Устройство и способ демпфирования колебаний кузова и рам тележек железнодорожного подвижного состава Российский патент 2023 года по МПК B61F5/12 B61F5/16 B61F5/22 B61F5/30 

Изобретение относится к устройствам и способам демпфирования (гашения) колебаний кузова и рам тележек железнодорожного подвижного состава в процессе движения.

Известен способ демпфирования кузова тепловоза, в котором во второй ступени рессорного подвешивания между кузовом и рамой тележки железнодорожного подвижного состава параллельно пружинам устанавливают гидравлические гасители колебаний (гидродемпферы), для обеспечения необходимой плавности хода и снижения воздействия тепловоза на путь в вертикальном направлении.

Гидравлический гаситель колебаний представляет собой жидкостный поршневой телескопический демпфер двустороннего действия, развивает усилия сопротивления на ходе сжатия и растяжения. Гаситель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень с клапаном. В нижнюю часть цилиндра запрессован второй клапан.

Принцип работы гасителя заключается в последовательном перемещении жидкости поршнем через клапаны одностороннего действия. При прохождении рабочей жидкости, например, масла приборного, через щели клапанов возникает сопротивление колебательным движениям экипажа тепловоза за счет вязкого трения. Клапаны имеют шариковые предохранительные устройства, которые открываются при превышении давления рабочей жидкости свыше 4,5 МПа (45 кгс/см2). (Тепловоз ТЭМ7/А.В. Балашов, И.И. Зеленов, Ю.М. Козлов и др.; Под ред. Г.С. Меликджанова. - М.: Транспорт, 1989.-295 с.: ил., табл.- Библиогр.: с. 294).

Недостатком указанного способа демпфирования является низкая надежность конструкции гидродемпфера, требующая частого обслуживания из-за нарушения герметичности уплотнений, отсутствие возможности управления демпфированием кузова относительно рам тележек, и преобразования колебательного движения подвижного состава в электрическую энергию с целью ее аккумуляции для нужд подвижного состава.

Известен способ демпфирования кузова тепловоза, в котором в первой ступени рессорного подвешивания между рамой тележки и буксовыми узлами, параллельно цилиндрическим пружинам располагаются гидродемпферы (Нотик З.Х. Тепловозы ЧМЭ3, ЧМЭ3Т: Пособие машинисту.- М.: Транспорт, 1990. 381 с.: ил., табл.).

Недостатком указанного способа демпфирования является низкая надежность конструкции гидродемпфера, требующая частого обслуживания из-за нарушения герметичности уплотнений, отсутствие возможности управления демпфированием кузова относительно буксовых узлов, а также отсутствие возможности преобразования колебательного движения подвижного состава в электрическую энергию с целью ее аккумуляции для нужд подвижного состава.

Известен способ и устройство для осуществления демпфирования кузова вагонов метрополитена серии 81-765 (81-766, 81-767), в котором во второй ступени рессорного подвешивания между кузовом и рамой тележки вместо пружин и гидродемпферов осуществляют подвешивание пневматическое, посредством которого осуществляется опора кузова на тележку и снижение динамических усилий и ударных нагрузок от рамы тележки к кузову, возникающих при движении вагона.

Пневматическое подвешивание осуществляется с помощью пневморессор, установленных на центральной балке рамы тележки. Основным элементом пневморессоры является резинокордовая оболочка (баллон) диафрагменного типа, заполняемая воздухом из напорной магистрали пневмосистемы вагона. Оболочки пневморессор вагона соединяют между собой перепускным быстродействующим клапаном.

Каждая пневморессора управляется регулятором положения кузова, который в зависимости от загрузки вагона автоматически изменяет давление в оболочке пневморессоры, поддерживая установленное расстояние между рамой кузова и тележки с определенной степенью точности (http://metrotest.moscow/wpcontent/uploads/2021/02/Пневматическое-оборудование-81-765765Москва.pdf).

Недостатком указанного устройства демпфирования является сложность конструкции пневморессоры и системы ее управления, а также отсутствие возможности преобразования колебательного движения в электрическую энергию с целью ее аккумуляции и применения для нужд подвижного состава.

Известна система подрессоривания транспортного средства на основе амортизатора с рекуперативным эффектом, принятая за прототип, которое состоит из комплекта амортизаторов с рекуперативным эффектом, повышающих силовых преобразователей и блока управления подзарядом накопителя энергии в виде аккумуляторной батареи. В составе амортизатора имеется синхронная электрическая машина с возбуждением от постоянных магнитов и преобразующий механизм в виде шарико-винтовой передачи. (Климов А.В., Карелина М.Ю. Моделирование системы подрессоривания транспортного средства на основе амортизатора с рекуперативным эффектом//Вестник ФГОУ ВПО «МГАУ имени В.П. Горячкина». 2019. №2 (90) С. 8-14.)

Недостатком данной системы является отсутствие возможности управления силой сопротивления амортизатора в зависимости от амплитуды колебания транспортного средства, а также наличие в конструкции амортизатора механических пар трения, которые подвержены механическому износу, что снижает долговечность работы амортизатора.

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание устройства и способа демпфирования колебаний кузова и рам тележек железнодорожного подвижного состава, повышающих эффективность гашения колебаний кузова и рам тележек и обеспечивающих возможность использования энергии колебаний для выработки электрической энергии на собственные нужды железнодорожного подвижного состава.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве демпфирования колебаний кузова и рам тележек железнодорожного подвижного состава, включающем микропроцессорную систему управления, расположенную на кузове, двухступенчатое рессорное подвешивание с упругими механическими элементами для регулирования колебаний кузова и рам тележек и смягчения ударных нагрузок, параллельно упругим механическим элементам установлены магнитоэлектрические гасители колебаний с рекуперацией электрической энергии, вырабатываемой от поперечных и продольных колебаний кузова и рам тележек железнодорожного подвижного состава, изолированные диэлектрическими проставками от рам тележек и буксовых узлов железнодорожного подвижного состава, с возможностью передачи электрической энергии через преобразователи напряжения в накопители электрической энергии, установленные на кузове железнодорожного подвижного состава, на каждом буксовом узле и в непосредственной близости от шкворневого узла на каждой раме тележки размещены акселерометры для фиксации величин поперечных и продольных амплитуд колебаний кузова и рамы тележки железнодорожного подвижного состава и передачи на микропроцессорную систему управления для обработки и направления сигнала через накопители электрической энергии на магнитоэлектрические гасители колебаний для снижения механического сопротивления магнитоэлектрических гасителей колебаний.

Также технический результат достигается тем, что в способе демпфирования колебаний кузова и рам тележек железнодорожного подвижного состава, заключающемся в гашении механических колебаний двухступенчатого рессорного подвешивания кузова и рам тележек, на железнодорожном подвижном составе устанавливают устройство демпфирования колебаний кузова и рам тележек железнодорожного подвижного состава, посредством которого аккумулируют электрический ток в накопителях электрической энергии указанного устройства, фиксируют при движении транспортного средства показания акселерометров, установленных на каждом буксовом узле и в непосредственной близости от шкворневого узла на каждой раме тележки железнодорожного подвижного состава, обрабатывают полученные данные в микропроцессорной системе управления и направляют команду через преобразователи напряжения и накопители электрической энергии на магнитоэлектрические гасители колебаний для снижения механического сопротивления магнитоэлектрических гасителей колебаний, а накопленную электрическую энергию используют для нужд пассивного потребителя.

На фиг. 1 схематически изображено устройство демпфирования колебаний кузова и рам тележек железнодорожного подвижного состава.

На фиг. 2 изображена электронная схема управления демпфированием колебаний кузова и тележки подвижного состава.

Устройство демпфирования колебаний кузова и рам тележек железнодорожного подвижного состава включает микропроцессорную систему управления 1, расположенную на кузове 2, двухступенчатое рессорное подвешивание 3 с упругими механическими элементами 4 для регулирования колебаний кузова 2 и рам 5 тележек и смягчения ударных нагрузок. Параллельно упругим механическим элементам 4 двухступенчатого рессорного подвешивания 3 установлены магнитоэлектрические гасители 6 колебаний с рекуперацией электрической энергии, вырабатываемой от поперечных и продольных колебаний кузова 2 и рам 5 тележек железнодорожного подвижного состава. Магнитоэлектрические гасители 6 колебаний изолированы диэлектрическими проставками 7 от рам 5 тележек и буксовых узлов 8 колесных пар 9 железнодорожного подвижного состава и выполнены с возможностью передачи электрической энергии через преобразователи 10 напряжения в накопители 11 электрической энергии, установленные на кузове 2 железнодорожного подвижного состава. На каждом буксовом узле 8 и в непосредственной близости от шкворневого узла 12 на каждой раме 5 тележки размещены акселерометры 13 для фиксации величин поперечных и продольных амплитуд колебаний кузова 2 и рамы 5 тележки железнодорожного подвижного состава и их передачи на микропроцессорную систему управления 1 для обработки и направления сигнала через накопители 11 электрической энергии на магнитоэлектрические гасители 6 колебаний для снижения механического сопротивления магнитоэлектрических гасителей 6 колебаний.

Изобретение реализуется следующим образом. Первая ступень рессорного подвешивания расположена между буксовыми узлами 8 колесных пар 9 и рамами 5 тележек и состоит из упругих механических элементов 4 и магнитоэлектрических гасителей 6 колебаний. Вторая ступень рессорного подвешивания расположена между кузовом 2 и рамами 5 тележек и состоит также из упругих механических элементов 4 и магнитоэлектрических гасителей 6 колебаний. Магнитоэлектрические гасители 6 колебаний, установленные параллельно упругим механическим элементам 4 рессорного подвешивания, способны вырабатывать электрическую энергию. В процессе движения железнодорожного подвижного состава происходят поперечные и продольные колебания кузова 2 и рам 5 тележек. Магнитоэлектрические гасители 6 колебаний преобразовывают механическую энергию колебаний в электрическую энергию, которая через преобразователи 10 напряжения, накапливается в накопителях 11 электрической энергии (аккумуляторах или суперконденсаторах) железнодорожного подвижного состава. Магнитоэлектрические гасители 6 колебаний способствуют передаче микропроцессорной системе управления 1 сигналов от акселерометров 13, устанавливаемых на буксовых узлах 8 и рамах 5 тележек, которая обрабатывает полученные сигналы по заданному алгоритму и посредством преобразователей 10 напряжения изменяет величину электрической нагрузки магнитоэлектрических гасителей 6 колебаний, тем самым увеличивая или снижая их механическое сопротивление и обеспечивая эффективное гашение механических колебаний кузова 2 и рам 5 тележек и плавность хода железнодорожного подвижного состава. Для исключения зависимости электрической нагрузки магнитоэлектрических гасителей 6 колебаний от величины напряжения на накопителе 11 электрической энергии преобразователи 10 напряжения выполнены по принципу стабилизации потребляемого тока, что достигается повышающе-понижающим преобразованием электрической энергии, а также автоматическим подключением пассивного потребителя накопленной электрической энергии (например, реостата) в случае переполнения накопителя.

Использование изобретения позволит улучшить демпфирование кузова относительно рамы тележки и рамы тележки относительно буксовых узлов железнодорожного подвижного состава, повысить эффективность гашения колебаний и плавность хода железнодорожного подвижного состава.

Группа изобретений относится к области железнодорожного подвижного состава, в частности к способам демпфирования колебаний кузова и рам тележек, а также устройствам для осуществления демпфирования. Устройство содержит кузов с микропроцессорной системой управления и двухступенчатое рессорное подвешивание с упругими механическими элементами регулирования колебаний и смягчения нагрузок. Параллельно механическим элементам установлены магнитоэлектрические гасители колебаний с рекуперацией электрической энергии. Магнитоэлектрические гасители изолированы диэлектрическими проставками от рам и буксовых узлов. Электрическая энергия передается через преобразователи напряжения в накопители энергии. На каждом буксовом узле и непосредственной близости от шкворневого узла на каждой раме тележки размещены акселерометры для фиксации величин поперечных и продольных амплитуд колебаний. Микропроцессорная система управления обрабатывает сигналы от акселерометров и направляет через накопители энергии сигналы для снижения механического сопротивления гасителей колебаний. Повышается эффективность гашения колебаний. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для демпфирования колебаний кузова и рам тележек железнодорожного подвижного состава, включающее микропроцессорную систему управления, расположенную на кузове, двухступенчатое рессорное подвешивание с упругими механическими элементами для регулирования колебаний кузова и рам тележек и смягчения ударных нагрузок и гасителями колебаний, установленными параллельно упругим механическим элементам, отличающееся тем, что параллельно упругим механическим элементам двухступенчатого рессорного подвешивания установлены магнитоэлектрические гасители колебаний с рекуперацией электрической энергии, вырабатываемой от поперечных и продольных колебаний кузова и рам тележек железнодорожного подвижного состава, изолированные диэлектрическими проставками от рам тележек и буксовых узлов железнодорожного подвижного состава, с возможностью передачи электрической энергии через преобразователи напряжения в накопители электрической энергии, установленные на кузове железнодорожного подвижного состава, на каждом буксовом узле и в непосредственной близости от шкворневого узла на каждой раме тележки размещены акселерометры для фиксации величин поперечных и продольных амплитуд колебаний кузова и рамы тележки железнодорожного подвижного состава и передачи на микропроцессорную систему управления для обработки и направления сигнала через накопители электрической энергии на магнитоэлектрические гасители колебаний для снижения механического сопротивления магнитоэлектрических гасителей колебаний.

2. Способ демпфирования колебаний кузова и рам тележек железнодорожного подвижного состава, заключающийся в гашении механических колебаний двухступенчатого рессорного подвешивания кузова и рам тележек, отличающийся тем, что на железнодорожном подвижном составе устанавливают устройство по п. 1 для демпфирования колебаний кузова и рам тележек железнодорожного подвижного состава, посредством которого аккумулируют электрический ток в накопителях электрической энергии указанного устройства, фиксируют при движении транспортного средства показания акселерометров, установленных на каждом буксовом узле и в непосредственной близости от шкворневого узла на каждой раме тележки железнодорожного подвижного состава, обрабатывают полученные данные в микропроцессорной системе управления и направляют команду через преобразователи напряжения и накопители электрической энергии на магнитоэлектрические гасители колебаний для снижения механического сопротивления магнитоэлектрических гасителей колебаний, а накопленную электрическую энергию используют для нужд пассивного потребителя.