3 Влияние характеристик фрикционных гасителей колебаний на ускорения кузова
На основании экспериментальных исследований реальных характеристик сил сопротивления, реализуемых гасителями колебаний различных типов, было начато изучение влияния их на параметры колебаний кузова вагона. При изучении использовалась расчетная схема одноосного одномассового вагона, двигающегося по прямому абсолютно жесткому пути со случайными неровностями. Исследования проводились по методу прямого моделирования на АВМ. Для ввода возмущающих воздействий была использована специальная обстановка, разработанная в ЛИИЖТ [55].
Неровности рельсовой колеи или траектории движения геометрического центра колеса наносились в виде теневого графика на прозрачную фотопленку. Теневой график получался процессе записи траектории колеса непосредственно во время поездных испытаний вагонов. Пленка с нанесенным теневым графиком, имитирующая участок пути длинной 500 м, склеивалась в кольцо и помещалась в считывающую установку. Читающие устройства были выполнены на фотодиодах, а стабилизацией и регулированием скорости протяжки. Блоки фотодиодов подключались на входы усилителей постоянного тока , что позволяло устанавливать масштаб возмущающего воздействия.
Движение кузова вагона в этом случае представлялось в следующем виде:
;
(16)
где z – обобщенная координата кузова;
,
- вторая и первая производные обобщенной
координаты;
m,
- масса кузова и груза;
c,
– коэффициент жесткости упругой связи;
d, d – деформация и скорость деформации упругой связи;
–сила
трения фрикционного гасителя колебаний
как функция деформации рессорного
комплекта;
-
смещение и скорость смещения колесной
пары при проходе неровностей пути.
Первоначально учитывалось, что практически все фрикционные гасители колебаний из-за конструктивных особенностей в процессе эксплуатации реализуют различную величину сил трения при нагружении и разгрузке рессорного комплекта.
Поэтому
для каждого вида загрузки кузова вагона
было взято по пять вариантов распределения
сил трения при нагружении
и разгрузке
рессорного комплекта (
/
=
,
),
жесткость которого принималась равной
14900 кН/м. Анализ результатов интегрирования
уравнения (16) показал, что для скоростей
движения до 140 км/ч как у груженных, так
и у порожних вагонов желательно при
нагружении рессорного комплекта иметь
в 4 раза меньше силы, чем при его разгрузке.
Это обеспечивает уменьшение максимальных
ускорений в дорезонанской зоне на 10 –
15%.
Уменьшение на 40% реализуемых в гасителях колебаний сил трения из-за износа трущихся поверхностей или по другим причинам незначительно сказывается на ускорениях кузова при движении вагона со скоростям до 70 км/ч. Далее начинается быстрое увеличение максимальных амплитуд ускорений кузова, а колебания приобретают характер биений.
Увеличение сил трения против расчетного на 30% при том же состоянии пути стабилизирует уровень низкочастотных ускорений, однако резко ухудшаются виброизолирующие свойства подвешивания, растет дисперсия колебательного процесса.
Исследованиями выявлено неблагоприятное влияние нестабильности работы гасителей колебаний на ускорения кузова, причем большее влияние оказывает местное повышение сил трения (при упоре клина), из-за чего максимальные ускорения увеличивались на 20-35%.
Одним из перспективных методов устранения некоторых недостатков фрикционных гасителей колебаний является включение их в рессорное подвешивание последовательно с упругим элементом. Эффективность применения данного метода исследовалась при колебаниях подпрыгивания одноосного одномассового грузового вагона с линейным подвешиванием, двигающегося по стыковому пути.
Предварительный выбор жесткости упругой вставки под гаситель производился из условия идентичности максимальных амплитуд резонансных колебаний кузова при использовании гасителей с жестким и упругим креплением.
Для реализации всех преимуществ упругого включения фрикционных гасителей особенно важным является набор рациональной жесткости упругой вставки. При каждом изменении параметров колебательной системы соответственно должна изменяться жестокость вставки. В связи с этои весьма перспективно использование в качестве упругой вставки под фрикционный гаситель нелинейных упругих элементов.
Опытами доказано, что во время эксплуатации у телескопических и рычажных гасителей колебаний из-за износа увеличиваются зазоры в шарнирах их крепления в рессорном подвешивании. В зарезонансной зоне такие гасители практически выключаются из работы в подвешвании и начинают рассеивание энергии только при амплитудах колебаний больших, чем зазор в шарнирах. В некоторых случаях это улучшает плавность хода. Однако в дорезонансной и резонансной зонах наличие зазоров в узлах крепления демпфера аналогично уменьшению его параметра сопротивления. Следовательно, исправный гаситель, но установленный с зазорами в шарнирах, может не обеспечить необходимой плавности хода вагона.