Разработка модернизированной конструкции гидравлического гасителя колебаний электровоза

Рисунок 1.13 - Гидравлический демпфер по патенту России №RU 2 324 087 C1, разрез.

Задачей изобретения является повышение величины крутящего момента, возникающего на штоках демпфера, а следовательно, и получение более качественных характеристик демпфирования колебаний.

Поставленная решается тем, что поверхности радиальных ребер, обращенных к горизонтальным участкам каналов, выполнены криволинейной формы, и их продольные оси симметрии расположены в нижней части криволинейных поверхностей упомянутых радиальных ребер в месте их примыкания к частям поршня, причем торцевые поверхности выступов также имеют кривизну адекватную криволинейным поверхностям ребер.

Гидравлический демпфер (Рисунок 1.13) состоит из рабочего цилиндра 1, в котором размещены части поршня, верхняя 2 и нижняя 3. Верхняя часть 2 поршня жестко закреплена на штоке 4, имеющего круглое кольцевое сечение, а нижняя 3 на штоке 5 круглого сплошного сечения. Верхняя часть 2 и нижняя часть 3 поршня снабжены выступами 6, в которых расположены горизонтальные каналы 7, переходящие в вертикальные каналы 8. Торцевые части 9 выступов 6 имеют криволинейную поверхность и с зазором примыкают к радиальным ребрам 10, имеющим адекватную криволинейную поверхность 11, рабочий цилиндр 1 заполнен рабочей жидкостью 12. Работает гидравлический демпфер следующим образом. При поступательных перемещениях поршня совместно со штоками 4 и 5 рабочая жидкость 12 из надпоршневой или подпоршневой полости поступает сначала в горизонтальные каналы 7 и, проходя через вертикальные 8, взаимодействует с поверхностями 11 радиальных ребер 10, что обеспечивает угловые повороты по стрелке В частей верхней 2 и нижней 3 поршня, а так как они жестко соединены со штоками 4 и 5, то и последние получают угловой поворот, гася тем самым за счет своих упругих свойств поступательные перемещения поршня. Если в прототипе (RU 2230241) радиальные ребра 10 имеют плоские поверхности, на которые действует струя рабочей жидкости 12, истекающая из горизонтального канала 7 по стрелке А, то усилие N, создаваемое потоком рабочей жидкости определится по зависимости

N = Q m V,

где Qm - массовый расход жидкости; V - скорость потока жидкости.

Следовательно, момент Т, создаваемый на штоках, будет один. Если же поверхность 11 радиальных ребер 10 будет иметь криволинейную поверхность наподобие чаши то усилие N, создаваемое на них, возрастет и определяется по формуле N = 2 Qm V.

Видно, что общее окружное усилие на поршне с учетом п количества радиальных ребер 10 в данном случае составит ?N = 2 Qm Vn, следовательно, момент Т на штоках 4 и 5 также в сравнении с предыдущим случаем возрастет вдвое. Увеличение момента Т на штоках 4, 5 позволяет получить большие значения их угловых деформаций при их чистом кручении, а это в свою очередь создаст условия по выбору рациональных геометрических характеристик деталей демпфера и дать оценку эффективности демпфирующих способностей гасителя колебаний.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известным очевидно, так как струи рабочей жидкости, взаимодействующие с радиальными ребрами поршня, выполняют вдвое большую работу, чем у прототипа, а это позволит в итоге выбрать наиболее рациональные кинематические и геометрические характеристики гидравлического демпфера.

Рисунок 1.14 - Гидравлический демпфер по патенту России №RU 2 371 617 C1, разрез.

Существует гидравлический демпфер по патенту RU 2371617, опубликован 27.10.2009 г. Изобретение относится к области машиностроения.

Задачей изобретения является разработка гидравлического демпфера способного осуществлять сопротивление движения поршня за счет снижения пропускной способности рабочей жидкости, проходящей через его каналы.

Поставленная решается тем, что выступы с горизонтальными каналами выполнены криволинейной формы и расположены на внутренних поверхностях частей поршня и их продольные оси симметрии смещены друг относительно друга в диаметральной плоскости по радиусу, на сплошном штоке в пространстве между частями поршня установлено лопастное колесо, лопасти которого снабжены отверстиями различного диаметра, причем отверстия меньшего диаметра, при угловом повороте упомянутого лопастного колеса, имеют возможность примыкания к каналам выступов нижней части поршня, а большего - к каналам выступов его верхней части.

Гидравлический демпфер (Рисунок 1.14)состоит из рабочего цилиндра 1, в котором расположен полый шток 2 и сплошной шток 3. На полом штоке 2 с помощью шпонки 4 закреплена одна часть поршня 5, а на сплошном штоке 3 также при помощи шпонки 6 установлена другая часть поршня 7. Часть поршня 5 снабжена выступами 8 с расположенными в них изогнутыми под прямым углом каналами 9, другая же часть поршня 7 также имеет выступы 10, в которых выполнены подобные каналы 11. Между частями поршня 5 и 7 подвижно на сплошном штоке 3 установлено лопастное колесо 12, в лопастях 13 которого выполнены отверстия малого диаметра 14 и отверстия большего диаметра 15. В рабочем цилиндре 1 находится рабочая жидкость 16.

Работает гидравлический демпфер следующим образом. При движении штоков 2 и 3, а следовательно, и частей поршня 5 и 7 по стрелке А (рабочий ход гидравлического демпфера) рабочая жидкость 16 перемещается по стрелкам В в каналах 9 и 11 и ее поток, истекая под давлением из выступов 10, взаимодействует с лопастями 13 лопастного колеса 12, которое получает угловой поворот по стрелкам С. Получив такой угловой поворот, лопасти 13 плотно прижимаются к выступам 8 части поршня 5, что способствует току рабочей жидкости 16 в каналы 9 только через отверстия большего диаметра 15. При этом протекающий объем рабочей жидкости 16 через отверстие 10 является относительно значительным, что способствует возникновению вращающего момента Т, воспринимаемого полым штоком 2. Под действием этого момента происходит упругая угловая деформация полого штока 2 и, следовательно, демпфирование составляющей нагрузки, приложенной к демпферу в этом направлении. При движении штоков 2 и 3, а также вместе с ними частей поршня 5 и 7 в направлении, обратном стрелке А (режим отдачи демпфера), рабочая жидкость 16 поступает в каналы 9 выступов 8 по стрелке Е и, протекая по ним, взаимодействует с лопастями 13 лопастного колеса 12, поворачивая его по стрелкам F примыкая к выступам 10. В этом случае отверстия 14 лопастей 13, имея меньший диаметр, снижают расход жидкости 16, протекающей по каналам 11 выступов 10 в направлении, противоположном стрелке В, а следовательно, давление ее возрастает и на части поршня 7 возникает вращающий момент Т1, который будет по величине большим момента Т. Такой момент обеспечит упругий угловой поворот сплошного штока 3, который повысит эффект гашения нагрузки, действующей в режиме отдачи за счет своей повышенной крутильной жесткости. Далее описанные процессы могут повторяться неоднократно.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения очевидна, так как эффективность гашения колебаний, воспринимаемых гидравлическим гасителем колебаний, гораздо выше по сравнению с известными.

Рисунок 1.15 - Гидравлический демпфер по патенту России № RU 2 339 856 C1, разрез.

Известен также гидравлический амортизатор по патенту на изобретение RU 2339856, опубликован 27.11.2008 г. изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в рессорном подвешивании рельсовых и безрельсовых транспортных средств.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции гидравлического амортизатора и повышение эффективности его использования в эксплуатационных условиях.

Поставленная задача решается тем, что на штоке жестко закреплена пара кольцевой формы упоров, в пространстве между которыми подвижно на шпонке размещен подпружиненный с двух его торцевых сторон пружинами сжатия поршень, снабженный вертикально расположенными каналами, переходящими в горизонтальные, контактирующими с изменяющимися по ширине вертикальными углублениями на круговой образующей поверхности штока, упомянутые углубления взаимосвязаны с горизонтальными участками вертикальных каналов, размещенных в штоке, также затем переходящих в горизонтальные участки так, что продольные оси последних расположены над кольцевой формы упорами соответственно в надпоршневой и подпоршневой полостях рабочего цилиндра.

Гидравлический амортизатор (Рисунок 1.15) состоит из рабочего цилиндра 1 и поршня 2 со штоком 3. В поршне 2 выполнены вертикальные каналы 4, переходящие в горизонтальные каналы 5. Поршень 2 при помощи скользящей шпонки 6 закреплен на штоке 3, имеющем кольцевой формы упоры 7 и участки вертикальных каналов 8, сопрягаемые с участками горизонтальных каналов 9. В зоне примыкания участков горизонтальных каналов 9 к поршню 2 на поверхностях штока 3 выполнены углубления 10. Между кольцевой формы упоров 7 и поршнем 2 размещены пружины сжатия 11. Рабочий цилиндр 1 заправлен рабочей жидкостью 12.

Работает гидравлический амортизатор следующим образом. При медленном перемещении штока 3, например, по стрелке В, за счет заранее подобранной жесткости пружины сжатия, поршень 2 находится на равном расстоянии относительно кольцевой формы упоров 7 так, как это показано на рисунке 1.4. При этом рабочая жидкость 12 поступает по стрелке С в каналы 4, 5, 9, 8, истекая по ним также по стрелке С в надпоршневую полость амортизатора, оказывая определенное сопротивление движению поршня 2 совместно со штоком 3 за счет малого диаметра перечисляемых каналов. В случае же, если нагрузка на шток 3 поршня 2 будет значительной по величине (динамической) и мгновенной по времени, поршень 2 начнет перемещаться относительно штока 3 на скользящей шпонке 6 по стрелке Е, упруго деформируя верхнюю пружину сжатия 11. Такое движение поршня 2 относительно штока 3 будет способствовать сокращению количества тока рабочей жидкости 12 из подпоршневой полости амортизатора в надпоршневую полость. Так, во-первых, горизонтальный канал 5, находящийся справа относительно продольной оси штока полностью перекроется штоком 3 и рабочая жидкость 12 не сможет протекать в участке вертикального канала 8 и, во-вторых, в горизонтальный канал 5, находящийся с левой стороны, количество протекаемой рабочей жидкости 12 значительно уменьшится за счет того, что углубление 10 в штоке имеет изменяющуюся по высоте ширину. Такое явление, связанное с движением поршня 2 относительно штока 3, будет способствовать эффективному демпфированию динамических составляющих, действующих на подвеску транспортного средства при его движении. При перемещении штока 3 в направлении, обратном стрелке В, картина сопротивления току рабочей жидкости 12 будет аналогична вышеописанной, с той лишь разницей, что перекрываться штоком 3 полностью будет находящийся слева горизонтальный канал 5, а правый горизонтальный канал 5 частично. Следует отметить, что конструктивно гидравлический амортизатор можно выполнить с гораздо большим числом указанных выше каналов различного диаметра, что позволит существенно расширить его эксплуатационные возможности.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как он проще по конструкции и, следовательно, обладает повышенной надежностью в эксплуатационных условиях.

Рисунок 1.16 - Транспортный гидравлический гаситель колебаний по патенту России №RU 80 208 U1, разрез.

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

Транспортный гидравлический гаситель (Рисунок 1.16) колебаний, содержащий корпус с основанием и коаксиально размещенным в корпусе цилиндром, в котором установлен с возможностью перемещения поршень со штоком, и днище, внутренние полости цилиндра заполнены рабочей жидкостью, кольцевая полость между цилиндром и корпусом частично заполнена жидкостью, цилиндр снизу закрыт днищем, а сверху закрыт направляющей втулкой, при этом шток пропущен через центральное отверстие в направляющейвтулке, вся цилиндропоршневая группа деталей зафиксирована в корпусе кольцевой гайкой, корпус и шток снабжены крепительными проушинами, в поршне и днище смонтированы одинаковые клапанно-дроссельные устройства, каждое из которых включает опору клапанную с центральным резьбовым отверстием, с проходными и впускными отверстиями и клапанными седлами в виде кольцевых буртов, на каждой опоре имеется впускной клапан в виде диска, поджатого пружиной к седлу впускногоклапана и перекрывающего впускные отверстия в опоре клапанной, предохранительный клапан и дроссель, отличающийся тем, что предохранительный клапан выполнен в виде упругих пластин, перекрывающих проходные отверстия в опоре клапанной и прижатых к седлу предохранительного клапана стяжным болтом, ввинченным в центральное резьбовое отверстие опоры клапанной, при этом хвостовик стяжного болта снабжен контргайкой.

Рисунок 1.17 - Уплотнение штока гидродемпфера по патенту России №RU 2324854 C1, разрез.

Известно уплотнение штока гидродемпфера по патенту RU 2324854, опубликован 20.05.2008 г. в Бюл.№ 14. Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения подвижных соединений в гидравлических устройствах, в частности в гидравлических гасителях колебаний пассажирских железнодорожных электровозов.

В основу изобретения поставлена задача повышения надежности узла уплотнения штока и срока его службы, в том числе при эксплуатации в условиях низких температур.

Это достигается тем, что в уплотнении гидродемпфера, содержащем направляющую втулку, через которую пропущен шток, и уплотнительный элемент, согласно изобретению введены два направляющих кольца, направляющая втулка выполнена в виде двух частей, установленных соосно относительно штока, плотно примыкающих друг к другу торцами, г снабженных кольцевыми канавками для направляющих колец в каждой из них и с возможностью размещения уплотнительного элемента внутри одной из частей торцом в плоскости стыка двух соосно расположенных и плотно примыкающих друг к другу частей направляющей втулки таким образом, что он оказывается размещенным между направляющими кольцами штока, установленными в кольцевых канавках обеих частей направляющей втулки, в качестве уплотнительного элемента установлена жесткая каркасная манжета.

Кроме того, в одной из частей направляющей втулки выполнены опорные поверхности для уплотнительного элемента, например, в виде кольцевой выемки со стороны торца, примыкающего к торцу другой части направляющей втулки.

Кроме того, в качестве каркасной манжеты установлено U-образное уплотнение с пружиной, выполненное из пластмассы, сохраняющей рабочие характеристики при температуре до - 70°.

Предусмотрено также, что в плоскости стыка плотно примыкающих друг к другу частей направляющей втулки установлено кольцо, а характеристики каркасной манжеты выбраны в соответствии с требованиями по эксплуатации гидродемпфера.

Введение отличительных признаков в изобретении позволяет обеспечить достоинства заявляемого технического решения: выполнение разъемной направляющей втулки, установку направляющих колец в несвязанных между собой частях направляющей втулки, что позволяет осуществлять самоцентрирование и приводит к меньшему износу, установку уплотнения между двумя направляющими кольцами, которые защищают его от механического абразивного воздействия частиц, а также от температурного воздействия среды и воздействия влаги, снега, наледи, установку в качестве уплотнительного элемента жесткой каркасной манжеты с требуемыми характеристиками. Тем самым достигается технический результат, заключающийся в повышении надежности и срока службы, в том числе при низких температурах, обеспечении технологичности сборки и монтажа.

Позициями на чертеже (Рисунок 1.17) обозначены: 1 - корпус; 2 - цилиндр; 3 - шток; 4 - направляющая втулка, первая часть; 5 - направляющая втулка, вторая часть;6, 7 - направляющие кольца; 8, 9 - кольцевые канавки; 10 - кольцевая выемка;11 - уплотнительный элемент; 12 - кольцо; 13 - прижимная гайка; 14 - каркасная манжета; 15 - пружина; 16 - соединение; 17 - грязесъемник;18- регулируемый дроссель; 19, 20 - проходной канал; 21, 22 - отводная трубка; 22 - упругая манжета; 23 - полость цилиндра; 24 - компенсационная камера; 25 - разгрузочный клапан.

Осуществление предлагаемого уплотнения показано на примере его использования в гидравлических гасителях колебаний пассажирских железнодорожных электровозов. Следует отметить, что в рессорном подвешивании пассажирских электровозов "Нормами для расчета и проектирования новых и модернизируемых электровозов..." рекомендуется применять именно гидравлические демпферы. В гидравлических гасителях колебаний, имеющих телескопическую конструкцию, содержащих корпус, в котором размещена цилиндропоршневая группа с клапанными устройствами, при установке шток снабжается штоковым уплотнением. Штоковые уплотнения должны гарантировать, что независимо от рабочих условий и машин, в которых они применяются, утечки не должны происходить ни в рабочем режиме, ни после остановки. Уплотнения должны быть высокоэффективными, с низким коэффициентом трения. При движении железнодорожных электровозов боковые нагрузки на гидравлический гаситель колебаний передаются на элементы уплотнений штока и приводят к их быстрому изнашиванию. Боковые нагрузки возрастают при проходе кривых малых радиусов, стрелок и с увеличением скорости движения. Большие боковые нагрузки на уплотнения приводят их к быстрому износу и, как следствие, к потере рабочей жидкости. Снижается работоспоспособность указанных гидрогасителей, они недостаточно надежны в эксплуатации. Вследствие этого повышается динамическая нагруженность транспортных средств, ухудшается плавность хода, комфортность проезда пассажиров, увеличивается изнашиваемость транспортных средств и пути. Принцип действия известных гидрогасителей, имеющих телескопическую конструкцию, заключается в последовательном выдавливании жидкости через узкие каналы (дроссельные отверстия) и обратное наполнение этой жидкостью цилиндра через клапаны. Важно, чтобы конструкция уплотнения соответствовала по своим характеристикам требованиям, предъявляемым к гидравлическим демпферам: она должна быть надежной и сохранять свою работоспособность в различных условиях внешней среды, в частности и при низких температурах. На решение этой задачи и направлено предлагаемое изобретение

Как видно, в корпусе 1 коаксиально установлены цилиндр 2 и шток 3. Шток пропущен через направляющую втулку, выполненную, согласно изобретению, в виде двух частей 4 и 5 и снабженную направляющими кольцами 6 и 7. Первая 4 и вторая 5 части установлены соосно относительно штока и плотно прижаты друг к другу внутренними торцами. В каждой из частей 4 и 5 направляющей втулки выполнены кольцевые проточки 8 и 9 для размещения направляющих колец 6 и 7. В одной из частей направляющей втулки выполнена также кольцевая выемка 10 для установки уплотнительного элемента 11. В плоскости стыка плотно примыкающих друг к другу частей 4 и 5 направляющей втулки установлено кольцо 12, выполненное из термопластичного материала. Направляющие кольца 6 и 7 выполнены, например, из специального ленточного термопластичного материала с соответствующим наполнителем. Направляющее кольцо 6 выполнено таким образом, что после установки в кольцевую канавку 8, за счет специальной разделки концов ленты (ступенчатый срез), образует беззазорное соединение 16 в плоскости, перпендикулярной штоку 3. Для фиксирования узла уплотнения в корпусе 1 предусмотрена прижимная гайка 13. Уплотнительный элемент 11 выполнен в виде U-образной манжеты 14 и пружины 15. Материалы манжеты и пружины выбраны из условий эксплуатации, в частности манжета выполнена из пластмассы с рабочим диапазоном до - 70°С. Кроме того, предусмотрено, что характеристики каркасной манжеты выбраны в соответствии с требованиями по эксплуатации гидродемпфера.

Уплотнение штока работает следующим образом.

При низком давлении или при отсутствии давления V-образная металлическая пружина 15 обеспечивает силу уплотнения. При повышении давления в системе основная сила уплотнения образуется самим давлением в системе. Под действием давления в полости цилиндра 2 рабочая жидкость воздействует на манжету 14. Давление рабочей жидкости передается в кольцевую полость манжеты 14. Благодаря этому центральная часть манжеты 14 дополнительно к усилию предварительного поджатия за счет пружины 15, осуществляемого при ее монтаже, поджимается давлением рабочей жидкости в радиальном направлении к уплотняемой поверхности штока, тем самым способствуя сохранению высокого давления в цилиндре и не допуская утечки рабочей жидкости.

При движении электровоза колебательные движения передаются на гидравлический гаситель колебаний (демпфер) - шток 3 приходит в движение. При растяжении демпфера (ход штока с поршнем вверх) рабочая жидкость находится под давлением. Давление рабочей жидкости передается в кольцевую полость манжеты 14, прижимая ее к штоку, исключая возможность просачивания жидкости. Под действием этого давления рабочая жидкость из штоковой полости 24 поступает в проходной канал 19, с усилием продавливается через регулируемый дроссель 18 и далее через отводную трубку 21 перетекает в компенсационную камеру 25. Благодаря этому происходит гашение колебаний. Если в штоковой полости 24 возникает избыточное давление жидкости, то открывается разгрузочный клапан 26, и жидкость сбрасывается по отводной трубке 22 вниз в компенсационную камеру 25, предохраняя демпфер от перегрузок. Скорость перетока жидкости может меняться регулировкой дросселя 18 и разгрузочного клапана 26. При сжатии демпфера (ход штока с поршнем вниз) срабатывают впускной клапан из компенсационной камеры и поршневой (на чертеже не показаны) - в результате давление, в полостях (поршневой и штоковой 24) цилиндра 2 выравнивается, демпфер приходит в исходное состояние и готов гасить следующие колебания. Так как уплотнение не допускает утечек рабочей жидкости, требуемые силовые характеристики гидрогасителя сохраняются.

Выполнение направляющей втулки разъемной позволяет разместить жесткое уплотнение между направляющими кольцами, которые защищают его от механического абразивного воздействия частиц, а также от температурного воздействия среды и воздействия влаги, снега, наледи, а кроме того обеспечивает технологичность сборки узла уплотнения и гидрогасителя в целом. Направляющие кольца 6 и 7 устанавливаются в соответствующие кольцевые канавки 8 и 9 частей 4 и 5 направляющей втулки, жесткая подпружиненная манжета 14 устанавливается в кольцевую выемку 10. Части 4 и 5 направляющей втулки устанавливаются соосно по штоку 3 и фиксируются прижимной гайкой 13. В результате жесткая манжета 14 уплотнения легко установлена между направляющими кольцами 6 и 7 штока 3, которые защищают ее от механического абразивного воздействия частиц. Благодаря расположению внутри направляющей втулки между направляющими кольцами 6 и 7 уплотнение защищено также от температурного воздействия среды и воздействия влаги, снега, наледи. Кроме того, расположение направляющих колец 6 и 7 в не связанных между собой частях направляющей втулки 4 и 5 позволяет им самоцентрироваться по штоку 3, что приводит к их меньшему износу и повышает надежность устройства уплотнения и гидрогасителя в целом. Все вышеуказанное в целом позволяет повысить надежность уплотнения за счет снижения утечки рабочей жидкости, повышения износостойкости манжеты и сохранения ее работоспособности в условиях низких температур.

Таким образом, благодаря введению новых отличительных признаков достигнут технический результат - повышены надежности узла уплотнения штока и срок его службы, в том числе при эксплуатации в условиях низких температур, тем самым поставленная задача решена.

Изобретение относится к области устройств для гашения колебаний и может быть использовано для гашения колебаний транспортных средств. Задачей изобретения является повышение надежности и экономичности гидравлическогогасителяколебаний за счет герметизации гидроцилиндра. Сущность изобретения заключается в том, что гидравлический гаситель колебаний (Рисунок 1.18) содержит внешний корпус со щелями, закрытыми воздушными фильтрами, в котором размещен герметичный немагнитный гидроцилиндр с направляющим неподвижным штоком и расположены внешние магниты с антифрикционным покрытием полюсов, а в поршне выполнены внутренние магниты с антифрикционным покрытием полюсов. В поршне герметичного гидроцилиндра выполнены калиброванные отверстия. В верхней и нижней частях немагнитного гидроцилиндра расположены заглушки, закрывающие отверстия. Гаситель имеет упругий элемент в виде пружины.

Рисунок 1.18 - Гидравлический герметичный гаситель колебаний по патенту России №RU 2 184 890 C2, разрез.

1.4.3 Разработка нестандартных конструкций гидравлических амортизаторов для рельсовых транспортных средств

Известен гидравлический демпфер по патенту RU 2324089, опубликован 10.05.2008 г. Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях различной транспортной техники.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы демпфера за счет улучшения его демпфирующих характеристик.

Поставленная задача решается тем, что в нижней части штока сплошного круглого сечения выполнен канал, связанный по крайней мере с двумя сквозными соосными отверстиями, расположенными в его диаметральной плоскости, а стенки полого штока, лежащие в горизонтальной плоскости последних, снабжены сквозными изменяющимися по высоте штоков щелями, причем каждая из них направлена по внешней и внутренней образующей полого штока друг к другу концами, имеющими наименьшую их высоту.

Гидравлический демпфер (Рисунок 1.19) состоит из рабочего цилиндра 1, в котором расположен пустотелый шток 2 кольцевого сечения, жестко при помощи шпонки 3 связанный с верхней половиной поршня 4. Внутри пустотелого штока 2 подвижно размещен сплошной шток 5 круглого сечения, соединенный при помощи шпонки 6 с нижней половиной поршня 7. Штоки 2 и 5 зафиксированы относительно половин поршня 4 и 7 стопорными шайбами 8. В пустотелом штоке 2 выполнены сквозные пазы 9, имеющие разную по их длине высоту и контактирующие с отверстиями 10, связанными с каналом 11, расположенным в сплошном штоке 5. На наружных поверхностях верхней половины поршня 4 и нижней 7 выполнены выступы 12, в которых имеются горизонтально расположенные каналы 13, переходящие в вертикальные каналы 14. Выступы 12 примыкают с зазором к радиальным ребрам 15, жестко присоединенным к половинам поршней 4 и 7. Рабочий цилиндр заполнен рабочей жидкостью 16.

Работает гидравлический демпфер следующим образом. При поступательном перемещении верхней 4 и нижней 7 половин поршня, например по стрелке В, рабочая жидкость 16 через горизонтально расположенные каналы 13 выступов 12 попадает в вертикальные каналы 14 и, истекая под давлением, взаимодействует с радиальными ребрами 15, расположенными на наружной поверхности верхней половины поршня 4.

Рисунок 1.19 - Гидравлический амортизатор по патенту России №RU 2 324 089 C1, разрез.

В результате на этой половине поршня возникает вращающий момент, воспринимаемый пустотелым штоком 2 кольцевого сечения (работа гидравлического демпфера, как при движении поршня по стрелке В, так и в обратном направлении, подробно описана в прототипе). Одновременно рабочая жидкость 16 по стрелке С попадает в канал 11 и затем в отверстия 10, а так как они в начальный момент времени расположены напротив сквозных пазов 9, имеющих, например, на этом участке размер по высоте, равный диаметру отверстий 10, то рабочая жидкость 16 без особого сопротивления проходит в надпоршневую полость рабочего цилиндра 1. В дальнейшем в связи с закручиванием пустотелого штока 2 кольцевого сечения по стрелке Е крутящим моментом, например, отверстие 10, находящееся слева, если смотреть на фиг.1 и 3, будет постепенно перекрываться уменьшающимся размером по высоте щелью 9, что создаст сопротивление движению штоков 2 и 5 по стрелке В. В то же время отверстие 10, находящееся справа, сразу же перекроется стенкой пустотелого штока 2 и поэтому рабочая жидкость 16 через него не будет попадать в надпоршневую полость рабочего цилиндра 1. Следовательно, сопротивление движению штоков 2 и 5 совместно с половинами поршня 4 и 7 еще более возрастет, а это увеличит демпфирующую способность демпфера. При движении штоков 2 и 5 совместно с половинами поршня 4 и 7, обратном направлению стрелки В, рабочая жидкость 16 из надпоршевой полости демпфера будет перетекать в обратном направлении через каналы 14 и тем самым при взаимодействии ее с ребрами 15, расположенными на нижней половине поршня 7, будет закручивать сплошной шток 5 круглого сечения, но в направлении, обратном стрелке Е. Такой его угловой поворот также будет способствовать перекрытию отверстий 10 и подобно тому, как этот описано выше, создавать силы сопротивления движению подвижных деталей демпфера. В дальнейшем указанные процессы могут повторяться многократно.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известным очевидно, так как наличие дроссельных каналов, выполненных в пустотелом штоке кольцевого сечения и сплошном круглого сечения, позволит создать дополнительные силы сопротивления движению поршня и, следовательно, повысить демпфирующие характеристики гасителя.

Рисунок 1.20 - Гидравлический виброгаситель по патенту России №RU 77 372 U1, разрез.

Гаситель колебаний (Рисунок 1.20) , содержащий корпус, в котором выполнена цилиндрическая полость и который оснащен узлом крепления к виброзащищаемому изделию, поршень, выполняющий функцию инерционной массы и в котором выполнен ряд сквозных аксиальных отверстий, упругие элементы типа спиральных пружин, взаимодействующие с корпусом и поршнем с заданным осевым усилием, обеспечивающим центральное положение поршня в полости, причем жесткость пружин и массу поршня подбирают такимобразом, чтобыобеспечить заданную частоту настройки, рабочую жидкость, например машинное или силиконовое масло, зарядное устройство, обеспечивающее заполнение гасителя рабочей жидкостью при избыточном давлении и обеспечивающее герметичность после зарядки крышки корпуса , герметично закрывающей рабочую полость, отличающийся тем, что рабочая жидкость, заполняющая полость, находится под избыточным давлением, создаваемым в процессе зарядки, и соединяется с дополнительной упругодеформируемой компенсирующей емкостью типа сильфона, которая способна за счет собственной деформации компенсировать температурное расширение-сжатие рабочей жидкости и тем самым исключить появление газовых пузырей во всем диапазоне изменения температур окружающей среды, встречающихся в процессе эксплуатации.

1.5 Анализ неисправностей гидравлических гасителей колебаний и причин их вызывающих

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.

По признакам нахождения они могут быть разделены на две группы:

- неисправности, определяемые при внешнем осмотре гасителей без разборки;

- неисправности, определяемые у снятого с тележки гасителя и обнаруживаемые при испытании и разборке этого прибора.

Своевременное нахождение неисправностей гасителей и их устранение или смена этих приборов и главным образам, качественное выполнение периодических ремонтов и ревизий в депо и на заводах обеспечивает стабильную работоспособность этих приборов в течение всего межремонтного периода.

В процессе работы гасителей колебаний на электровозе изнашиваются и повреждаются его детали. Шток и внутренняя поверхность цилиндра получают местные выработки, а также, сопряженные с ними, каркасы сальников. По мере нарастания износа штока и его направляющей увеличивается кольцевой зазор между этими деталями. Для определения типа увеличения этого зазора периодически измерялись штоки и направляющие у гасителей, поступавших для ревизии в электровозное депо. Результаты этих изменений показаны графически на рисунке 1.21.

Рисунок 1.21 - Кривые нарастания износа штока и его направляющей,

(1 - износ штока; 2 - износ направляющей; 3 - суммарный износ сопряжения).

Рис.1.22 - Зависимость параметра сопротивления гасителя от кольцевого зазора в сальнике на штоке.

Давление масла в подпоршневой полости цилиндра при ходе сжатия и растяжения повышенное. Поэтому масло вытесняется из цилиндра в резервуар через кольцевой зазор между штоком и его направляющей при обоих ходах. Увеличение этого зазора будет понижать параметр сопротивления гасителя. Из приведенного рисунка (рисунок 1.22) видно, что интенсивное падение параметра начинается при величине зазора 0,08 мм и более.

При испытании на стенде гидравлического гасителя колебаний видно, что кольцевой зазор между штоком и его направляющей больше допустимой величины (рисунок 1.23). Зазоры в соединении направляющей штока с цилиндром и цилиндра с корпусом нижнего клапана велики и, следовательно, нужно их устранять.

Рисунок 1.23 - Форма рабочей диаграммы гидравлического гасителя колебаний.

Местная выработка рабочей поверхности цилиндра существенного влияния на работоспособность гасителей не оказывает, так как упругость поршневых пальцев всегда обеспечивает их прижатие к стенкам цилиндра.

Однако, значительная её величина способствует быстрому выходу из строя поршневых пальцев вследствие интенсивного износа. Кроме того, в процессе работы гасителя кольца теряют упругость и иногда лопаются.

Эти дефекты уменьшают компрессию между подпоршневой и надпоршневой полостями цилиндра. При этом масло во время хода растяжения дополнительно перетекает через зазор между стенками цилиндра и поршнем, что вызывает понижение силы сопротивления, развиваемый гасителем при растяжении. На диаграмме (рисунок 1.24) мы можем увидеть увеличение дроссельного отверстия верхнего клапана, неплотное прилегание тарелки к седлу в верхнем клапане вследствие износа, излома, ослабления или износа поршневого кольца. При таких неисправностях дроссельное отверстие восстанавливают, привалочные поверхности тарелки и седла верхнего клапана притирают, промывают гаситель, заменяют поршневые кольца.

Рисунок 1.24 - Форма рабочей диаграммы гидравлического гасителя колебаний.

Нарушение технологии сборки гасителя приводит к повреждениям резиновых манжет каркасного сальника и его пружины. Неисправный или изношенный сальник, поврежденное уплотнительное кольцо резервуара, неплотности в соединении нижней головки с рубашкой резервуара, а также интенсивной потери масла из гасителя. На рисунке 1.5 показана зависимость работоспособности гасителя от количества масла в нем. Кривые получены при испытании гасителя, установленного вертикально на стенде. Если гайка резервуара при сборке гасителя была завинчена не до конца или произошло ее самоотвинчивание в процессе работы, то сила прижатия направляющей штока, а также корпуса нижнего клапана цилиндру уменьшается, и резиновые уплотнительные кольца цилиндра выжимаются давлением масла в цилиндре. Появляются дополнительные щели для выхода масла из цилиндра в резервуар. В результате этого резко снижается работоспособность гасителя.

Цилиндр может перемещаться в осевом направлении относительно рубашки резервуара при самоотвинчивании его гайки. Ход поршня относительно цилиндра уменьшается на величину этого перемещения, следовательно, работоспособность гасителя понижается. Кроме этого, резиновое уплотнительное кольцо резервуара изнашивается вследствие трения о резьбу рубашки резервуара.

Неплотное прилегание тарелок к седлам клапанов увеличивают площадь поперечного сечения каналов, по которым масло может проходить из подпоршневой полости цилиндра в нижнюю и из последней в резервуар.

Если это произошло в верхнем клапане, то понижается давление, необходимое для вытеснения масла из первой полости во вторую. Сила сопротивления, становится меньшей или только при ходе сжатия, или при обоих ходах. Понижение этой силы при сжатии гасителя является следствием уменьшения давления, необходимого для вытеснения масла из цилиндра в резервуар. Если зазор в нижнем клапане настолько большой, что перепада давлений между полостями недостаточно для открытия верхнего клапана, то подпоршневая полость не будет заполняться маслом. Сила сопротивления также уменьшится при ходе растяжения. Причинами отказа в работе клапанов могут являться: засорение, дефекты на привалочных поверхностях седла или тарелки, ее заедание в направляющей втулке.

Рисунок 1.25 - Кривые зависимости параметра от количества масла в гасителя, (1-при верхнем положении поршня; 2-при среднем положении поршня; 3-при нижнем положении поршня).

При ослаблении резьбового соединения верхней головки гасителя со штоком или частичного самоотвинчивания защитного кожуха происходит трение последнего о рубашку резервуара. Головки гасителя получают угловые или линейные перемещения относительно валиков крепления гасителей на тележке при продольных колебаниях надрессорной балки относительно рамы тележки, большие продольные напряжения в резиновых втулках возникают у торцов головок вследствие их перекосов. Износ металлических и резиновых втулок (рисунок 1.26), а также валиков узла крепления гасителя на тележке является следствием в основном линейных перемещений головок.

Самоотвинчивание гайки резервуара (форма рабочей диаграммы при этом представлена на рисунке 1.27), в эксплуатации или при сборке гасителя до положения, обеспечивающего жесткое крепление цилиндра относительно рубашки резервуара вызывает снижение работоспосбности. Для ликвидации данного деффекта необходимо подтянуть гайку резервуара и поставить стопорную планку. Все клапанные системы гасителя колебаний независимо от их конструкции, должны обеспечивать процессы наполнения жидкостью рабочего цилиндра гасителя и дросселирование ее при соответствующем параметре сопротивления и ограничивать усилия, развиваемые на штоке прибора, не допуская возрастания его более установленного для данного типа гасителя. На рисунке 1.28 представлена форма рабочей диаграммы гидравлического гасителя колебаний, если в нем не работают верхний и нижний клапаны.

Рисунок 1.26 - Изношенная резиновая втулка крепления гидравлического гасителя колебаний.

Рисунок 1.27 - Форма рабочей диаграммы гидравлического гасителя колебаний, возникающая при самоотвинчивании гайки резервуара.

Для выполнения этих условий необходимо обращать особое внимание на следующие неисправности клапанных систем.

Рисунок 1.28- Форма рабочей диаграммы гидравлического гасителя колебаний, если в нем не работают верхний и нижний клапаны.

Основными неисправностями клапанной системы являются: неплотность прилегания тарелки клапана к его седлу; задиры и выбоины притирочных поверхностей тарелки и седла клапана; неплотность резьбового соединения нижнего клапана с его корпусом и верхнего клапана с поршнем; утечка жидкости через неплотности предохранительного клапана; ослабление или поломка пружины предохранительного клапана; перекосы и заедание тарелки клапана в его направляющей; уменьшение сечения дроссельной щели по высоте в результате смятые седла клапана; неправильно отрегулирован предохранительный клапан на максимально допустимое давление [2,3].

Эти неисправности уменьшают параметр сопротивления, т.е. снижает работоспособность прибора, а последние - силу сопротивления, что может привести к поломке как самого гасителя колебаний, так и узлов его крепления на тележках. Эта версия была для клапана гасителя колебаний конструкции КВЗ-ЛИИЖТ.

Для клапана гасителя колебаний конструкции ГДР основные неисправности: излом или ослабление крепление пружины, ускоряющей закрытие перепускного клапана; неплотность прилегания рабочих поверхностей перепускного клапана (тарелки) и его седла; неплотность в резьбовом соединение клапана и его корпуса; поломки и коробление пластин (особенно дроссельных с вырезами); неплотность прилегания пластин к седлу клапана; неправильное чередование пластин с вырезами и без вырезов; неправильно отрегулированная затяжка винта (валика), прижимающего дроссельные пластины к седлу клапана.

Эти неисправности приводит к уменьшению работоспособности гасителя колебаний, а последние две к увеличению или уменьшению как параметра сопротивления, так и наибольшего значения силы сопротивления. Установка пластин с вырезом ближе к головке болта (валика), на который они насажаны приводит к уменьшению параметра, а удаления их от этой головки к его возрастанию.

Большая затяжка болта, на которые насажаны пластины, приводит к возрастанию как параметра сопротивления, так и к увеличению наибольшего усилия, которое может возникнуть при неблагоприятных условиях колебания электровоза. При ремонте можно производить только смену пружины переменного клапана, или замену клапана.

Для клапана гасителя колебаний конструкции ВНР износы и изломы пластины с дроссельными вырезами: неправильная установка дроссельной пластины (не первая сверху); изломы и неплотное прилегание пластин к седлу клапана; ослабления и изломы конической пружины; изломы вкладыша, на который опирается пружина; износы и дефекты рабочей поверхностей седла клапана и фланца, прижимающего пластины; течь жидкости по резьбовому соединению клапана и корпуса клапана или поршня.

В этой конструкции клапана большое значение имеет состояние дроссельной пластины с вырезами и место ее установки в клапане. Неисправность этой пластины может привести к падению параметра сопротивления или возрастанию силы сопротивление гасителя. Неправильный выбор места установки дроссельной пластины приводит также к возрастанию усилия гасителя колебаний.

Износы, изломы отдельных частей и ослабления соединений, гасителя колебаний работают в сложных условиях. Увеличение скорости движения приводит к возрастанию вибраций отдельных узлов и частей тележки, в том числе и этих приборов. Такие вибрации в первую очередь влияют на прочность и надежность соединений гасителя. Большие зазоры в шарнирных соединениях приводят к увеличению взаимных перемещений их частей, что вызывает ускоренный износ валиков, втулок, отверстий, а также снижает работоспособность самого гасителя. Эти основные причины сказываются, в первую очередь на резьбовом соединении верхней головки со штоком поршня, на крепления кожуха с верхней головкой и на надежность шарнирного соединения гасителя к кронштейнам тележки.

Ослабление резьбового соединения верхней головки со штоком поршня приводит к излому и деформации резьбы, а в дальнейшем к отрыву головки штока. Это ослабление возникает вследствие наличия зазоров в резьбовом соединении неполного завинчивания головки на шток и плохой фиксации соединения стопорным винтом. У гасителей колебаний производства КВЗ-ЛИИЖТ, ГДР и ВНР защитные кожухи с верхней головкой имеют резьбовое соединение. Это резьбовое соединение выполнено на кожухе и верхней головке имеющих большой диаметр при малой длине самой резьбы. Поэтому наличие в резьбе даже небольших зазоров, а также потеря стопорного болта приводят к быстрому ослаблению. Ослабление соединения кожуха с верхней головкой приводят к перекосу, в результате этого защитный кожух трется о кожух гасителя и на его стенках возникают потертости. Обрыв верхней головки может привести к поломке узлов крепления гасителя к тележкам.

Соединение защитного кожуха с верхней головкой у гасителей осуществлено сваркой, но и это соединение в условиях больших вибраций разрушается с полным отрывом кожуха от головки. В зимнее время наблюдались случаи, когда в защитный кожух попадал снег, затем он спрессовывался и заклинивал гаситель, что приводило к поломки узлов его крепления. Исследование причин попадания снега в кожух, показало, что необходимо удлинение защитного кожуха для того, чтобы он больше закрывал наружный кожух самого гасителя. Большое значения для нормальной работы гасителя колебаний имеет правильная установка его на тележки. Для этого необходимо, чтобы реакции узлов крепления на усилия, которое создает гаситель, было направлено по продольной оси этого прибора. Вследствие того, что относительное перемещение верхнего (на раме тележки) и нижнего (на надрессорной балке) узлов крепления имеют различные направления, то и шарнирные соединения гасителей с тележкой должны обладать высокой подвижностью также в различных направлениях. Это достигается за счет радиальных относительных перемещений валика крепления и металлических втулок, а также вследствие эластичности резиновых втулок головок гасителя. Наблюдаемые в эксплуатации износы металлических частей шарниров в узлах крепления, износы и потери эластичности резиновых втулок ведут к перекосам установки гасителей, к частичному заклиниванию этих шарниров, а это вызывает более быстрый износ сальникового уплотнения и потерю работоспособность гасителя. Отсутствие или износы ограничительных шайб, уставленных на валиках между головками гасителей и кронштейнами, приводит к большим продольным перемещениям металлических втулок и валиков, что вызывает быстрый износ этих деталей. Выше рассмотренные неисправности относятся к гасителям КВЗ, ГДР и ВНР. У последних гасителей зазор между штоком и направляющей уплотнен компрессионными кольцами, поэтому увеличение этого зазора не оказывает решающего влияния на понижение параметра сопротивления. Изломы, износ или ослабление компрессионных колец на штоке, а также трещины, появившиеся в упругих пластинах клапанов, снижают работоспособность гасителей этого типа. Дроссельные пластины клапанов гасителя изнашиваются в месте контакта с диском. Проходные сечения дроссельных отверстий при этом уменьшаются и параметр гасителя увеличивается. Некоторые неисправности могут быть обнаружены при осмотре гасителей, установленных на электровозе. Остальные дефекты выявляются только при испытаниях на стенде и разборке гасителя. Без снятия гасителя обнаруживаются следующие неисправности:

- Износ и повреждения деталей узла крепления гасителей на тележке;

- Износ рубашки резервуара;

- Неплотность в соединении нижней головки с рубашкой резервуара и трещины в этой рубашке.

Для обеспечения безотказной работы гасителей колебаний производят осмотр и текущий ремонт, а также периодические ревизии и ремонт (деповской и заводской). Осмотр и частично текущий ремонт выполняют без снятия гасителей при обслуживании поезда на пунктах технического осмотра. Ревизии, совпадающие по срокам с деповским ремонтом электровозов, проводят одновременно с ремонтом текущим или деповским. Ремонт гасителей производят в случае, если при осмотре или ревизии обнаружены неисправности. Гасители подвергает заводскому ремонту во время ремонта электровозов на заводах. При этом изношенные и негодные детали заменяется новыми или отремонтированными.

1.6 Технические требования к гидравлическим гасителям колебаний

Для сохранения работоспособности гидравлических гасителей колебаний должны выполняться технические условия на изготовление и эксплуатацию: защищенность от пыли, влаги, снега, ударных и импульсных воздействий. Гасители эксплуатируются при температуре окружающей среды - 50 +50 С, при этом кинематическая вязкость жидкости должна составлять (1,5 0,01) 10^-3 м²с. Утечки жидкости за ремонтный период не должны превышать 30 минимально допустимого уровня жидкости в гасителе. Изменение параметра сопротивления допускается в пределах 25 от расчетного значения. Масса заправленного жидкостью гасителя не должна превышать 15 кг. Установка гасителя должна предусматривать хороший доступ, легкий демонтаж, ремонтопригодность, контролепригодность, дозаправку рабочей жидкости, шарнирное крепление на экипаже. Необходимо предусматривать среднее расположение поршня относительно цилиндра при статическом равновесии экипажа и максимальный ход при изменении статической и динамической нагрузки. Для устранения потерь рабочего хода монтажные зазоры по оси гасителя должны быть минимальными.

Для обеспечения работоспособности гидравлического гасителя и стабильности его характеристик рабочая жидкость должна удовлетворять следующим основным требованиям: обладать стабильной вязкостно - температурной характеристикой и низкой температурой застывания t -60С, иметь антикоррозионные качества, противостоять пенообразованию, растворяемости с воздухом и эмульсии с водой, испарению, сохранять химические и физические свойства. Рекомендуется приборное масло МВП или масляная смесь АМТ-10. Перед заправкой жидкость должна быть профильтрована через металлическую сетку. Сопротивления в перепускных каналах и устройствах наполнения полостей должны быть минимальными. Необходимо исключить разрывы потока и вспенивание жидкости, кроме того, необходимо использовать устройства, ограничивающие её взбалтывание. Предохранительные клапаны должны ограничивать расчетные максимальные нагрузки гармонического или случайного характера в центральной ступени подвешивания. Сечение клапана должно быть достаточным для прохода жидкости за время не более четверти периода колебаний, а давление срабатывания - регулируемым в диапазоне расчетных значений. Для предотвращения утечек жидкости и противостояния внешней среды повышенные требования предъявляются к сальниковому устройству гидрогасителя. Оно должно соответствовать стандарту на уплотнения штоков при высоких давлениях р 5 МПа для гасителей типа КВЗ-ЛИИЖТИ и 2,2 МПа - для ММЗ и возвратно-поступательных движениях с амплитудой скоростью а 0,2 мс. Не допускается проникновение пыли и влаги в гидросистему, утечки жидкости выше нормы, коррозия штока. Сопротивление в гидрогасителе реализуется при прохождении гидропотока через дроссельное устройство, которое должно отводить воздух из полостей высокого давления. Дроссельные каналы не должны загрязняться. Следует создавать условия ламинарного потока жидкости.