5.9. Пневморессоры. Особенности работы. Классификация

Во второй ступени подвешивания электропоездов все большее распространение получают пневмоэлементы (пневморессоры). В пневматических вибрирующих элементах упругим телом является сжатый газ или воздух, заполняющий резино-кордную оболочку.

Преимущества таких рессор следующие [3, 8]:

• возможность обеспечения сравнительно простыми средствами большого статического прогиба, а также стабильного и надежного демпфирования колебаний (это достигается созданием специальных отверстий и каналов-дросселей, связывающих пневмобаллоны с дополнительными резервуарами);

• изменяя давление, с помощью таких рессор можно поддерживать постоянную высоту пола кузова над головками рельсов независимо от загрузки вагона пассажирами;

• менять по желанию, соотношение высот правой и левой сторон надрессорного строения при движении в кривой.

Упругие характеристики пневморессоры зависят от её геометрических размеров, объема, давления воздуха, характеристик материала упругой оболочки и др.

Изменяя давление воздуха или его объем (для этого пневморессоры соединяют с вспомогательным резервуаром) можно изменять упругие характеристики подвешивания.

Нужно отметить, что пневморессоры ограничены размерами по условию их размещения, поэтому они соединяют с дополнительным резервуаром большого объема, что делает их более гибкими. В качестве дополнительного резервуара используют внутренние полости отдельных балок рамы тележки. Соединяют пневморессоры с дополнительным резервуаром трубопроводами, которые используют в качестве клапанов, обеспечивающих требуемый демпфирующий эффект.

При большой загрузке клапаны подают в рессору воздух из запасного резервуара высокого давления, а при её уменьшении – выпускают соответствующее количество воздуха в атмосферу. Чтобы после окончания нормальной работы рессоры не возникало нежелательной потери воздуха в регулирующий клапан вмонтированы замедляющие элементы (дроссели), исключающие слишком быстрый впуск или выпуск воздуха.

В настоящее время изготовляется пневморессоры:

• баллонного типа (рис.5.14), воспринимающие только вертикальные нагрузки;

• диафрагменного типа (рис.5.15), способные воспринимать и вертикальную и горизонтальную нагрузки;

• подушечного типа (рис. 5.16) воспринимающие нагрузку в вертикальном и продольном направлениях;

• комбинированные пневморессоры, допускающие повышенные вертикальные перемещения по сравнению с диафрагменными.

Упругую оболочку двухвитковой пневморессоры 1 (рис.7.14) изготовляют из нескольких слоев обрезиненного капронового корда, имеющего внутренний герметизирующий и защитный наружный покровный слой резины. Для посадки оболочки на элементы арматуры (верхнее 2 и нижнее 3 основания) в бортах оболочки имеются бортовые кольца из стальной проволоки. Герметичность крепления оболочки достигается или при помощи прижимных колец или натягом оболочки на выступающие части арматуры.

Под действием сжатого воздуха оболочка прижимается к арматуре, в результате чего происходит самоуплотнение. Для сохранения формы многовитковых оболочек применяют опоясывающие кольца 4, которые монтируются при сборке пневморессоры.

Рис. 5.14 - Балонная пневморессора:

1–упругая оболочка; 2,3–верхнее и нижнее основания; 4–опоясывающее кольцо

Двухвитковые пневмобаллоны допускают рабочий ход определяющий амплитуды колебания около 100 мм. Подобные рессоры были установлены и испытаны в центральном подвешивании опытных вагонов электропоездов ЭР22 в 1966-67 г.г.

При необходимости иметь больший рабочий ход, применяют трехвитковые баллоны. Примером может служить трехвитковые пневмобаллоны, примененные для вагонов экспресса «Асаказа» Япония.

Рис. 5.15 - Диафрагменная пневморессора

На скоростных электропоездах ЭР200 применена пневморессора диафрагменного типа (рис. 5.15). Упругая оболочка 1 изготовлена из двух слоев обрезиненного капронового корда с защитным и герметизирующими слоями резины. Сверху она закрывается сварным колпаком 2, а снизу опирается на сварное основание. Выступы колпака образуют диафрагму в виде цилиндра. Сопротивление диафрагменной рессоры поперечной деформации возникает вследствие изменения площади и формы поверхности контакта оболочки с поршнем пневморессоры и частично за счет жесткости оболочки.

Внутренний объем около 15 л. допустимые вертикальные деформации ±35 мм, поперечные ±45 мм. Выдерживает нагрузку до 19,5 т.

Рис. 5.16 - Подушечная (а) и комбинированная (б) пневморессоры:

1–упругая оболочка; 2,3–верхнее и нижнее основания; 4–опоясывающее кольцо

Таким образом, пневморессоры с оболочкой баллоного типа могут быть использованы при наличии возвращающих устройств в виде люльки или других, а пневморессоры с оболочкой диафрагменного типа не требуют специальных возвращающих устройств, поскольку они способны воспринимать не только вертикальные, но и горизонтальные (поперечные усилия).

Жесткостью – пневморессоры ж называется производная грузоподъемности по прогибу. Она зависит от объема самой пневморессоры V_р и объема дополнительных резервуара V_д т.е. от V_р + V_д.

Жесткость пневморессоры баллонного типа при медленном статическом деформировании и показателе теплообмена n = 1 рассчитывается по приближенной формуле в соответствии с рис. 8.

, Н/м,

где – эффективная площадь пневморессоры, м²;

– суммарный объем самой пневморессоры и её дополнительного резервуара, м³;

p – давление в пневморессоре, МПа;

d_Э – эффективный диаметр пневморессоры, м;

Z – величина деформации пневморессоры, м.

Впервые пневморессоры были применены на подвижном составе скоростной магистрали Нью-Токайдо в 1962 г. За годы эксплуатации пневморессор в нашей стране и за рубежом были выявлены определенные трудности, не позволяющие широко применять данный тип подрессоривания. Дело в том, что для поддержания необходимого давления в системе и покрытия утечек воздуха, требуется достаточно большой расход энергии. К тому же реальная схема управления питанием рессор содержит ряд сложных аппаратов для регулирования высоты рессоры, аварийного сброса давления в парной рессоре в случае прорыва одной из рессор для того, чтобы избежать поперечного перекоса кузова. К тому же при помощи более надежных, дешевых и традиционных способов с применением металлических пружин могут быть получены предельные статические прогибы.