Упругие элементы рессорного подвешивания

  Рессорное подвешивание – один из важнейших элементов ходовой части, от которого зависит плавность хода и динамические показатели при движении вагона по неровностям ж.-д. пути. В рессорном подвешивании применяются упругие элементы, гасители колебаний и возвращающие устройства (пассажирские вагоны), обеспечивающие плавность хода, повышающие безопасность движения вагона, создающие комфортные условия для пассажиров, служащие для сохранения качества перевозимых грузов. Упругие элементы (витые стальные пружины, резинометаллические, пневматические, торсионные, тарельчатые, кольцевые, эллиптические листовые рессоры) смягчают толчки и удары, действующие на движущийся вагон от железнодорожного пути. В статическом положении вагона упругие элементы прогибаются под нагрузкой (статический прогиб).            В рессорном подвешивании вагонов наибольшее распространение получили витые цилиндрические пружины, которые позволяют получать необходимые упругие характеристики (гибкость и жесткость) при малой массе и габаритных размерах; смягчают вертикальные и горизонтальные толчки и удары, а в совокупности с гасителями колебаний обеспечивают спокойный ход вагона и безопасность движения

1. Пружины

Пружины широко применяются в вагоностроении, в тележках грузовых и пассажирских вагонов, в ударно-тяговых приборах. Различают пружины винтовые и спиральные. Винтовые пружины изготовляют завивкой из прутков стали круглого, квадратного или прямоугольного сечения. По форме винтовые пружины бывают цилиндрические и конические.

Цилиндрические пружины с круглым сечением прутка имеют наибольшее применение в рессорном подвешивании вагонов. По сравнению с листовыми рессорами они позволяют получить необходимые упругие характеристики при меньших габаритах и массе, а в сочетании с гасителями колебаний могут обеспечить более спокойный ход вагона. Кроме того, пружины смягчают горизонтальные толчки и удары, а также проще и дешевле в изготовлении и ремонте, чем листовые рессоры.

Пружины изготовляют в соответст­вии с ГОСТ 14959. Для созда­ния надёжной опорной поверхности концы пружин оттягивают, поджимают к соседним виткам и шлифуют так, чтобы на длине 3/4 витка образовалась опорная плоскость, перпендикулярная оси пружины. В результате этого достигается плавный переход от круглого к прямоугольному сечению. Высота оттянутого конца пружины (рис. 2) должна быть не более 1/3 диаметра прутка  , а ширина – не менее 0,7  .

Цилиндрические пружины могут также изготовляться и из прутков прямоугольного сечения (рис. 1, а). Каждая из указанных пружин характеризуется диаметром круглого прутка   (рис. 1) или размерами его прямоугольного сечения   и   , средним диаметром пружины   или наружным диаметром  , высотой пружины в свободном состоянии  , высотой при наибольшем сжатии (до полного соприкосновения витков)  , шагом навивки пружины   и расстоянием между прутками  , а также числом рабочих витков  .

Рис. 1. Конструкция пружин

Число рабочих витков пружины равно полному числу витков за вычетом опорных витков:

                            .                               (1)

 

Отношение среднего диаметра к диаметру прутка   называется индексом пружины  . При проектировании пружин следует учитывать, что пружина, не имеющая направляющих (например, в виде оправы), при жёстком закреплении опорных витков (обычное опирание на жёсткое основание) должна иметь  < 3,5 . При шарнирном закреплении (специальные шарнирные опоры) во избежание выпучивания принимают  < 1,75 .

Высота пружины под статической нагрузкой   составляет  

 

,                                       (2)

где   – прогиб от статической нагрузки (статический прогиб).

Статический прогиб   является одной из важнейших характеристик рессорного подвешивания вагонов. Величину   при конструировании пружин и рессор выбирают исходя из условий, обеспечивающих необходимую плавность хода и устойчивость вагона, с учётом допустимой разности высот автосцепок от головок рельсов, что важно при формировании поездов.