УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВОДА ОТ АВТОМОБИЛЯ ЭНЕРГИИ ВСТРЕЧНОГО УДАРА
DEVICE TO DIVERT FORWARD SHOCK ENERGY FROM VEHICLE

Изобретение относится к устройствам для активного гашения энергии удара при столкновении транспортного средства с препятствием.
Известны противоударные устройства для автомобилей, содержащие ударный брус, укрепленный на кузове с помощью направляющих и толкателей, упруго установленных с помощью пакетов деформирующих элементов в полостях рамы, связанных между собой поперечинами /см. а.с. СССР №664544, кл. B60R 19/08; F16F 13/00, 1972 [1]/.
Однако указанное устройство, преобразуя энергию кинетического удара в другие виды энергии, не уменьшает энергию начального удара, воздействующего на автомобиль, вследствие чего имеет крайне низкую эффективность защиты.
Известно также устройство автомобиля в виде бамперного механизма, содержащее смонтированные на кузове внешнюю подвижную и внутреннюю неподвижную рамы, обтянутые эластичным покрытием и кинематически связанные между собой посредством фигурных рычагов и упругих элементов, шарнирно соединенных с образованием сложного рычажного механизма в виде прямых и обратных ножниц /см. а.с. СССР №153237, кл. B60R 19/18, E02B 3/22, 1988 [2]/.
Данное устройство обеспечивает рациональное перераспределение силы удара по площади ударных поверхностей и прогрессирующее поглощение энергии и силы сопротивления удару на конечном участке перемещения. Однако при этом оно также не уменьшает энергию изначального удара, что резко снижает эффективность защиты.
Кроме того, известно комбинированное противоударное устройство для автомобилей, включающее верхний амортизационный механизм, установленный на уровне передней части автомобиля и снабженный бамперным блоком, нижний тормозной механизм, снабженный тормозной пластиной с тормозным башмаком на конце, средство сцепления механизмов, выполненное с возможностью вращения и обеспечивающее в момент удара торможение автомобиля путем перевода тормозного механизма из положения "вперед" в положение "вниз", при этом амортизационный и тормозной механизмы снабжены средствами поглощения энергии в виде пружин /см. патент US №3472322, МКИ B60R 19/09, 1969 [3].
Данное устройство смягчает удар за счет амортизирующего бамперного механизма и гасит скорость автомобиля за счет тормозного механизма. Однако оно, как и вышеописанные устройства, не уменьшает энергию изначального удара, воздействующего на автомобиль, а лишь рассредоточивает ее по различным частям автомобиля. Кроме того, устройство характеризуется предельно сложной конструкцией вследствие большого количества взаимосвязанных конструктивных элементов.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является устройство для отвода от автомобиля энергии встречного удара, содержащее установленную на передней части автомобиля подвижную ударную поверхность, снабженную металлическими упорами продольной формы с заостренными для внедрения в дорожное полотно концами, при этом упоры соединены с ударной поверхностью шарнирно и связаны с механизмом их опускания на дорожное полотно при воздействии ударной силы типа рычжных передач, электронно-управляемых систем или пиротехнических устройств /см. патент РФ на изобретение №2307037, кл. B60R 19/02, B60T 1/14, 2004 г. [4]/, и принятое за прототип.
Данное устройство позволяет смягчить действие на автомобиль ударной нагрузки за счет передачи части энергии встречного удара в землю. Однако устройство-прототип имеет довольно сложную конструкцию вследствие сложности исполнения рычажных, электронно-управляемых, пиротехнических и т.п. механизмов опускания упоров на дорожное полотно, снижающих к тому же надежность устройства, замедляющих время его срабатывания, и часто требующих специальных источников питания, то есть ухудшающих эксплуатационные характеристики устройства. Кроме того, эффект устройства проявляется только при наезде подвижного объекта на защищаемый автомобиль и отсутствует при наезде защищаемого автомобиля на неподвижный объект /см. [4], описание по заявке на стр.6/, что резко ограничивает функциональные возможности устройства.
Сущность изобретения заключается в создании устройства для отвода от автомобиля энергии встречного удара путем передачи части энергии в момент удара в землю, обладающего сравнительно простой конструкцией, высокими эксплуатационными характеристиками и широкими функциональными возможностями за счет проявления эффекта защиты от удара как при наезде подвижного объекта на защищаемый автомобиль, так и при наезде защищаемого автомобиля на неподвижный объект.
Технический результат - упрощение конструкции устройства расширение его функциональных возможностей и повышение эксплуатационных характеристик.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для отвода от автомобиля энергии встречного удара, содержащего установленную в передней части автомобиля ударную поверхность, шарнирно соединенную с металлическими продольными упорами, снабженными по концам элементами для их сцепления с дорожным полотном и связанными с механизмом опускания упоров на дорожное полотно при воздействии ударной силы, особенность заключается в том, что элементы для сцепления упоров с дорожным полотном представляют собой тормозные башмаки с шипами в нижних, контактирующих с полотном плоских поверхностях, а механизм опускания упоров на дорожное полотно при воздействии ударной силы выполнен в виде винтовых цилиндрических пружин, прикрепленных своими торцами к верхним поверхностям башмаков и днищу кузова автомобиля вблизи его заднего моста, и заневоленных в сжатом состоянии упорами, закрепленными в своей средней части на днище кузова фиксаторами из хрупкого материала, разрушаемого при заданной силе встречного удара.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично на Фиг.1 изображено предлагаемое устройство, смонтированное на автомобиле в обычном /рабочем/ положении; на фиг.2 - вид А на устройство на фиг.1.
Устройство для отвода от автомобиля энергии встречного удара содержит установленную в передней части автомобиля 1, то есть непосредственно перед объектом защиты в бамперной зоне, ударную поверхность 2, соединенную с помощью цилиндрических шарниров 3 с металлическими продольными упорами 4, связанными жесткими поперечными стяжками 5. Упоры 4 снабжены по своим свободным концам элементами 6 для надежного сцепления упоров 4 с дорожным полотном 7 в прижатом к полотну 7 состоянии, при этом элементы 6 выполнены в виде тормозных башмаков с плоскими нижней и верхней поверхностями. На нижних поверхностях закреплены металлические шипы 8, вдавливаемые при вертикальной нагрузке в грунт дорожного полотна 7, в ледяную корку, или обеспечивающие надежный контакт со значительными силами трения с асфальтовой поверхностью полотна 7. К верхним поверхностям тормозных башмаков 6 прикреплены своими торцами мощные винтовые цилиндрические пружины 9, закрепленные другими своими торцами на днище 10 кузова автомобиля 1 вблизи его заднего моста, причем огибание упорами 4 переднего моста 11 осуществлено за счет сформированных на них дугообразных изгибов 12. Нижняя часть тормозных башмаков 6 с шипами 8 выполнена сменной для разных времен года. В обычном /рабочем/ положении, параллельном плоскости днища 10 кузова, упоры 4 удерживаются фиксатором 13 из хрупкого материала, разрушаемого при действии на ударную поверхность 2 заданной по величине силы встречного удара. Фиксатор 13 выполнен в виде напрессованного на упоры 4 в средней их части сплошного кронштейна, привернутого к днищу 10 винтами. Такое крепление упоров 4 обеспечивает в обычном /рабочем/ положении нахождение пружин 9 в заневоленном сжатом состоянии. В качестве хрупкого материала для изготовления фиксатора 13 использован фенопласт либо АГ-4, выполненные прессованием из порошков. Эти материалы выдерживают значительные статические нагрузки, что позволяет удерживать мощные пружины 9 в сжатом состоянии, однако сравнительно легко разрушаются при ударных нагрузках, причем позволяют довольно точно и стабильно рассчитать амплитуду разрушающей нагрузки. Кроме того, данные материалы очень хорошо обрабатываются: напрессовываются на металлические детали, обеспечивают надежное армирование в них деталей в процессе прессования и так далее.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В обычном /рабочем/ режиме прочность фиксаторов 13 подобрана таким образом, что они стабильно выдерживают эксплуатационные нагрузки, в том числе и в режимах повышенной сложности: движение по неровной дороге, по ухабам и т.п. При встречном ударе подвижного объекта автомобиль 1, снабженный предлагаемым устройством, получает удар в ударную поверхность 2, при этом последняя, деформируя кузов, смещается назад вместе с упорами 4, находящимися в горизонтальном положении /см. фиг.1/, фиксатор 13 сразу же разрушается, сжатые пружины 9 разневоливаются и со значительными осевыми усилиями прижимают тормозные башмаки 6 их нижней поверхностью с шипами 6 к дорожному полотну 7. В результате устойчивого жесткого контакта башмаков 6 с покрытием полотна 7 через упоры 4 часть энергии встречного удара передается в землю, за счет чего резко уменьшается сила ударного взаимодействия на ту часть автомобиля 1, которая находится за ударной поверхностью 2, принимающей на себя удар. Такая же динамика гашения встречного удара при наезде подвижного объекта на защищаемый автомобиль 1 характерна и для устройства-прототипа [4]. Теперь рассмотрим динамику процесса при наезде самого защищаемого автомобиля 1 на неподвижный объект, когда известное устройство [4] не работает /см. выше/. При ударе поверхности 2 в неподвижный объект как в предлагаемом устройстве, так и [4] происходит срабатывание, то есть концы упоров 4 вступают в контакт с дорожным полотном 7. В процессе удара защищаемый автомобиль 1, деформируя неподвижный объект, частично двигается вперед вместе с ним, при этом силы инерции теряющего скорость автомобиля 1 пытаются сплющить его кузов, то есть прижать его к объекту. В известном устройстве [4], во-первых, при таком смещении автомобиля 1 вперед торможение осуществляется только за счет деформации его передней части, то есть силы инерции сплющивают кузов автомобиля 1, упоры 2 /см. фиг.2б описания [4] при смещении автомобиля 1 вперед не работают и в торможении не участвуют; во-вторых, более того, в устройстве [4] при смещении автомобиля 1 вперед /фиг.2б/ заостренные концы 3 упоров 2 вообще выходят из контакта с дорожным полотном, и в третьих, что самое главное, в устройстве [4] упор 2 связан с автомобилем только в передней его части, и при движении автомобиля вперед никак не влияет на жесткостную цепь автомобиля, не влияя и не препятствуя деформации его кузова под действием сил инерции.
В предлагаемом устройстве после удара и смещения автомобиля вперед торможение непрерывно осуществляется тормозными башмаками 6 в любом случае под действием пружин 9, не выходящими из контакта с дорожным полотном 7. При этом самое главное что здесь задняя часть автомобиля 1 через пружины 9 и башмаки 6 находится в жестком непрерывном контакте с дорожным полотном 7. В результате этого упоры 4, замыкаясь при ударе на дорожное полотно 7, входят в жесткостную цепь корпуса автомобиля, то есть в участок корпуса автомобиля 1 между ударной поверхностью и пружинами 9 в зоне его заднего моста, связанными через башмаки 6 с дорожным полотном 7, и образуя как бы отдельный замкнутый жесткий модуль или капсулу. При этом часть сил инерции автомобиля 1 при ударе замыкается от корпуса автомобиля на неподвижный объект через упоры 4, препятствуя сплющиванию вышеуказанной капсулы и уменьшая силовую нагрузку на людей, размещенных в автомобиле как раз в пределах вышеуказанной капсулы. Описанный выше эффект позволяет резко расширить функциональные возможности предлагаемого устройства. Использование в устройстве механизма автоматического выпускания упоров 4 на дорожное полотно 7 при воздействии ударной силы, состоящего из фиксатора 13, пружин 9, тормозных башмаков 6 и т.д. позволяет резко упростить конструкцию устройства за счет исключения рычажных передач, электронно-управляемых систем и тем более пиротехнических устройств, используемых в устройстве-прототипе, данные механизмы из-за большого количества взаимосвязанных элементов снижают надежность известных устройств, замедляют срабатывание, требуют применения специальных источников питания и т.д., то есть снижают эксплуатационные характеристики известных устройств.