[01-2018] Устройство и работа гидравлических гасителей колебаний электровозов серии ЧС

[Admin]

Устройство и работа гидравлических гасителей колебаний электровозов серии ЧС

Гасителями колебаний называют устройства, преобразующие механическую энергию колебаний в тепловую и рассеивающие ее в окружающую среду. По характеру трения различают гидравлические и фрикционные гасители колебаний. Первые из названных рассеивают энергию колебаний путем дросселирования жидкости из одной полости цилиндра в другую, вторые — посредством сухого трения фрикционных пар.

Гасители колебаний различают по расположению в рессорном подвешивании: вертикальные, наклонные, горизонтальные; по месту расположения: кузовные, тележечные, буксовые и по назначению гашения вида колебаний. Для контролепригодности их выполняют легкодоступными, автономными и защищенными от внешних воздействий. Гасители, применяемые на тяговом подвижном составе, имеют телескопически-поршневую конструкцию (рис. 1).

В цилиндре 5 гасителя колебаний размещен шток 8 с поршнем 6. Снизу цилиндр закрыт днищем 2, сверху — направляющей 9 штока. В поршень и днище вмонтированы впускные устройства (клапаны) 17,20, разгрузочные устройства (предохранительные клапаны) 7,3 и дроссельные отверстия 19,21.

Все детали размещены в корпусе, состоящем из стакана 4 и нижней головки 1, и закреплены гайкой 11. Полости цилиндра заполнены жидкостью, уплотнениями служат поршневое кольцо 18, манжета 14 и резиновое кольцо 16. К штоку 8 прикреплены верхняя головка 13 и защитный кожух 12 в виде цилиндра или сильфона. В направляющей имеется сливной вырез 10. Манжета поджата к штоку пружиной 15.

На локомотиве гаситель крепится параллельно упругим комплектам закрепительными головками и втулками с помощью валиков. При колебаниях тележки и кузова шток 8 гасителя совершает возвратно-поступательное движение относительно цилиндра 5.

При ходе сжатия (рис. 2,а и 2,в) уменьшается объем подпоршневой полости «А» и увеличивается в надпоршневой полости «В». Шток 8 (см. рис. 1) через дроссель 21 нижнего клапана вытесняет жидкость из цилиндра в рекуперативную камеру. Работа сил вязкого сопротивления расходуется на нагрев жидкости, а теплота рассеивается через корпус в окружающую среду.

При чрезмерных скоростях хода сжатия повышенным давлением открывается разгрузочное устройство 3 (см. рис. 1) в днище, и жидкость перепускается из цилиндра в рекуперативную камеру «С». Таким образом, в клапанном режиме работы ограничиваются на расчетном уровне давления жидкости и силы вязкого сопротивления.

Приходе растяжения жидкость дросселируется из надпоршневой полости «В» в подпоршневую «А» через малое отверстие 19 в поршне. Одновременно из-за разрежения в объеме жидкости, выходящей из цилиндра штока, ее недостающая часть в полости «А» восполняется из рекуперативной камеры «С» через открытый перепадом давлений впускной клапан 20.

Если скорости перемещения штока завышены, то на ходе растяжения открывается разгрузочное устройство 7 (см. рис. 1) в поршне 6 и перепускает жидкость из надпоршневой полости «В» в подпоршневую «А». В итоге силы вязкого сопротивления ограничиваются.

При сечении штока, равном половине площади поршня, объемы дросселируемой жидкости на ходах сжатия и растяжения примерно равны, и гаситель работает по симметричному циклу вязкого трения. Просочившееся через кольцевой зазор между штоком и направляющей масло стекает по вырезу 10 в рекуперативную камеру «С». Утечки жидкости через неплотности снижают работоспособность гасителя колебаний.

В период постройки электровозов серии ЧС конструкция гасителей колебаний претерпела множество изменений. Вспомним основные типы устройств гашения колебаний, примененные на чехословацких электровозах.

Так, на электровозах ЧС6 устанавливали гасители марок «ТВ» (Чехословакия, Индия), «Koni» (Нидерланды) или «BOGE» (Германия). Их основное отличие — различная энергоемкость при работе. Гасители «ТВ» (рис. 3) предназначены для работы в вертикальном, наклонном и горизонтальном положениях. Конструктивно устройство представляет собой корпуса 1,3. В них размещены днище 2, цилиндр 5, шток 10 с поршнем 6 и направляющая 13, которые закреплены гайкой 9 посредством конусного кольца. Уплотнениями в гасителе служат поршневое кольцо 7, резиновое кольцо 8 и манжеты 12. Защита от внешних воздействий на гаситель колебаний осуществляется кожухом 11.

Поршень гасителя выполнен съемным, шток изготовлен совместно с головкой. В головке монтируют или конусные резиновые втулки 21, создающие шарнирное соединение и виброзащиту, или шаровые подшипники, обеспечивающие только шарнирность связи с тележкой и кузовом. Для ориентации впускного клапана 4 в нижнее положение при наклонном и горизонтальном положениях гасителя днище 2 зафиксировано специальным штифтом. Рабочее положение гасителя обозначается меткой в верхней части корпуса. Тем самым обеспечивается качественное наполнение жидкостью полостей цилиндра.

Клапанная система гасителя состоит из верхнего впускного клапана с диском 19, поджимаемого к седлу 18 слабой пружиной 20. Разгрузочное устройство 14 включает седло 18 и иглу 17, поджимающую пружину 16 с регулировочной гайкой 15. В дисках 19 нижнего и верхнего впускных клапанов имеются дроссельные каналы. Процессы наполнения и дросселирования жидкости на ходах сжатия и растяжения в дроссельном и клапанном режимах работы гасителя колебаний показаны на рис. 3,а — 3,г.

Гасители фирмы «BOGE» приведены на рис. 4. В корпусе 1 размещено днище 3 с диском 4. Сверху в корпус гасителя вставлен цилиндр 6, внутри которого установлена направляющая 13 и куда входит шток 11 (соединен с головкой 18) со съемным поршнем 9 и поршневым кольцом. Все детали закреплены гайкой 17. Чтобы исключить пропуск масла под гайку 17, применены кольца — нажимное 16 и резиновое 15. В центре гайки 17 установлены резиновые манжеты 14. На головку 18 закреплен защитный кожух 12, в отверстие под цапфу запрессованы втулки — конические резиновые 19 и металлические 20.

Дросселирование рабочей жидкости осуществляется через щели отогнутых пластин на поршне 9. Так, при работе гасителя на ходе сжатия (рис. 4,а) жидкость частично протекает в надпоршневую полость через отверстия в поршне 9, отгибая под давлением набор пластин 10. Другая часть жидкости через пластины 2 поступает в рекуперативную камеру.

На ходе растяжения (рис. 4,6), наоборот, жидкость из рекуперативной камеры через перепускные отверстия в днище 3 вокруг диска 4, преодолев усилие пружины 5, поступает в нижнюю полость цилиндра. Из верхней полости цилиндра масло перетекает через разгрузочное устройство в поршне 9, отогнув набор стальных пластин 8, которые закреплены гайкой 7 на штоке 11.

На электровозах ЧС200 установлен гидравлический гаситель фирмы «Koni» (рис. 5). Он предназначен для ограничения виляния и расположен горизонтально между кузовом локомотива и рамой тележки. В корпусе, состоящем из двух стаканов и головки 1, находятся днище 2, цилиндр 5, съемный поршень 6 с поршневым кольцом, шток 9 с головкой и направляющая 10. Сверху все детали через фибровые кольца 11 поджаты гайкой 12.

Сальниковое уплотнение состоит из резиновых колец 16, сжатых гайкой 15. Данный узел закрыт от пыли и грязи резиновым сильфоном 13 и кожухом 14. Кольца 11 и 16 выполнены с косыми разрезами, что позволяет менять их, не разбирая детали корпуса. Между штоком и направляющей установлено резиновое кольцо. Торцы цилиндра уплотнены медными отожженными кольцами.

В стакане 22 с помощью выпуклой диафрагмы 23 образуется воздушная буферная камера для поджатия жидкости. Диафрагму устанавливают после заправки гасителя в горизонтальном положении с удалением избытка жидкости вместе с воздухом. В поршне и днище расположены диски 3,7 впускных клапанов, поджимаемые пружиной 4 и лепестковой пружиной 8.

Дросселирование жидкости происходит через калиброванные отверстия во втулках 10 по трубкам 21 в рекуперативную камеру. Разгрузочное устройство состоит из клапанов 19 с пружинами 18 и регулировочными гайками 17.

Инж. И.А. ЕРМИШКИН,

г. Ожерелье (Продолжение следует)

[Admin]

На электровозах ЧС200, прошедших капитальный ремонт в Чехии, вместо устройств «Koni» установили гасители марки R110.170-002 (тип ДВП). На локомотивах ЧС7 применены гасители колебаний типа Н8 (Н8-120.63, Н8-140.45.30, Н8-140.100.100). Перечисленные устройства различаются между собой энергоемкостью, габаритами и назначением.

Так, гаситель Н8 Р.140.45.30 установлен вертикально в первой ступени рессорного подвешивания, гаситель Н8 L.140.100.100 — вертикально во второй ступени, устройство Н8 L.170.63.63 — горизонтально. Их основные характеристики приведены в таблице.

Корпус гасителя (рис. 6) состоит из корпусной головки 1 и стакана 2, в котором размещены цилиндр 3 с направляющей 15. Внутри последней перемещается шток 11 с поршнем 5. Детали зафиксированы гайкой 17 и стопорным винтом 16. Поршень прикреплен к штоку полым болтом 4, также застопоренным винтом.

Шток гасителя отлит совместно с головкой 19, внутри которой установлен шаровой подшипник 20. В нижней части корпуса гасителя смонтированы две резиновые конусные втулки 27, сжатые с двух сторон стальными шайбами 28, надетыми на металлическую втулку 29.

Для дросселирования жидкости на ходе сжатия в поршне просверлены калиброванные отверстия 7, а на ходе растяжения — отверстия 9 в тарельчатом клапане 8, высота подъема которого ограничена диском 10. (Процессы наполнения и дросселирования жидкости на ходах сжатия и растяжения в дроссельном и клапанном режимах работы показаны на рис. 6,а, 6,6.)

Разгрузочное устройство, которое ограничивает усилие сопротивления на ходе сжатия, имеет конусный клапан 13. Он поджат к верхнему седлу патрона 12 пружиной 24, опирающийся на шайбу 23. Другое разгрузочное устройство, ограничивающее усилия сопротивления на ходе растяжения, имеет клапан 25, который прижат к нижнему седлу патрона 12 пружиной 26 в полом болте 4.

В нижней части головки корпуса установлены впускной 30 и нагнетательный 34 клапаны с пружинами 31 и 35. Отверстия для их установки закрыты резьбовыми пробками 32, 33, 36, 38 с уплотнительными прокладками. Пробки стянуты проволокой 37. Уплотнениями в гасителе служат поршневое чугунное кольцо 6, резиновое кольцо 14 и манжеты 22, а ограждением от внешних воздействий — кожух 21, приваренный к крышке 18. Данный гаситель работает как в вертикальном, так и в наклонном (менее 45° к горизонтали) положениях.

В настоящее время на электровозах применяют унифицированные гидравлические гасители марки УГ. В зависимости от места установки (в тележечной или кузовной ступенях рессорного подвешивания) на электровозах серии ЧС они имеют следующие обозначения.

Первое число показывает полный ход поршня гасителя.

Буквы «С» и «П» обозначают, соответственно, сайлент-блоковые и подшипниковые проушины крепления.

Последнее число в обозначении соответствует оптимальному значению параметра сопротивления на ходе сжатия, предпоследнее число — на ходе растяжения.

Все современные локомотивные гасители имеют одинаковую конструкцию, диаметры цилиндров, штоков, размеры направляющих и корпусов. Они взаимозаменяемы с другими амортизаторами.

Особенность гасителей — пластинчатые клапаны в поршне и днище, сильфонное уплотнение штока и корпуса. Так, корпус гидрогасителя УГ140.45.30 (рис. 7) содержит стакан 31 с приваренной к нему проушиной 1, в которую вставлены металлическая втулка 3 и две резиновые втулки 2, ограниченные стальными кольцами 36.

Цилиндропоршневая группа, размещенная в корпусе, включает в себя цилиндр 30 и поршень 29 со штоком 24. В теле поршня имеются перепускные отверстия 13 и 28, закрытые клапанными пластинами 11, 14. Они прижаты к седлам поршня с помощью конусных шайб 10, 15. Кроме того, в седлах поршня имеются дроссельные щели. В поршне гасителя проточена канавка, в которую вставлено поршневое кольцо 12. Поршень и пластины закреплены на штоке фигурным болтом 9.

Снизу цилиндр гасителя закрыт днищем 5, в котором смонтированы впускной и разгрузочный клапаны. Впускной клапан содержит диск б, прижатый к седлу днища конической пружиной 7 с помощью фигурной гайки 8. Разгрузочный клапан состоит из набора пластин 34, прижатых болтом 4 через конусную шайбу 35 с другой стороны днища. В днище проделаны сквозные отверстия: впускные 33 и разгрузочные 32.

В верхней части штока гасителя имеется проушина 20, в которой установлен шарнирный подшипник 21, зафиксированный упорным кольцом 22. Шток перемещается в направляющей 18, закрепленной сверху цилиндра. Полости цилиндра (подпоршневая «А» и надпоршневая «В») полностью, а рекуперативная «С» — частично заполнены рабочей жидкостью — маслом ВМГЗ. Допускается ее замена маслом МВП ГОСТ 1805 или АМГ-10 ГОСТ 6794.

Для герметичности корпуса установлен резиновый гофрированный чехол 19, верхняя часть которого закреплена на штоке, а нижняя — на стакане 31 и зафиксирована на нем хомутом 27 с болтом 25 и гайкой 26. На верхней части чехла установлен хомут 23.

При работе гасителя на ходе сжатия (рис. 8,а) жидкость дросселирует из подпоршневой полости «А» в надпоршневую «В» и в рекуперативную «С», проходя через отверстия 13 в теле поршня. При больших скоростях движения поршня 29 на ходе сжатия отгибаются верхние поршневые пластины 14, затем пластины 34 днища 5, и жидкость пропускается через кольцевые сечения клапанов. Этим ограничиваются максимальные давления жидкости.

На ходе растяжения (рис. 8,6) жидкость из надпоршневой полости «В» вытесняется поршнем 29 (см. рис. 7) через дроссельные щели в поршне в подпоршневую полость «А». Поскольку сечение надпоршневой полости меньше подпоршневой на величину площади штока, в подпоршневой полости образуется зона пониженного давления. Из-за перепада давления между подпоршневой и рекуперативной полостями открывается впускной клапан днища. Диск 32 приподнимается, преодолевая сопротивление податливой пружины 7, и жидкость из рекуперативной камеры «С» пополняет подпоршневую полость «А» через впускные отверстия 33. Тем самым обеспечивается качественное функционирование гидрогасителя на следующем ходе сжатия.

При больших скоростях движения поршня 29 на ходе растяжения и расчетных давлениях рабочей жидкости в полости «В» отгибаются нижние поршневые пластины 11, и жидкость перепускается в подпоршневую полость «А» через отверстие 28 и кольцевое сечение открытого клапана. Это ограничивает давление жидкости в надпоршневой полости и усилия сопротивления в нормативных пределах.

В итоге возвратно-поступательного движения поршня и дросселирования рабочей жидкости через клапанные отверстия на ходах сжатия-растяжения реализуются силы неупругого сопротивления в дроссельном и клапанном режимах работы. Характеристика усилий сопротивления в дроссельном режиме зависит от величины дроссельных щелей и неплотностей, в клапанном — в основном, от жесткости пластин.

Крепление гасителей колебаний к элементам механической части имеет свои особенности. По мере выпуска электровозов ЧС7 реализовали две схемы установки амортизаторов колебаний: с помощью цапфы или валика (см. «Локомотив» № 7, 2017 г., рис. 4 на с. 16) или цапфы через шпильки (рис. 9). Так, на электровозах ЧС7 с № 211 все гасители колебаний закреплены по второй схеме. Устройство крепится при помощи двух шпилек 5 с корончатой гайкой 7 и шайбой 8. Для предотвращения отворачивания установлен шплинт 6.

В большинстве гасителей колебаний локомотивов ЧС7 принято шарнирное соединение головки гасителя 9 относительно валика 4 (см. рис. 9,а). В данной конструкции устанавливают шаровый подшипник 10, который с двух сторон закрыт уплотнениями 2 и стальКорпус гасителей колебаний буксовой ступени (см. рис. 9,6) жестко закреплен относительно валика. При этом на цапфу амортизатора монтируют втулку 13. Между корпусом и цапфой амортизатора установлены конусные резиновые элементы 11, с обеих сторон закрытые боковыми стальными шайбами 12. Одна сторона конструкции упирается шайбой в прилив на цапфе амортизатора, другая — зафиксирована от смещения двумя стальными полукольцами 1, вставленными в проточки на цапфе амортизатора и шайбе 12.

Надежная в целом конструкция крепления гасителей в условиях эксплуатации подвержена таким типовым повреждениям, как изломы шпильки (рис. 10) крепления цапфы амортизатора, что приводит к необходимости ее высверливания и нарезания новой резьбы в проушины под крепление гасителя при ремонте электровоза. При приемке/сдаче локомотива, при техническом обслуживании

ТО-2 необходимо тщательно осматривать буксовую ступень крепления гасителей, так как здесь часто встречаются повреждения резиновых элементов: надрывы резиновых втулок (рис. 11), выдавливание их из корпуса гасителя вследствие нарушений при монтаже (рис. 12), что может привести к ослаблению посадки втулки в корпусе (рис. 13) и, как следствие, полному разрушению резиновой втулки.

Незначительный, на первый взгляд, элемент в общей конструкции гидравлических гасителей колебаний, тем не менее, требует самого пристального внимания. Ведь включение резиновых элементов в систему гашения колебаний способствует снижению общего уровня вибраций и улучшает работу всей механической части локомотива. Поэтому при ремонтах ТР-2, ТР-3 необходимо разбирать узел с резиновыми втулками, чтобы изучить его техническое состояние и уточнить объем дальнейшего ремонта. При этом можно визуально выявить как износ, таки повреждения конусных втулок (рис. 14). Эти и другие простые приемы обслуживания гасителей колебаний позволят предупредить преждевременный выход из строя одного из ответственных узлов локомотива.

Инж. И.А. ЕРМИШКИН, г. Ожерелье