Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКЦИОНЕРНАЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ

КОМПАНИЯ «УЗБЕКИСТОН ТЕМИР ЙУЛЛАРИ»

ТАШКЕНТСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

УДК 629.423.31; 621.822

Тема магистерской диссертации:

Разработка модернизированной конструкции гидравлического гасителя колебаний электровоза

Специальность: 5А521310 -

Электрический транспорт.

САИДОВ ИГОРЬ ЗУЛЬФИДОВИЧ

Научный руководитель:

Профессор кафедры «Электрический

транспорт», доктор технических наук

ХРОМОВА Г.А.

Ташкент - 2012

АННОТАЦИЯ

В условиях хозрасчета и в связи с переходом на рыночную экономику одной из важнейших задач для экономической и политической независимости нашей Республики является повышение грузовых и пассажирских перевозок, что влечет за собой увеличение парка транспортных средств, в том числе локомотивов и высокоскоростных поездов. Их использование связано с применением в подвеске транспортных средств криволинейных систем сложного профиля и различного вида демпферов и гидравлических гасителей колебаний, что приводит к увеличению плавности хода подвижного состава и улучшению прочностных и упруго-диссипативных свойств подвески с целью уменьшения динамических воздействий на путь и транспортируемые грузы.

Кроме того, в условиях мирового финансово-экономического кризиса вопросы повышения надежности работы имеющихся в эксплуатации локомотивов путем модернизации отдельных конструктивных узлов при капитальном ремонте с продлением срока полезного использования, являются актуальными. Конкретно, в книге И.А. Каримова [1] подчеркнуто, что одним из главных мероприятий Антикризисной программы является решение главной ключевой задачи: «дальнейшее ускоренное проведение модернизации, технического и технологического перевооружения предприятий, широкое внедрение современных гибких технологий».

Анализ исследований по расчету гидравлических гасителей колебаний транспортных средств показал, что почти во всех конструкциях рессорного подвешивания современных электровозов, электропоездов, вагонов метрополитена и трамваев применяются гидравлические демпферы различного типа [2,3]. Гидравлические гасители колебаний послужили основой для создания новых типов регулируемых подвесок с автоматически управляемыми параметрами для скоростного и высокоскоростного электроподвижного состава (например, во Франции, Германии, Швейцарии, Японии, России и Узбекистане).

Использование в качестве упругого тела рабочей жидкости позволяет повысить эффективность работы гидравлического гасителя колебаний, его надёжность и долговечность. Поэтому вопросы повышения надежности работы имеющихся в эксплуатации локомотивов и вагонов гидравлических гасителей колебаний путем модернизации отдельных конструктивных узлов при капитальном ремонте с продлением срока полезного использования, являются актуальными.

Кроме того, в существующих методиках расчета до настоящего времени не было учтено влияние рабочей среды (рабочей жидкости), конкретно, пульсаций в жидкости, возникающих в процессе эксплуатации систем демпфирования в электроподвижном составе, сложность закономерности внешнего динамического нагружения и объемная конфигурация.

Объектом исследования является гидравлический гаситель колебаний рельсового транспортного средства модернизированной конструкции.

Цель работы состояла в исследовании продольных колебаний системы упругих цилиндрических оболочек с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды для гидравлического гасителя колебаний с разработкой его модернизированной конструкции с улучшенными прочностными и упруго-диссипативными свойствами подвески.

На основании проведенного обзора научно-технических и патентных источников по проблеме улучшения прочностных и упруго-диссипативных свойствами подвески транспортных средств были сформулированы следующие задачи исследований:

1. Разработка новой модернизированной конструкции, направленной на повышение надёжности и улучшение характеристик подвески, а так же работоспособности гидравлических гасителей колебаний с оформлением заявки на изобретение на Патент Республики Узбекистан.

2. Теоретическое обоснование технических решений, принятых в ходе разработки модернизированной конструкции. Составление расчётных схем, решение уравнений, определяющих эффективность новой модели.

3. Составление алгоритма и блок-схемы для программирования в среде MATHCAD 13, проведение численных исследований, построение графиков и таблиц, анализ результатов численных исследований.

4. Выводы по результатам исследований и разработка рекомендаций по дальнейшему совершенствованию гидравлических гасителей колебаний.

Методика исследований включает в себя анализ систем дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих продольные колебания сечений системы упругих цилиндрических оболочек с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды, решение которой осуществляется методами операционного исчисления Лапласа и дальнейшего использования итерационных методов ( метод кусочно-линейной аппроксимации ) на ЭВМ на базе методов Фурье и Бубнова - Галеркина , численные исследования проведены в среде программирования МathCad 13.

Научная новизна работы состоит в:

- разработке математической модели для исследования продольных колебаний системы упругих цилиндрических оболочек с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды для гидравлического гасителя колебаний;

- составлении алгоритма и программы для проведения численных исследований продольных колебаний системы упругих цилиндрических оболочек с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды для гидравлического гасителя колебаний с подбором рациональных динамических параметров;

- проведении численных исследований продольных колебаний системы упругих цилиндрических оболочек с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды для гидравлического гасителя колебаний с продлением срока службы и улучшением упруго-диссипативных свойств подвески;

- разработке модернизированной конструкции гидравлического гасителя колебаний для одноступенчатого рессорного подвешивания с повышенной демпфирующей способностью с оформлением заявки на изобретение на Патент Республики Узбекистан (№ IАP 2011 0353. Дата подачи заявки на изобретение 21.05.2011 г.) [4].

Практическая ценность.

Разработанная методика динамического расчета на прочность гидравлических гасителей колебаний с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды может быть широко использована в транспортном машиностроении, конкретно при проектировании новых рельсовых транспортных средств и модернизации существующих.

Реализация работы.

Предложена перспективная конструкция гидравлического гасителя колебаний для одноступенчатого рессорного подвешивания с повышенной демпфирующей способностью с оформлением заявки на изобретение на Патент Республики Узбекистан (№ IАP 2011 0353. Дата подачи заявки на изобретение 21.05.2011 г.) [4].

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на Республиканской научно-технической конференции с участием зарубежных ученых (декабрь 2010 г., ТашИИТ) «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте», на научном семинаре молодых ученых «Актуальные проблемы инновационных технологий» (25 марта 2011 г., ТашИИТ) и 2-х IХ и Х Межвузовских научно-практических конференциях студентов, бакалавров и магистратуры, стажеров и соискателей «Молодой научный исследователь» (апрель 2011 и 3-4 апреля 2012 гг.) и 1-ой научно-методической конференции (20 ноября 2011 г.) ТашИИТа в 2010-2012 годах.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 1 статья в трудах Республиканской научно-технической конференции с участием зарубежных ученых (декабрь 2010 г., ТашИИТ) «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте», 1 статья - в трудах научного семинара молодых ученых «Актуальные проблемы инновационных технологий» (25 марта 2011 г., ТашИИТ) , подана 1 заявка на изобретение на Патент Республики Узбекистан (№ IАP 2011 0353. Дата подачи заявки на изобретение 21.05.2011 г.) [42].

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 97 страниц машинописного текста, состоит из введения, трех глав (с выводами по каждой из них), общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 49 наименований, а также приложения. Работа выполнялась в Ташкентском институте инженеров железнодорожного транспорта на кафедре «Электрический транспорт» (2010ч2012 гг.).

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность избранной темы, ставится цель работы, её научная новизна и практическая ценность, реализация работы и краткое содержание работы.

В первой главе «Обзор научно-технической и патентной литературы по перспективным конструкциям и методам расчёта гидравлических гасителей колебаний электрического транспорта» представлена классификация гасителей колебаний подвижного состава электрического транспорта; классификация гидравлических гасителей колебаний подвижного состава электрического транспорта; далее приводится обзор методов расчёта номинальных размеров деталей гидравлического гасителя колебаний электровозов; обзор патентной литературы по перспективным конструкциям гидравлических гасителей колебаний, в том числе модернизированная конструкция поршня гидравлического гасителя колебаний рельсовых транспортных средств, создание перспективных конструкций уплотнения и предохранительных клапанов для гидравлического гасителя колебаний, разработка нестандартных конструкций гидравлических амортизаторов для рельсовых транспортных средств. В конце главы обосновываются задачи исследований.

Во второй главе «Разработка обобщенной динамической модели гидрофрикционного гасителя колебаний с учетом вязкостного демпфирования» приводится разработка методов решения уравнений продольных колебаний системы оболочек демпфера при гармоническом воздействии; анализ результатов численного расчета с целью обоснования рациональных параметров созданной конструкции. В конце главы приводятся обобщающие выводы.

В третьей главе «Разработка модернизированной конструкции гидравлического гасителя колебаний рельсового транспортного средства» приводится предлагаемый нами вариант модернизации существующих гасителей колебаний электровозов, на который подана заявка на изобретение на Патент Республики Узбекистан (№ IАP 2011 0353. Дата подачи заявки на изобретение 21.05.2011 г.) [4].

В заключении работы приводятся выводы и рекомендации, список использованной литературы.

Выводы и предложения

1. В результате проведенного обзора научно-технической и патентной литературы было установлено, что более 30 % всех отказов электровозов (ВЛ-60к и ВЛ-80с) составляют отказы гидравлических гасителей колебаний. Основными неисправностями являются:

- загрязнение рабочей жидкости в ходе эксплуатации, в результате которого гаситель теряет свою работоспособность за счет засорения дроссельных отверстий;

- в ходе старения резины выходят из строя кольцевые уплотнительные кольца, что приводит к снижению эффективности работы гидравлического гасителя колебаний;

- утечка рабочей жидкости из гасителя;

- неисправности клапанной системы;

- механические повреждения отдельных наружных частей и их сопряжений;

- неисправности и износы в узлах крепления гасителей на тележках.

2. Разработана математическая модель для исследования продольных колебаний системы упругих цилиндрических оболочек с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды для гидравлического гасителя колебаний. Данная механическая модель позволяет описывать происхождение в системе динамические процессы и рассчитывать параметры гасителя с учетом наперед заданных динамических характеристик, что имеет важное значение при расчете и конструировании новых гасителей колебаний для подвижного состава, а также при модернизации существующего. Полученная математическая модель также позволяет произвести оценку влияния конструктивных, силовых, массовых параметров и неровностей пути на процесс колебаний кузова вагона в вертикальной и продольной горизонтальной плоскостях, а также величину динамической нагруженности деталей гидравлического гасителя колебаний.

3. Составлен алгоритм и программа для проведения численных исследований продольных колебаний системы упругих цилиндрических оболочек с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды для гидравлического гасителя колебаний с подбором рациональных динамических параметров.

4. Проведены численные исследования продольных колебаний системы упругих цилиндрических оболочек с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды для гидравлического гасителя колебаний с продлением срока службы и улучшением упруго-диссипативных свойств подвески.

5. Созданную методику расчета по подбору рациональных параметров гидрофрикционных демпферов можно широко использовать при проектировании новых конструкций в транспортном машиностроении.

6. Разработана модернизированная конструкция гидравлического гасителя колебаний для одноступенчатого рессорного подвешивания с повышенной демпфирующей способностью с оформлением заявки на изобретение на Патент Республики Узбекистан (№ IАP 2011 0353). По своим полезным качествам и несложной конструкции, предлагаемый гидравлический гаситель колебаний найдёт широкое применение в транспортном машиностроении, и может составить достойную конкуренцию зарубежным изобретениям подобного типа.

Список использованной литературы

1. Каримов И.А. Мировой финансово-экономический кризис, пути и меры по его преодолению в условиях Узбекистана. / И.А. Каримов.- Т.: Узбекистан, 2009.- 48 с.

2. Челноков И.И. Гидравлические гасители колебаний пассажирских вагонов. М.: Транспорт, 1975.- 73 с.

3. Соколов М.М., Варава В.И., Левит Г.М., Гасители колебаний подвижного состава. Справочник. М.: Транспорт, 1985. - 216 с.

4.Гидравлический гаситель колебаний для одноступенчатого рессорного подвешивания. Авторы: Хромова Г.А., Саидов И.З., Хромов С.А. Заявка на Патент Республики Узбекистан на изобретение № IAP 2011 0353, подана 21.05.2011 г.

ПУБЛИКАЦИИ МАГИСТРАНТА САИДОВА И.З.

1. Гидравлический гаситель колебаний для одноступенчатого рессорного подвешивания. Авторы: Хромова Г.А., Саидов И.З., Хромов С.А. Заявка на Патент Республики Узбекистан на изобретение № IAP 2011 0353, подана 21.05.2011 г.

2. И.З. Саидов, Г.А. Хромова. Исследование влияния импульсных температурных полей на надежность работы гидравлических гасителей колебаний электрического транспорта. В сборнике научных трудов республиканской научно-технической конференции с участием зарубежных ученых «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте», 2-3 декабря 2010 года, ТашИИТ, Ташкент, 2010 г., С.44-46.

3. И.З. Саидов, научный руководитель: проф. Г.А. Хромова. Разработка модернизированной конструкции гидравлического гасителя колебаний. В сборнике трудов научного семинара молодых ученых «Актуальные проблемы инновационных технологий на железнодорожном транспорте», 25 марта 2011 года, Ташкент, ТашИИТ, С.51-53.

4. Магистрант Саидов И.З. Научный руководитель: проф. Г.А. Хромова. О методике проведения лабораторной работы «Изучение конструкции и оценка работоспособности гидравлических гасителей колебаний». В сборнике трудов научно-методической конференции магистратуры, Ташкент, ТашИИТ, 20 ноября 2010 г., (статья планируется к публикации).

5. Магистрант Саидов И.З. Научный руководитель: проф. Г.А. Хромова. Модернизация конструкции гидравлического демпфера одноступенчатого рессорного подвешивания. В сборнике трудов IХ Межвузовской научно-практической конференции студентов, бакалавров и магистратуры, стажеров и соискателей «Молодой научный исследователь», 13-14 апреля 2011 года, Ташкент, ТашИИТ (статья планируется к публикации).

6. Саидов И.З. Разработка динамической модели гидравлического гасителя колебаний с учетом вязкостного демпфирования. В сборнике трудов Х Межвузовской научно-практической конференции студентов, бакалавров и магистратуры, стажеров и соискателей «Молодой научный исследователь», 3-4 апреля 2012 года, Ташкент, ТашИИТ (статья планируется к публикации).

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПЕРСПЕКТИВНЫМ КОНСТРУКЦИЯМ И МЕТОДАМ РАСЧЁТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ГАСИТЕЛЕЙ КОЛЕБАНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА

1.1 Классификация гасителей колебаний подвижного состава электрического транспорта

1.2 Классификация гидравлических гасителей колебаний подвижного состава электрического транспорта

1.3 Обзор методов расчёта номинальных размеров деталей гидравлического гасителя колебаний электровозов

1.4 Обзор патентной литературы по перспективным конструкциям гидравлических гасителей колебаний

1.4.1 Модернизированная конструкция поршня гидравлического гасителя колебаний рельсовых транспортных средств

1.4.2 Создание перспективных конструкций уплотнения и предохранительных клапанов для гидравлического гасителя колебаний

1.4.3 Разработка нестандартных конструкций гидравлических амортизаторов для рельсовых транспортных средств

1.5 Анализ неисправностей гидравлических гасителей колебаний и причин их вызывающих

1.6 Технические требования к гидравлическим гасителям колебаний электроподвижного состава

1.7 Технические требования к рабочей жидкости гасителя колебаний

1.8 Постановка задач исследований

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ОБОБЩЕННОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ГИДРОФРИКЦИОННОГО ГАСИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ С УЧЕТОМ ВЯЗКОСТНОГО ДЕМПФИРОВАНИЯ

2.1 Разработка методов решения уравнений продольных колебаний системы оболочек демпфера при гармоническом воздействии

2.2 Анализ результатов численного расчета с целью обоснования рациональных параметров созданной конструкции

2.3 Обобщающие выводы к главе2

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ГАСИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В условиях хозрасчета и в связи с переходом на рыночную экономику одной из важнейших задач для экономической и политической независимости нашей Республики является повышение грузовых и пассажирских перевозок, что влечет за собой увеличение парка транспортных средств, в том числе локомотивов и высокоскоростных поездов. Их использование связано с применением в подвеске транспортных средств криволинейных систем сложного профиля и различного вида демпферов и гидравлических гасителей колебаний, что приводит к увеличению плавности хода подвижного состава и улучшению прочностных и упруго-диссипативных свойств подвески с целью уменьшения динамических воздействий на путь и транспортируемые грузы.

Кроме того, в условиях мирового финансово-экономического кризиса вопросы повышения надежности работы имеющихся в эксплуатации локомотивов путем модернизации отдельных конструктивных узлов при капитальном ремонте с продлением срока полезного использования, являются актуальными. Конкретно, в книге И.А. Каримова [1] подчеркнуто, что одним из главных мероприятий Антикризисной программы является решение главной ключевой задачи: «дальнейшее ускоренное проведение модернизации, технического и технологического перевооружения предприятий, широкое внедрение современных гибких технологий».

Анализ исследований по расчету гидравлических гасителей колебаний транспортных средств показал, что почти во всех конструкциях рессорного подвешивания современных электровозов, электропоездов, вагонов метрополитена и трамваев применяются гидравлические демпферы различного типа. Гидравлические гасители колебаний послужили основой для создания новых типов регулируемых подвесок с автоматически управляемыми параметрами для скоростного и высокоскоростного электроподвижного состава (например, во Франции, Германии, Швейцарии, Японии, России и Узбекистане).

Использование в качестве упругого тела рабочей жидкости позволяет

повысить эффективность работы гидравлического гасителя колебаний, его надёжность и долговечность. Поэтому вопросы повышения надежности работы имеющихся в эксплуатации локомотивов и вагонов гидравлических гасителей колебаний путем модернизации отдельных конструктивных узлов при капитальном ремонте с продлением срока полезного использования, являются актуальными.

Кроме того, в существующих методиках расчета до настоящего времени не было учтено влияние рабочей среды (рабочей жидкости), конкретно, пульсаций в жидкости, возникающих в процессе эксплуатации систем демпфирования в электроподвижном составе, сложность закономерности внешнего динамического нагружения и объемная конфигурация.

Объектом исследования является гидравлический гаситель колебаний рельсового транспортного средства модернизированной конструкции.

Цель работы состояла в исследовании продольных колебаний системы упругих цилиндрических оболочек с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды для гидравлического гасителя колебаний с разработкой его модернизированной конструкции с улучшенными прочностными и упруго-диссипативными свойствами подвески.

На основании проведенного обзора научно-технических и патентных источников по проблеме улучшения прочностных и упруго-диссипативных свойствами подвески транспортных средств были сформулированы следующие задачи исследований:

5. Разработка новой модернизированной конструкции, направленной на повышение надёжности и улучшение характеристик подвески, а так же работоспособности гидравлических гасителей колебаний с оформлением заявки на изобретение на Патент Республики Узбекистан.

6. Теоретическое обоснование технических решений, принятых в ходе разработки модернизированной конструкции. Составление расчётных схем, решение уравнений, определяющих эффективность новой модели.

7. Составление алгоритма и блок-схемы для программирования в среде MATHCAD 13, проведение численных исследований, построение графиков и таблиц, анализ результатов численных исследований.

8. Выводы по результатам исследований и разработка рекомендаций по дальнейшему совершенствованию гидравлических гасителей колебаний.

Методика исследований включает в себя анализ систем дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих продольные колебания сечений системы упругих цилиндрических оболочек с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды, решение которой осуществляется методами операционного исчисления Лапласа и дальнейшего использования итерационных методов (метод кусочно-линейной аппроксимации) на ЭВМ на базе методов Фурье и Бубнова - Галеркина , численные исследования проведены в среде программирования МathCad 13.

Научная новизна работы состоит в:

- разработке математической модели для исследования продольных колебаний системы упругих цилиндрических оболочек с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды для гидравлического гасителя колебаний;

- составлении алгоритма и программы для проведения численных исследований продольных колебаний системы упругих цилиндрических оболочек с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды для гидравлического гасителя колебаний с подбором рациональных динамических параметров;

- проведении численных исследований продольных колебаний системы упругих цилиндрических оболочек с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды для гидравлического гасителя колебаний с продлением срока службы и улучшением упруго-диссипативных свойств подвески;

- разработке модернизированной конструкции гидравлического гасителя колебаний для одноступенчатого рессорного подвешивания с повышенной демпфирующей способностью с оформлением заявки на изобретение на Патент Республики Узбекистан (№ IАP 2011 0353. Дата подачи заявки на изобретение 21.05.2011 г.) [42].

Практическая ценность.

Разработанная методика динамического расчета на прочность гидравлических гасителей колебаний с учетом влияния пульсирующих потоков рабочей среды может быть широко использована в транспортном машиностроении, конкретно при проектировании новых рельсовых транспортных средств и модернизации существующих.

Реализация работы.

Предложена перспективная конструкция гидравлического гасителя колебаний для одноступенчатого рессорного подвешивания с повышенной демпфирующей способностью с оформлением заявки на изобретение на Патент Республики Узбекистан (№ IАP 2011 0353. Дата подачи заявки на изобретение 21.05.2011 г.) [42].

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на Республиканской научно-технической конференции с участием зарубежных ученых (декабрь 2010 г., ТашИИТ) «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте», на научном семинаре молодых ученых «Актуальные проблемы инновационных технологий» (25 марта 2011 г., ТашИИТ) и 2-х IХ и Х Межвузовских научно-практических конференциях студентов, бакалавров и магистратуры, стажеров и соискателей «Молодой научный исследователь» (апрель 2011 и 3-4 апреля 2012 гг.) и 1-ой научно-методической конференции (20 ноября 2011 г.) ТашИИТа в 2010-2012 годах [45-49].

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 1 статья в трудах Республиканской научно-технической конференции с участием зарубежных ученых (декабрь 2010 г., ТашИИТ) «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте», 1 статья - в трудах научного семинара молодых ученых «Актуальные проблемы инновационных технологий» (25 марта 2011 г., ТашИИТ) , подана 1 заявка на изобретение на Патент Республики Узбекистан (№ IАP 2011 0353. Дата подачи заявки на изобретение 21.05.2011 г.) [42].

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 97 страниц машинописного текста, состоит из введения, трех глав (с выводами по каждой из них), общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 49 наименований, а также приложения. Работа выполнялась в Ташкентском институте инженеров железнодорожного транспорта на кафедре «Электрический транспорт» (2010ч2012 гг.).

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность избранной темы, ставится цель работы, её научная новизна и практическая ценность, реализация работы и краткое содержание работы.

В первой главе «Обзор научно-технической и патентной литературы по перспективным конструкциям и методам расчёта гидравлических гасителей колебаний электрического транспорта» представлена классификация гасителей колебаний подвижного состава электрического транспорта; классификация гидравлических гасителей колебаний подвижного состава электрического транспорта; далее приводится обзор методов расчёта номинальных размеров деталей гидравлического гасителя колебаний электровозов; обзор патентной литературы по перспективным конструкциям гидравлических гасителей колебаний, в том числе модернизированная конструкция поршня гидравлического гасителя колебаний рельсовых транспортных средств, создание перспективных конструкций уплотнения и предохранительных клапанов для гидравлического гасителя колебаний, разработка нестандартных конструкций гидравлических амортизаторов для рельсовых транспортных средств. В конце главы обосновываются задачи исследований.

Во второй главе «Разработка обобщенной динамической модели гидрофрикционного гасителя колебаний с учетом вязкостного демпфирования» приводится разработка методов решения уравнений продольных колебаний системы оболочек демпфера при гармоническом воздействии; анализ результатов численного расчета с целью обоснования рациональных параметров созданной конструкции. В конце главы приводятся обобщающие выводы.

В третьей главе «Разработка модернизированной конструкции гидравлического гасителя колебаний рельсового транспортного средства» приводится предлагаемый нами вариант модернизации существующих гасителей колебаний электровозов, на который подана заявка на изобретение на Патент Республики Узбекистан (№ IАP 2011 0353. Дата подачи заявки на изобретение 21.05.2011 г.) [42].

В заключении работы приводятся выводы и рекомендации, список использованной литературы.

ГЛАВА 1. ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПЕРСПЕКТИВНЫМ КОНСТРУКЦИЯМ И МЕТОДАМ РАСЧЁТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ГАСИТЕЛЕЙ КОЛЕБАНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА

1.1 Классификация гасителей колебаний

Все гасители колебаний могут быть классифицированы по энергетическим, силовым и конструктивным признакам и схемам их расположения на подвижном составе (таблица 1.1) . По механизму рассеяния энергии (диссипации) гасители колебаний различают фрикционные и гидравлические. По виду силовой характеристики гасители могут быть с постоянной или переменной силой трения, с линейной, квадратичной или регулируемой характеристиками.

Таблица 1.1 Схемы расположения гасителей колебаний на подвижном составе

Схема	Расположение	Гасители колебаний.
	Вертикально между буксой и рамой тележки.	Подпрыгивание и галопирование рамы тележки.
	Наклонно между буксой и рамой тележки.	Подпрыгивания, галопирования и бокового перемещения рамы тележки.
	Вертикально между надрессорной балкой и рамой тележки.	Подпрыгивание и галопирование кузова.
	Наклонно между надрессорной балкой и рамой тележки.	Подпрыгивания, галопирования, бокового перемещения и виляния кузова.
	Наклонно между рамой тележки и кузовом.	Пространственных перемещений кузова.

1.2 Классификация гидравлических гасителей колебаний

Классификация гидравлических гасителей колебаний представлена в таблице 1.2.

Таблица 1.2 Классификация гидравлических гасителей колебаний

Конструкция и силовая характеристика.	Преимущества.	Недостатки.
Телескопический	Автономность, лёгкость установки в рессорном подвешивании, простота изготовления и ремонта.	Трудность герметизации от утечек жидкости и воздействия среды.
Рычажный	Хорошая герметизация цилиндров, возможность различной установки системы рычагов.	Наличие изнашивающихся шарниров, слабое гашение колебаний с небольшой амплитудой, трудоёмкость монтажа, большая масса.
Крыльчатый	Хорошая герметизация камер, высокая надёжность, возможность установки в различных положениях.	Ограниченный угол смещения рычага, наличие изнашивающихся шарниров и рычажной передачи, большая масса.

1.3 Обзор методов расчёта номинальных размеров деталей гидравлических гасителей колебаний электровозов

Методика расчёта размеров деталей гидравлического гасителя колебаний индивидуальна для каждого узла гасителя. Ниже будут приведены методы расчёта всех основных узлов и деталей гидравлических гасителей колебаний электровозов [2,3].

Методика расчёта прочности цилиндра:

Определяют напряжения в продольном у1 и поперечном у2 сечениях цилиндра под действием наибольшего ожидаемого давления р_т рабочей жидкости p=p_m/F_a

Рисунок 1.1 - Расчетная схема для цилиндра гидравлического гасителя колебаний.

у₁=pD/4h; у₂=pD/2h (1.1),

где D - внутренний диаметр цилиндра;

h - толщина стенки цилиндра.

Методика расчёта прочности штока:

Расчет прочности штока производят по наиболее ослабленному сечению. Подсчитывают коэффициент концентрации Д /s=k.

Определяют напряжение у сжатия (растяжения) в сечении I -- I под действием наибольшего усилия Р_т .

Рисунок 1.2 - Расчетная схема для штока гидравлического гасителя колебаний.

S=р/4d_н,;у=±k P_m/F_c ? у_m,Fc=р/4() - 4Дд (1.2)

где F_c - площадь сечения I-I ; у_m- допустимое напряжение.

Устойчивость штока проверяют под действием сжимающей силы Р, не превышающей критической величины Р_кр. Для гасителей Р_Кр?2Р.

(1.3).

Рисунок 1.3 - Расчетная схема для проверки устойчивости штока.

Методика расчёта прочности стакана корпуса:

Напряжение в стакане определяют в ослабленном резьбой сечении

Рисунок 1.4 - Расчетная схема для стакана корпуса гидравлического гасителя колебаний.

(1.4),

где D_н, D_в - наружный и внутренний диаметры стакана.

Методика расчёта прочности диска клапана:

Расчет диска производят на изгиб под действием давления p = P_m/F_э рабочей жидкости

(1.5)

Рисунок 1.5 - Расчетная схема для стакана корпуса гасителя.

Методика расчёта сечения дросселя:

Диаметр d длинного канала при малых неплотностях определяют из условия неразрывности ламинарного потока несжимаемой жидкости для известного параметра сопротивления в гасителя колебаний. Диаметр d короткого дросселя при малых неплотностях определяют из условия неразрывности турбулентного потока несжимаемой жидкости.

; (1.6),

, (1.7)

где ж - коэффициент утечек через неплотности,

м - вязкость жидкости, Fэ - эффективная площадь поршня.

Рисунок 1.6 - Расчетная схема для дросселя гасителя.

Методика расчёта пружины разгрузочного устройства:

Вычисляют максимальное усилие на штоке и на пружине клапана. Для принятого индекса i и допустимого напряжения на кручение ф_т вычисляют диаметр прутка d. По заданному статическому прогибу f_k пружины клапана вычисляют жесткость с_k и рабочее число витков п. Вычисляют высоту пружины в сжатом h_сж и свободном состоянии h_cв, а также шаг ненагруженной пружины.

(1.8),

(1.9),



Рисунок 1.7 - Расчетная схема для пружины разгрузочного устройства гидравлического гасителя колебаний.

(1.10),

h = (h_св - h_сж) n^-1+d. (1.11).

Методика расчёта резинометаллической втулки в головке крепления:

Вычисляют требуемую жесткость с_х одной из двух втулок, запрессованных в головки крепления. Для заданных размеров l, r вычисляют толщину b резиновой втулки по эмпирической зависимости.

2c_y = (2ч3) c/n;

c_y = р(2r+b) lE k_ф k_д / 8b (1.12),

где n - число гасителей,

с - жесткость подвешивания,

Е - модуль сжатия резины.



Рисунок 1.8 - Расчетная схема для резинометаллической втулки в головке крепления гидравлического гасителя колебаний.

Методика расчёта валика головки крепления:

Напряжение изгиба определяют в среднем сечении валика под действием максимального усилия Р_т. Вычисляют изгибающий момент M_l. Определяют изгибное напряжение у_и

Рисунок 1.9 - Расчетная схема валика головки крепления гидравлического гасителя колебаний.

P_m=ql₁;

Q=P_m/l₁;

(1.12).

Таким образом, в пункте 1.1. приведены методы расчёта всех основных узлов и деталей гидравлических гасителей колебаний электровозов [2,3].

1.4 Обзор патентной литературы по перспективным конструкциям гидравлических гасителей колебаний

1.4.1 Модернизированная конструкция поршня гидравлического гасителя колебаний рельсовых транспортных средств

Известен гидравлический гаситель колебаний по патенту RU 2385425, опубликован 27.03.2010, Бюл.№ 9. Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях различных транспортных средств.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение демпфирующих характеристик гасителя в широком диапазоне изменения динамических нагрузок.

Рисунок 1.10 - Гидравлический гаситель колебаний по патенту России № RU 2 385 425 C1, разрез.

Поставленная задача решается тем, что в верхней части поршня, подвижно закрепленного на штоке в его осевом направлении, выполнено углубление цилиндрической формы, взаимодействующее с ответным выступом нижней части поршня, также подвижно размещенного на штоке в подобном направлении и между частями поршня установлена пружина сжатия, при этом нижняя часть поршня снабжена рядом дополнительных вертикальных каналов, имеющих различную длину и диаметр, плавно переходящих в горизонтальные участки, продольные оси которых смещены друг относительно друга по высоте, упомянутой нижней части поршня.

Гидравлический гаситель колебаний (Рисунок 1.10 ) состоит из рабочего цилиндра 1, в котором подвижно на штоке 2 в его вертикальной плоскости расположена верхняя часть поршня 3 и нижняя часть поршня 4. Соединение последних со штоком 2 выполнено за счет паза 5, изготовленного на штоке 2, и выступов 6, расположенных на верхней части поршня 3 и нижней части поршня 4. В верхней части поршня 3 и нижней части поршня 4 выполнены вертикальные каналы 7, переходящие в горизонтальные каналы 8 и ребра 9. Между верхней частью поршня 3 и нижней частью поршня 4 установлена пружина сжатия 10, при этом в нижней части поршня 4 выполнены дополнительные вертикальные каналы 11, переходящие в горизонтальные участки 12.

Верхняя часть поршня 3 и нижняя часть поршня 4 зафиксированы упором 13, изготовленным на штоке 2, и гайкой 14. Рабочий цилиндр заполнен рабочей жидкостью 15. Верхняя часть поршня 3 снабжена цилиндрической формы углублением 16, а нижняя часть поршня 4 имеет выступ 17. гаситель колебание гидрофрикционный демпфирование



Рисунок 1.11 - Гидравлический гаситель колебаний по патенту России № RU 2 268419, разрез.

Работает гидравлический гаситель колебаний следующим образом. При движении, например, безрельсового транспортного средства, на котором в его рессорной подвеске может быть установлен данный гаситель колебаний, и преодолении его колесами микронеровностей дорожного покрытия возможен периодический рабочий ход штока 2 по стрелке А и отдача его по стрелке В. В этом случае амплитуда колебаний штока 2, а следовательно, верхней части поршня 3 и нижней части поршня 4 происходят совместно, не вызывая упругой деформации пружины сжатия 10. При этом рабочая жидкость 15, например, при рабочем ходе, протекает по стрелке С, попадая в дополнительные вертикальные каналы 11, поступая в пространство между верхней частью поршня 3 и нижней частью поршня 4 также по стрелкам С. Далее рабочая жидкость 15, опять таки по стрелкам С, поступает как в вертикальные каналы 7 нижней части поршня 4, так и верхней части поршня 4 и, истекая под давлением из горизонтальных каналов 8, взаимодействует с ребрами 9, создавая вращающий момент на штоке 2, который, упруго деформируясь относительно своей продольной оси симметрии, рассеивает энергию рабочего хода в окружающую среду (работа гасителя в этом режиме движения штока и при отдаче подробно описана в аналоге и прототипе). При движении штока 2 в режиме отдачи по стрелке В ток рабочей жидкости 15 происходит в направлении, обратном стрелке С, и процесс демпфирования аналогичен вышеописанному. Предположим, что неровность дороги оказалась довольно значительной и при наезде колеса безрельсового транспортного средства на нее происходит удар, и тогда нижняя часть поршня 4 под действием давления рабочей жидкости 15 совершит перемещение по стрелке Е, упруго деформирую пружину сжатия 10. Такое движение нижней части поршня 4 будет сопровождаться заходом его выступа 17 в углубление цилиндрической формы 16 верхней части поршня 3, и тогда ток рабочей жидкости 15 по дополнительным вертикальным каналам 11 уменьшится за счет перекрытия их горизонтальных участков 12 стенками выступа 17 и углубления цилиндрической формы 16. А так как дополнительные вертикальные каналы 11 имеют разные диаметры и расположены с определенным шагом друг относительно друга по высоте, то гашение указанной нагрузки возрастет, и работа гасителя будет более эффективна. В режиме отдачи гасителя произойдет движение верхней части поршня 4 по стрелке К, что так же как и в предыдущем случае, вызовет упругую деформацию пружины сжатия 10, а вместе с этим перекрытие дополнительных вертикальных каналов 11, и тогда рабочая жидкость не сможет протекать по ним в направлении, обратном стрелкам С, что также повысит сопротивление хода штока и эффективность демпфирования такой динамической ударной нагрузки. Далее описанные процессы могут повторяться неоднократно.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравни с известными конструкциями гидравлических гасителей колебаний очевидно, так как оно позволяет повысить демпфирующие характеристики гасителей, а вместе с этим обеспечить необходимую плавность хода транспортных средств.

Существует гидравлический гаситель колебаний по патенту RU 2268419, опубликован 20.01.2006 г., Бюл. № 02. Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях различной транспортной техники.

Задачей изобретения является повышение эффективности демпфирующих способностей гасителя за счет автоматического изменения им сил сопротивления, находящихся в функциональной зависимости от скорости движения поршня.

Поставленная задача решается тем, что поршень состоит из двух дисков, жестко закрепленных на штоке, один из которых верхний снабжен на своей торцевой поверхности радиальными ребрами и выступами, имеющими изогнутые под прямым углом каналы, а другой нижний выполнен сплошным и между ними подвижно размещены сухари со шлицами, расположенными в пазах штока с внешними цилиндрическими образующими поверхностями, подобными внутреннему диаметру рабочего цилиндра, и с "Т"-образной формы каналами, с одной стороны сопряженными с каналами верхнего диска, а с другой с "Т"-образной формы каналом, выполненным сквозным в штоке, причем цилиндрические образующие поверхности упомянутых сухарей охвачены, по крайней мере, двумя кольцами, одно из которых внешнее металлическое имеет изгибную жесткость выше, чем другого неметаллического внутреннего. Продольные оси "Т"-образных сквозных каналов, примыкающих к сухарям со стороны их шлицов, смещены по высоте относительно продольных осей горизонтальных участков "Г"-образной формы каналов, выполненных в последних.

Гидравлический гаситель колебаний (Рисунок 1.11) состоит из рабочего цилиндра 1, в котором подвижно размещен верхний диск 2 и нижний диск 3 жестко при помощи шпонок 4 и 5, закрепленных на упругом штоке 6. Верхний диск 2 снабжен ребрами 7 и выступами 8 с каналами 9, контактирующими с вертикальными каналами 10, переходящими в горизонтальные каналы 11, выполненные в сухарях 12, снабженных шлицами 13, размещенными в радиальных пазах, выполненных на участке 14 штока 6. На участке 15 штока 6 имеются каналы 16 "Т"-образной формы, сопрягаемые с горизонтальными каналами 11 сухарей 12. Между сухарями 12 и рабочим цилиндром 1 установлены металлическое кольцо 17 и неметаллическое кольцо 18. Шток 6 снабжен гайкой 19. Рабочий цилиндр 1 заполнен рабочей жидкостью 20.

Работает гидравлический гаситель колебаний следующим образом. Например, при сжатии гасителя, когда шток 6 поршня, который состоит из верхнего диска 2, нижнего диска 3 и сухарей 12, расположенных между ними, движется по стрелке С, рабочая жидкость 20 поступает в канал 16 участка 15 штока 6 по стрелке Е и в канал 11. При этом за счет того, что "Т"-образные каналы 16 не соосны каналам 11, то движение штока 6 происходит с сопротивлением, так как сечение для прохода рабочей жидкости 20 из канала 16 в канал 11 очень мало. В то же время рабочая жидкость 20 из канала 11 проходит в канал 10 и, истекая из выступов 8, ударяется в ребра 7, что приводит к созданию момента М на штоке 6. Следовательно, энергия хода поршня затрачивается на закрутку штока 6, что и способствует гашению этого рода нагрузки. Если нагрузка на шток 6 возрастет, то давление рабочей жидкости 20 в "Т"-образном канале 16 также поднимется, и тогда под его действием сухари 12 несколько переместятся по стрелкам F и такое их движение создаст радиальные усилия Q (они совпадут с направлением стрелок F), которые упруго деформируют неметаллическое кольцо 18 (оно может быть выполнено из резины различной жесткости), а следовательно, и металлическое кольцо 17, прижав его к стенкам рабочего цилиндра 1. Одновременно перемещение сухарей 12 по стрелкам F способствует некоторому перекрытию каналов 9 и 10, и тогда сила сопротивления движению штока 6 по стрелке С еще больше возрастет. В дальнейшем при движении штока 6 в направлении, обратном стрелке С, рабочая жидкость 20 протекает по каналам 9, 10 и 11, при этом под действием упругих сил колец 17 и 18 сухари 12 занимают такое положение, как это показано на фиг.1. Поэтому каналы 11 и 16 пропускают из одного в другой малое количество рабочей жидкости 20, так как оси их не совпадают, и тогда в этой зоне присутствует значительное сопротивление току ее и, следовательно, эффект демпфирования при обратном ходе также присутствует. Вместе с тем, если скорость движения штока 6 в этом направлении возрастет, то возрастет и давление рабочей жидкости 20 за счет взаимодействия ее с наружной поверхностью участка 15 штока 6 и это опять-таки вызовет некоторое перемещение сухарей 12 в направлении стрелок F. Такое их перемещение позволит реализовать силы сопротивления Q, как и в предыдущем случае, что и создаст дополнительные силы сопротивления движению штока 6 в этом направлении. Далее процесс может неоднократно повторяться в широком диапазоне сил, приложенных к штоку 6.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения очевидно, так как оно направлено на эффективное гашение колебаний движения штока гасителя как при прямом, так и при обратном ходе штока.

Существует также гидравлический гаситель колебаний по патенту RU 2324088, опубликованный 10.05.2008 г. Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях различных транспортных средств.



Рисунок1.12 - Гидравлический гаситель колебаний по патенту России № RU 2 324 0 88 C1, разрез.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение эксплуатационных возможностей гидравлических гасителей колебаний.

Поставленная решается тем, что радиальные ребра подвижно размещены в вертикальной плоскости гасителя в соответствующих пазах, выполненных на внешних поверхностях каждой из частей поршня, и подпружинены относительно них пружинами сжатия, имеющими различную величину линейной жесткости, причем максимальный ход упомянутых ребер равен высоте выступов, снабженных изогнутыми под прямым углом каналами.

Гидравлический гаситель колебаний (Рисунок 1.12) состоит из рабочего цилиндра 1, в котором размещены части поршня 3 и 4. Часть поршня 3 жестко закреплена на полом штоке 5, а часть поршня 4 - на штоке сплошного круглого сечения 6. В части поршня 3 выполнены пазы 7, в которых подвижно расположены радиальные ребра 8, подпружиненные плоскими пружинами 9. В другой части поршня 4 выполнены подобные пазы 10 с размещенными в них также подвижно радиальными ребрами 11с плоскими пружинами 12. Радиальные ребра 8 и 11 примыкают с зазором к выступам 13 с выполненными в них горизонтальными каналами 14, переходящими в вертикальные каналы 15. В рабочем цилиндре расположена рабочая жидкость 16.

Работает гидравлический гаситель колебаний следующим образом. При воздействии, например, внешней нагрузки F на штоке 5 и 6 обе части поршня 3 и 4 перемещаются по стрелке А, при этом рабочая жидкость 16, протекая в пространстве, образованном между радиальными ребрами 11 и их выступами 13, попадает в горизонтальные каналы 14 и затем в вертикальные 16 и, истекая из другого горизонтального канала 14, взаимодействует с радиальными ребрами 8, создавая окружное усилие Р, а следовательно, и крутящий момент Т на полом штоке 5, демпфируя тем самым такой вид перемещений (следует отметить, что на чертежах показана только пара радиальных ребер 8 и 11, тогда как в реальной конструкции их может быть гораздо больше и выбор их количества зависит от диаметра частей поршня 3 и 4). В тех случаях, когда усилие F может быть выражено резким изменением динамики движения штоков 5 и 6, давление рабочей жидкости 16 окажется также значительным и под его действием радиальные ребра 11 части поршня 4, упруго деформировав их плоские пружины 12, переместятся в пазах 10 по стрелке В, снизив тем самым сопротивление тока рабочей жидкости 16 в пространстве, образованном выступами 13 и радиальными ребрами 11. Это в итоге позволит получить на радиальных ребрах 8 части поршня 3 большие значения окружного усилия Р и за счет этого демпфировать штоком 5 такой всплеск динамической силы F. Следует подчеркнуть, что при наличии нескольких радиальных ребер 11 на поверхности части поршня 4 жесткость плоских пружин 9 может быть выбрана разной, что позволит расширить диапазон изменения сопротивления тока рабочей жидкости через каналы 14 и 15 демпфера и тем самым в автоматическом режиме эффективно демпфировать такие динамические нагрузки за счет закрутки штока 5. При движении штоков 5 и 6 в направлении, обратном стрелке А, рабочий процесс гашения колебаний демпфером аналогичен вышеописанному с той лишь разницей, что по стрелке С в пазах 7 будут перемещаться радиальные ребра 8, упруго деформируя свои плоские пружины 9, которые после снятия нагрузки возвратят радиальные ребра 8 в исходное положение. Одновременно будет происходить закрутка штока 6 сплошного круглого сечения также возникающим моментом Т только в обратном направлении. Далее описанные процессы могут проходить неоднократно. Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как оно направлено на повышение эффективности использования гидравлического гасителя колебаний за счет автоматической регулировки его сил сопротивления в условиях воздействия на подвески транспортных средств динамических составляющих нагрузок в эксплуатационных условиях.

Известен гидравлический демпфер по патенту RU 2324087, опубликован 10.05.2008 г. Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкции рессорного подвешивания автомобильного и железнодорожного подвижного состава.