Упругие элементы. Листовые рессоры

УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ. ЛИСТОВЫЕ РЕССОРЫ

Листовые рессоры применяют в современном подвижном составе редко. Достоинством листовых рессор является то, что они сочетают в себе свойства упругих элементов и гасителей колебаний. Гашение колебаний происходит за счёт силы трения, возникающей между листами рессор при их относительном перемещении. Однако недостатками таких рессор являются большая трудоёмкость их изготовления и ремонта, значительная масса, непостоянная сила трения между листами (например, у новых рессор пассажирских вагонов она равна 6–8 % статической нагрузки, а в процессе эксплуатации повышается до 20–25 %, что нередко приводит к выключению рессор). Листовые рессоры не смягчают горизонтальные нагрузки.
По форме различают листовые рессоры незамкнутые и замкнутые (эллиптические).
Незамкнутые рессоры имели наибольшее распространение в нетележечных конструкциях пассажирских и грузовых вагонов, а также в двухосных тележках пассажирских вагонов.
Эти рессоры собраны из нескольких наложенных друг на друга, изогнутых по дуге окружности, постепенно укорачивающихся стальных листов. Посередине листы соединяются шпилькой 4 и прочно насаженным на них (надеваются в горячем состоянии) стальным хомутом 5. Верхний лист 1, называемый коренным, имеет на концах ушки, которыми рессора шарнирно соединяется с рамой или кузовом вагона. Один или два листа 2, прилегающий к коренному листу 1, называется подкоренным, остальные листы 3 называются наборными.

Листовая рессора

Незамкнутая листовая рессора: а – рессора;
б – сечение листов; 1 – коренной лист; 2 – подкоренной лист;
3 – наборные листы; 4 – шпилька; 5 – хомут

Изготовляют листовые рессоры преимущественно из желобчатой рессорной стали (рис.б), профиль которой способствует удержанию листов от перемещения относительно друг друга в поперечном направлении. При относительно малой длине рессоры её листы могут быть изготовлены из плоской полосовой стали. Хомут изготовляют из плоской полосовой стали, а шпильку – из стального прутка диаметром 6–8 мм.
Листовая рессора характеризуется размерами в свободном состоянии и под нагрузкой. Расстояние между центрами ушков коренного листа ненагруженной рессоры а называется длиной хорды или хордой. Расстояние между центрами ушков коренного листа нагруженной, выпрямленной рессоры, называется длиной рессоры. Расстояние б, измеряемое в середине рессоры, между прямой, проходящей через центр ушков, и верхним (коренным) листом в свободном состоянии рессоры, называется фабричной стрелой прогиба. Высотой рессоры в называется расстояние от прямой, проведённой через центры ушков коренного листа, до нижней поверхности хомута.
Под действием нагрузки происходит выпрямление рессоры и вследствие этого уменьшение фабричной стрелы. Величина осадки рессоры под нагрузкой, определяемая как разница между фабричной стрелой и стрелой в нагруженном состоянии, называется прогибом. Величина его имеет большое значение для спокойного хода вагона.

Эллиптическая рессора Галахова

Замкнутые (эллиптические) рессоры состоят из двух незамкнутых листовых рессор, повёрнутых вогнутой стороной друг к другу и соединённых по концам шарнирами, скобами или специальными наконечниками. Эти рессоры называются эллиптическими потому, что в первых эллиптических рессорах вогнутые стороны коренных листов образовали эллипс. Эллиптические рессоры имеют большую гибкость по сравнению с подвесками и применяются преимущественно в центральном подвешивании тележек вагонов. Для восприятия значительных нагрузок такие рессоры ставят группами в несколько рядов. В таком случае эллиптические рессоры называются двух-, трёх-, четырёхрядными и т. д.
На вагонах железных дорог России применялось несколько типов эллиптических рессор, отличающихся между собой главным образом соединением концов коренных листов. В настоящее время в центральном рессорном люлечном подвешивании тележек рефрижераторных вагонов КВЗ-И2 и ЦМВ-DESSAU используется рессора Галахова.
Эллиптическая рессора Галахова (рис. а) состоит из половин верхней и нижней, включающих каждая обычно пять одинаковых незамкнутых рессор, соединённых по концам со специальными наконечниками 1 и 5 (рис. б).

Рессора Галахова

Эллиптическая рессора Галахова и ее концевые шарниры:
1, 5 – наконечники; 2 – заклепки; 3 – сухарь; 4 – вырез

Наконечники крепятся к концам коренных листов заклёпками 2. Наконечник 5 нижней половины имеет продольный буртик с радиусом закругления 8 мм, а по наконечнику 1 верхней половины проходит продольный жёлоб. В собранной рессоре буртик с жёлобом образует 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 приклёпанным сухарём 3 такой же ширины. Собирается и разбирается рессора Галахова легко, что удобно при ремонте, установке и перевозке.
Рессоры Галахова изготовляют из желобчатой стали сечением 76 х 10 мм. Каждый пакет рессоры (незамкнутая половина одного ряда) собирается из шести-семи листов. Длина хорды в свободном состоянии составляет 850–930 мм, а высота – около 400 мм.
Стрела прогиба б у эллиптических рессор измеряется между коренными листами верхней и нижней половины около хомутов, а высота рессоры в – между наружными наборными листами. Длиной хорды а называется расстояние между центрами наконечников незагруженной рессоры.
Как было изложено выше, при работе листовой рессоры возникает трение между её листами, способствующее затуханию колебаний вагона, обеспечивающее его более спокойный ход. В то же время слишком большое трение ухудшает качество подвешивания. Величина трения в рессоре оценивается коэффициентом относительного трения, равным отношению силы трения к силе, создающей упругую деформацию рессоры.
Обычно сила трения увеличивается пропорционально прогибу, так как соответственно возрастают силы прижатия листов друг к другу.