Влияние жесткости и демпфирующих свойств упругих прокладок в буксовом подвешивании на динамические показатели вагона

Упругие прокладки ставятся с целью виброзащиты рамы тележки. В данном случае под виброзащитой понимается снижение уровня ускорений на высоких частотах. Вообще говоря, понятие "высокие" и "низкие" частоты имеет смысл, если известен спектр собственных колебаний вагона.

Для определения спектра собственных колебаний вагона была поставлена и решена задача о собственных значениях для линеаризованной системы дифференциальных уравнений (2.106). Результаты расчетов собственных чисел и векторов приведены в табл.3.1. Из этой таблицы следует, что спектр собственных частот колебаний вагона находится в пределах 0,5-30,5 герц.

Упругая прокладка, как любой пассивный элемент колебательной системы по своим упругим и демпфирующим свойствам может оказывать виброзащиту лишь на определенных частотах внешнего возмущения. Поэтому с целью выявления виброзащитных свойств упругих прокладок была проведена серия расчетов амплитудно-частотных характеристик ускорений рамы для двух случаев, когда в буксовом подвешивании стоят упругие прокладки и когда их нет.

Перед указанными расчетами на Тверском вагоностроительном заводе были проведены натурные тарировки стандартных прокладок, которые показали, что их вертикальная жесткость на сжатие составляет 4000 т/м, а боковая жесткость на сдвиг 2500 т/м.

Результаты расчетов амплитудно-частотной характеристики вертикальных ускорений рамы тележки приведены на графике рис.4.11.

Из этого графика видно, что АЧХ по вертикальным ускорениям рамы имеет максимумы на частотах 4 герца, 10 герц, 19,6 герц и 30,5 герц, что согласуется с данными расчетов собственных частот колебаний (см. табл.3.1).

Амплитудно-частотная характеристика вертикальных ускорений рамы тележки
Рис.4.11. Амплитудно-частотная характеристика вертикальных ускорений рамы тележки:

1 - без упругой прокладки;2 - с прокладкой.

Результаты, показанные на графике рис.4.11, были получены для двух вариантов вагона, для случая отсутствия прокладки в буксовом подвешивании (кривая 1) и при наличии упругой прокладки (кривая 2) с жесткостями, определенными в результате натурных тарировок. Из этого графика видно, что виброзащитные свойства упругих прокладок наиболее существенно проявляются на частоте возмущения 20 герц. В этом случае амплитудно-частотная характеристика по ускорениям рамы в три с лишним раза меньше, чем у варианта, в котором упругой прокладки нет.

Следующая серия расчетов была посвящена выяснению величин критического демпфирования упругих прокладок и определению его оптимального значения по критерию минимума ускорений рамы тележки.

Значения критического демпфирования при деформациях прокладок в вертикальном, продольном и поперечном направлениях определялись на основе расчета собственных колебаний вагона, описанного системой дифференциальных уравнений (2.106), учитывающих указанные перемещения. Эта система уравнений интегрировалась при заданных по прокладкам начальных перемещениях. При этом расчетным путем определялись также значения коэффициентов неупругого сопротивления, при которых заданные начальные перемещения прокладок имели апериодический характер. Эти значения коэффициентов сопротивления считались критическими.

Величины критического демпфирования центрального, буксового подвешивания и прокладок сведены в табл.4.1.

Размерность величин табл.4Л дана в тсек/м.

Как уже указывалось, реализация рациональных значений демпфирующих сил в центральном подвешивании осуществляется при угле установки стандартного гасителя 60° -75° к горизонтальной плоскости. При этом демпфирующие силы определяются коэффициентом сопротивления порядка 0,25 /3^. Встает вопрос, какое демпфирование в упругой прокладке является оптимальным и какую долю оно составляет от своего критического значения, приведенного в табл.4.1.

Критические значения коэффициентов сопротивления

Таблица 4.1

Направление колебаний

Ступень подвешивания

X

У

г

Центральное подвешивание ^

. 12

10

20

Буксовое подвешивание

10

10

10

Упругие прокладки

18

15

25

Проведенные варианты расчетов показали, что минимальные вертикальные и поперечные ускорения рамы при частоте внешнего возмущения 20 герц имеют место при следующих значениях коэффициентов неупругого сопротивления прокладок:

Такие значения коэффициентов неупругого сопротивления прокладок составляют соответственно 1,7%, 2,0% и 1,6% от их критических значений (см. табл.4.1).

Определение рациональных углов установки гидравлических гасителей для совместного демпфирования вертикальных и боковых колебаний | Динамика пассажирского вагона и пути модернизации тележки КВЗ-ЦНИИ | Показатели плавности хода вагона для типового и модернизированных вариантов тележек