1.5.7.3. Пневматические рессоры
Пример развития и использования пневматического подвешивания в автомобилестроении натолкнул на идею применить эти рессоры в вагонах. Одними из первых это сделала американская фирма Budd. В ее вагонах Pioner на раму тележки были уложены автобусные пневматические колеса, на которые установили кузов вагона. Положительный эффект от такого решения ограничивался сложностью обустройства таких рессор. Так, приходилось не только создавать свою трубопроводную сеть сжатого воздуха и сжимать воздух до давления не менее 8 ати, но и решать сложные вопросы управления работой рессоры. В конце концов, пришли к выводу, что пневматические рессоры имеет смысл использовать в высокоскоростных вагонах, для которых квазипостоянное положение кузова вне зависимости от нагружения, возможность регулирования жесткости подвешивания, а также использовании таких рессор в системе управляемого наклона кузова являются необходимыми.
В рессорном подвешивании вагонов применяются пневматические рессоры, в виде баллонов (итал. ballone мяч – газонепроницаемая оболочка) сильфонного (англ. Sylphon фирменное название – тонкостенная трубка с поперечной гофрировкой поверхности) типа, диафрагмы (греч. diăphragma перегородка – деталь в приборах в виде стенки, аналогичную мембране (лат. membrane перепонка – закрепленная по контуру тонкая пластинка для разделения двух объемов) мембранного типа или их композиции (рис.1.75).
Рис. 1.75. Пневматические рессоры: а – сильфонного; б – мембранного; в – смешанного типов. Обозначения: 1 – резинокордная оболочка; 2, 3 – нижняя и верхняя опоры; 4 – узлы соединения с опорами; 5, 11 – подсоединение трубопровода сжатого воздуха; 6 – кольцо сохранения формы рессоры; 7 – корпус; 8 – мембрана; 9 – упор на случай отказа в работе; 10 – опора; 12 – соединительный узел; 13 – надрессорная балка; I – мембранная часть; II – сильфонная часть рессоры
Для обеспечения устойчивости рессоры количество гофров (франц. gaufrer образовывать складки – придание поперечной жесткости путем образования выпуклостей) на сильфоне не должно превышать трех. Такая рессора получается достаточно высокой. Поэтому пришли к пневморессорам мембранного типа. Они получили наибольшее распространение, так как они имеют небольшие габариты и легко вписываются в ограниченные размеры тележек. Пневморессоры смешанного типа в вагонах не используются.
Пневморессоры применяют в центральном подвешивании вагонов; на них, расположенных по бокам рамы тележки, опирается кузов вагона. Трубопроводами они соединены, как сообщающиеся сосуды. Это обеспечивает перетекание воздуха из одной рессоры в другую для компенсации воздействия боковых нагрузок на кузов. Для изменения жесткости рессор при восприятии больших нагрузок служат дополнительные резервуары воздуха, которыми чаще является пустотелые конструкции рамы тележки. Таким же образом, компенсируются вертикальные колебания вагона. Японцы предложили на пути такого перетекания установить дроссельные (нем. drosseln сокращать – местное гидродинамическое сопротивление в виде сужения для регулирования тока жидкости) клапаны. Сопротивление перетеканию сжатого воздуха через них стало значительным и его стали учитывать при определении демпфирующих свойств рессоры. Такие пневморессоры из упругих элементов превратились в упруго-демпфирующие. Они сейчас используются в высокоскоростных вагонах.
В пневматической рессоре за счет регулирования давления статический прогиб – понятие условное, так как высота пневморессоры, благодаря работе регулятора положения кузова и изменения давления воздуха в рессоре, остаётся постоянной независимо от нагрузки. Поэтому в пневматическом подвешивании используется такое понятие, как эквивалентный статический прогиб. Он определяется отношением грузоподъёмности к жёсткости.
Помимо сложной конструкции и повышенных затрат на обслуживание в вагонах, пневматическая рессора работой высоторегулирующего устройства создает высокочастотный шум, который доставляет неудобства пассажирам. Эти и другие причины привели к тому, что пневматическое подвешивание заменяется на привычное из винтовых пружин и гидравлических гасителей колебаний. По этому пути пошли французские специалисты при создании поездов семейства TGV.