УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ. КОЛЬЦЕВЫЕ, ТАРЕЛЬЧАТЫЕ, РЕЗИНОВЫЕ, ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ РЕССОРЫ

Кольцевые рессоры

Кольцевые рессоры представляют собой жёсткий упругий элемент, способный воспринимать достаточно высокие нагрузки при незначительных деформациях. В связи с этим кольцевые рессоры находят своё применение в поглощающих аппаратах автосцепных устройств.
Кольцевая рессора (рис.а) состоит из набора термически обработанных колец 1 и 2, соприкасающихся коническими поверхностями. Под действием нагрузки, несмотря на значительные силы трения на конусных поверхностях колец, препятствующие их относительному скольжению, они вдвигаются одно в другое. Кольца, передавая усилия своими коническими поверхностями, деформируются: внешние подвергаются упругому растяжению, а внутренние – упругому сжатию. В результате общая высота рессоры уменьшается. Так как угол конусности больше угла трения, после снятия нагрузки рессора восстанавливает свои прежние размеры за счёт сил упругости. Взаимное перемещение колец обычно незначительно (1,5–4,5 мм), вследствие чего для получения достаточного прогиба необходимо иметь большое количество колец.

Кольцевая рессора: а – рессора; б – силовая
характеристика; 1 – внутреннее кольцо; 2 – наружное кольцо

Величина работы сил трения между кольцами (рис. б), совершаемая при загружении рессоры, зависит от точности их изготовления и наличия смазки. Смазка применяется для обеспечения стабильного трения при отсутствии заклинивания.

Тарельчатые рессоры

Подобно кольцевым рессорам высокой жёсткостью при малых габаритах обладают тарельчатые рессоры (рис. а, б). Сопротивление деформации у них складывается из упругих сил и сил трения между тарелками.
Как видно из рисунка, тарельчатые рессоры состоят из упругих элементов, имеющих вид усечённого конуса с углом подъёма и внутренней высотой, соединённых попарно (рис. а) в секции так, чтобы они соприкасались точно по периметру (внутренняя и наружная кромки совпадают). Возможен и другой вариант сборки рессоры (рис. б), когда тарелки рессоры накладываются одна на другую. В результате действия силы стенки тарелок изгибаются, и угол подъёма уменьшается.
При наличии определённого числа секций можно получить необходимую величину осевой деформации (прогиб) тарельчатой рессоры. Секции тарельчатых рессор собираются обычно на центрирующих оправах или гильзах. Между тарелками иногда устанавливают шайбы (применительно к сборке по варианту рис. 9, а), которые способствуют увеличению жёсткости за счёт сил трения, развиваемых при скольжении кромок тарелок по шайбам.

Рис. 9. Тарельчатая рессора: а, б – варианты сборки рессоры

Тарелки изготовляют методом холодной или горячей штамповки из листовой кремнистой стали толщиной 0,5–10 мм с последующей термической обработкой (закалка и отпуск).
Силовая характеристика тарельчатых рессор имеет такой же вид, как и для кольцевых рессор (рис.б).

Торсионные рессоры

Торсионные рессоры представляют собой прямой стержень (торсион) 1, один конец которого укреплён на втулке 2, установленной, например, на раме тележки, а другой жёстко связан с рычагом 4, который соединяется с обрессоренной частью, например, с надрессорной балкой. Возможно соединение через торсион буксы, с рамой тележки. Второй опорой стержня 2 служит подшипник 3, также укреплённый на раме тележки. Стержень к втулке и рычагу крепится с помощью шлицевых соединений. Так как один конец вала жёстко закреплён на раме, то нагрузка, передаваемая на рычаг от надрессорной балки или буксы подвергает вал скручиванию. Вследствие деформации вала вертикальные перемещени надрессорной балки или буксы относительно рамы тележки совершаются упруго.
Торсионы изготовляются из специальной хромоникельмолибденовой стали и подвергаются тщательной термической обработке.
Следует отметить, что в отличие от витых пружин торсион испытывает деформацию чистого кручения, поэтому материал торсиона используется лучше, чем у пружины. По сравнению с винтовой пружиной из круглого прутка масса эквивалентного торсиона существенно меньше. Однако стоимость изготовления торсиона и устройств для его крепления выше, чем у пружины. Торсионные рессоры применяются в некоторых тележках заграничных вагонов.

Рис. 10. Торсионная рессора: 1 – торсион; 2 – втулка; 3 – подшипник; 4 – рычаг;
L – длина торсиона; а – плечо рычага; f – линейное перемещение
конца рычага; Р – нагрузка на торсион

Резиновые рессоры

Вследствие высокой удельной энергоёмкости и значительного внутреннего трения резины, во многих случаях целесообразно использовать её в рессорном подвешивании. В вагонах используют резиновые рессоры с различными видами деформации: сжатия (рис. а), сдвига (рис. б), а также сложного сопротивления (рис.в), когда действующая сила вызывает одновременно деформации сжатия и сдвига.
Резиновые рессоры изготовляют с металлическими армировочными пластинами 1 (рис. а), которые прочно скрепляют с резиной 2 (рис.а) вулканизацией или склеиванием.
На рис. а представлена резиновая рессора сжатия. Такие рессоры используются в тележках вагонов в виде прокладок в буксовом подвешивании и скользунах для гашения высокочастотных колебаний и уменьшения шума, в поглощающих аппаратах пассажирских вагонов.

Резиновые рессоры и их силовые характеристики: а – рессора,
работающая на сжатие; б – работающая на сдвиг; в – работающая на сжатие и сдвиг;
г, д – силовые характеристики; 1 – армировочная пластина; 2 – резиновый элемент

Применение резиновых рессор позволяет существенно снизить уровень динамических нагрузок необрессоренных масс ходовых частей.
Резиновая рессора при малых деформациях (до 20 % при сжатии и до 35 % при сдвиге) имеет линейную силовую характеристику (рис. г, д), которая при больших прогибах становится нелинейной. Вследствие сил внутреннего трения резиновой рессоры жёсткость её при нагружении и разгрузке неодинакова. Поэтому диаграмма работы такой рессоры (рис. д) представляет замкнутую кривую, верхняя часть которой показывает зависимость между нагрузкой и прогибом рессоры при её нагружении, а нижняя часть – при разгрузке.
Резиновые рессоры, работающие на сдвиг (рис. б) также имеют нелинейную характеристику жёсткости, которая с увеличением деформации уменьшается.
Резиновая рессора (рис.в), воспринимающая одновременно нормальные и касательные силы, имеет вертикальную деформацию, равную геометрической сумме деформаций сжатия и сдвига.

Пневматические рессоры

Одним из современных направлений в улучшении динамических и ходовых качеств подвижного состава является применение пневматических рессор. Такими рессорами оборудованы, например, тележки ТСК-1 высокоскоростных пассажирских вагонов РТ-200. Эти рессоры способны поддерживать положение кузова на одном уровне относительно головок рельсов независимо от величины нагрузки, что достигается за счёт изменения движения воздуха в рессоре. Кроме того, они имеют высокую выносливость, малую массу и обладают вибро- и шумогасящими свойствами. Недостаток пневмоподвешивания – сложность конструкции, так как его работа требует наличия источника питания рессор воздухом, системы трубопроводов и арматуры.
В рессорном подвешивании вагонов применяются пневматические рессоры баллонного (рис. а), диафрагменного (рис. б) и смешанного (рис. в) типов.

Пневматические рессоры: а – баллонного типа; б – диафрагменного типа; в – смешанного типа;
1 – резинокордная оболочка; 2, 3 – нижняя и верхняя опоры; 4 – узлы соединения с опорами; 5 – патрубок;
6 – кольцо; 7 – корпус; 8 – диафрагма; 9 – рессора; 10 – опора; 11 – трубопровод; 12 – соединительный узел;
13 – надрессорная балка; I – диафрагменная часть; II – баллонная часть

Пневморессора баллонного типа (рис. а) состоит из резинокордовой оболочки 1, нижней 2 и верхней 3 опор, опоясывающего кольца 6, узлов соединения 4 баллонов с верхней и нижней опорами. В верхней опоре имеется патрубок 5 для подвода сжатого воздуха.
На рис. б показана пневморессора диафрагменного типа, которая состоит из металлического корпуса 7, диафрагмы 8, резиновой рессоры сжатия 9, опоры 10, трубопровода подачи сжатого воздуха 11, узлов соединения диафрагмы с корпусом 12. На диафрагму 8 опирается надрессорная балка 13   тележки. В случае отказа системы подачи сжатого воздуха надрессорная балка 13 будет опираться на опору 10 через резиновую рессору 9, что предотвращает разрушение диафрагмы 8. Пневморессоры диафрагменного типа получили наибольшее распространение, так как они имеют регулируемые параметры вертикальной и горизонтальной жёсткости.
Пневморессоры смешанного типа (рис. в) имеют диафрагменную часть I и баллонную часть II.
Система пневматического подвешивания вагона (рис.ниже) обычно состоит из пневморессоры 3 с дополнительным резервуаром 1, который снабжён дросселем (калиброванным отверстием) 2, регулятора положения кузова 4, трубопровода 5, главного резервуара 6 и компрессора 7.

Пневматическое подвешивание вагона:
а – общая схема; б – положение золотника при повышении нагрузки; в – положение золотника при уменьшении нагрузки;  1 – дополнительный резервуар; 2 – дроссель; 3 – пневморессора; 4 – регулятор положения кузова; 5 – трубопровод; 6 – главный резервуар; 7 – компрессор; а – канал к пневморессоре; б – канал в золотнике; в – выемка в золотнике

При увеличении нагрузки  происходит сжатие пневморессоры 3. При этом отверстие в золотнике регулятора положения кузова соединяется с каналом и сжатый воздух из главного резервуара 6 поступает в пневморессору. Кузов вагона приподнимается пневморессорой на прежнюю высоту. При уменьшении нагрузки кузов вагона поднимается вверх, при этом выточка в золотнике регулятора положения кузова соединяет пневморессору с атмосферой. Давление в пневморессоре уменьшается и кузов опускается на заданную высоту, при которой все отверстия в золотнике перекрываются (положение «перекрыша»). Таким образом, происходит автоматическое регулирование давления воздуха в пневморессоре  и поддержание кузова вагона на определённой высоте при изменении его загрузки.
В пневматическом рессорном подвешивании с регулированием давления статический прогиб – понятие условное, так как высота пневморессор, благодаря работе регулятора положения кузова, остаётся неизменной, независимо от нагрузки. Поэтому в качестве этого параметра для пневматического подвешивания и упругих пневмоэлементов используется так называемый эквивалентный статический прогиб, определяемый как отношение номинальной грузоподъёмности к его номинальной жёсткости.
Для рассмотренных конструкций пневморессор характерно наличие диссипации энергии колебательного процесса при вертикальных деформациях. При колебаниях кузова вагона, во время движения по неровностям пути золотник регулятора находится в положении «перекрыша», так как перемещения кузова незначительны. Однако внутренний объём пневморессоры будет меняться. Так, например, при сжатии воздух из рессоры 3 перетекает в дополнительный резервуар 1 через дроссельное отверстие 2 и наоборот. Это обеспечивает некоторое рассеивание кинетической энергии, аналогичное гидравлическому гасителю колебаний.

В начало страницы
Назад <<< >>> Вперед