9. Пневморессоры (назначение, устройство, изготовление)

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.7.1), воспринимающие только вертикальные нагрузки;

• диафрагменного типа (рис.7.2), способные воспринимать и вертикальную и горизонтальную нагрузки;

• подушечного типа (рис.7.3) воспринимающие нагрузку в вертикальном и продольном направлениях;

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

Упругую оболочку двухвитковой пневморессоры 1 (рис.7.1) 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.7.1 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.7.2 Диафрагменная пневморессора

На скоростных электропоездах ЭР200 применена пневморессора диафрагменного типа (рис.7.2). 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.7.3 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.

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.