Что такое рессоры в поезде

Рессорное подвешивание вагонов

1. Классификация и особенности конструкции рессорного подвешивания вагонов

Рессорное подвешивание является одним из важнейших элементов ходовых частей, от которого зависит плавность хода при движении вагона, в особенности при прохождении стыковых соединений и продольных неровностей рельсов, крестовин и др. В этих случаях происходит колебание подвижного состава и возникают динамические силы, действующие на элементы конструкции вагона, пассажиров и перевозимый груз. В целях обеспечения плавности хода, повышения безопасности движения поездов, создания комфортных условий для пассажиров, сохранения качеств грузов при перевозках применяют специальные устройства в ходовых частях вагонов — рессорное подвешивание.
Рессорное подвешивание состоит из упругих элементов, гасителей колебаний, возвращающих и стабилизирующих устройств. Комплекс этих элементов обеспечивает снижение ускорений колебательного движения и уменьшение воздействия динамических сил на конструкцию вагона, создавая плавный ход подвижного состава в процессе эксплуатации. При этом параметры рессорного подвешивания должны соответствовать нормативным значениям и не должны существенно изменяться с течением времени.

2. Упругие элементы рессорного подвешивания

Упругие элементы, являясь основной составной частью рессорного подвешивания, смягчают толчки и удары, действующие на движущийся вагон со стороны рельсового пути. У неподвижного вагона упругие элементы испытывают лишь воздействие статической нагрузки, прогибаясь на величину, называемую статическим прогибом. В качестве упругих элементов вагонов применяют витые стальные пружины, резиновые, пневматические, торсионные, тарельчатые, кольцевые и другие типы упругих элементов. В последнее время все большее распространение получают пневматические, резинометаллические, торсионные и другие типы рессор.
Пневматические рессоры, являющиеся наиболее прогрессивными упругими элементами ходовых частей, применяют в тележках пассажирских вагонов скоростных поездов. Основным преимуществом их перед другими типами упругих элементов является способность поддержания положения кузова на определенном уровне относительно головок рельсов независимо от величины нагрузки, что обеспечивается автоматическим регулированием давления воздуха внутри рессоры. Кроме того, они обладают хорошими вибро- и шумогасящими свойствами, что обеспечивает комфорт пассажирам. Пневматические рессоры имеют также меньшую массу. Однако они сложнее по конструкции и обслуживанию в эксплуатации, так как требуют наличия источника питания рессор воздухом, системы трубопроводов и арматуры. Получили распространение пневматические рессоры баллонного (рис. 3.23, а), диафрагменного (б) и смешанного (в) типов.

Наиболее широко из них применяются рессоры диафрагменного типа, так как они позволяют получать регулируемые характеристики вертикальной и горизонтальной жесткостей. На пневморессору опирается надрессорная балка 1 (рис. 3.23, б), которая соединяется с диафрагменным баллоном 2, прикрепленным к корпусу 3. Внутри рессоры имеется резиновый ограничитель 4, предусмотренный на случай резкого падения давления в системе или большой просадки надрессорной балки под действием динамических нагрузок.
Пневматические рессоры работают в системе пневматического подвешивания вагона. Схема такого подвешивания обычно состоит из пневматической рессоры 3 (рис. 3.24) с дополнительным резервуаром У, снабженным дросселем 2, регулятора положения кузова 4, трубопровода 5, главного резервуара 6 и компрессора 7. Работа такой системы заключается в следующем. Повышение нагрузки Р от кузова приведет к сжатию пневматической рессоры 3 и перемещению вниз золотника регулятора 4 так, что его отверстие б соединится с каналом а. В результате сжатый воздух из главного резервуара 6 поступит в пневматическую рессору 3 и приподнимет кузов на прежнюю высоту. Разгрузка кузова и уменьшение силы Р приведет к тому, что приподнимется вверх золотник и посредством его выточки в часть воздуха из пневматической рессоры удалится в атмосферу. В результате давление воздуха в пневматической рессоре уменьшится и кузов вагона опустится и займет прежнюю высоту, при которой все отверстия в золотнике будут перекрыты. Таким образом, подобная система пневматического подвешивания обеспечит автоматическое поддержание кузова на определенной высоте при изменении нагрузки, что необходимо для вагонов, имеющих повышенную гибкость рессорного подвешивания.

Резиновые и резинометаллические упругие элементы находят применение в тележках вагонов, так как они обладают хорошими амортизирующими свойствами, а также способностью гасить вибрационные и звуковые колебания. Однако недостаточно широкое их распространение объясняется свойствами резины, существенно влияющими на параметры подвешивания при различных климатических условиях и длительности эксплуатации. Резиновые элементы чаще всего используют в тележках отечественных вагонов в виде прокладок в буксовом подвешивании и скользунах для гашения высокочастотных колебаний и уменьшения шума, а также в шкворневых узлах тележек скоростных вагонов и вагонов электропоездов и дизель-поездов.
Торсионные рессоры применяют в системе подвешивания вагонов. Такая рессора представляет собой прямой стальной стержень (торсион) 4 (рис. 3.25, а), один конец которого закреплен в кронштейне 5, а другой жестко связан с рычагом 1, который шарнирно соединяется с обрессоренной частью вагона (надрессорная балка, например). Второй опорой служит подшипник 2, установленный в кронштейне 3, причем в подшипнике может быть создано необходимое трение, способствующее затуханию колебаний вагона. Кронштейны 5 и 3 могут быть укреплены на раме тележки. Торсион 4, изготавливаемый из специальной хромоникельмолибденовой термически обработанной стали, по концам крепится жестко, например с помощью шлицевых соединений.
Нагрузка Р на торсионную рессору вызывает поворачивание рычага 1, а следовательно, скручивание торсиона 4, вызывая упругие деформации кручения. Подобные торсионные устройства применяются в полувагонах отечественной постройки для облегчения поднимания крышек люков после разгрузки кузова: один конец торсиона прикреплен к крышке люка, а другой к рычагу, шарнирно связанному с хребтовой балкой рамы. Торсион при этом закручивается под действием силы тяжести высыпающегося груза, а после освобождения крышки от груза упруго деформированный торсион поднимет ее в горизонтальное положение. Торсионные рессоры получили распространение в некоторых тележках вагонов зарубежных стран.

Тарельчатая рессора (рис. 3.25, б) состоит из набора упругих стальных тарелей, имеющих вид усеченного конуса с углом подъема у и высотой h, соединенных в секции по две, четыре и т.д. штук в каждой. В результате действия силы Р тарели распрямляются и угол у уменьшается. При этом рессора получает прогиб, смягчая ударную нагрузку. Тарельчатые рессоры в вагоностроении применяются редко.
Кольцевая рессора (рис. 3.25, в) состоит из наружных 1 и внутренних 2 стальных колец, опирающихся друг на друга своими конусными поверхностями. Под действием нагрузки Р рессора прогибается вследствие упругих деформаций растяжения наружных и сжатия внутренних колец, так как на конусных их поверхностях возникают значительные поперечные силы. Кольцевые рессоры обладают очень высокой амортизационной способностью, достигающей 60—70% работы, т.е. могут воспринимать большие нагрузки и применяться в рессорном подвешивании тяжеловесных вагонов и ударно-тяговых приборах.
Витые пружины. В ходовых частях современных вагонов наибольшее распространение получили витые цилиндрические пружины (рис. 3.26, а), которые по сравнению с применяемыми ранее листовыми рессорами позволяют получать необходимые упругие характеристики при меньших массах и габаритных размерах, а в сочетании с гасителями колебаний обеспечивать более спокойный ход вагона. Кроме того, пружины могут смягчать горизонтальные толчки и удары, что не могут листовые рессоры; пружины также гораздо проще в изготовлении и ремонте, чем листовые рессоры. В силу своих преимуществ цилиндрические пружины почти вытеснили широко применяемые ранее листовые рессоры.
Конические пружины (рис. 3.26, б) имеют более благоприятную силовую характеристику, но сложны в изготовлении и ремонте. Поэтому они не нашли широкого распространения в вагоностроении.

3. Гасители колебаний

При движении вагона по периодическим неровностям пути (стыкам рельсов, например) со скоростью, когда частоты вынужденных и собственных колебаний близки по величине, могут возникать большие амплитуды колебаний кузова на рессорах (резонанс), если в системе рессорного подвешивания отсутствуют или малы силы сопротивления. Поэтому для гашения резонансных колебаний в систему рессорного подвешивания вводят специальные гасители, которые позволяют снизить амплитуды и ускорения колебательного движения, а следовательно, уменьшить воздействие динамических сил на элементы вагона и перевозимый груз. Многочисленные разновидности конструкций гасителей колебаний, применяемых в подвижном составе железных дорог, можно объединить в две большие группы: фрикционные и вязкого сопротивления. Рассмотрим некоторые из них.
Фрикционные гасители колебаний наиболее широко применяются в тележках грузовых вагонов.
В двухосных тележках типа ЦНИИ-ХЗ фрикционный гаситель колебаний состоит из двух фрикционных клиньев 2 (рис. 3.27, а), размещенных между наклонными поверхностями концов надрессорной балки 1 и фрикционными планками 5, укрепленными на колонках 4 боковой рамы тележки. Клинья опираются на двухрядные цилиндрические пружины 5.Работа таких гасителей заключается в следующем. При вертикальных колебаниях надрессорной балки 1 совместно с обрессоренными массами вагона фрикционные клинья 2 перемещаются вниз и вверх относительно фрикционных планок 3. В результате между клиньями и планками возникают силы трения, создающие сопротивление колебательному движению. При этом величина силы трения прямо пропорциональна прогибу пружин и возрастает с его увеличением, так как клинья прижимаются с большей силой. Работа сил трения преобразуется в тепловую энергию, которая рассеивается в окружающую среду. Такого типа гаситель называют фрикционным с переменной силой трения, зависящей от прогиба.

Фрикционный гаситель колебаний с постоянной силой трения, показанный на рис. 3.27, б, устроен так, что сила трения не зависит от прогиба рессорного подвешивания. В пазах 5 концов надрессорной балки установлены башмаки 2, в которых размещены стаканы 3 с пружинами 4. Стакан 3 прижат предварительно сжатой пружиной 4 к фрикционной планке 1 боковой рамы тележки. Сила трения, возникающая при колебании надрессорной балки совместно с опирающимися на нее частями, постоянна и зависит только от жесткости и величины предварительного сжатия пружины, а также коэффициента трения между взаимодействующих плоскостей стаканов и фрикционных планок.
Фрикционный гаситель колебаний, применяемый в трехосных тележках типа УВЗ-9М (рис. 3.27, в), создает силы трения, пропорциональные прогибу рессорного подвешивания. Нагрузка от надрессорной балки тележки через прокладку 1 и нажимной конус 2 передается на два раздвигающихся клина 3. При деформациях рессорного подвешивания под действием скошенных поверхностей нажимного конуса 2 раздвижные клинья 3 прижимаются к внутренней поверхности фрикционного стакана 6. Между трущимися поверхностями раздвижных клиньев 3 и стакана 6 при их взаимном перемещении возникают силы трения, пропорциональные прогибу пружины 5, размещенной между фланцем стакана 6 и опорным кольцом 4.
К гасителям колебаний с постоянной силой трения относится дисковый фрикционный гаситель (рис. 3.28, а), конструкция которого состоит из стального диска 6, зажатого между двумя фрикционными прокладками 2 с помощью пружины 7, болта 4, поводков 3 и резиновых прокладок 5. Рычаги 1 и 3 с помощью валиков крепят между опорами упругих элементов. При колебании вагона и относительном угловом перемещении рычагов 1 и 8, а следовательно диска 6 и прокладок 2, между ними возникают силы трения постоянной величины. Эти силы можно регулировать величиной сжатия пружины 7 с помощью гаек болта 4.
Телескопический фрикционный гаситель колебаний фирмы Крайслер (рис. 3.28, б) является гасителем с постоянной силой трения и применяется в тележках грузовых и пассажирских вагонов зарубежных стран. Он состоит из башмаков 2 с фрикционными накладками 5, выполненными из асбестовой массы, которые прижимаются к корпусу 6 с помощью усилия пружины 4, воздействующей на конусные (клиновые) головку 1 и шайбу 3. Сила трения такого гасителя регулируется гайками 7, сжимающими пружину 4.

Телескопический гаситель колебаний типа БИТМ (Брянский институт транспортного машиностроения) (рис. 3.28, в) отличается от гасителя фирмы Крайслер тем, что усилия на главные трущиеся поверхности передаются через эластичные прокладки 1 и 2 без вспомогательных клиновых поверхностей. Изменением толщины этих прокладок и усилием сжатия пружины можно регулировать соотношение сил трения при возвратно-поступательном движении частей гасителя относительно корпуса. Гаситель колебаний типа БИТМ обладает большей стабильностью по сравнению с гасителем фирмы Крайслер, поскольку усилия на главные трущиеся поверхности передаются через упругие элементы.
Телескопические гасители колебаний устанавливаются как вертикально, так и наклонно относительно оси упругих элементов подвешивания. При наклонном их расположении гасятся вертикальные и горизонтальные колебания вагона. Важным преимуществом телескопических гасителей является простота и быстрота замены неисправного гасителя исправным.
Гидравлические гасители колебаний. Как отмечалось выше, существенным недостатком фрикционных гасителей колебаний является нестабильность их работы, т.е. ухудшение силовой характеристики. Эти и другие недостатки устранены в гасителях колебаний гидравлического типа и других гасителях вязкого сопротивления, которые, несмотря на усложнение изготовления, ремонта и технического обслуживания, широко применяются в тележках современных пассажирских вагонов.
В телескопических поршневых гидравлических гасителях колебаний сила сопротивления создается за счет перетекания жидкости из одной полости в другую через узкие калиброванные (дроссельные) отверстия. Сила сопротивления гасителя в этом случае зависит от вязкости жидкости, размеров дроссельных отверстий и пропорциональна скорости перемещения поршня.
Силовую характеристику в этих конструкциях создают на основе требований к ходовым качествам вагона путем подбора вязкости жидкости и размеров дроссельных отверстий.
Гидравлический гаситель колебаний (рис. 3.29) состоит из рабочего цилиндра 4, поршня 6 со штоком 1, неподвижного поршня 9 с отверстием 14, верхнего 7 и нижнего 8 клапанов, корпуса 3 и направляющей втулки 2. Между цилиндром 4 и корпусом 3 образуется резервуар 5. Гаситель заполнен вязкой жидкостью, которая подбирается с таким расчетом, чтобы в летнее и зимнее время ее вязкость изменялась незначительно.

Работа гидравлического гасителя колебаний заключается в следующем. При движении поршня 6 вниз (ход сжатия) верхний клапан 7 приподнимается и жидкость из подпоршневой полости цилиндра 4 перетекает в надпоршневую 12 через большие отверстия 11. Одновременно вследствие движения штока 1 вниз давление под поршнем 6 повышается и часть жидкости с сопротивлением перетекает из полости 10 через дроссельное отверстие клапана 8 в резервуар 5.
В это время давление жидкости в надпоршневой 12 и подпоршневой 10 полостях цилиндра 4 выравнивается, так как полости 10 и 12 соединены между собой через большие отверстия 11 поршня и приподнятого вверх клапана 6. При движении поршня 6 вверх (ход растяжения) верхний клапан 7 закрывается под действием повышенного давления в надпоршневой полости 12 и жидкость с сопротивлением перетекает через дроссельные каналы в подпоршневую полость 10. Одновременно в полости 10 наступает разрежение, вследствие чего нижний клапан 5 поднимается и пропускает жидкость из резервуара 5 в подпоршневую полость 10, восполняя недостающий объем жидкости, поступающий из меньшего надпоршневого пространства, включающего объем штока 1. Резервуар 5 гасителя служит для размещения объема жидкости, вытесняемой штоком 1 из цилиндра при движении поршня 6 вниз, а также является сборником жидкости, просачивающейся через кольцевой зазор между штоком и направляющей втулкой 2. Для предотвращения выдавливания жидкости наружу гаситель имеет уплотнение 13.

4. Возвращающие и стабилизирующие устройства

В тележках вагонов применяют возвращающие устройства, которые служат одновременно для смягчения боковых толчков, возникающих вследствие набегания гребней колес при извилистом движении колесных пар на прямых участках пути и при входе вагона в кривые, а также для возвращения отклоненного кузова под действием поперечных сил в среднее положение.
Возвращающие устройства, применяемые в тележках вагонов, бывают двух типов, различающиеся по принципу действия и конструктивному выполнению. К первому типу относятся устройства, возвращающая сила которых создается за счет использования силы тяжести кузова, воздействующего на тележку. К подобным устройствам относятся конструкции, имеющие ролики (катки), размещенные между наклонными плоскостями (рис. 3.30, а).
При поперечном отклонении тележки относительно кузова возникает возвращающая сила Н, не зависящая от величины отклонения тележки. Если же ролики (катки) вместо наклонных плоскостей разместить в овальных (цилиндрических или выполненных по особому профилю) углублениях (система В.И. Бабина), то возвращающая сила Н будет возрастать по определенному закону с увеличением поперечных отклонений тележки в связи с ростом угла а от нуля (среднее положение) до максимального значения (максимальное отклонение тележки).
К первому типу, в котором возвращающая сила создается за счет использования силы тяжести кузова, относится также люлечное подвешивание (рис. 3.30, б). При горизонтальном отклонении надрессорной балки 4, расположенной на упругих элементах 3, произойдет изменение наклона люлечных подвесок 2, что и вызовет появление горизонтального возвращающего усилия.

Люльки бывают с вертикальными и наклонными подвесками 2. Вертикальные люлечные подвески при отклонении остаются параллельными между собой, а подрессорная балка при этом остается параллельной первоначальному положению. В случае наклонных люлечных подвесок 2 создается большая величина возвращающей силы, зависящая от первоначального угла их наклона, но при этом происходит нежелательный наклон подрессорной балки 7, а иногда перекос и кручение кузова вагона.
Во втором типе возвращающего устройства возвращающая сила обеспечивается за счет использования поперечной упругости упругих элементов рессорного подвешивания. В современных тележках грузовых вагонов, например, функции возвращающих устройств выполняют пружины, возвращающая сила которых пропорциональна величине их горизонтальной упругой деформации. В тележках пассажирских вагонов роль возвращающих устройств совместно с люлькой выполняют упругие поводки, а также пневматические и другие типы упругих элементов подвешивания.
Одной из важнейших мер для улучшения плавности хода вагона в вертикальном направлении является увеличение гибкости рессорного подвешивания. Однако при этом возрастает боковая качка кузова и ухудшение поперечной устойчивости вагона. В этом случае применяют особые устройства — стабилизаторы, которые обеспечивают упругое сопротивление только крену кузова и позволяют значительно увеличить суммарный статический прогиб рессорного подвешивания вагона. В подвешивании могут быть использованы рычажные, торсионные и другие типы стабилизаторов боковой качки вагонов.
Рычажный стабилизатор (рис. 3.31, а) включает в себя два равноплечих рычага 3 и 6, прикрепленных шарнирами 5 к надрессорной балке 7. Своими концами 2 рычаги 3 опираются на люлечные подвески 7, а противоположные концы рычагов с помощью валиков соединены между собой серьгами 4. Такое устройство противодействует наклону надрессорной балки тележки и препятствует боковой качке кузова, не влияя на вертикальные перемещения.

Торсионный стабилизатор (рис. 3.31, б) состоит из двух торсионов 2, свободно вращающихся в подшипниках 1, прикрепленных к раме тележки 6. Надрессорная балка 5 шарнирно соединена подвесками 5 с изогнутыми концами 4 торсионных стержней. Такое стабилизирующее устройство обеспечивает восстанавливающие моменты от скручивания торсионов при боковом отклонении кузова и противодействует его наклону.

Источник

Рессорно-балансирная подвеска

Торсионные рессоры

В подвешивании вагонов применяют торсионные рессоры (рис. 5). Такая рессора состоит из прямого вала (торсион 4), один конец которого опирается на кронштейн (5), а другой пропущен через опорную втулку (2) с подшипниками (3) и снабжен рычагом (1), к которому прикладывается нагрузка Р. Вал по концам крепится с помощью шлицевых соединений Рычаг (1) прикреплен к буксе, а втулка (2) – к раме тележки. Так как один конец вала жестко закреплен на раме, то нагрузка, передаваемая на рычаг от буксы, подвергает вал скручиванию. Вследствие деформации вала вертикальные перемещения буксы совершаются упруго. Торсионы изготовляют из специальной хромоникельмолибденовой стали и подвергаются тщательной термической обработке.

Рис. 5 – Торсионная рессора

В отличие от витых пружин торсион испытывает деформацию чистого кручения, поэтому при равных нагрузках его масса меньше, чем у пружины. Однако стоимость изготовления торсиона и устройств для его крепления выше, чем у пружины. Торсионные рессоры применяются в некоторых тележках заграничных вагонов.

Листовые рессоры с прогрессивной характеристикой упругости

Листовые рессоры могут иметь прогрессивную характеристику упругости. Чтобы добиться увеличения жесткости при увеличении нагрузки, рессоры задней подвески легковых автомобилей выполняют двухступенчатыми. В этом случае однолистовая параболическая рессора или двух- либо трехлистовая трапецеидальная при прогибе опираются на лист второй ступени (, варианты а и б). Кроме того, существует возможность установки упора, смещенного по длине рессоры. Этот упор приводит к уменьшению рабочей длины рессоры при ходе сжатия и соответственно к увеличению жесткости (вариант в).

Рисунок 10 – Различные варианты исполнения продольных листовых рессор с прогрессивной характеристикой упругости для легковых автомобилей

а — однолистовая рессора с плавно включающимся подрессорником; б — то же, трапецеидальная; в — укорачивание одного из плеч рессоры на ходе сжатия

Конструктивные решения а и б позволяют так подобрать длину и толщину листов обеих ступеней, что при ходе сжатия подвески до крайнего верхнего положения (т.е. при максимальной нагрузке) напряжения распределяются равномерно. Установка дополнительного ограничителя, напротив, может привести к концентрации напряжений в месте опоры рессоры.

Для грузовых автомобилей изменение нагрузки значительно больше. Чтобы жесткость подвески у незагруженного автомобиля не была чрезмерно высокой, требуется более прогрессивная характеристика, которую можно получить только с помощью дополнительных рессор. Эти дополнительные рессоры с собственной характеристикой упругости крепят на основных рессорах. После определенной величины хода f_E подвески () достигают специальных упоров.

Рисунок 11 – Для грузовых автомобилей требуется значительно более высокая прогрессивность характеристики упругости подвески, которой можно добиться только с помощью дополнительной рессоры, устанавливаемой сверху на основную рессору. Дополнительная рессора после перемещения подвески вверх на определенную величину f_E хода упирается в специальные опоры

В большинстве случаев дополнительные рессоры имеют более высокую жесткость, чем основные, что позволяет избежать слишком низкой частоты колебаний груженого автомобиля и удержать в определенных пределах крен кузова на поворотах. Повышения жесткости достигают путем уменьшения длины листов (l_Z вместо l_H основной рессоры) и увеличения толщины. Поскольку дополнительная рессора включается в работу только в конце хода подвески, возникающие в ней напряжения изгиба меньше, чем в листах основной рессоры.

Расположенные один над другим пакеты рессор могут быть как трапецеидальными (), так и параболическими (), имеющими следующие характеристики:

Таблица 1 – Характеристики наборов листовых рессор

Основная рессора	Дополнительная рессора
Расстояние между ушками L, мм	1800	–
Длина рессоры, мм	–	1120
Ширина листа B, мм	100	100
Наибольшая толщина h1, мм	22	29
Жесткость рессоры c2h, Н/мм	245	730
Наибольшая нагрузка Fmax, кН	33,2	9,8
Наибольшая нагрузка Fmax, МПа	680	222

Рисунок 12 – Задняя рессора грузового автомобиля, имеющая прогрессивную характеристику упругости. Трапецеидальная рессора выполнена без проставок между листами

Рисунок 13 – Рессора нового поколения для грузовых автомобилей, имеющая прокладки между листами по концам и в зоне центрального стяжного болта

Рисунок 14 – Чтобы компенсировать изменение длины в процессе колебаний рессора может с одной стороны иметь скользящую опору

а — прямой конец рессоры с удлиненным для безопасности вторым листом; б — изогнутый коренной лист

Другие статьи по подвеске автомобиля

Листовая рессора

Вагонные листовые рессоры разделяются на два основных типа: эллиптические и подвесные, или надбуксо-вые.

Подвеска листовых рессор ( рессорные пальцы с серьгой и втулкой), шарнирные соединения и направляющие в случае независимой подвески.

Между листовыми рессорами и рамой тележки установлены комплекты цилиндрических пружин с резиновыми амортизаторами.

О листовых рессорах было сказано ранее ( см. гл. На сопряженной поверхности головки видны очаги фреттинг-коррозии и вырывы ( вследствие схватывания) в местах, откуда хром переносился на омедненную поверхность. Не исключаются вырывы основного металла шатуна под слоем хромового покрытия. Глубина отдельных вырывов достигает 65 мкм.

Для изготовления листовых рессор применяют желобчатую полосовую сталь марки 55С2, хорошо сопротивляющуюся боковым сдвигам отдельных листов. Для устранения продольных сдвигов в каждом листе прострагивают паз глубиной 2 – 3 мм, охватываемый одной стороной хомута.

Большая хорда листовой рессоры увеличивает гибкость рессорного подвешивания.

Основным преимуществом листовых рессор является их способность выполнять одновременно функции упругого и направляющего устройств подвески. При отсутствии гидравлических амортизаторов листовые рессоры способствуют гашению колебаний кузова и колес автомобиля. Кроме того, листовые рессоры просты в изготовлении и легко доступны для ремонта в эксплуатации. По сравнению с упругими элементами других типов листовые рессоры имеют повышенный вес ( наиболее тяжелые), менее долговечны, обладают сухим ( межлистовым) трением, ухудшают плавность хода автомобиля и требуют ухода ( смазки) в процессе эксплуатации.

Основным преимуществом листовых рессор является их способность выполнять одновременно функции упругого и направляющего устройств подвески.

Схема передачи толкающих и скручивающих усилий.

Установка для наклепа листовых рессор представляет собой камеру проходного типа. Листы, уложенные вручную на горизонтальный конвейер, проходя зону обдува, подвергаются наклепу с помощью дробеметных аппаратов.

Эластичная муфта привода.

Вертикальная нагрузка воспринимается листовыми рессорами с комплектом пружин. На буксу нагрузка передается через два балансира, установленных с наружной и внутренней стороны боковины рамы тележки. На каждой стороне тележки рессорное подвешивание сбалансировано в одну точку; следовательно, тепловоз, опирающийся на две тележки, имеет четыре точки подвешивания.

Колесная пара тепловоза ТЭП60.| Эластичная муфта привода.

Вертикальная нагрузка воспринимается листовыми рессорами с комплектом пружин. На буксу нагрузка передается через два балансира, установленных с наружной и внутренней сторон боковины тележки. На каждой стороне тележки рессорное подвешивание сбалансировано в одну точку; следовательно, тепловоз; опирающийся на две тележки, имеет четыре точки подвешивания.

Устройство

Зависимая рессорная подвеска устроена так, что ей не требуются дополнительные устройства. Происходит это по тому, что рессоры напрямую крепятся к кузову машины и мосту, который делает шасси зависимой. Смягчающим приспособлением здесь является амортизатор. В последнее время все чаще производители ставят однолистовую рессорную подвеску.

Раньше Генри Форд ставил на свои машины монолитные рессоры, но потом они исчерпали себя, и весь мир перешел на пружины. Дело в том, что в процессе развития автомобилестроения начали выпускаться более мощные двигатели, которые были способны разгонять автомобили, но рессорная не давала возможности так же управлять автомобилем, как на низких скоростях.

Вид – рессора

Вид рессоры в фасаде и плане показан на той же фиг. Подобная конструкция рессоры была бы крайне неудобной на практаке; поэтому ей придают несколько другую форму, не меняя характера ее работы. Представим себе, что в плане лист рессоры разделен на узкие полоски, как показано на фиг.

Вид рессоры в фасаде и плане показан на той же фиг. Подобная конструкция рессоры была бы крайне неудобной на практике; поэтому ей придают несколько другую форму, не меняя характера ее работы. Представим себе, что в плане лист рессоры разделен на узкие полоски, как показано на фиг.

Наличие у автомашин виброизолирующего звена в виде рессор и шин несколько облегчает положение, а в случае возникновения кратковременных динамических перегрузок является хорошим средством изоляции ударов.

Задняя подвеска автомобиля ГАЗ-53А также выполнена в виде рессоры и подрессорника. Между рессорой и подрессорником установлена чугунная подушка. Между собой они соединяются двумя стремянками и одновременно крепятся ими к балке задней оси. При большом прогибе рессоры балка заднего моста упирается в резиновый буфер, установленный на нижней полке лонжерона рамы.

У автобуса ПАЗ-672 передняя подвеска выполнена в виде полуэллиптических рессор с заделкой концов сдвоенного верхнего листа в резиновые опоры. Толкающие усилия от несущего кузова к передним колесам передаются через задний кронштейн с резиновыми подушками.

Эллиптические рессоры

Эллиптическая рессора состоит из двух незамкнутых листовых рессор, повернутых вогнутой стороной друг к другу и соединенных по концам шарнирами, скобами или специальными наконечниками. Эти рессоры называются эллиптическими потому, что в первых эллиптических рессорах вогнутые стороны коренных листов образовывали эллипс. Эллиптические рессоры имеют большую гибкость по сравнению с подвесными и применяются преимущественно в центральном рессорном подвешивании тележек пассажирских и грузовых вагонов. Для восприятия значительных нагрузок такие рессоры ставят группами в несколько рядов. В таком случае эллиптические рессоры называются двух-, трех-, четырехрядными и т. д.

На вагонах железных дорог применялось несколько типов эллиптических рессор. Они отличаются между собой главным образом соединением концов коренных листов. Наиболее распространенной рессорой, обладающей лучшими свойствами по сравнению с другими рессорами, так как она проста по конструкции и в изготовлении, сборке и разборке, а также обладает хорошей гибкостью, является рессора, сконструированная техником Н. К. Галаховым.

Эллиптическая рессора Галахова (рис. 2, а) состоит из половин – верхней и нижней, составленных каждая из нескольких изогнутых листов одинакового профиля. Обе половины соединяются вместе двумя наконечниками (5) и (1) (рис. 2, б) специальной формы, прикрепляемыми к концам коренных листов короткими болтами или заклепками (2). Наконечник (5) нижней половины имеет продольный буртик с радиусом закругления 8 мм, а по наконечнику (1) верхней половины проходит продольный желоб. В собранной рессоре буртик с желобом образуют полушарнир. Чтобы верхняя половина рессоры не смещалась относительно нижней в поперечном направлении, в средней части наконечника (5) сделан вырез (4) шириной 40 мм, а в наконечнике (1) – вырез с приклепанным сухарем (3) такой же ширины. Собирается и разбирается рессора Галахова легко, что удобно при ремонте, установке и перевозке.

Рис. 2 – Эллиптическая рессора Галахова и ее концевые шарниры

Рессоры Галахова изготовляют из желобчатой стали сечением 76×10 мм. Каждый пакет рессоры (незамкнутая половина одного ряда) собирается из шести-семи листов. Длина хорды в свободном состоянии составляет 850–930 мм, а фабричная высота – около 400 мм. Стрела прогиба (в) у эллиптических рессор измеряется между коренными листами верхней и нижней половины около хомутов, а высота рессоры (г) – между наружными наборными листами. Расстояние между центрами наконечников коренных листов незагруженной рессоры называется длиной хорды (б), а загруженной – длиной рессоры (а).

Эллиптические рессоры (рис. 3) ставятся в некоторых типах тележек грузовых вагонов вместе с пружинами. Они состоят из двух листовых рессор с небольшим изгибом коренных листов, концы которых входят в специальные литые стальные наконечники. Наборных листов по четыре. Будучи разъемными, эти рессоры удобны при сборке и постановке на тележки.

Рис. 3 – Эллиптическая рессора тележек грузовых вагонов

Возможные поломки рессор

При поломке коренного листа продольно расположенной листовой рессоры второй конец с ушком этой рессоры обеспечивает неразрезной балке заданное направление. Хотя возможность прямолинейного движения при этом и ухудшается, однако аварийная обстановка практически не создается.

При поломке рессоры управляемой передней оси картина иная. Если речь идет о неразрезной оси, то она в месте поломки может переместиться вперед или назад. А поскольку рулевая сошка соединена с рулевым механизмом, то оба передних колеса поворачиваются в одну сторону. Автомобиль резко меняет направление движения, что может привести к наезду или опрокидыванию. Поэтому почти во всех случаях, когда в передней подвеске применяются многолистовые рессоры, принимают какие-то меры на случай их поломки, например, делают дополнительное ушко на переднем конце подкоренного листа, которое охватывает ушко коренного листа (см. ).

Рисунок 3 – В качестве меры безопасности на случай поломки ушка коренного листа рессоры вокруг ушка может быть загнут конец второго листа

а — второй лист полностью охватывает ушко коренного листа; б — второй лист заострен и завернут вокруг ушка; в — второй лист заострен, раскатан и завернут вокруг ушка

Еще опасней поломка поперечно расположенной рессоры передней подвески, которая при независимой подвеске служит одновременно и направляющим элементом колес и верхним или нижним рычагом. Автомобиль при этом теряет управляемость и аварии трудно избежать. Поперечные рессоры можно встретить на автомобилях особо малого класса с задним расположением двигателя, отчасти при центральном закреплении. Однако чаще всего это закрепление в двух точках. Применение такой листовой рессоры позволяет избежать применения двух винтовых пружин и стабилизатора, включая детали, необходимые для закрепления последнего. Недостатком использования такого упругого элемента является смещение рессоры в местах закрепления под действием боковых сил.

Листовая рессора

Листовая рессора состоит из хомута и четырнадцати отдельных листов толщиной 13 мм и шириной 100 мм, между которыми при работе развивается сила трения. Верхний коренной лист по концам имеет отверстия, в которых фиксируются своими шипами накладки.

Листовая рессора состоит из девяти листов, составляющих брус равного сопротивления изгибу постоянной высоты, и десятого листа таких же размеров, как и самый длинный из девяти.

Листовые рессоры ( рис. 20.11, а, б) для повышения гибкости составляют из листов разной длины, что приближает их к телам равного сопротивления изгибу. Трение между листами обеспечивает демпфирование колебаний.

Листовые рессоры служат главным образом для упругого подвешивания экипажей ( автомобилей, прицепов, железнодорожного подвижного состава и пр. Под действием рабочей нагрузки рессоры должны давать достаточно большие упругие прогибы, обладая в то же время необходимой прочностью.

Листовые рессоры служат главным образом для упругого подвешивания экипажей ( автомобилей, прицепов и пр. Рессоры состоят из нескольких ( обычно 6 – 15) наложенных друг на друга листов разной длины.

Листовые рессоры состоят из наложенных один на другой стальных листов одинаковой ширины, но различной длины.

Листовая рессора ( рис. 129, а) состоит из собранных вместе отдельных листов выгнутой формы. Стальные листы имеют обычно прямоугольное сечение, одинаковую ширину и различную длину. Кривизна листов неодинакова и зависит от их длины.

Упругие элементы подвески. а – листовая рессора. б – торсион. в – пневмобаллон.

Листовые рессоры – получили наибольшее применение в зависимых подвесках. Обычно их располагают вдоль автомобиля.

Передняя подвеска автомобиля ГАЗ-53А.

Листовая рессора 7, показанная на рис. 130, прикреплена к балке моста двумя стремянками 8, а к раме – через резиновые опоры. Резиновые опоры закреплены в кронштейнах / и 4, приклепанных к раме. Эти кронштейны имеют крышки 6, которые позволяют монтировать и демонтировать рессоры, а также заменять резиновые опоры. Листы рессоры стянуты центровым болтом. Два коренных листа, концы которых отогнуты под углом 90, образуют торцовую упорную поверхность. К отогнутым концам коренных листов приклепаны специальные чашки 5 и 10, увеличивающие площадь соприкосновения листов с резиновыми опорами. Передний конец рессоры неподвижный. Задний конец рессоры подвижный, закреплен в кронштейне 4 только с помощью двух резиновых опор. При прогибе рессоры он перемещается в результате деформации этих опор. Амортизатор 3 служит для гашения колебаний.

Листовые рессоры обычно зажаты посредине на значительной длине в хомутах.

Практически листовые рессоры выполняются в несколько ином виде. Значительная ширина рессоры, получаемая в месте защемления, требует много места, а это бывает часто неудобным. Конечно, целую листовую рессору не разрезают на отдельные полосы, а эти полосы изготовляют из готовой длинной узкой стальной полосы, а затем полосы складывают, как указывалось выше.

Рессорные стали Круппа.| Немагнитные стали Круппа.

Готовые листовые рессоры подвергаются испытаниям при на жении 120 – 130 кгДил 2; в расчетах на изгиб необходимо выбирать напряжения ниже.

Преимущества и недостатки

Чаще всего устанавливают на грузовые автомобили и прицепы. Делается это потому, что рессорный тип подвески почти не провисает как пружинная, благодаря чему можно загрузить большое количество груза. Такая схема стоит дешевле, и установить ее гораздо проще. Безусловным плюсом можно считать то, что рессоры хорошо удерживают автомобиль при торможении, разгоне и на поворотах. Подвеска работает без дополнительных устройств, таких как: рычаги, втулки и прочие вспомогательные приборы. Стоит отметить, что простота конструкции рессорной подвески меняется в зависимости типа подвески (зависимая, независимая).

Есть у такой схемы и минусы.

Пневматические рессоры

Одним из современных направлений в улучшении динамических и ходовых качеств подвижного состава является применение пневматических рессор. Такими рессорами оборудованы, например, тележки вагонов РТ-200. Эти рессоры позволяют автоматически поддерживать кузов на определенном расстоянии от уровня рельсов независимо от загрузки вагона, что достигается за счет изменения давления воздуха в рессоре. Они имеют высокую выносливость, малую массу и значительно улучшают вибро- и шумоизоляцию.

В последнее время в тележках пассажирских вагонов начинают применять пневматические рессоры (рис. 8, а). В качестве упругого элемента в них используется сжатый воздух или другой газ, заключенный в эластичную резинокордную оболочку (2) с металлическими армирующими деталями или в металлический цилиндр с поршнем. Пневматические рессоры позволяют обходиться без многоступенчатого подвешивания, так как необходимая упругая характеристика достижима при одинарном подвешивании.

Рис. 8 – Пневматическая рессора: а – общий вид; б – силовая характеристика; 1 – патрубок для подвода воздуха; 2 – резинокордная оболочка; 3 – опоясывающее кольцо; 4 – нижняя опора

Силовая характеристика пневматической рессоры (рис. 8, б) представляет собой ломаную кривую, в которой участок I соответствует статической, а II – динамической возникающей при колебаниях вагона деформации рессоры.

В рессорном подвешивании вагонов применяются пневматические рессоры баллонного (рис. 9, а), диафрагменного (рис. 9, б) и смешанного (рис. 9, в) типов.

Рис. 9 – Разновидности пневматических рессор

Наибольшее распространение получили пневмоэлементы диафрагменного типа, так как они имеют регулируемые параметры вертикальной и горизонтальной жесткости.

Система пневматического подвешивания вагона (рис. 10) обычно состоит из пневморессоры (3) с дополнительным резервуарам (1), который снабжен дросселем (2), регулятора положения кузова (4), трубопровода (5), главного резервуара (6) и компрессора (7).

Рис. 10 – Схема пневматического подвешивания

При увеличении нагрузки кузова Р происходит сжатие пневморессоры (3). Тогда отверстие (б) в золотнике регулятора (4) соединяется с каналом (а) и сжатый воздух из главного резервуара (6) поступает в пневморессору, в результате чего кузов вагона приподнимается на прежнюю высоту. При уменьшении нагруки Р кузов вагона поднимается вверх, выточка (в) в золотнике регулятора соединяет пневморессору с атмосферой через канал Ат, давление в пневморессоре уменьшается и кузов опускается на заданную высоту, при которой все отверстия в золотнике перекрываются. Таким образом происходит автоматическое регулирование давления в пневморессоре и кузов вагона удерживается на определенной высоте при изменении загрузки.

Действующие силы и моменты

Возникающее при работе подвески изменение длины деталей упругих элементов требует эластичного присоединения мест D крепления (). Под действием боковых сил последние также деформируются, увеличивая положительный угол развала наружного (по отношению к центру поворота) колеса.

Рисунок 4 – Эпюра изгибающих моментов (б) в поперечно расположенной листовой рессоре (а), которая крепится к кузову в точках D

б — эпюра изгибающих моментов

На рисунке приведены силы и характер изменения изгибающего момента при статической исходной нагрузке F_w. В центральной части рессоры между точками D действует постоянный по величине момент М_w = F_wl, поэтому листы рессоры должны иметь на этом участке постоянное сечение. Допускается только изменение ширины листов (как показано).

При нагружении рессоры силами, действующими в одну сторону (), концевые и центральный участки принимают форму дуги. В результате рессора по всей длине работает с заданной жесткостью. Однако при движении на повороте () на наружной (по отношению к центру поворота) стороне на рессору действует дополнительная сила +ΔF_a при соответствующем уменьшении нагрузки на внутренней стороне. Один конец рессоры будет в результате приподнят вверх, в то время как другой ее конец отжимается вниз.

Рисунок 5 – При вертикальном подрессоривании закрепленная в двух точках рессора (а) изгибается на участке между точками крепления. Увеличение нагрузки ΔD в точках D соответствует увеличению сил ΔF на концах рессоры

б — эпюра изгибающих моментов

Рисунок 6 – При поперечно-угловом подрессоривании на повороте внешний по отношению к центру поворота конец рессоры (а) дополнительно нагружается силой ΔF_a при соответствующем уменьшении нагрузки — ΔF_t на внутренний конец. В центральной части рессоры между опорами происходит изменение направления моментов, следствием чего является увеличение жесткости рессоры. Нагрузка на внешнюю опору D_a = D + ΔD, а на внутреннюю D_i = D – ΔD, где ΔD = ΔF × 2(1 + e/2) / e

б — эпюра изгибающих моментов

В центральной части действуют противоположно направленные изгибающие моменты, которые стремятся изогнуть этот участок в форме буквы S. В связи с тем, что листы рессоры имеют постоянную толщину, их прогиб в центральной части будет незначительным. Это означает, что при поперечно-угловом подрессоривании на поворотах эта подвеска имеет большую жесткость, чем при одинаково направленном перемещении колес при преодолении препятствия. Взаимосвязь между этими двумя величинами определяется расстоянием e между опорами D. Чем больше величина e, тем больше разнятся эти величины. Однако возможности увеличения e ограниченны, так как длина рессоры в распрямленном состоянии L = e + 2l (см. ) должна быть меньше, чем колея t_v передних колес. Чем больше величина e, тем короче концевые участки l рессоры и тем выше возникающие в них напряжения. Рессора в этом случае должна состоять из большего числа более тонких листов.

В передней подвеске модели «Opel Kadett» рессоры, закрепленные в двух точках, нагружены только вертикальными силами. Боковые и продольные силы воспринимают нижние рычаги, на которые опираются концы рессор. При этом концы рессор могут поворачиваться относительно рычага в боковом направлении. Обеспечения безопасности на случай поломки не требуется, и конструктивное решение с малолистовой параболической рессорой с двумя опорами оказалось экономически самым выгодным ().

Рисунок 7 – Передняя рессора модели «Opel Kadett B», выпускавшейся до 1973 года. Рессора состоит из двух параболических раскатанных листов. В местах крепления листы отделены один от другого резиновыми накладками

Источник