Когда колёсная пара проходит какую-либо неровность пути (стыки, крестовины и т. п.), возникают динамические нагрузки, в том числе ударные. Появлению динамических нагрузок способствуют также дефекты колёсной пары – местные пороки поверхностей катания, эксцентричность посадки колеса на ось, неуравновешенность колёсной пары и др. При отсутствии рессорного подвешивания кузов жёстко воспринимал бы все динамические воздействия и испытывал большие ускорения.
Упругие элементы, расположенные между колёсными парами и кузовом, под воздействием динамической силы со стороны колёсной пары деформируются и совершают колебательные движения вместе с кузовом, причём период таких колебаний во много раз больше, чем период изменения возмущающей силы. Вследствие этого уменьшаются ускорения и силы, воспринимаемые кузовом.
В рессорном подвешивании современных вагонов наибольшее распространение получили цилиндрические пружины. Они просты в изготовлении, надежны в работе и хорошо амортизируют вертикальные и горизонтальные толчки и удары. Однако они не могут гасить колебания обрессоренных масс вагона и поэтому применяются только в сочетании с гасителями колебаний.
 Пружины изготавливают в соответствии с ГОСТ 14959. Опорные поверхности пружин делают плоскими и перпендикулярными к оси. Для этого концы заготовки пружины оттягиваются на 1/3 длины окружности витка. В результате этого достигается плавный переход от круглого к прямоугольному сечению. Высота оттянутого конца пружины должна быть не более 1/3 диаметра прутка d, а ширина — не менее 0,7d. Характеристиками цилиндрической пружины являются: диаметр прутка d, средний диаметр пружины Д высота пружины в свободном Нсв и сжатом Нсж состояниях, число рабочих витков nр и индекс т. Индексом пружины называется отношение средне¬го диаметра пружины к диаметру прутка, т.е. т = D/d.
Материал для пружин и рессор
Материал для рессор и пружин должен обладать высокой статической, динамической, ударной прочностью, достаточной пластичностью и сохранять свою упругость в течение всего срока службы рессоры или пружины. Все эти свойства материала зависят от его химического состава, структуры, термической обработки и состояния поверхности упругого элемента. Рессоры и пружины для вагонов изготовляются из стали 55С2, 55С2А, 60С2, 60С2А (ГОСТ 14959–79). Химический состав сталей в процентах: С = 0,52 - 0,65; Mn = 0,6 - 0,9; Si = 1,5 - 2,0; S, P, Ni не более 0,04 каждого; Cr не более 0,03. Механические свойства термически обработанных сталей 55С2 и 60С2: предел прочности 1300 МПа при относительном удлинении 6 и 5 % и сужение площади сечения 30 и 25 %, соответственно.
При изготовлении пружины и рессоры подвергаются термической обработке – закалке и отпуску.
Прочность и износоустойчивость рессор и пружин в большей степени зависит от состояния поверхности металла. Всякие повреждения поверхности (мелкие трещины, плены, закаты, вмятины, риски и тому подобные дефекты) способствуют концентрации напряжений при нагрузках и резко понижают предел выносливости материала. Для поверхностного упрочнения на заводах применяют дробеструйную обработку рессорных листов и пружин.
Сущность этого способа заключается в том, что упругие элементы подвергают действию потока металлической дроби диаметром 0,6–1 мм, выбрасываемой с большой скоростью 60–80 м/с на поверхность листа рессоры или пружину. Скорость полёта дроби подбирается такой, чтобы в месте удара создавалось напряжение выше предела упругости, а это вызывает в поверхностном слое металла пластическую деформацию (наклёп), что в конечном итоге упрочняет поверхностный слой упругого элемента.
Кроме дробеструйной обработки, для упрочнения пружин могут применять заневоливание, заключающееся в выдерживании пружин в деформированном состоянии определённое время. Пружина завивается таким образом, что расстояния между витками в свободном состоянии делаются на некоторую величину больше, чем по чертежу. После термической обработки пружину снимают до соприкосновения витков и выдерживают в таком состоянии от 20 до 48 часов, затем её разогревают. При сжатии в наружной зоне поперечного сечения прутка создаются остаточные напряжения обратного знака, вследствие чего при её работе истинные напряжения оказываются меньше, чем они были бы без заневоливания.
 На фото - новые цилиндрические пружины
Навивка пружин в нагретом состоянии
Проверка упругости пружины
Двухрядные пружины.
Цилиндрические пружины в зависимости от нагрузки, воспринимаемой ими, делают однорядными или многорядными. Многорядные пружины состоят из двух, трёх и более пружин, вложенных одна в другую. В двухрядных наружная пружина изготовляется из прутка большего диаметра, но с малым числом витков, внутренняя – из прутка меньшего диаметра и с большим числом витков. Для того чтобы при сжатии витки внутренней пружины не зажимались между витками наружной, обе пружины завивают в разные стороны. В многорядных пружинах размеры прутков также уменьшаются от наружной пружины к внутренней, а число витков соответственно увеличивается.
Многорядные пружины позволяют при тех же габаритах, что и у однорядной пружины, иметь большую жёсткость. Широкое применение двухрядные и трёхрядные пружины получили в тележках грузовых и пассажирских вагонов, а также поглощающих аппаратах автосцепных устройств. Силовая характеристика многорядных пружин является линейной.
В некоторых конструкциях двухрядных пружин (например, в тележках 18-578, 18-194) наружные пружины рессорного комплекта выше внутренних, благодаря чему жёсткость подвешивания у порожнего вагона в 3 раза меньше, чем у гружёного.
Рессорное подвешивание вагонов
Рессорное подвешивание вагонов связывает колесные пары с рамой тележки и кузовом и предназначено для уменьшения динамического воздействия пути на вагон и вагона на путь.
Оно состоит из
• упругих элементов,
• и гасителей колебаний.
Упругие элементы смягчают (амортизируют) толчки и удары от пути движущемуся вагону в вертикальной плоскости, а возвращающие устройства — в горизонтальной плоскости. Гасители колебаний служат для гашения (демпфирования) колебаний обрессоренных масс вагона с тем, чтобы уменьшить амплитуду колебаний.
Упругие элементы вагона обычно расположены между колесными парами и кузовом. Под действием динамических сил со стороны колесной пары при перемещении вагона они деформируются и обеспечивают плавные колебательные движения обрессоренных масс, уменьшая ускорения и силы, воспринимаемые кузовом. В качестве упругих элементов вагонов в основном используются витые пружины. Применяются также резинометаллические элементы, пневматические, торсионные, кольцевые и другие типы упругих элементов. В старотипных тележках встречаются листовые рессоры.
Если в системе рессорного подвешивания силы сопротивления отсутствуют или неоправданно малы, то при движении вагона по периодическим неровностям пути могут возникнуть большие амплитуды колебаний кузова на рессорах и, особенно при резонансе, когда частоты вынужденных и собственных колебаний равны. Поэтому для гашения таких колебаний в систему рессорного подвешивания вводят специальные устройства —фрикционные или гидравлические гасители (демпферы). Они снижают ускорения колебательного движения и уменьшают воздействие динамических сил на вагон, обеспечивая плавный ход. Для того чтобы динамические силы были минимальными и не превышали допустимых значений, а плавность хода оставалась постоянною в процессе длительной эксплуатации вагона, необходима высокая надежность работы подвешивания. Кроме того, параметры рессорного подвешивания должны соответствовать расчетным значениям и несущественно изменяться с течениям времени.
Рессорное подвешивание различается:
• числом ступеней — одинарное и двойное;
• местом размещения в тележке — буксовое и центральное;
• типом возвращающих устройств (горизонтальным подрессориванием) — люлечной, безлюлечной и поводковой конструкции,
• конструкцией упругих элементов — с металлическими, резинометаллическими и пневматическими упругими элементами;
• типом и конструкцией демпфирующих устройств — с гасителями колебаний сухого и вязкого трения, т.е. с фрикционными и гидравлическими гасителями.
Качество рессорного подвешивания вагонов определяется гибкостью их упругих элементов (рессор, пружин). Чем более гибки рессоры, тем лучше они смягчают толчки, возникающие при движении вагона по неровности пути. Однако с увеличением гибкости рессор возрастают свободные колебания кузова, поэтому кузов вагона будет долго раскачиваться на рессорном подвешивании. Для гашения этих колебаний в рессорном подвешивании тележек грузовых и пассажирских вагонов наряду с пружинами применяют особые устройства, называемые гасителями колебаний. Работая одновременно с пружинами, гасители колебаний создают диссипативные (рассеивающие) силы, необходимые для гашения или ограничения амплитуд колебаний вагона или его частей при резонансе.
По виду диссипативных сил основные конструкции гасителей колебаний, применяемые в вагонах, можно разделить на следующие группы:
1. фрикционные, работающие за счет сухого трения;
2. гидравлические, работающие за счет вязкого трения, возникающего при перетекании масла через узкие калиброванные отверстия;
Резиновые рессоры и пневморессоры имеют диссипативные силы, аналогичные силам сопротивления вязкого трения.
Листовые рессоры относятся к фрикционным гасителям с сухим трением.
Кроме перечисленных основных типов гасителей колебаний, имеются гасители, создающие силы сопротивления вязкого и сухого трения (резинофрикционные, резиногидравлические и др.).
Фрикционный гаситель колебаний для тележек грузовых вагонов модели 18-100
Наибольшее распространение в тележках грузовых вагонов получил клиновый фрикционный гаситель колебаний. Принцип его действия показан на рисунке. Он состоит из двух клиньев 2, на которые сверху опирается надрессорная балка тележки 1; в этом месте надрессорная балка имеет наклонные поверхности (показана зеленой трапецией). Благодаря наклонной поверхности вертикальная сила раскладывается на две составляющие. Горизонтальная составляющая порождает силу трения между клином и специальной фрикционной планкой 3. Вследствие трения и гасятся колебания.
Клиновой гаситель колебаний, имеющий силы трения, пропорциональные перемещениям, но различной величины для нисходящего и восходящего движений, применён практически во всех тележках грузовых вагонов. Силы трения в этих гасителях возникают при относительном вертикальном и горизонтальном перемещениях трущихся поверхностей клиньев 1 по фрикционным планкам 2, укреплённым на колонках боковых рам тележки. Следовательно, клиновые гасители могут гасить вертикальные и горизонтальные колебания. Они отличаются простотой конструкции, надёжностью в эксплуатации и широко применяются в тележках грузовых вагонов.  Фрикционный клиновой гаситель колебаний тележки модели 18-100:
1 – фрикционный клин; 2 – фрикционная планка; 3 – пружины рессорного
комплекта; 4 – боковая рама тележки; 5 – надрессорная балка тележки
На данном рисунке хорошо видны фрикционные клинья (фиолетовым цветом)
На фото показаны фрикционные планки, приклепанные к центральному проему боковой рамы
А это - фрикционные клинья, лежащие на крайних пружинах рессорного комплекта
На рисунке приведен гаситель колебаний 3-осной тележки типа УВЗ-9М.
Гаситель колебаний трехосной тележки УВЗ-9М:
1 - прокладка; 2 - нажимной конус: 3 - раздвижные клинья; 4 - опорное кольцо; 5 - пружина; 6 - стакан
Этот гаситель имеет переменные силы трения, пропорциональные перемещениям. Нагрузка от надрессорной балки тележки через прокладку 1 и нажимной конус 2 передаётся на два раздвижных клина 3. При деформациях рессорного комплекта эти раздвижные клинья перемещаются внутри стакана 6, прижимаясь к последнему, благодаря чему между их цилиндрическими поверхностями развиваются силы трения. Восстановление сжатого гасителя обеспечивается пружиной 5, размещённой между фланцем стакана 6 и опорным кольцом 4.
| 
