1.5.7. Амортизаторы

Амортизаторы – элементы рессорного подвешивания, совмещающие в себе свойства упругих элементов и гасителей колебаний. К ним относятся металлические листовые, кольцевые, резиновые и пневматические рессоры.

1.5.7.1. Листовые рессоры

Металлические листовые рессоры являются самыми старыми элементами рессорного подвешивания. Они использовались еще в каретах XVI века. Наряду с функциональностью подвески и хорошими амортизирующими свойствами, их долголетие объясняется также их способностью выполнять роль конструктивного элемента подвески для соединения кузова с ходовыми частями.

Разновидности и классификация листовых рессор

В начале, листовые рессоры использовали, как упругие элементы. Их свойства определялись особенностями тех материалов, из которых они изготавливались. Для этого использовалась древесина, кожа, текстиль и только потом – сталь. Дальнейшее развитие привело к созданию многолистовых рессор, способам их соединения, роли кривизны в листах и лишь затем были найдены объяснения по демпфированию колебаний и степени влияния на этот процесс формы концов листов. Листовые рессоры стали проще и сложнее. Их разновидности представим в классификации (см. табл. 1.12 и рис.1.68).

Таблица 1.12. Классификация листовых рессор

№ пп	Показатель классификации	В а р и а н т ы и с п о л н е н и я
1 2 3 4 5 6	Форма рессоры Способ нагружения Конструкция Поперечное сечение листа Форма концов листов Область применения	Незамкнутая (1) Замкнутая эллиптическая (2) Через края коренных листов (3) Через хомуты (4) Однорядные (5) Многорядные (6) Прямоугольное (7) Прямоугольное с Прямоугольное с вог- Прямоугольное с вогнутыми желобком (8) нутой нижней поверх- обеими поверхностями (10) ностью (9) Прямоугольная (11) Трапециидальная (12) Скругленная (13) Рессорное подвешивание вагонов (14) Другие системы вагонов (15) В других отраслях (16)
Структурно-логический граф испол-нения в обозначениях табл.1.12		Незамкнутая листовая рессора ← {3; 6; 8; 12}.

Рис. 1. 68. Схематические изображения классификационных признаков табл.1.12.

По форме различают листовые незамкнутые 1 и замкнутые (эллиптические) 2 рессоры. 

Незамкнутые рессоры имели наибольшее распространение в нетележечных конструкциях пассажирских и грузовых вагонов, а также в двухосных тележках пассажирских вагонов.

Эти рессоры (рис.1.69,а) - композиция из нескольких наложенных друг на друга, изогнутых по дуге окружности, постепенно укорачивающихся стальных листов. Посередине листы соединяются шпилькой  и прочно обжимаются в горячем состоянии стальным хомутом. Верхний, коренной лист, имеет на концах ушки 3, через которые рессора шарнирно соединяется с рамой или кузовом вагона. Один или два листа, прилегающий к коренному листу, называются подкоренными, остальные, - наборными.

 

Рис. 1. 69. Незамкнутая 8-ми листовая рессора: а – рессора;  б – сечение листов; 1 – коренной лист; 2 – подкоренной лист;  3 – наборные листы; 4 – шпилька; 5 – хомут

 

Изготовляют листовые рессоры преимущественно из желобчатой рессорной стали 8 (табл. 1.12, рис. 1.68, рис.1.69, б), профиль которой способствует удержанию листов от перемещения относительно друг друга в поперечном направлении. Для рессор небольшой длины её листы могут изготавливаться из плоской полосовой стали 7.

У листовой рессоры основные размеры: а  - хорда; б - стрела прогиба; в  - высота рессоры.   Деформация рессоры под нагрузкой называется прогибом.

Замкнутые (эллиптические) рессоры (рис.1.70) состоят из двух незамкнутых листовых рессор, повёрнутых вогнутой стороной друг к другу и соединённых по концам шарнирами, скобами или специальными наконечниками. Эллиптические рессоры имеют большую гибкость по сравнению с незамкнутыми и применяются преимущественно в центральном подвешивании тележек пассажирских и грузовых вагонов. Для восприятия значительных нагрузок такие рессоры ставят группами в несколько рядов. В таком случае эллиптические рессоры называются двух-, трёх-, четырёхрядными и т. д. 6.

 Мы уже упоминали в 1.5.3, что все листы имеют свой радиус кривизны, уменьшающийся от верхних к нижним листам. При соприкосновении листов концевые части нижних листов трутся о верхние и между ними возникает трение (см. рис. 1.71). По концам среднего листа возникает момент сил трения M_тр = 0,5 μ h Р. Для его преодоления необходимы дополнительные усилия. Они при нагружении уменьшают прогиб рессоры по отношению к теоретическому, а при разгружении, наоборот, – увеличивают, т.е.:

ƒ_н = ƒ_т / (1+ φ); ƒ_р= ƒ_т/ (1- φ) ,

где: φ – коэффициент относительного трения

Рис. 1.71. Возникновение трения в листах Рис.1.72. Статическая характеристика

рессоры листовой рессоры

Обозначения: Р – внешнее нагружение; μ – коэффициент трения;

h – толщина листа; 1 – жесткость теоретической рессоры;

ƒ; ƒ_н; ƒ_т; ƒ_р – соответственно общий прогиб рессоры,

под нагрузкой, теоретической и при разгружении.

Поскольку в листовых рессорах создается конструктивное трение в концах листов, то выбор их поперечного сечения 7, 8, 9, 10 и формы концов 11,12, 13 имели существенное значение.

На вагонах России применялось несколько типов эллиптических рессор, отличающихся между собой главным образом соединением концов коренных листов. В настоящее время в рессорном подвешивании рефрижераторных вагонов используются эллиптические замкнутые рессоры Галахова (рис.1.70).

 

Рис.1.70. Эллиптическая многорядная рессора с концевыми шарнирами соединения:  1, 5 – наконечники; 2 – заклепки; 3 – сухарь; 4 – вырез

Листовые рессоры имеют простую конструкцию, технологию изготовления, легкое крепления, возможность воспринимать вертикальные и горизонтальные нагрузки. При перемещении концов листов в рессоре возникают силы трения, которые рассматриваются как необходимый атрибут амортизатора. Однако, у них значительная масса на единицу прогиба, непостоянные сил трения между листами (увеличивающиеся в эксплуатации и приводящие даже к выключению упругих свойств рессор), значительные силы покоя; они не гасят высокочастотные колебания и у них не регулируемая жесткость. Поэтому область применения листовых рессор в вагоностроении такая небольшая.