certain cross section of the bore. When the body vibrates during the movement of the car along the irregularities of the railway track in each hydraulic damper, the working fluid is forced through a narrow passage of the throttle. In this case, the mechanical energy of the car’s vibrations turns into heat, reducing the intensity of these vibrations. With a constant drag coefficient of the hydraulic dampers (a constant cross section of the throttle bore), the throttle bore, and therefore the drag coefficient, are chosen so as to reduce the amplitude of the body’s vibrations, to ensure good damping of the body’s vibrations in the main resonance zone, i.e., at low car speeds and low body vibration frequencies. In such hydraulic dampers, at high frequencies of body vibrations that occur at high carriage speeds, the working fluid does not have time to flow through the throttle. At the same time, dampers are likened to rigid solids and increase the dynamic transmission coefficient of the impact of irregularities of the path on the body. This is a significant drawback of the damping system [25] and proves the advisability of using a system whose dampers have an adjustable value of the drag coefficient.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению по технической сущности и назначению является система демпфирования вертикальных колебаний кузова пассажирского вагона, содержащая гидродемпферы с обеспечением возможности регулировки параметра их сопротивления (Демпфер подвески транспортного средства. Патент РФ №2235233, F16F 5/00, 9/18, 9/34, 9/36, 2004 г. - [26]). Эта система содержит установленные под кузовом вертикально гидравлические демпферы, каждый из которых выполнен в виде поршневого насоса с напорной и безнапорной полостями для рабочей жидкости, сообщающимися друг с другом через дроссель, снабженный штоком перекрытия дроссельного отверстия, связанным с приводом перемещения штока и возможностью за счет этого регулировать коэффициент сопротивления демпфера. Шток дросселя в известной системе демпфирования [26] выполнен с кольцевой проточкой, перемещающейся при осевом движении штока в зоне проходного сечения дросселя, за счет чего обеспечивается изменение степени перекрытия проходного сечения дросселя и коэффициента сопротивления демпфера. Другой конец штока снабжен резьбой и закреплен в резьбовом отверстии корпуса гидродемпфера с выходом головки винта штока наружу корпуса демпфера. Привод осевых перемещений штока обеспечивается вращением головки штока. Достоинством данной системы демпфирования [26] является возможность регулировки коэффициентов сопротивления, например, после их изготовления, а также в эксплуатации путем осуществления предварительных настроек в соответствии с условиями предполагаемого режима эксплуатации и качества железнодорожного полотна. Недостатком этой системы является невозможность регулирования коэффициентов сопротивления демпферов во время движения вагонов.Closest to the proposed technical solution for the technical nature and purpose is a system for damping vertical vibrations of a passenger car body containing hydraulic dampers with the possibility of adjusting their resistance parameter (Vehicle suspension damper. RF patent No. 2235233, F16F 5/00, 9/18, 9 / 34, 9/36, 2004 - [26]). This system contains vertically mounted hydraulic dampers under the body, each of which is made in the form of a piston pump with a pressure and non-pressure cavities for the working fluid communicating with each other through a throttle equipped with a throttle aperture stem connected to the stem displacement drive and the possibility of this adjust the coefficient of resistance of the damper. The throttle rod in the known damping system [26] is made with an annular groove moving during axial movement of the rod in the area of the throttle bore, thereby changing the degree of overlap of the throttle bore and the damper resistance coefficient. The other end of the rod is threaded and fixed in the threaded hole of the hydraulic damper body with the outlet of the screw head of the rod to the outside of the damper body. The axial displacement of the rod is provided by rotation of the rod head. The advantage of this damping system [26] is the ability to adjust the resistance coefficients, for example, after their manufacture, as well as in operation by making preliminary settings in accordance with the conditions of the intended operating mode and quality of the railway track. The disadvantage of this system is the inability to control the drag coefficients of dampers during the movement of cars.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
В основу изобретения поставлена задача создания системы демпфирования колебаний кузова железнодорожного пассажирского вагона, которая обеспечивает повышение качества виброзащиты и улучшение комфортных условий для пассажиров за счет улучшения динамических характеристик колебаний кузова вагона в вертикальной плоскости при всех режимах его эксплуатации.The basis of the invention is the task of creating a vibration damping system for a railway passenger car body, which improves the quality of vibration protection and improves the comfortable conditions for passengers by improving the dynamic characteristics of the car body vibrations in a vertical plane under all modes of operation.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известной системе демпфирования колебаний кузова железнодорожного пассажирского вагона, содержащей установленные под кузовом вертикально гидравлические демпферы, каждый из которых выполнен в виде поршневого насоса с напорной и безнапорной полостями для рабочей жидкости, сообщающимися друг с другом через дроссель, и снабжен штоком дросселя с обеспечением возможности регулировки коэффициента сопротивления за счет перекрытия дроссельного отверстия, согласно изобретению введены датчики частоты колебаний кузова вагона, установленные на кузове в зоне расположения каждого демпфера, датчик скорости вагона, блок управления, источник электропитания, шток дросселя каждого демпфера снабжен приводом, выполненным в виде электромагнита, сердечник которого связан со штоком дросселя, выходы датчиков частоты колебаний кузова вагона, датчика скорости вагона, источника электропитания соединены с входами блока управления, катушка электромагнита каждого из демпферов присоединена к соответствующему выходу блока управления, причем блок управления выполнен с обеспечением автоматической подачи необходимой величины требуемого электрического сигнала на электромагниты каждого демпфера для реализации коэффициента сопротивления в соответствии с запрограммированной зависимостью мгновенного значения коэффициента сопротивления каждого демпфера от частот колебаний кузова и скорости движения вагона, обеспечивающей минимизацию вертикальных ускорений кузова.The solution to this problem is achieved by the fact that in the known system for damping oscillations of the body of a railway passenger carriage containing vertically mounted hydraulic dampers under the body, each of which is made in the form of a piston pump with pressure and pressureless cavities for the working fluid communicating with each other through the throttle, and equipped with a throttle rod with the possibility of adjusting the resistance coefficient due to the overlapping of the throttle hole, according to the invention introduced sensors The frequency range of the car body mounted on the body in the area of each damper, the speed sensor of the car, the control unit, the power supply, the throttle rod of each damper is equipped with a drive made in the form of an electromagnet, the core of which is connected to the throttle rod, the outputs of the frequency sensors of the body of the car , the car speed sensor, the power source are connected to the inputs of the control unit, the electromagnet coil of each damper is connected to the corresponding output of the control unit, m control unit is configured to automatically supply the necessary quantities of the desired electrical signal to the electromagnets of each of the damper for the implementation of the drag coefficient according to the instantaneous value of the programmed dependent resistance coefficient of each frequency of the damper body and the oscillation speed of the car movement minimizes vertical accelerations of the body.
Предусмотрено также, что в блоке управления реализован алгоритм его срабатывания в соответствии с запрограммированной зависимостью мгновенного значения коэффициента сопротивления каждого из n демпферов, имеющей вид:It is also provided that the control unit implements an algorithm for its operation in accordance with the programmed dependence of the instantaneous value of the resistance coefficient of each of n dampers, having the form:
при fк<2,when f to <2,
при fк=[2-4],when f to = [2-4],
при fк>4,when f to > 4,
где p=45 при V=[0-140];where p = 45 at V = [0-140];
p=25 при V>220;p = 25 at V> 220;
к - порядковый номер гидравлического демпфера вагона;k - serial number of the hydraulic damper of the car;
βк - мгновенное значение коэффициента сопротивления к-го демпфера в зависимости от частоты колебаний и скорости вагона (кНс/м);β to - the instantaneous value of the coefficient of resistance of the k-th damper depending on the frequency of oscillations and the speed of the car (kNs / m);
р - коэффициент, учитывающий скорость вагона;p - coefficient taking into account the speed of the car;
fк- частота колебаний кузова вагона в зоне установки к-го демпфера (Гц);f to - the oscillation frequency of the car body in the installation zone of the k-th damper (Hz);
V - скорость движения вагона вдоль пути (км/ч).V is the speed of the car along the path (km / h).
Введение указанных признаков позволяет создать систему демпфирования с автоматическим изменением параметров гидродемпферов пассажирского вагона, обеспечивающую снижение интенсивности колебаний кузова не только в основной резонансной зоне (при низких скоростях движения вагона и низких частотах колебаний кузова), но и в зарезонансных зонах, возникающих при высоких скоростях движения вагона и высоких частотах колебаний кузова. За счет этого улучшаются динамические характеристики вагона в целом, улучшается плавность хода вагона, то есть обеспечивается повышение качества виброзащиты и улучшение комфортных условий для пассажиров.The introduction of these signs allows you to create a damping system with automatic change of the hydraulic damper parameters of a passenger car, which ensures a decrease in the intensity of body vibrations not only in the main resonance zone (at low speeds of the car and low frequencies of body vibrations), but also in the resonance zones that occur at high speeds wagon and high body vibration frequencies. Due to this, the dynamic characteristics of the car as a whole are improved, the car's ride is improved, that is, the quality of vibration protection and the improvement of comfortable conditions for passengers are improved.
При анализе технического решения на соответствие критерию «новизна» выявлено, что часть признаков заявленной совокупности является новой, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна». При анализе изобретения на соответствие критерию «изобретательский уровень» выявлено, что введение новых отличительных признаков приводит к получению нового технического свойства: получена зависимость коэффициента сопротивления в зависимости от частоты и скорости, в блоке управления вырабатываются сигналы для управления электромагнитами гидродемпферов в соответствии с этой зависимостью, в результате реализуется переменный коэффициент сопротивления демпфирования и осуществляется минимизация вертикальных ускорений кузова в данный момент времени.When analyzing the technical solution for compliance with the criterion of "novelty", it was revealed that part of the features of the claimed combination is new, therefore, the invention meets the criterion of "novelty." When analyzing the invention for compliance with the criterion of "inventive step", it was found that the introduction of new distinctive features leads to a new technical property: the dependence of the resistance coefficient depending on the frequency and speed is obtained, signals are generated in the control unit for controlling the electromagnets of hydraulic dampers in accordance with this dependence as a result, a variable coefficient of damping resistance is realized and the vertical acceleration of the body in this data is minimized th moment in time.
Техническое решение анализируемого объекта обладает новизной и соответствует критерию «изобретательский уровень», поскольку оно представляет собой новую совокупность признаков и нового технического свойства, а также представляет собой новое расположение, количество и связи элементов. Предлагаемое устройство не следует явным образом из уровня техники. Кроме того, посредством предлагаемого технического решения достигнут результат, удовлетворяющий существующим потребностям в создании гидравлических гасителей колебаний с повышенной эффективностью виброзащиты, обеспечивающих комфортные условия проезда пассажиров. Проведенные маркетинговые исследования показали назревшую потребность в таком товаре на рынке.The technical solution of the analyzed object is new and meets the criterion of "inventive step", because it represents a new set of features and a new technical property, and also represents a new location, number and relationship of elements. The proposed device does not follow explicitly from the prior art. In addition, by means of the proposed technical solution, a result was achieved that meets the existing needs for the creation of hydraulic vibration dampers with increased vibration protection efficiency, providing comfortable travel conditions for passengers. Conducted marketing research showed an urgent need for such a product on the market.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлен вариант реализации системы демпфирования вертикальных колебаний кузова железнодорожного пассажирского вагона (рассматривается система демпфирования с четырьмя демпферами).The essence of the proposed invention is illustrated in the drawing, which schematically shows an embodiment of a damping system for vertical vibrations of a railway passenger car body (a damping system with four dampers is considered).
Позициями на чертеже обозначены:The positions in the drawing indicate:
1 - гидравлический демпфер,1 - hydraulic damper,
1.1 - корпус демпфера,1.1 - damper housing,
1.2 - шток-поршень демпфера,1.2 - rod-piston damper,
1.3 - напорная полость демпфера,1.3 - pressure cavity of the damper,
1.4 - безнапорная полость демпфера,1.4 - pressureless cavity of the damper,
1.5, 1.6 - обратные клапаны демпфера,1.5, 1.6 - damper check valves,
1.7 - дроссельное отверстие (дроссель) демпфера,1.7 - throttle hole (throttle) of the damper,
1.8 - шток дросселя.1.8 - throttle rod.
1.9 - электромагнит (ЭМ) привода штока дросселя.1.9 - electromagnet (EM) of the throttle rod drive.
1.10 - индукционная катушка электромагнита,1.10 - induction coil of an electromagnet,
1.11 - возвратная пружина электромагнита,1.11 - return spring of the electromagnet,
2 - датчик частоты (ДЧ) колебаний кузова вагона,2 - frequency sensor (PM) oscillations of the car body,
3 - датчик скорости (ДС) движения вагона,3 - speed sensor (DS) the movement of the car,
4 - источник питания (ИП),4 - power source (IP),
5 - блок управления (БУ).5 - control unit (CU).
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Осуществление предлагаемой системы демпфирования вертикальных колебаний кузова вагона рассматривается на примере ее реализации с четырьмя гидродемпферами (см. чертеж). Предлагаемая система демпфирования содержит установленные под кузовом вертикально гидравлические демпферы 1, каждый из которых имеет размещенный в корпусе 1.1 демпфера шток-поршень 1.2. Корпус 1.1 выполнен с двумя полостями для рабочей жидкости: напорной полостью 1.3 и безнапорной полостью 1.4. Демпфер оборудован двумя обратными клапанами, один из которых 1.5 установлен в поршне, другой 1.6 - в корпусе демпфера. Напорная полость 1.3 сообщается с безнапорной полостью 1.4 через дроссельное отверстие (дроссель) 1.7, которое перекрывается штоком дросселя 1.8. Шток дросселя 1.8 в зоне дроссельного отверстия 1.7 выполнен с кольцевой канавкой и при осевых перемещениях штока изменяет проходное сечение дросселя, а следовательно, и коэффициент сопротивления демпфера. Привод осевых перемещений штока 1.8 осуществляется электромагнитом 1.9 с катушкой 1.10 и сердечником, связанным со штоком 1.8 дросселя. В данной конструкции сердечник электромагнита и шток дросселя 1.8 выполнены за одно целое (шток - сердечник перекрытия дроссельного отверстия демпфера). Указанный шток - сердечник 1.8 подпружинен относительно корпуса электромагнита возвратной пружиной 1.11.Implementation of the proposed system for damping vertical vibrations of a car body is considered as an example of its implementation with four hydraulic dampers (see drawing). The proposed damping system contains vertically mounted hydraulic dampers 1 under the body, each of which has a rod-piston 1.2 located in the damper body 1.1. The housing 1.1 is made with two cavities for the working fluid: pressure cavity 1.3 and gravity cavity 1.4. The damper is equipped with two check valves, one of which 1.5 is installed in the piston, the other 1.6 - in the damper body. Pressure cavity 1.3 communicates with pressureless cavity 1.4 through a throttle aperture (throttle) 1.7, which is blocked by the stem of the throttle 1.8. The throttle rod 1.8 in the area of the throttle hole 1.7 is made with an annular groove and, with axial displacements of the rod, changes the throttle bore and, therefore, the drag coefficient of the damper. The axial displacement of the rod 1.8 is carried out by an electromagnet 1.9 with a coil 1.10 and a core connected to the rod 1.8 of the inductor. In this design, the core of the electromagnet and the stem of the throttle 1.8 are made in one piece (the rod is the core of the overlap of the throttle hole of the damper). The specified rod - core 1.8 is spring loaded relative to the body of the electromagnet return spring 1.11.
Предлагаемая система демпфирования колебаний оснащена датчиками 2 частоты колебаний вагона, установленными в кузове вагона в зоне расположения каждого гидродемпфера, датчиком скорости 3 движения вагона вдоль пути, источником 4 электропитания и блоком управления 5. Каждый из датчиков 2, 3 и источник электропитания 4 присоединены к соответствующим входным клеммам блока управления 5, выходные клеммы которого электрически связаны с катушками электромагнитов 1.9 каждого демпфера.The proposed vibration damping system is equipped with sensors 2 of the car’s oscillation frequency installed in the car body in the area of each hydraulic damper, a speed sensor 3 of the car along the track, power supply 4 and control unit 5. Each of the sensors 2, 3 and power supply 4 are connected to the corresponding the input terminals of the control unit 5, the output terminals of which are electrically connected to the coils of the electromagnets 1.9 of each damper.
Блок управления 5 предназначен для выработки электрических сигналов управления электромагнитом каждого демпфера и автоматической передачи их на электромагниты 1.9 соответствующих демпферов. В блоке управления 5 реализован алгоритм выработки таких сигналов в соответствии с запрограммированной (и заложенной изначально в блоке управления) зависимостью коэффициента сопротивления демпфера от скорости движения вагона (по датчику скорости) и частоты колебаний кузова (по датчикам частоты), обеспечивающей минимизацию вертикальных ускорений кузова в данный момент времени.The control unit 5 is designed to generate electrical control signals by the electromagnet of each damper and automatically transfer them to the electromagnets 1.9 of the corresponding dampers. The control unit 5 implements an algorithm for generating such signals in accordance with the programmed (and originally laid down in the control unit) dependence of the drag coefficient of the damper on the speed of the car (according to the speed sensor) and the body vibration frequency (according to the frequency sensors), which minimizes the vertical acceleration of the body in given point in time.
Запрограммированная зависимость мгновенного значения коэффициента сопротивления каждого демпфера, в общем случае -при наличии в системе демпфирования n гидродемпферов, имеет вид:The programmed dependence of the instantaneous value of the coefficient of resistance of each damper, in the general case, if there are n hydraulic dampers in the damping system, has the form:
при fк<2;when f to <2;
при fк=[2-4];when f to = [2-4];
при fк>4,when f to > 4,
где p=45 при V=[0-140];where p = 45 at V = [0-140];
p=25 при V>220;p = 25 at V> 220;
к - порядковый номер гидравлического демпфера вагона;k - serial number of the hydraulic damper of the car;
βк - мгновенное значение коэффициента сопротивления к-го демпфера в зависимости от частоты колебаний и скорости вагона (кНс/м);β to - the instantaneous value of the coefficient of resistance of the k-th damper depending on the frequency of oscillations and the speed of the car (kNs / m);
р - коэффициент, учитывающий скорость вагона;p - coefficient taking into account the speed of the car;
fк - частота колебаний кузова вагона в зоне установки к-го демпфера (Гц);f to - the oscillation frequency of the car body in the installation zone of the k-th damper (Hz);
V - скорость движения вагона вдоль пути (км/ч).V is the speed of the car along the path (km / h).
Указанная зависимость получена в результате обобщающего многовариантного анализа колебаний кузова вагона при компьютерном моделировании динамики пассажирских вагонов с учетом широкого частотного спектра реальных возмущающих воздействий железнодорожного пути на вагон, а так же в результате ходовых испытаний пассажирских вагонов.The indicated dependence was obtained as a result of a generalized multivariate analysis of wagon body vibrations during computer simulation of the dynamics of passenger cars, taking into account the wide frequency spectrum of the real disturbing effects of the railway track on the car, as well as as a result of sea trials of passenger cars.
Для рассматриваемого примера эта зависимость принимает вид:For the considered example, this dependence takes the form:
βк=p при fк<2;β k = p for f k <2;
при fк=[2-4];when f to = [2-4];
βк=10 при fк>4,β k = 10 for f k > 4,
где p=45 при V=[0-140];where p = 45 at V = [0-140];
p=25 при V>220.p = 25 for V> 220.
Предлагаемая система демпфирования вертикальных колебаний кузова пассажирского вагона работает следующим образом.The proposed system for damping vertical vibrations of a passenger car body works as follows.
Возникающие при движении вагона по неровностям железнодорожного пути колебания кузова вагона вызывают в каждом гидравлическом демпфере 1 перемещение штока-поршня 1.2 относительно корпуса 1.1. При циклическом движении штока-поршня 1.2 вверх-вниз и соответствующем функционировании обратных клапанов 1.5 и 1.6 гидродемпферы работают как поршневые насосы, перекачивая рабочую жидкость из безнапорной полости 1.4 в напорную полость 1.3, и через дроссельное отверстие 1.7 выдавливают жидкость в безнапорную полость 1.4. При этом установленные над каждым демпфером в зоне расположения каждого демпфера датчики 2 частот колебаний кузова вагона (ДЧ-1, ДЧ-2, ДЧ-3, ДЧ-4) подают сигналы на соответствующие входы блока управления 5. На вход блока 5 подается также напряжение от источника питания 4 и сигналы от датчика 3 скорости движения вагона. При низких скоростях движения (от 0 до 140 км/ч) и низких частотах колебаний кузова в зонах установки датчиков 2 (до 2 Гц) в соответствии с системой уравнений (1) блок управления 5 через выходные контакты подает сигналы (например, в виде соответствующих напряжений или токов) на электромагнитные катушки 1.10, соответствующие такому положению сердечника-штока 1.8, находящегося под воздействием втягивающей силы магнитного поля этой катушки и пружины 1.11, при котором он перекрывает проходное сечение дроссельного отверстия 1.7, обеспечивая коэффициент сопротивления демпфера, равный его максимальному значению β=45 кНс/м, оптимальному для гашения колебании в зоне основного резонанса.The vibrations of the car body that occur when the car moves along the irregularities of the railway track cause the movement of the piston rod 1.2 in relation to the housing 1.1 in each hydraulic damper 1. With the cyclic movement of the piston rod 1.2 up and down and the corresponding functioning of the check valves 1.5 and 1.6, the hydraulic dampers work as piston pumps, pumping the working fluid from the pressureless cavity 1.4 to the pressure cavity 1.3, and through the throttle hole 1.7 squeeze the liquid into the pressureless cavity 1.4. At the same time, sensors 2 of vibration frequencies of the car body (DCH-1, DCH-2, DCH-3, DCH-4) installed above each damper in the area of each damper's location supply signals to the corresponding inputs of control unit 5. Voltage is also applied to the input of block 5 from the power source 4 and signals from the sensor 3 speed of the car. At low speeds (from 0 to 140 km / h) and low body vibration frequencies in the sensor installation zones 2 (up to 2 Hz), in accordance with the system of equations (1), the control unit 5 sends signals through the output contacts (for example, in the form of voltage or currents) to the electromagnetic coils 1.10, corresponding to such a position of the core-rod 1.8, which is under the influence of the magnetic field pulling force of this coil and spring 1.11, at which it overlaps the passage section of the throttle hole 1.7, providing a coefficient of resistance of the damper, equal to its maximum value β = 45 kNs / m, which is optimal for damping oscillations in the main resonance zone.
С увеличением скорости движения вагона (более 140 км/ч) или при увеличении частоты колебаний (более 2 Гц) блок управления работает по другим функциональным зависимостям системы уравнений (1), а именно:With an increase in the speed of the car (more than 140 km / h) or with an increase in the oscillation frequency (more than 2 Hz), the control unit operates according to other functional dependencies of the system of equations (1), namely:
при fк=[2-4],when f to = [2-4],
где 
В этом режиме (при увеличении скорости до 220 км/ч и частоты колебаний до 4 Гц) коэффициенты сопротивления демпферов плавно уменьшаются, и при частотах колебаний более 4 Гц обеспечивается постоянное минимальное его значение, равное 10 кНс/м. При этом устраняется указанный ранее существенный недостаток систем демпфирования колебаний вагонов с демпферами, имеющими постоянные значения коэффициентов сопротивления, настроенными на гашение основного резонанса колебаний (при низкой скорости вагона и низких частотах колебаний кузова). В известной системе, как это отмечалось ранее, при высоких скоростях движения вагонов и высоких частотах колебаний кузова рабочая жидкость демпферов не успевает перетекать через узкий дроссель, и демпферы уподобляются жестким твердым телам, увеличивая динамический коэффициент передачи воздействия неровностей пути на кузов. В предлагаемой системе демпфирования этот недостаток устраняется за счет того, что коэффициенты сопротивления автоматически подстраиваются под скоростной режим движения и частоты колебаний кузова, уменьшая при этом вертикальные ускорения кузова, динамическое воздействие пути на вагон, что обеспечивает повышение плавности хода и долговечность вагона. Благодаря введенным существенным отличительным признакам изобретения в предлагаемой системе демпферы имеют независимые друг от друга цепи управления. Они реагируют на общую для них скорость движения вагона и разную для каждого демпфера частоту колебаний кузова. Поэтому система реагирует не только на повышение скорости движения вагона и частот колебаний кузова или на их снижение, но и на различные комбинации этих параметров, например на повышение частот колебаний в зоне низких скоростей движения вагона или на снижение частот в зоне высоких скоростей движения. Таким образом, система в целом гасит резонансные явления не только в зоне основного резонанса (на низкой частоте), но и в зарезонансных зонах, возникающих при высоких скоростях движения вагона и высоких частотах колебаний кузова, которые могут возникать во всем эксплуатационном диапазоне изменения скорости вагонов, а так же на железнодорожных путях с разным качеством железнодорожного полотна.In this mode (with increasing speeds up to 220 km / h and vibration frequencies up to 4 Hz), the drag coefficients of the dampers smoothly decrease, and at vibration frequencies more than 4 Hz a constant minimum value of 10 kNs / m is provided. This eliminates the previously mentioned significant drawback of vibration damping systems for cars with dampers having constant values of drag coefficients tuned to damp the main resonance of vibrations (at a low car speed and low body vibration frequencies). In the known system, as noted earlier, at high speeds of wagons and high vibration frequencies of the body, the working fluid of the dampers does not have time to flow through the narrow throttle, and the dampers are likened to rigid solids, increasing the dynamic coefficient of transmission of irregularities of the path to the body. In the proposed damping system, this drawback is eliminated due to the fact that the drag coefficients automatically adjust to the high-speed mode of movement and the body oscillation frequency, while reducing the vertical acceleration of the body, the dynamic effect of the path on the car, which ensures an increase in ride smoothness and durability of the car. Due to the introduced significant distinguishing features of the invention in the proposed system, the dampers have independent control circuits. They respond to a common car speed and a different body vibration frequency for each damper. Therefore, the system responds not only to an increase in the speed of the car and the oscillation frequencies of the body or to their reduction, but also to various combinations of these parameters, for example, to increase the frequencies of oscillations in the zone of low speeds of the car or to decrease the frequencies in the zone of high speeds. Thus, the system as a whole damps the resonance phenomena not only in the main resonance zone (at a low frequency), but also in the resonance zones that occur at high speeds of the car and high frequencies of body vibrations that can occur in the entire operational range of changes in the speed of cars, as well as on railway tracks with different quality of railway tracks.
Эффективность предлагаемой системы демпфирования подтверждается результатами компьютерного моделирования динамики вагонов при различных режимах движения и ходовыми испытаниями пассажирских вагонов.The effectiveness of the proposed damping system is confirmed by the results of computer simulation of the dynamics of cars under various driving conditions and sea trials of passenger cars.
Как видно из примера осуществления, предложенное техническое решение может быть осуществлено с помощью доступных средств и методов и позволяет получить новый технический результат. Изобретение может быть тиражировано и, следовательно, соответствует критерию «промышленная применимость».As can be seen from the example implementation, the proposed technical solution can be implemented using available tools and methods and allows you to get a new technical result. The invention can be duplicated and, therefore, meets the criterion of "industrial applicability".
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Предложенная система демпфирования изготовлена и испытана. Результаты испытаний показали, что она улучшает плавность хода пассажирских вагонов на 7-10%. В настоящее время ведется подготовка производства для изготовления партии опытных вагонов.The proposed damping system is manufactured and tested. The test results showed that it improves the smoothness of passenger cars by 7-10%. Currently, preparations are underway for the production of a batch of experimental cars.
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство СССР №495467, кл. F16F 9/06, 1973.1. USSR author's certificate No. 495467, cl. F16F 9/06, 1973.
2. Заявка РФ №2006124009, кл. F16F 9/06, 2006.2. RF application No. 2006124009, cl. F16F 9/06, 2006.
3. Авторское свидетельство СССР №1753091, кл. F16F 6/00, 1992.3. Copyright certificate of the USSR No. 1753091, cl. F16F 6/00, 1992.
4. Патент РФ №2150621.4. RF patent No. 2150621.
5. Патент РФ №2249734, кл. F16F 5/00, 2004 г.5. RF patent №2249734, cl. F16F 5/00, 2004
6. Авторское свидетельство СССР №1084508, 1983.6. Copyright certificate of the USSR No. 1084508, 1983.
7. Патент РФ №2324088.7. RF patent No. 2324088.
8. Патент РФ №2324089.8. RF patent No. 2324089.
9. Патент РФ №2268419.9. RF patent No. 2268419.
10. Патент РФ №2215232.10. RF patent No. 2215232.
11. Патент США №3731709.11. US patent No. 3731709.
12. Патент РФ №2313716, кл. F16К 31/08, 2007 г.12. RF patent No. 2313716, cl. F16K 31/08, 2007
13. Патент РФ №2307279, кл. F16К 31/08, 2007 г.13. RF patent №2307279, cl. F16K 31/08, 2007
14. Патент DE №10009835, кл. F16К 31/08, F16Н 01, 2007 г.14. DE patent No. 10009835, cl. F16K 31/08, F16H 01, 2007
15. Авторское свидетельство СССР №362958, кл. В61F 5/10, 1972 г.15. USSR author's certificate No. 362958, cl. B61F 5/10, 1972
16. Авторское свидетельство СССР №1006819, кл. F16F 5/00, 1983 г.16. USSR copyright certificate No. 1006819, cl. F16F 5/00, 1983
17. Авторское свидетельство СССР №1044859 - [17].17. USSR copyright certificate No. 1044859 - [17].
18. Авторское свидетельство СССР №1325225, кл. F16F 5/00, 1987 г.18. Copyright certificate of the USSR No. 1322525, cl. F16F 5/00, 1987
19. Гаситель колебаний пассажирских вагонов КВЗ-ЛИИЖТ, 2004.19. Vibration damper for passenger cars KVZ-LIIZHT, 2004.
20. Гаситель колебаний пассажирских вагонов 4065.33.000 РЭ, ТВЗ, 2003.20. The vibration damper of passenger cars 4065.33.000 RE, TVZ, 2003.
21. Патент РФ №2020310 кл. F16F 5/00, 1994 г.21. RF patent No. 2020310 class. F16F 5/00, 1994
22. Патент РФ №2145010 кл. F16F 5/00, 2000 г.22. Patent of the Russian Federation No. 2145010 class. F16F 5/00, 2000
23. Патент РФ №2230241, 2006 г.23. RF patent No. 2230241, 2006.
24. Патент РФ №2145010, кл. F16F 5/00, 2000 г.24. RF patent No. 2145010, cl. F16F 5/00, 2000
25. Соколов М.М., Варава В.Н., Левит Г.М. Гасители колебаний подвижного состава. М.: «Транспорт», 1985 г., стр.17, рис.2.1.25. Sokolov M.M., Varava V.N., Levit G.M. Vibration dampers of rolling stock. M .: "Transport", 1985, p. 17, Fig. 2.1.
26. Демпфер подвески транспортного средства. Патент РФ №2235233, F16F 5/00, 9/18, 9/34, 9/36, 2004 г. Прототип.26. Damper of a suspension bracket of the vehicle. RF patent No. 2235233, F16F 5/00, 9/18, 9/34, 9/36, 2004. Prototype.
Claims (2)
где p=45 при V=[0-140],
р=25 при V>220;
к - порядковый номер гидравлического демпфера вагона;
βк - мгновенное значение коэффициента сопротивления к - того демпфера в зависимости от частоты колебаний и скорости вагона (кНс/м);
p - коэффициент, учитывающий скорость вагона;
fк - частота колебаний кузова вагона в зоне установки к - того демпфера (Гц);
V - скорость движения вагона вдоль пути (км/ч). 2. The damping system of the vibrations of the body of a railway passenger carriage according to claim 1, characterized in that the control unit implements an algorithm for its operation in accordance with the programmed dependence of the instantaneous value of the drag coefficient of each of the dampers, which has the form:
where p = 45 when V = [0-140],
p = 25 at V>220;
k - serial number of the hydraulic damper of the car;
β k - instantaneous value of the coefficient of resistance of k - that damper depending on the oscillation frequency and the speed of the car (kNs / m);
p - coefficient taking into account the speed of the car;
f to - the oscillation frequency of the car body in the installation area to - that damper (Hz);
V is the speed of the car along the path (km / h).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008127238/11A RU2386063C1 (en) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | Damping system of vertical vibrations of railway passenger car body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008127238/11A RU2386063C1 (en) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | Damping system of vertical vibrations of railway passenger car body |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008127238A RU2008127238A (en) | 2010-01-20 |
| RU2386063C1 true RU2386063C1 (en) | 2010-04-10 |
Family
ID=42120054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008127238/11A RU2386063C1 (en) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | Damping system of vertical vibrations of railway passenger car body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2386063C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469225C1 (en) * | 2011-07-13 | 2012-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Automotive suspension adaptive damper |
| RU2469224C1 (en) * | 2011-06-10 | 2012-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Automotive suspension adaptive damper |
| RU2470201C1 (en) * | 2011-05-23 | 2012-12-20 | Закрытое акционерное общество Научная организация "Тверской институт вагоностроения" (ЗАО НО ТИВ") | System for damping vertical vibrations of railway passenger car body |
| RU2474739C1 (en) * | 2011-10-19 | 2013-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ) | Adaptive shock absorber of suspension of transport vehicle |
| RU2479766C1 (en) * | 2011-09-12 | 2013-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ) | Adaptive shock absorber of suspension of transport vehicle |
| RU2500936C1 (en) * | 2012-07-20 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Adaptive shock absorber |
-
2008
- 2008-07-07 RU RU2008127238/11A patent/RU2386063C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2470201C1 (en) * | 2011-05-23 | 2012-12-20 | Закрытое акционерное общество Научная организация "Тверской институт вагоностроения" (ЗАО НО ТИВ") | System for damping vertical vibrations of railway passenger car body |
| RU2469224C1 (en) * | 2011-06-10 | 2012-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Automotive suspension adaptive damper |
| RU2469225C1 (en) * | 2011-07-13 | 2012-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Automotive suspension adaptive damper |
| RU2479766C1 (en) * | 2011-09-12 | 2013-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ) | Adaptive shock absorber of suspension of transport vehicle |
| RU2474739C1 (en) * | 2011-10-19 | 2013-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ) | Adaptive shock absorber of suspension of transport vehicle |
| RU2500936C1 (en) * | 2012-07-20 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Adaptive shock absorber |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008127238A (en) | 2010-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2386063C1 (en) | Damping system of vertical vibrations of railway passenger car body | |
| CN102644693B (en) | Adjustment method for dynamic stiffness of rubber joint with liquid damping, and rubber joint | |
| KR101411230B1 (en) | System and method for reducing lateral movement of car in elevator system | |
| EP3393850B1 (en) | Improved seat-damping devices, systems, and methods | |
| EP2732181B1 (en) | A magnetorheological fluid-based mount apparatus including rate dip track passage | |
| CN108518445B (en) | Electromagnetic shock absorber for vehicle and automobile with adjustable shock absorbing damping | |
| JP2013189088A (en) | Damping device for railroad vehicle | |
| EP2796745B1 (en) | Hydraulic shock absorber | |
| CN104315072A (en) | Novel damper with adjustable stiffness and damping for high speed train | |
| CN102364154B (en) | Passive damping adjustable magneto-rheological fluid shock absorber | |
| CN107269757A (en) | A kind of MR fluid shock absorber of Direct Action Type rigidity controllable | |
| CN105221634B (en) | Damper piston structure based on adaptive damping choke valve | |
| RU77655U1 (en) | VERTICAL DAMAGE SYSTEM OF THE BODY OF A RAILWAY PASSENGER CAR | |
| KR20170129462A (en) | Wheel suspension system capable of energy regeneration and suspension control | |
| US20140027217A1 (en) | Energy harvesting shock absorber and method for controlling same | |
| CN113898693B (en) | Vibration damping actuator | |
| CN114871839B (en) | Magnetorheological fluid shear type damping vibration attenuation boring bar and control method thereof | |
| RU2470201C1 (en) | System for damping vertical vibrations of railway passenger car body | |
| CN100392282C (en) | Damping force adjustable vibration damper | |
| JP3751257B2 (en) | Railway vehicle | |
| Monge et al. | Design of semi-active roller guides for high speed elevators | |
| CN112178108A (en) | Controllable hydraulic damper based on magnetorheological rubber | |
| KR101722493B1 (en) | Damper for generating variable damping force using variable resistor, and vibration system having the same | |
| Eligar et al. | A survey on passive, active and semiactive automotive suspension systems and analyzing tradeoffs in design of suspension systems | |
| RU124753U1 (en) | MOBILE DAMPING SYSTEM |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200708 |