АППАРАТ, ПОГЛОЩАЮЩИЙ ЭНЕРГИЮ УДАРА

Полезная модель относится преимущественно к устройствам поглощения энергии удара, устанавливаемым на вагоны и локомотивы с целью снижения продольных усилий, действующих в поезде при соударении вагонов.
Известен аппарат, поглощающий энергию удара [1], состоящий из корпуса, в котором установлен нажимной клин и фрикционные клинья, расположенные в контакте с ограничителем 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.
Недостатком аналога [1], является его сложность ввиду особенностей конструкции и наличия центрирующего соединения некоторых элементов, а также ограниченный (110 мм) рабочий ход аппарата, поглощающего энергию удара.
Известен более простой, эффективный и с увеличенным рабочим ходом аппарат, поглощающий энергию удара [2], принятый за прототип:
Он состоит из охватываемого тяговым хомутом корпуса, в котором установлен нажимной клин и фрикционные клинья, расположенные в контакте с опорной плитой. Опорная плита опирается на упругий полимерный массив, состоящий из нескольких последовательно расположенных упругих блоков. Упругие блоки разделены между собой пластинами, пропущенными вместе с этими блоками сквозь стержень.
Такой аппарат-прототип, в отличие от аналога [1], имеет больший рабочий ход. В нем также отсутствуют промежуточные чашеобразные металлические пластины. Это упрощает конструкцию прототипа [2] с возможностью уменьшения габаритов аппарата, который, к тому же имеет большее чем у аналога [1] количество упругих блоков.
Для получения более стабильных характеристик, исключения явления «схватывания» стальных фрикционных поверхностей под воздействием сил трения между фрикционными клиньями и корпусом аппарата прототипа [2], применяют антифрикционные вкладыши, которые выполняются из металла более мягкого, чем металл корпуса, например из бронзы. Такие вкладыши вставлены в канавки корпуса или в канавки фрикционных клиньев. Они выполняют функцию элементов «твердой смазки» стальной поверхности корпуса.
Однако, в виду того, что корпус в своем поперечном сечении имеет внутреннюю полость и толщину своих стенок ограниченную размерами тягового хомута, после определенного времени эксплуатации аппарата в местах контакта фрикционных клиньев со стенками корпуса будет наблюдаться выработка поверхностей этих стенок. И после достижения такой максимальной выработки, наблюдается критическое уменьшение их толщины, что может привести к выходу из строя аппарата.
Поэтому задачей полезной модели является повышение ресурса аппарата, поглощающего энергию удара, за счет обеспечения направленного износа боковых стенок его корпуса.
Поставленная задача решается тем, что аппарат, поглощающий энергию удара, включает в себя многогранный корпус, внутри которого расположен нажимной клин, опирающийся на фрикционные клинья, в которых установлены антифрикционные вкладыши, образующие твердую смазку стенок корпуса. Такой аппарат имеет отличительные признаки: стенки корпуса аппарата выполнены неравномерной толщины и со стороны боковых стенок большей толщины площадь твердой смазки меньше чем со стороны боковых стенок меньшей толщины.
Такая разница в площадях твердой смазки достигается нижеследующими вариантами выполнения аппарата, поглощающего энергию удара:
- в, как минимум одном, фрикционном клине со стороны боковых стенок большей толщины установлено меньше антифрикционных вкладышей, чем со стороны боковых стенок меньшей толщины;
- при этом возможно применение как минимум двух фрикционных клиньев, в каждом из которых установлен удлиненный антифрикционный вкладыш, расположенный напротив боковых стенок разной толщины, причем в каждом из этих фрикционных клиньев установлен также укороченный антифрикционный вкладыш, расположенный напротив боковой стенки меньшей толщины.
- кроме того, обоюдное расположение упомянутых антифрикционных вкладышей разной длины друг над другом может быть разным;
- в, как минимум, одном фрикционном клине установлен, как минимум, один антифрикционный вкладыш, у которого площадь соприкосновения с боковой стенкой меньшей толщины больше, чем площадь соприкосновения с боковой стенкой большей толщины.
- антифрикционны вкладыши могут быть установлены в корпусе аппарата.
Сущность изобретения поясняется иллюстрациями.
На фиг.1 показан общий вид аппарата в разрезе. На фиг.2 - вид сверху. На фиг.3 - вид на корпус аппарата сверху. На фиг.4 - общий вид фрикционного клина с удлиненным антифрикционным вкладышем. На фиг.5 - то же, но с удлиненным и укороченным антифрикционными вкладышами. На фиг.6 - разрез А-А по фиг.2. На фиг.7 - разрез Б-Б по фиг.2
Аппарат, поглощающий энергию удара, состоит из корпуса 1 с боковыми стенками неравномерной толщины. Имеются более утолщенные боковые  стенки 2 и менее утолщенные боковые стенки 3, ограниченные размерами тягового хомута (не показан).
В корпусе 1 размещены вместе с нажимным клином 4 фрикционные клинья 5. Клинья 5 находятся в контакте с демпферными отбойниками (не показаны).
В варианте выполнения аппарата в канавке 6 (фиг.4, 5, 6, 7), каждого фрикционного клина 5, вставлен удлиненный антифрикционный вкладыш 7, который расположен (фиг.1, 2, 6, 7) со стороны как более, так и менее утолщенных боковых стенок 2, 3 корпуса. Антифрикционный вкладыш 7 предназначен для устранения явления «схватывания» стальных фрикционных поверхностей под воздействием сил трения между фрикционными клиньями 5 и корпусом 1 аппарата. В канавке 8 (фиг.5) фрикционных клиньев 5 вставлен также укороченный антифрикционный вкладыш 9, расположенный (фиг.1, 2, 7) со стороны менее утолщенных стенок 3 корпуса 1. Антифрикционный вкладыш 9 предназначен для обеспечения направленного износа корпуса за счет большей смазки менее утолщенных стенок корпуса. Антифрикционные вкладыши 7 и 9 выполнены из более мягкого материала, чем корпус 1 и фрикционные клинья 5. Например, корпус 1 и фрикционные клинья могут быть выполнены из разных марок сталей, а их антифрикционные вкладыши 7 и 9 - из бронзы для обеспечения «твердой смазки».
Обоюдное расположение укороченного и удлиненного антифрикционного вкладышей 7 и 9 друг над другом может быть разным. В показанном варианте (фиг.4) укороченный антифрикционный вкладыш 9 расположен выше удлиненного антифрикционного вкладыша 7. Возможен вариант их взаимного расположения наоборот.
Вариантом размещения (не показан) антифрикционных вкладышей 7, 9 может быть их такое же расположение в корпусе 1.
Также возможны варианты (не показаны), когда как минимум, один антифрикционный вкладыш 7, может быть установлен или в, как минимум одном, фрикционном клине 5, или в корпусе 1. Тогда у такого антифрикционного вкладыша 7 площадь соприкосновения с боковой стенкой 3 меньшей толщины будет больше, чем площадь соприкосновения с боковой стенкой 2 большей толщины.
На верхнем торце корпуса 1 выполнены буртики 10 (фиг.3) для ограничения хода нажимного клина 4, который своими зацепами 11 (фиг.6) поджат к верхнему торцу корпуса 1 за счет пакета упругих блоков 12 (фиг.6, 7).
Каждый из упругих блоков 12, 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 12 может быть выполнена сферической (как показана) или иной формы.
Разнообразие применяемых материалов и форм упругих блоков 12 предопределяет универсальность их применения, в том числе в изделиях, гасящих колебания, поглощающих энергию и в различных демпферах.
Работает аппарат следующим образом.
Под действием ударной нагрузки нажимной клин 4 смещается, сжимая, перемещая и прижимая фрикционные клинья 5 к боковым стенкам 2, 3 корпуса 1 аппарата. Сила трения между фрикционными клиньями 5 и боковыми стенками 2, 3 корпуса 1 возрастает до наибольшей величины при полном сжатии внутри корпуса 1 упругих блоков 12 (при одинаковых значениях заданных скорости и силы). При этом работа, затрачиваемая на приведение в действие аппарата, поглощающего энергию удара, расходуется главным образом на преодоление сил трения и поглощается, превращаясь в тепловую энергию.
При этом антифрикционные вкладыши 7 и 9 выполняют функцию твердой смазки между трущимися поверхностями боковых стенок 2, 3 корпуса 1 и фрикционных клиньев 5, снижая нагрев этих поверхностей и предотвращая заклинивание фрикционных клиньев 5 в корпусе 1, вследствие явления «схватывания».
После снятия нагрузки, силы, затраченные ранее на сжатие упругих блоков 12 аппарата, обеспечивают возвращение всех подвижных элементов аппарата в исходное положение.
Применение стенок корпуса поглощающего аппарата разной толщины и разного количества фрикционных вкладышей, с разной длиной в таком исполнении аппарата, позволит перераспределить износ, т.е. боковым стенкам 3 корпуса изнашиваться меньше чем более толстым боковым стенкам 2. Это в итоге позволит увеличить ресурс поглощающего аппарата за счет направленного износа боковых поверхностей, и, как следствие, предотвратить появление преждевременных трещин и деформаций корпуса за счет выработки поверхностей этих стенок в процессе длительной эксплуатации аппарата.
Источники информации:
1. Патент RU №2128301 «Фрикционный амортизатор», МПК F16F 7/08, B61G 9/02, приоритет 1998.06.02, публикация 1999.03.27
2. Патент US 2002108920 А1 «Поглощающий аппарат железнодорожного вагона, имеющий большой рабочий ход», МПК B61G 9/18, приоритет 2001.05.15, публикация 2003.06.10 /прототип/.