Устройство, поглощающее энергию удара

(71)(72)(73) Заявитель изобретатель, и патентовладелец: ГОЛОВАЧ РУСЛАН НИКОЛАЕВИЧ (BY) Изобретение относится преимущественно к устройствам поглощения энергии удара, устанавливаемым на вагоны и локомотивы с целью снижения продольных усилий, действующих в поезде при соударении вагонов. Задачей изобретения является повышение эффективности работы поглощающего аппарата за счет введения дополнительного избирательного изменения степени поглощения ударной нагрузки при ее больших и малых значениях. Поставленная задача решается тем, что поглощающий аппарат (фиг. 2), состоящий из многогранного корпуса 1 с внутренней фрикционной поверхностью, при этом в корпусе размещены вместе с нажимным клином 3 фрикционные клинья 4, находящиеся в контакте с опорной плитой 5, расположенной на полимерном массиве, состоящем из последовательно расположенных упругих блоков 6, разделенных между собой пластинчатыми элементами 11, имеет отличительные признаки: как минимум одна пара упругих блоков 6 разделена между собой пластинчатым элементом 11, состоящим из фрикционных секторов с изогнутыми концами 14, которые расположены между упругими блоками 6 и внутренней фрикционной поверхностью 2 корпуса 1. Кроме того, предпочтительно чтобы длина фрикционной поверхности 2 корпуса 1 была больше половины его длины. Вариантом выполнения устройства с целью повышения долговечности изогнутых концов фрикционных секторов пластинчатого элемента 11 может быть выполнение их гофрированными, а также нанесение на них со стороны упругих блоков антифрикционного покрытия. 015191 Изобретение относится преимущественно к устройствам поглощения энергии удара, устанавливаемым на вагоны и локомотивы с целью снижения продольных усилий, действующих в поезде при соударении вагонов. Известно устройство, поглощающее энергию удара [1]. Оно состоит из корпуса, в котором размещены нажимной клин, фрикционные клинья. Фрикционные клинья расположены в контакте с нажимным клином и опорной плитой, опирающейся на упругий полимерный массив, состоящий из нескольких последовательно расположенных самоустанавливающихся упругих блоков. Попарно упругие блоки разделены между собой центрирующими чашеобразными металлическими пластинами, скользящими по выполненным в корпусе продольным центрирующим ребрам. Недостатками аналога [1] являются его сложность ввиду особенностей конструкции и наличия центрирующего соединения некоторых его элементов, а также ограниченный (всего в 110 мм) рабочий ход поглощающего аппарата. Известен более простой, эффективный и с увеличенным рабочим ходом аппарат, поглощающий энергию удара [2], принятый за прототип. Такой поглощающий аппарат состоит из многогранного корпуса, в котором размещены нажимной клин и фрикционные клинья. Фрикционные клинья установлены в контакте с опорной плитой, расположенной на упругом полимерном массиве, состоящем из нескольких последовательно расположенных упругих блоков. Упругие блоки разделены между собой пластинчатыми элементами. Такой аппарат-прототип, в отличие от аналога [1], имеет больший рабочий ход. В нем также отсутствуют промежуточные массивные чашеобразные металлические пластины. Это упрощает конструкцию прототипа [2] с возможностью уменьшения габаритов аппарата и с большим, чем у аналога [1], количеством упругих блоков. Однако степень поглощения ударной нагрузки этими блоками не достаточна при больших значениях этой нагрузки. Это происходит из-за того, что сил трения, возникающих на контактирующих поверхностях корпуса и клиньев, не всегда достаточно для достижения надежного поглощения энергии перемещающимися клиньями под действием, например, значительного по силе соударения вагонов железнодорожного состава. В результате снижается эффективность работы поглощающего аппарата. Поэтому задачей изобретения является повышение эффективности работы поглощающего аппарата за счет введения дополнительного избирательного изменения степени поглощения ударной нагрузки при ее больших и малых значениях. Поставленная задача решается тем, что поглощающий аппарат, состоящий из многогранного корпуса с внутренней фрикционной поверхностью, при этом в корпусе размещены вместе с нажимным клином фрикционные клинья, находящиеся в контакте с опорной плитой, расположенной на полимерном массиве, состоящем из последовательно расположенных упругих блоков, разделенных между собой в них пластинчатыми элементами, имеет отличительные признаки: как минимум одна пара упругих блоков разделена между собой пластинчатым элементом, состоящим из фрикционных секторов с изогнутыми концами, которые расположены между упругими блоками и боковыми стенками корпуса. Разделение пары упругих блоков между собой пластинчатым элементом, состоящим из отдельных фрикционных секторов с изогнутыми концами, направлено на обеспечение возможности воздействия боковых сторон упругих блоков при их деформации и увеличении в радиальном размере на такие изогнутые концы фрикционных секторов с перемещением последних для обеспечения фрикционного контакта с боковыми стенками корпуса. Расположение изогнутых концов секторов пластинчатого элемента между упругими блоками и боковыми стенками корпуса позволит обеспечить упомянутый контакт с возможностью усиления воздействия упругих блоков, вызывающего увеличение силы трения между боковыми стенками и изогнутыми секторами пластинчатого элемента, что улучшит энергоемкость устройства при большой ударной нагрузке. Это будет происходить потому, что упругие блоки в этом случае будут значительно расширяться в своем диаметре (расплющиваться), воздействуя через изогнутые концы секторов пластинчатого элемента на стенки корпуса. Причем чем ближе к опорной плите находится упругий блок - тем больше он расплющивается при ударном воздействии и тем сильнее воздействует своими боковыми стенками на изогнутые концы фрикционных секторов, своеобразные лепестки, которые в свою очередь воздействуют на корпус аппарата. Чем сильнее удар - тем большее количество упругих блоков вступает в взаимодействие с этими фрикционными лепестками и соответственно тем выше энергоемкость аппарата. То есть вместе с прижимом фрикционных клиньев к стенкам корпуса аппарата это значительно увеличит степень поглощения ударной нагрузки. При этом при небольших ударных нагрузках упомянутое дополнительное воздействие на боковые стенки корпуса будет не так значительно, чем при больших ударных нагрузках,полимерный блок в этом случае будет работать в основном как упругий элемент. В этом случае ход устройства останется достаточно большим, что положительно скажется на его амортизирующих характеристиках. То есть ввиду того, что во время удара значительная часть нагрузки приходится на верхние упругие блоки (ближние к нажимному клину), испытывающие гораздо более значительные деформации по сравнению с нижними упругими блоками, деформация упругих блоков тем больше, чем ближе они находятся-1 015191 к нажимному клину. Чем сильнее удар - тем большее количество упругих блоков (начиная сверху) расширяется в диаметре и воздействует своими боковыми поверхностями на изогнутые сектора пластинчатого элемента и тем большая энергия поглощается за счет сил трения. При слабых ударах полимерный блок работает в основном как упругий элемент, практически не воздействуя своими боковыми стенками через изогнутые части секторов, в результате жесткость устройства не повышается. Таким образом, при ударах как малой, так и большой силы ход нажимного клина устройства остается достаточно большим. Вариантом выполнения устройства с целью повышения долговечности изогнутых концов фрикционных секторов пластинчатого элемента может быть выполнение их гофрированными, а также нанесение на них со стороны упругих блоков антифрикционного покрытия. Конструкция устройства позволяет применять корпус, у которого длина внутренней фрикционной поверхности больше половины его длины. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показан общий вид устройства в состоянии покоя; на фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1; на фиг. 3 - общий вид пластинчатого элемента; на фиг. 4 - вид снизу на пластинчатый элемент; на фиг. 5 - общий вид устройства при воздействии ударной нагрузки; на фиг. 6 - разрез Б-Б по фиг. 5; на фиг. 7 - сборочный стержень для монтажа и демонтажа устройства. Устройство (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с внутренней фрикционной поверхностью 2. Особенности конструкции устройства позволяют иметь в нем развитую внутреннюю фрикционную поверхность 2 корпуса 1. Возможен вариант, когда длина фрикционной поверхности 2 больше половины длины корпуса 1. В корпусе 1 размещены вместе с нажимным клином 3 фрикционные клинья 4, находящиеся в контакте с опорной плитой 5 (фиг. 2). Опорная плита 5 имеет форму перевернутого стакана и расположена на полимерном массиве, состоящем из нескольких последовательно расположенных упругих блоков 6, пропущенных сквозь стержень 7, который выполнен с резьбой. Резьба на стержне 7 предназначена для установки устройства в тяговом хомуте (не показан) и для съема с него. Нижние стенки (без обозначения позиции) перевернутого стакана опорной плиты охватывают (как показано) верхний упругий блок 6. В наружную поверхность фрикционных клиньев 4 могут быть запрессованы бронзовые вкладыши 8, снижающие интенсивность износа поверхностей корпуса 1 и этих клиньев 4. Нажимной клин 3 снабжен тремя зацепами 9, поджатыми к трем верхним зацепам 10 корпуса 1 полимерным массивом упругих блоков 6. Каждый из упругих блоков 6 выполнен в виде втулки, воспринимающей ударные нагрузки. Втулка может быть выполнена как из эластомеров (например, резин), так и из полимеров (например, термоэластопластов), характеризующихся необходимым сочетанием показателей податливости (относительная деформация может достигать 0,5) и диссипативных свойств при высокой технологичности и возможности утилизации эластичных элементов, исчерпавших свой ресурс. Внешняя поверхность втулки упругих блоков 6 может быть выполнена сферической. Разнообразие применяемых материалов упругих блоков 6 предопределяет универсальность его применения, в том числе в изделиях, гасящих колебания, поглощающих энергию, и в различных демпферах. Между упругими блоками 6 расположены пластинчатые элементы 11, внедренные своими загибами 12 в эти блоки. Данные загибы 12 направлены наружу (попали в разрез фиг. 2) и внутрь (не попали в разрез фиг. 2) пластинчатых элементов. Некоторые пары упругих блоков 6 разделены между собой пластинчатым элементом 11 (фиг. 2-4),состоящим из отдельных фрикционных секторов 13 (фиг. 3, 4) с изогнутыми концами 14, которые расположены между упругими блоками 6 и боковыми стенками 2 корпуса 1. Для повышения долговечности изогнутых концов 14 они выполнены с гофрированной поверхностью 15 и с нанесенным на нее изнутри антифрикционным покрытием. Для монтажа и демонтажа поглощающего аппарата служит сборочный стержень 16 (фиг. 7) с удлиненной резьбовой частью 17 и узкой удлиненной головкой 18. При сборке устройства (не показано) вначале собирают полимерный массив упругих блоков 6 вместе с опорной плитой 5, через которые пропускают сборочный стержень 16, головка которого 18 опирается на опорную плиту 5. Затем собранный узел устанавливают внутрь устройства таким образом, чтобы конец резьбовой части 17 выступал наружу. После чего накручивают на него гайку (не показана), стягивая до нужного размера деформаций упругие блоки 6 полимерного массива. Далее на опорную плиту устанавливают фрикционные клинья 4 и нажимной клин 3. Затем отворачивают упомянутую накрученную гайку, обеспечивая тем самым подъем упругих блоков 6 вверх, до упора зацепов 9 нажимного клина 3 в зацепы 10 корпуса 1. После чего сборочный стержень 16 вынимают-2 015191 из устройства и заменяют его на стержень 7. В результате устройство готово к эксплуатации и работает следующим образом. Под действием ударной нагрузки нажимной клин 3 смещается (фиг. 4), сжимая упругие блоки 6(фиг. 5) и прижимая фрикционные клинья 4 к внутренней фрикционной поверхности 2 корпуса 1. Сила трения между фрикционными клиньями 4 и внутренней фрикционной поверхностью 2 корпуса 1 возрастает до наибольшей величины при полном сжатии упругих блоков 6 полимерного массива(при одинаковых заданных нагрузках и скоростях соударения). При этом работа, затрачиваемая на приведение в действие устройства, расходуется главным образом на преодоление сил трения и полностью поглощается, превращаясь в тепловую энергию. При приложении нагрузки (фиг. 5, 6) радиальный размер всех упругих блоков 6 полимерного массива увеличивается. При этом при значительной ударной нагрузке первыми деформируются верхние упругие блоки 6 полимерного массива, которые расплющиваются. Наиболее подвержен этому верхний упругий блок, поэтому его радиальное перемещение и расплющивание ограничивается упором в стенки стакана опорной плиты 5. Последующие упругие блоки (четыре по фиг. 6) воздействуют боковыми поверхностями на изогнутые части 14 секторов 13 и способствуют прижатию их к внутренней фрикционной поверхности 2 корпуса 1, увеличивая силу трения между ними. При небольшой ударной нагрузке прижатие верхних упругих блоков 6 к изогнутым частям 14 не наблюдается или не велико. Поэтому полимерный массив будет работать в основном как упругий элемент, не вызывая появления значительной силы боковыми сторонами упругих элементов 6 на внутреннюю фрикционную поверхность 2 корпуса 1, что положительно скажется на характеристиках устройства(т.е. высокие амортизационные способности и значительный ход устройства будут сохранены при слабых и сильных ударных воздействиях). После снятия нагрузки силы, затраченные ранее на сжатие упругих блоков 6, обеспечивают возвращение всех подвижных элементов устройств в исходное положение. Применение упругих блоков 6 полимерного массива и расположение некоторых их с охватом изогнутыми частями 14 пластинчатых элементов 11 повышает энергоемкость поглощающего аппарата и надежность его работы. Источники информации. 1. Патент RU2128301 "Фрикционный амортизатор", МПК F16F 7/08, B61G 9/02, приоритет 1998.06.02, публикация 1999.03.27. 2. Заявка US2002108920 А 1 "Поглощающий аппарат железнодорожного вагона, имеющий большой рабочий ход", МПК B61G 9/18, приоритет 2001.05.15, публикация 2003.06.10 (прототип). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство, поглощающее энергию удара, состоящее из многогранного корпуса с внутренней фрикционной поверхностью, при этом в корпусе размещены вместе с нажимным клином фрикционные клинья, находящиеся в контакте с опорной плитой, расположенной на полимерном массиве, состоящем из последовательно расположенных упругих блоков, разделенных между собой пластинчатыми элементами, отличающееся тем, что как минимум одна пара упругих блоков разделена между собой пластинчатым элементом, состоящим из фрикционных секторов с изогнутыми концами, которые расположены между упругими блоками и внутренней фрикционной поверхностью корпуса. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что изогнутые концы фрикционных секторов пластинчатого элемента выполнены гофрированными. 3. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что на изогнутые концы фрикционных секторов пластинчатого элемента со стороны упругого блока нанесено антифрикционное покрытие. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина внутренней фрикционной поверхности корпуса больше половины его длины.