Протиколивальна підвіска залізничних коліс пасажирських вагонів

1. Протиколивальна підвіска залізничних коліс пасажирських вагонів, що містить раму візка з підшипниковими вузлами осей коліс, пружини підвіски коліс, заспокоювачі коливань, з'єднані через буфери з основою корпусу вагона, яка відрізняється тим, що оснащена протиколивальними уніфікованими модулями зменшення вертикальних, поперечних і поздовжніх коливань з датчиками коливальних переміщень, встановленими автономно між основою корпусу вагона та рамою візків і буферами, при цьому протиколивальні уніфіковані модулі зменшення вертикальних коливань розміщені на найбільшій поперечній відстані рами візків над підшипниками осей коліс з датчиками, підпружиненими до підшипникових вузлів, уніфіковані модулі зменшення поперечних коливань - посередині візків на поперечних упорах, встановлених на рамі візків з датчиками, підпружиненими до поперечних упорів, уніфіковані модулі зменшення по C2 2 (19) 1 3 та комп'ютерну систему керування, яка працює по типу аналітичного регулятора положення Mamdana [Див. Рейкові транспортні засоби - 2002. Матеріали конференції, Шклярська Поремба, Польща. 4-7.09.2002, C.59-68]. До недоліків аналогів можна віднести недостатнє гасіння всіх видів кмаслонь, конструкційну складність, а значить і недостатньо високу надійність роботи. При використанні комп'ютерних систем керування, окрім складності, до недоліків можна віднести ще й значні затрати, в тому числі й експлуатаційні, а також невирішеність багатьох питань їх надійної роботи. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованої протиколивної підвіски залізничних коліс пасажирських вагонів є [патент України 27042 С1 (B61F7/00) „Візок для залізничних вагонів із змінною колією між колесами"], котрий містить підвіску, що складається з чотирьох кронштейнів, на одному кінці кожного з яких за допомогою підшипникових вузлів закріплено колесо, а на іншому - встановлені спіральні пружини, котрі спираються нижніми кінцями на нижню частину рами і глушники вертикальних кмаслонь, з якими з'єднані кінці кронштейнів, що опираються на спіральні пружини, причому, кронштейни закріплені на рамі за допомогою шарнірів. Кожний підшипниковий вузол виконаний з вертикальними боковими поверхнями, а між зовнішнім кожухом підшипників та обоймою встановлені пружні вкладиші для компенсації поперечних зусиль. При цьому використовуються фіксатори, виступи, обмежувальні опори, скоби з Т-подібним пазом. До недоліків прототипу можна віднести: недостатнє гасіння всіх видів кмаслонь, конструкційну складність, а значить і недостатньо високу надійність роботи, слабке реагування на тягові кмаслоння, що в загальному приводить до недостатньої стабілізації корпусу пасажирського вагона під час руху поїзда та низької комфортності їзди. Завдання, на вирішення якого спрямований винахід, є зменшення всіх видів кмаслонь, спрощення конструкції шляхом використання автоматичної протиколивної системи, тобто підвищення комфортності їзди в пасажирських вагонах, котра складається з уніфікованих протиколивних модулів, що містять датчики переміщень, гідравлічні циліндри протикмаслонь, пневмогідропідсилювачі тиску, електрокеровані золотники і зворотні клапани. Поставлене завдання вирішується таким чином. У відомій протиколивній підвісці залізничних коліс пасажирських вагонів, що містить раму візка з підшипниковими вузлами осей коліс, пружини підвіски коліс, заспокоювачі коливань з'єднані через буфери з основою корпуса вагону, згідно з винаходом, що заявляється, протиколивна підвіска споряджена протиколивними уніфікованими модулями зменшення вертикальних, поперечних і повздовжніх коливань з датчиками коливних переміщень, встановлених автономно між основою корпуса вагону та рамою візків і буферами, при цьому протиколивні уніфіковані модулі зменшення вертикальних коливань розміщені на найбільшій поперечній відстані рами візків над підшипниками 80137 4 осей коліс з датчиками, підпружиненими до підшипникових вузлів, уніфіковані модулі зменшення поперечних коливань - посередині візків на поперечних упорах, встановлених на рамі візків з датчиками, підпружиненими до поперечних упорів, уніфіковані модулі зменшення повздовжніх коливань - по кінцях основи корпуса між нею та підпружиненими упорами буферів з датчиками, підпружиненими до буферів, при цьому, протиколивні уніфіковані модулі складаються з датчиків переміщень у вигляді повітряного змінного конденсатора з підпружиненими натискними стержнями, з'єднаними через блок керування, електрозолотниківз двома гідроциліндрами гасіння коливань, поршні яких з протилежних штоку сторін підпружинені, до того ж їх штоки прикріплені до упорів з можливістю самовстановлення, а гнучкими трубопроводами з'єднані між собою, електрозолотниками та зворотними клапанами і через пневмогідропідсилювачі тиску з пневматичною мережею поїзда. Крім того, уніфіковані протиколивні модулі компенсації вертикальних і поперечних коливань встановлені між основою корпусу пасажирського вагону над пружинними підвісками коліс і рамою візка, а натискні стержні їх датчиків переміщень встановлені підпружинено до підшипникових вузлів, повздовжніх коливань - посередині основи кінців корпусу вагону та підпружиненим упором буфера вагону, а натискні стержні їх датчиків переміщень встановлені з дотиком до буферів вагону, а для плавного самовстановлення у вихідне положення системи регулювання поршні гідроциліндрів гасіння коливань уніфікованого протиколивного модуля з протилежних штоку сторін підпружинені пружиною, а їх штоки причеплені до упорів. Сукупність відмінних суттєвих ознак спрямована на досягнення нового технічного результату, що виявляється у зменшенні всіх видів коливань, спрощенні конструкції та підвищенні надійності роботи, стабілізації корпусу пасажирського вагону під час руху поїзда, тобто підвищенні комфортності поїздки в пасажирських вагонах, особливо швидкісних. На кресленнях, що додаються, представлені структурні схеми протиколивної підвіски залізничних коліс пасажирських вагонів, яка заявляється. На Фіг.1 показаний загальний вид протиколивної підвіски залізничних коліс, Фіг.2 - вид основи корпусу вагону та пружинної підвіски, Фіг.3 - схема уніфікованого протиколивного модуля, Фіг.4 - схема розміщення модулів компенсації вертикальних коливань підвіски, Фіг.5 - схема розміщення протиколивного модуля компенсації поперечних коливань, Фіг.6 - схема пневмогідравлічного підсилювача тиску, Фіг.7 схема розміщення протиколивного модуля компенсації повздовжніх коливань, Фіг.8 - схема датчика переміщень, Фіг.9 схема протиколивної підвіски, Фіг.10 - схема пневмогідросистеми протиколивної підвіски. Протиколивна підвіска залізничних коліс пасажирських вагонів містить раму візка 1, на котрій розташовані пружини 2 підшипникового вузла 3, а зверху — проміжний підтримувач 4, що в загальному представляє собою самовстановлювальну платформу заспокоювача коливань, котра склада 5 ється з ряду тримачів, пружин, цапфи та балки, на якій прикріплена основа корпусу 6 пасажирського вагону. Між рамою візка 1 і основою корпусу 6 вагону встановлені уніфіковані протиколивні модулі 7. Можуть використовуватись і інші схеми монтування протиколивних модулів 7 у підвісці коліс в залежності від її типу. В протиколивній підвісці використано вісім модулів 7 (Фіг.1) для гасіння вертикальних коливань Dz, по два модулі на кожній осі 7* для гасіння поперечних Dу і два 7** повздовжніх коливань Dх. Ці модулі в місцях виникнення коливань жорстко прикріплені до основи корпусу вагону 6. Уніфікований протиколивний модуль 7 складається з датчика переміщень 8, прикріпленого до основи 9 модуля 7, котрий закріплений на основі корпусу 6 вагону, а також двох гідроциліндрів 10 і 11 гасіння коливань. До основи 9 модуля 7 жорстко прикріплений один упор 12 та гідроциліндр 10 гасіння коливань, поршень 13, котрий з протилежної до штоку 14 сторони підпружинений пружиною 15. Шток 14 з'єднаний з можливістю самовстановлення з упором 16, котрий прикріплений до нижньої основи 17 модуля 7, встановленої На рамі візка 1. Другий гідроциліндр 11, упор 16 встановлені на нижній основі 17 модуля 7. Шток 18 гідроциліндра 11 вставлений в упор 12 також з можливістю самовстановлення. Натискний стержень 19 датчика переміщень 8 закріплений в напрямних 20 до основи 9 модуля 7 і підпружинений пружиною 21, другий кінець якого контактує з підшипниковим вузлом 3. Датчик переміщень 8 представляє собою повітряний змінний конденсатор 22, виконаний у формі вилкоподібної пластинки 23, всередині якої змонтовано язичок 24, що з'єднаний з натискним стержнем 19. Блок керування 25 представляє собою вимірювач ємкості змінного конденсатора 22. В якості датчика переміщень 8 можуть бути також використані інші берійно вшіускаші електронні датчики переміщень або механічні датчики тиску , що випускаються серійно. Гідроциліндри 10 і 11 з'єднані гнучкими трубопроводами 26 з двома своїми електрокерованими золотниками 27, зворотними клапанами 28 та пневмогідропідсилювачем 29. Пневмогідропідсилювач 29 складається з двох спарених циліндрів пневматичного 30 та гідравлічного 31. Два уніфіковані протиколивні модулі 7* гасіння поперечних коливань Dу, жорстко закріплені на своїх кронштейнах 32, установлених на основі корпусу 6 пасажирського вагону, а з другої сторони з'єднані з упорами 33, встановленими на рамі візка 1? їх натискні стержні 19 дотикаються до кронштейнів 34, змонтованих на підшипникових вузлах 3. Два протиколивні уніфіковані модулі 7** гасіння повздовжніх коливань демонтовані на кронштейні 35 основи корпусу 6 пасажирського вагону, а з другої сторони на упорі 36, котрий пружинно з'єднаний з буфером 37 і підпружинений з обох сторін пружинами 38. Натискні стержні 19 цього модуля підпружинено дотикаються до кронштейна 39, жорстко з'єднаного з буфером 37. Протиколивна підвіска залізничних коліс пасажирських вагонів працює наступним чином. Протиколивна підвіска компенсує виникаючі при русі вагону переміщення основи корпусу 6 пасажирсь 80137 6 кого вагону за рахунок збільшення або зменшення розміру величин амплітуд коливань (Ах Ay, Az) протиколивних модулів 7 за командами датчика переміщення 8. Датчик переміщень 8 працює у наступний спосіб. Коливання основи корпусу 6 вагону викликає переміщення натискного стержня 19 і жорстко з'єднаного з ним язичка 24, що викликає зміну ємкості змінного конденсатора 22. Це в свою чергу реєструється блоком керування 25 і приводить до подачі сигналу «а» чи «в» в залежності від напрямку переміщення натискного стержня 19 та язичка 24 на електрокеровані золотники 27 і послідуючої подачі рідини у відповідні порожнини гідроциліндрів 10 та 11. Форма виконання такого датчика переміщень надає можливість швидкого реагування системи, навіть при найнізначніших переміщеннях язичка 24 у вилкоподібній пластині 23. Роздільна здатність такого датчика переміщень не більше 0,1 мм. Приймаючи синусоподібний характер таких коливань, наприклад, якщо рейка по відношенню до її теоретичного положення на полотні піднята в напрямку стрілки А (Фіг.3), то це викликає вертикальні переміщення Dz, натискного стержня 19 датчика переміщень 8, зменшення ємкості повітряного змінного конденсатора 22, включення блоком керування 25 струму „в" на електрокерований золотник 27, його спрацювання та подачу оливи по трубопроводам 26 з тиском р, у відповідні порожнини гідроциліндрів 10 (нижню), 11 (верхню) і їх спрацювання. Штоки 14, 18 цих гідроциліндрів 10, 11 тягнуть на себе упори 12 і 16, зменшуючи тим самим розмір модуля 7 і компенсуючи первинне переміщення - Dz. Тобто переміщення підшипникового вузла 3 не, передаються на основу корпусу 6 вагону, а компенсуються зміною розмірів переміщення поршнів уніфікованих в протиколивних модулях 7. При цьому, за рахунок включення зворотного клапана 28 від струму „в" проходить перетікання оливи з однієї порожнини в другу гідроциліндрів 10, 11. При початкових переміщеннях рами візка 1 гідроциліндри 10,11 можуть працювати як демпфери за рахунок самоперекачування оливи з однієї порожнини в другу. При опусканні рейок вниз і такому ж переміщенні + Dz. підшипникового вузла 3 в напрямку стрілки Б все проходить в зворотному порядку: збільшується ємкість повітряного змінного конденсатора 22, включається блок керування 25, струм подається в напрямку „а", включається верхній золотник 27, олива під тиском Р, подається у верхню та нижню порожнини гідроциліндрів 10,11, розмір переміщень поршня в модулі *7 збільшується, компенсуючи при цьому переміщення + Dz. За рахунок включення зворотного клапану 28 також проходить перетікання оливи з протилежної однієї порожнини в другу гідроциліндрів 10, 11. Основа корпусу 6 вагону знов таки зберігає своє попереднє положення. Причому, зворотний клапан 28 залишається включеним для забезпечення роботи протиколивного модуля 7 в режимі демпфера. Таким чином, коливання при русі поїзду за рахунок компенсуючої дії протиколивної підвіски практично гасяться і суттєво менше передаються на основі корпусу 6 вагона. 7 Аналогічно працюють уніфіковані протиколивні модулі 7*, 7** гасіння поперечних і повздовжніх коливань. Переміщення Ау встановленого на рамі візка 1 упору 33 відносно основи корпусу 6 пасажирського вагону компенсується по переміщенням натискного стержня 19, тобто командам датчика переміщень 8 та блоку керування 25 за рахунок збільшення або зменшення розмірів переміщень в модулях 7* згідно залежності від напрямку і величини Dу. Виникаючі повздовжні коливання Ах породжують переміщення буферу 37 і кронштейна 39, зв'язаного з ним упора 36 і їх компенсацію збільшення чи зменшення розмірів переміщень в модулях 7** по величині переміщення натискного стержня 19 датчика положення 8. Пневмогідросхема протиколивної підвіски залізничних коліс передбачає подачу стиснутого повітря з мережі поїзда р 0 у два пневмогідропідсилювачі 29, котрі розташовані біля своїх колісних пар, далі подачу стиснутої до тиску Р1 оливи в електрокеровані золотники 27 та гідроциліндри 10, 11. При цьому передбачається застосування стандартної оливної апаратури (фільтри, регулятори тиску, тощо), котра на схемі не вказана. Техніко-економічна ефективність застосування протиколивної підвіски залізничних коліс пасажирських вагонів обгрунтована новою якістю, що одержується з використанням уніфікованих протиколивних модулів, встановлених на основі корпусу пасажирського вагону над пружинними підвісками коліс, посередині основи корпусу та біля буферів вагону, виконаних у виді датчика переміщень, гідроциліндрів гасіння всіх видів виникаючих коливань, електрокерованих золотників та зворотних клапанів, з'єднаних між собою грубо проводами з пневмогідропідсилювачами тиску та пневматичною мережею поїзда. Підвищення комфортності поїздки у пасажирських вагонах при зменшенні сукупності коливань і стабілізації корпусу вагону досягається за рахунок 80137 8 автоматичної компенсації виникаючих переміщень підвіски коліс гідроциліндрами. Спрощення конструкції, а значить і підвищення надійності, досягається за рахунок застосування простих конструкцій протиколивних уніфікованих модулів, а саме датчика переміщень з натискним стержнем, електрокерованих золотників і зворотних клапанів, двох гідроциліндрів, пневмогідропідсилювача тиску, об'єднаних в просту пневмогідравлічну систему. Відпадає необхідність в застосуванні складних і дорогих систем регулювання положення корпусу вагону. До переваг заявленого рішення відноситься також його автономність, простота в обслуговуванні. При цьому, використовується існуюча пневматична мережа пасажирського поїзду. Пропоноване рішення дозволяє одержати сучасну просту та надійну конструкцію протиколивної підвіски залізничних коліс пасажирських вагонів, з використанням якої можна при вказаній технічній ефективності істотно підвищити комфортність руху, стабілізацію корпусу пасажирського вагону, спростити конструкцію. Це набирає особливого значення для пасажирських поїздів з підвищеною швидкістю руху. Оскільки запропонована конструкція протиколивної підвіски залізничних коліс пасажирських вагонів, особливо швидкісних, відносно проста та дешева, що може значно скоротити час випуску на виробництві таких підвісок і їх виробниче впровадження, тобто порівняно швидко та дешево запустити на залізниці перші такі вітчизняні пасажирські вагони. Економічний ефект від цього очевидний. Технічний проект протиколивної підвіски залізничних коліс пасажирських вагонів міг би бути виконаним на протязі року на базі Луцького державного технічного університету, який має науковотехнічні напрацювання в цьому напрямку, відповідні інженерні кадри та можливості, а виготовленим на будь-якому вагонобудівному заводі Міністерства транспорту України. 9 Комп’ютерна верстка В. Клюкін 80137 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601