Расчетная схема опоры гидродинамического трения гибкого вала гидрофрикционного гасителя колебаний, применяемого на железнодорожном транспорте

АННОТАЦИЯ

В статье представлена расчетная схема опоры гидродинамического трения гибкого вала гидрофрикционного гасителя колебаний применяемого на железнодорожном транспорте. С помощью данного метода решения можно решить задачи на динамическую прочность как гидравлических, так и гидрофрикционных демпферов, так же это даст возможность смоделировать динамические явления в узлах и деталях гидравлического и гидрофрикционного гасителя колебаний торсионного типа, включающий в себя вал, который также имеет вращение в рабочей жидкости. 

ABSTRACT

The article presents the calculation scheme of the support of hydrodynamic friction of a flexible shaft of a hydro-friction damper used in railway transport. Using this solution method, it is possible to solve the dynamic strength problems of both hydraulic and hydraulic friction dampers, as well as this will make it possible to simulate dynamic phenomena in the components and components of a hydraulic and hydro-friction damper of a torsion type, including a shaft that also has rotation liquids.

Ключевые слова: гидрофрикционный гаситель колебаний торсионного типа, гидродинамическое трение, оценка, расчетная схема, опоры, гидродинамическое трение, вал.

Keywords: torsion type hydro-friction damper, hydrodynamic friction, assessment, calculation scheme, support, hydrodynamic friction, shaft.

Гидрофрикционный гаситель колебаний является одним из важных устройств системы рессорного подвешивания эксплуатируемого электроподвижного состава. Он поглощает энергию колебаний и ограничивает амплитуду колебаний кузова, особенно при резонансных скоростях движения.

Во время следования подвижного состава происходит деформация рессорного подвешивания, а именно его упругих элементов, связанно это с неровностями пути и вхождением в кривые. Данная деформация имеет отрицательное воздействие на подвижной состав во время следования, тем самым снижая скорости движения, а это в свою очередь оказывает неблагоприятное воздействие на график движения поездов и снижает экономические показатели [2].

Решение этой проблемы позволит моделировать динамические явления в узлах и деталях гидрофрикционного гасителя колебаний торсионного типа, представляющего собой вал, вращающегося в рабочей жидкости. В этом случае вал считается упругим и имеет переменный диаметр, переменную массу и жесткость на изгиб. Упругий вал снабжен подвижными подшипниками гидродинамического трения и имеет постоянную скорость вращения. С помощью предложенной конструкции имеется возможность увеличения межремонтного пробега подвижного состава [1].

Был проведен анализ существующих конструкций гидрофрикционных гасителей колебаний, проанализированы основные причины отказа в эксплуатации:

– загрязнение рабочей жидкости в ходе эксплуатации, в результате которого гаситель теряет свою работоспособность за счет засорения дроссельных отверстий;

– в ходе износа резиновых элементов (кольцевые уплотнительные кольца) приводит к снижению эффективности работы гидрофрикционного гасителя колебаний, ведя за собой утечку рабочей жидкости из гасителя;

– износы в узлах крепления гасителей на тележках.

– отдельное механическое повреждения наружных частей, их сопряжений;

Своевременное нахождение и качественное устранение неисправностей гасителей обеспечивает безопасную и стабильную работоспособность электроподвижного состава в течение всего межремонтного периода [3].

Используем расчетную схему по рисунку1 а,б в плоскости YOZ и сечении по ББ. Слои смазки внутри опоры перемещаются между цилиндрическими поверхностями радиусов r_н и r₀, упругая деформация которых характеризуется функцией Y_В (Z, t) по. От поверхности типа вала радиуса r₀ на слои жидкости передается приведенная сосредоточенная T₀, которая зависит от усилий N₀ и интенсивности q₀по рисунку 1б, в нагружения упругого вала. Учитываем начальное давление P_A на слои жидкости в торцевом сечении площадью S_Z = π*d₀*δ и перепад этого давленияΔP_A после прохода жидкости через торцевое сечение в плоскости ВВ (рис. 1, а). При этом обеспечивается одинаковый расход смазкиQ₀ через торцевые сечения в плоскостях АА и ВВ при известной скорости ее движения V_Z = Q₀ / S_Z, причем Q₀ и S_Z  считаем постоянными для анализируемого режима работы. Вращение поверхности радиуса r₀ упругого вала с угловой скоростью ω_В = CONST обуславливает движение поверхностного слоя смазки с линейной скоростью V_В = ω_В * r₀, при этом слои смазки на поверхности радиуса r_н опоры остаются неподвижными. Считаем, что срединный слой между поверхностями опоры и вала характеризуется средней окружной скоростьюV₀ = 0,5 * V_В движения смазки. Таким образом, движение срединного слоя смазки внутри модели опоры (по рисунку1) характеризуется составляющими скоростей V_Z, V₀, их геометрической суммой  при траектории по винтовой линии вокруг оси OZна радиусе r₀ + 0,5*δ ≈ r₀.

Вводим термин модельной струи смазки сечение δ², центры тяжести которой размещены по винтовой линии на цилиндрической поверхности радиуса r₀ (δ = r₀ – r_н).

Рисунок 1. Расчетная схема опоры гидродинамического трения гибкого вала

Внутри модельной опоры по рисунку1 одновременно функционирует число Ч_С идентичных модельных струй. При этом Ч_С = π*d₀/δ. Через торцевые сечения в плоскости АА и ВВ каждой модельной струи обеспечивается постоянный расход смазкиQ_С = Q₀ / Ч_С [4].

При этом выполняются условия для:

– времени движения частиц смазки по оси OZt_Z = Z₀ / V_Z;

– пути перемещения частиц смазки по длине модельнойструи, отсчитываемой от сечения АА (рисунок1, а)  завремя;

– числа полных витков винтовой линии модельной струи в пределах длины  опоры вала.   

                                                                    (1)

– среднего шага между смежными витками струи, измеренного вдоль оси OZ

                                                                    (2)

Для оценки деформации объёмного сжатия слоёв смазки внутри модельной струи вводим функцию зависящую откоординат:

–размещения сечения по длине винтовой линии (отсчет от т. );

– y – размещения слоя от цилиндрической поверхности радиуса

                                                (3);

– x – размещения “малой струйки” в сечении модельной струи отсчитываемой левой торцевой поверхности в направлении оси OZ торцевого сечения смазки из опоры; на рисунке 1 в, г показана подвижная система координат УГХ, в которой выполняется отсчет  и  для модельной струи, а также подвижная плоскость ДД, учитывающая движение смазки со скоростью  Специфические особенности движение этой смазки характеризуются импульсным периодическим сжатием при проходе через вертикальную плоскость ОГ до минимальной толщины  где величина lсвязана с координатой Z (рис. 1,а), учитывающей размещение сечений гибкого вала, а также параметрами винтовой линии модельной струи  Первое сжатие сечения смазки происходит при  последующие через  Периодическое размещение сечений на расстояниях, кратных  при проходе через вертикальную плоскость OII (рис. 1,б) сопровождается увеличением толщины слоя смазки до .

Таким образом, переменные значения  упругих деформаций гибкого вала обуславливают изменения величин  и  в течение времени  или при . Это явление обуславливает переменность величин относительной деформации сжатия  слоев смазки и вызывает импульсные колебания давления в объеме смазки [5].

При модернизации существующих и расчете новых гасителей колебаний, а также их конструировании для подвижного состава, представленная математическая модель имеет весомое значение. С помощью данной модели расчета можно производить расчеты параметров заранее заданных динамических характеристик гасителя и делать описание динамических процессов, которые происходят в системе.

Экономическая эффективность составила 58,2 млн. сумов (за 1 год). Разработана «Инструкция по организации технологического процесса по капитальному ремонту и ремонту гидравлических виброгасителей типа КВЗ-ЛИИЖТ», которая была передана в Управление эксплуатации локомотивов АО «Узбекистон темир йуллари».

Список литературы:

1. Заявка на Патент РУз на изобретение № IAP 20160113, 29.03.2016 Гидравлический гаситель колебаний торсионного типа / Хромова Г.А., Мухамедова З.Г., Юткина И.С., Махамадалиева М.А.
2. Ибрагимов М.А. Разработка конструкции пружины рессорного подвешивания обладающей демпфирующими свойствами // Современные проблемы ж. д. транспорта». – М., 7 апреля 2020. – С.394-402.
3. Патент РУз № IAP 05463, 29.09.2017. Гидравлический гаситель колебаний // Патент Республики Узбекистан опубл. в БИ № 9 / Заявитель: ТашИИТ. Авторы: Хромова Г.А., Байманов Б.А., Махбубов А.Р., Мухамедова З.Г. 
4. Файзибаев Ш.С., Хромова Г.А., Махамадалиева М.А. Численные исследования контактных процессов в гидрофрикционном гасителе колебаний для высокоскоростного электроподвижного состава. // Известия ТРАНССИБА. 2015. № 1. С.49 –54.
5. Хромова Г.А. Разработка метода расчета на динамическую прочность гидрофрикционного гасителя колебаний ЭПС торсионного типа // Хромова Г.А., Юткина И.С., Махамадалиева М.А. VI Международная научно-техническая конференция «Локомотивы. Электрический транспорт. XXI век.». , 13–15 ноября 2018. Том №2. С.38–43.