СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
COUPLER

Данное изобретение относится к соединительному элементу.
Соединительный элемент используется, когда соединяют два транспортных средства друг с другом для образования состава (поезда). Известные конструкции соединительного элемента включают в себя кронштейн, который можно прикреплять к раме, обычно имеющейся на конце рельсового транспортного средства, такого как железнодорожный вагон или трамвайный вагон, и выступающий наружу из карданной конструкции. Соединительный элемент выступает из карданной конструкции для присоединения к соседнему транспортному средству в составе.
Карданная конструкция, как правило, состоит из двух карданных шарниров, которые подвижным образом прикреплены друг другу таким образом, что их оси вращения являются взаимно перпендикулярными, причем одна ось вращения проходит горизонтально, а другая проходит вертикально. Один из карданных шарниров прикреплен к кронштейну, а другой имеет соединительный элемент, выступающий из него в направлении, проходящем на удаление от кронштейна и рамного элемента транспортного средства, к которому прикреплен кронштейн.
В результате соединительный элемент имеет две степени свободы перемещения относительно кронштейна. В свою очередь, это означает, что в результате ориентаций осей вращения соединительный элемент может компенсировать относительное перемещение между вагонами транспортного средства как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.
Таким образом, соединительный элемент способен компенсировать вплоть до пределов перемещения карданных шарниров относительное поперечное перемещение между соседними вагонами, вызванное изгибами рельсового пути в горизонтальной плоскости, а также вертикальное относительное перемещение, вызванное неровностями и наклонами в рельсовом пути. Соединительные элементы этого типа, следовательно, часто используют в трамвайных и легкорельсовых транспортных системах, в которых из-за неровностей (как правило) городских участков, на которых они установлены, не всегда возможно прокладывать рельсовый путь без создания наклонов.
Вдобавок к соединительной функции, как описано выше, необходимо обеспечить буфер между соседними рельсовыми транспортными средствами. Рамы и другие части транспортных средств являются по существу жесткими, и это означает, что толчки могут распространяться от одного вагона к следующему. В случае отсутствия буферов между вагонами передача даже сравнительно небольших толчков может привести к повреждению вагонов или соединительного оборудования, соединяющего их друг с другом, и это также означает, что воздействия толчков, испытываемых пассажирами в вагонах, не ослабляются. Это, в свою очередь, означает, что внутри вагонов было бы шумно, и пассажиры периодически страдали бы от толчков в процессе движения транспортных средств, если бы буферные элементы не были обеспечены.
Следовательно, как известно, буферный элемент обеспечивают в качестве компонента соединительного элемента.
В некоторых конструкциях буферный элемент прикреплен к соединительному элементу таким образом, чтобы он образовывал его часть. Эта конструкция, наряду с тем, что она позволяет вводить двунаправленное устройство поглощения энергии, которое ослабляет (амортизирует) как ударные усилия, так и тяговые усилия, значительно удлиняет соединительный элемент по сравнению с конструкцией, в которой устройство поглощения энергии отсутствует.
Это является существенным недостатком, отчасти ввиду общего желания компактности конструктивных компонентов, используемых в транспортных машинах, и также потому, что использование сравнительно длинного соединительного элемента означает, что сжимающие силы, действующие в элементе, когда происходит ослабление (амортизация) ударных усилий, могут быть смещены относительно продольной оси соединительного элемента. Это особенно вероятно, когда соединительный элемент компенсирует изгибы и неровности рельсового пути, как описано выше.
В такое время риск повреждения в результате приложения сил, действующих не точно продольно в соединительном элементе, возрастает.
Кроме того, имеется повышенное требование компактности в соединительных элементах для трамвайных и легкорельсовых транспортных средств, поскольку эти транспортные средства, как правило, являются меньшими, чем вагоны поездов, предназначенных для поездок на дальние расстояния.
В качестве решения недостатка длины, связанного с соединением буфера последовательно в соединительном элементе, как известно, объединяют ряд эластомерных элементов в зоне соединительного элемента, которая расположена в пространстве между карданными шарнирами.
Такой соединительный элемент иногда называют элементом типа «EFG», от немецкого термина Elasnjmer-Federgelenks (который переводится на английский язык как «эластомерный пружинный шарнир»).
Одна известная конструкция элемента EFG 10 показана на виде в вертикальном разрезе, изображенном на фиг. 1 и 2, и имеет соединительный элемент 11, включающий в себя конец 12, который пронизывает зону 13 между верхней и нижней сторонами карданного шарнира 14 соединительного элемента, включающего в себя монтажный кронштейн 16. Конец 12 соединительного элемента сформирован с множеством гарпунообразных выступов 17, которые проходят под прямыми углами к удлиненному направлению соединительного элемента.
Выступы 17 проникают и фиксируются в эластомерной, упруго деформируемой втулке, которая охватывает конец 11 соединительного элемента и занимает пространство между ним и окружающей втулкой 19 карданного шарнира 14. Наружная поверхность эластомерной втулки 18 и внутренняя стенка карданной втулки 19 сформированы с взаимодополняющими по форме выступами и углублениями, как показано, благодаря чему втулка 18 фиксируется против действия продольных растягивающих усилий, которые в противном случае стремились бы вытянуть ее из втулки 19.
Карданный шарнир 14 расположен таким образом, что его ось вращения является вертикальной. Соединительный элемент 11 прикреплен с помощью эластомерной втулки 18 к внутренней втулке 19 карданного шарнира 14. Таким образом, соединительный элемент EFG 10 способен компенсировать изгибы рельсового пути по причине того, что соединительный элемент 11 и внутренняя втулка 19 вращаются вместе вокруг вертикальной оси карданного шарнира 14 относительно наружной втулки 21 карданного шарнира.
Соединение друг с другом конца 12 элемента 11 и эластомерной втулки 18, наряду с фиксацией последней относительно внутренней втулки 19 карданного шарнира 14, компенсирует ударные и тяговые усилия до предела, определяемого прочностью эластомерной втулки 18. Втулка 18 амортизирует такие усилия путем деформирования продольно, как показано на фиг. 1, на которой соединительный элемент показан вытянутым из зоны 13 на расстояние, связанное с упругостью и пределом упругости втулки 18.
Вертикальный поворот EFG компенсируется по причине того факта, что конец 12 элемента и выступы 17 выполнены меньшего диаметра, чем внутреннее пространство внутренней карданной втулки 19, в результате чего имеется место для того, чтобы конец 11 элемента мог «плавать» (перемещаться) во внутреннем пространстве карданного шарнира 14 при упругой деформируемости эластомерной втулки 18, противодействующей стремлению конца 12 элемента перемещаться таким образом. В результате этого относительные перемещения вверх и вниз соединенных друг с другом транспортных средств амортизируются.
Элемент EFG также включает в себя дополнительный упруго деформируемый (эластомерный) элемент 22, который поддерживает соединительный элемент снизу, как показано. Он также деформируется в случае перемещения соединительного элемента 11 относительно кронштейна 16, обеспечивая дополнительную амортизацию усилий и устойчивость.
На фиг. 1 соединительный элемент EFG 10 изображен в состоянии, которое он принимает, когда противодействует тяговому усилию. Таким образом, на фиг. 1 эластомерная втулка 18 и дополнительный эластомерный элемент 22 показаны деформированными в направлении, параллельном продольной оси соединительного элемента 11, как эти компоненты стремятся делать, когда возникают тяговые усилия.
В случае соединительного элемента EFG, противодействующего буферным усилиям, возникает обратная ситуация, при которой эластомерные части 18, 22 деформируются параллельно оси соединительного элемента 11 в направлении к кронштейну 16. Эта ситуация частично показана на фиг. 2, но на этом рисунке соединительный элемент EFG также компенсирует вертикальное перемещение между соседними транспортными средствами, в результате чего вертикальная деформация эластомерных частей также происходит.
Хотя конструкция соединительного элемента EPG, показанная на фиг. 1 и 2, относительно дешева в изготовлении и требует наличия только одного вертикального поворотного соединения, она, тем не менее, страдает от многочисленных недостатков.
Во-первых, эластомерные элементы 18, 22 подвержены износу и отказам, зачастую без каких либо видимых признаков того, что произойдет отказ. В частности, к эластомерной втулке 18 трудно осуществлять доступ с точки зрения ее целостности, поскольку она плотно вставлена внутрь, и ее загораживает втулка 19 карданного шарнира 14.
Во-вторых, хотя конструкция фиг. 1 и 2 может амортизировать ударные и тяговые усилия по причине того, что конец 12 элемента способен смещаться как в направлении вперед, так и в направлении назад внутри карданной втулки 19, любое высокочастотное продольное усилие, испытываемое соединительным элементом EFG 10, не может быть легко компенсировано.
Высокочастотные усилия, испытываемые соединительными элементами рельсовых транспортных средств, обычно являются сжимающими и возникают в результате относительно высокоскоростных ударов, которые могут возникать в аварийных ситуациях. Жесткость эластомерных элементов 18, 22 является такой, что соединительный элемент EFG передает высокочастотные усилия вместо их амортизации. Таким образом, в аварийной ситуации соединительный элемент мог бы рассматриваться не как устройство поглощения энергии, а как устройство передачи энергии, которое по этой причине могло бы потенциально привести к серьезному повреждению транспортных средств, для соединения друг с другом которых оно предназначено.
Виду этого необходимо обеспечить в связи с соединительным элементом EFG типа, показанного на фиг. 1 и 2, устройство, которое способно амортизировать высокочастотные усилия, когда они возникают.
Типично такое устройство представляет собой деформирующийся трубчатый блок. Он представляет собой конструкцию внутренней и наружной полых цилиндрических труб, из которых внутренняя труба имеет меньший диаметр, чем часть длины наружной трубы. Внутренняя труба меньшего диаметра частично вставляется внутрь наружной трубы, сопрягаясь с конусом, который представляет собой переход между частью относительно большого диаметра наружной трубы, в которую может вставляться внутренняя труба, и частью относительно малого диаметра, диаметр которой меньше, чем наружный диаметр внутренней трубы. Часть внутренней трубы выступает из наружной трубы и образует конец деформирующегося трубного блока. Противоположный конец блока образован свободным концом внутренней трубы.
Наружная труба изготовлена из пластически деформируемого материала, такого как сталь. Когда деформирующийся трубный блок подвергается сжимающему усилию большой величины, действующему между его концами, внутренняя труба заталкивается дальше в наружную трубу, когда блок становится сжатым. Это заставляет вставленный конец внутренней трубы разглаживать стенку наружной трубы и вызывать перемещение конуса вдоль блока по направлению к свободному концу наружной трубы. Это приводит к рассеянию энергии за счет пластической деформации материала наружной трубы. Внутренняя труба является достаточно твердой, чтобы она не деформировалась в течение этого процесса.
Деформирующиеся трубные блоки хорошо известны в области техники железнодорожных буферов, и как отмечается, могут использоваться в связи с соединительным элементом типа, описанного выше. Однако когда они используются подобным образом, они приводят к дополнительным недостаткам.
Первый из них заключается в том, что деформирующиеся трубные блоки могут быть довольно длинными, поскольку значительная длина деформируемой наружной трубы требуется для амортизации ударных усилий железнодорожного транспорта. Если такая труба соединена последовательно с соединительным элементом EFG, это может привести к получению составного буфера, общая длина которого является неприемлемой.
Конструкторы рельсовых транспортных средств, следовательно, иногда размещают длину деформирующегося трубного блока в длинном углублении в раме рельсового транспортного средства, проходящей под полом транспортного средства, но это также является проблематичным. Это происходит по меньшей мере потому, что необходимость занимать пространство внутри рельсового транспортного средства уменьшает свободу конструктора транспортных средств включать дополнительное оборудование, такое как электронные системы, которые в настоящее время являются широко распространенными в рельсовых транспортных средствах. Имеется мало такого пространства в вагонах трамваев и легкорельсовых транспортных средств.
Кроме того, расположение деформирующегося трубного блока внутри транспортного средства в некоторых случаях может потребовать изменения конструкции рамы транспортного средства, чтобы обеспечить упорную поверхность для свободного конца наружной трубы; и кроме того, трудно обследовать или испытывать деформирующийся трубный блок, который загорожен от обзора таким образом.
Еще один дополнительный недостаток деформирующегося трубного блока, используемого в сочетании с соединительным элементом EFG, относится к включению срезных болтов. Обычно обеспечивается множество таких болтов, расположенных вдоль окружности наружной трубы. Срезные болты позволяют соединительному элементу отпадать после того, как деформирующаяся труба была полностью выдвинута, тем самым предотвращая повреждение корпуса вагона и позволяя зацепляться устройствам защиты от наезда вагонов друг на друга, которые обычно имеются на концах рельсового вагона, как известно специалисту в данной области техники.
В некоторых конструкциях соединительного элемента, множество срезных болтов обеспечены внутри соединительного элемента или присоединяющих кронштейн к раме рельсового вагона, целью чего является ограничение максимального усилия, которое рама рельсового вагона испытывает в результате усилия, передаваемого через соединительный элемент. Однако благодаря вариантам изготовления и тому факту, что срезные болты могут не все испытывать одинаковые факторы внешней среды, болты могут в действительности срезаться не одновременно, когда возникает удар. Кроме того, срезные болты являются дорогостоящими в изготовлении и могут не функционировать правильно, если они были затянуты неравномерно.
Вдобавок к вышеупомянутому, в патентном документе CN 201573671 описан буферный элемент, расположенный внутри шарнирного соединения. Эта конструкция включает в себя монтажную пластину, которая предназначена для крепления к задней грани, например, рамного элемента впереди рельсового транспортного средства, причем соединительный элемент выступает вперед через отверстие в рамном элементе.
Данное изобретение направлено на решение или по меньшей уменьшение одной или нескольких проблем буферных конструкций уровня техники, предшествующего данному изобретению.
Согласно данному изобретению в его широком аспекте предложен соединительный элемент, содержащий по меньшей мере первый карданный шарнир, образующий поворотное соединение, которое крепится к монтажной части для крепления к рамному элементу транспортного средства, причем поворотное соединение также крепится к буферной колонне, которая выступает на противоположной стороне поворотного соединения относительно монтажной части, так что буферная колонна может перемещаться относительно монтажной части с по меньше мере двумя степенями свободы, причем буферная колонна образует свободный конец, который является удаленным от монтажной части и который может крепиться к дополнительному элементу, и причем буферная колонна включает в себя как реверсивный буфер, который амортизирует ударные и тяговые усилия, действующие между свободным концом и монтажной частью, так и нереверсивный буфер, который амортизирует ударные усилия, действующие между свободным концом и монтажной частью и достигающие или превышающие заранее заданную пороговую величину энергии, причем реверсивный и нереверсивный буферы перекрываются друг с другом вдоль по меньшей мере части их длин в буферной колонне, которая также перекрывает одно или несколько из поворотных соединений.
Такая конструкция обеспечивает комбинированный преимущественный эффект поворотной муфты, реверсивный и нереверсивный (например, деформирующийся трубный) буфер в компактной конструкции, причем компактность обеспечивается благодаря характерной особенности обеспечения перекрытия буферных и поворотных частей, как описано.
Кроме того, все части соединительного элемента данного изобретения могут быть расположены таким образом, чтобы они находились по существу снаружи любого транспортного средства, на котором они смонтированы для использования, тем самым предотвращая необходимость использования пространства под полом транспортного средства и также тем самым располагая все части в месте, в котором их легко осматривать и обслуживать.
В некоторых транспортных средствах, несмотря на компактность соединительного элемента данного изобретения, после сильного удара часть длины соединительного элемента может располагаться «внутри» рамы транспортного средства, проходя в углубление или сквозь отверстие. Компактная природа соединительного элемента данного изобретения, однако, означает, что даже в таких обстоятельствах необходимо обеспечить наличие меньшего внутреннего пространства, чем в конструкциях уровня техники, предшествующего данному изобретению, в которых значительная длина соединительного элемента расположена внутри рамы транспортного средства, тем самым улучшая способность конструктора транспортного средства включать дополнительные компоненты, даже когда необходимо использовать некоторую часть пространства сзади рамного элемента.
Вдобавок поворотный соединительный элемент данного изобретения преимущественно приводит к конструкции, в которой нет необходимости использования срезных болтов и в которой можно непосредственно видеть (путем осмотра, например, индикаторного устройства), было ли поворотное соединение соединительного элемента подвергнуто достаточно сильному удару, чтобы это вызвало пластическую деформацию деформирующегося трубного блока.
Термины «реверсивный» и «нереверсивный», применяемые здесь к буферам, относятся соответственно, с одной стороны, к буферам, которые возвращаются в ортогональное или промежуточное состояние вслед за выдвижением, и, с другой стороны, к буферам, которые постоянно и следовательно необратимо изменяются в результате выдвижения. Такие термины будут знакомы специалисту в данной области техники.
Предпочтительно, чтобы поворотное соединение дополнительно включало в себя второй карданный шарнир, и оси карданных шарниров были взаимно перпендикулярными. Это обеспечивает устройство с двумя степенями свободы, как это обычно требуется в поворотных соединительных элементов.
Преимущественно нереверсивный буфер окружает реверсивный буфер. Это обеспечивает частично перекрывающееся расположение реверсивного и нереверсивного буферов, как описано выше.
В особенно предпочтительном варианте осуществления данного изобретения нереверсивный буфер включает в себя пластически деформируемую полую трубу, образованную по меньшей мере одной стенкой трубы, имеющей сформированный в ней конус трубы, который сужается в направлении к монтажной части; и ударный элемент, образующий деформирующий конус формы, по существу дополняющей форму конуса трубы, причем деформирующий конус входит в зацепление с конусом трубы, а ударный элемент крепится к остальной части буферной колонны таким образом, что при приложении ударного усилия высокой энергии, действующего между свободным концом и монтажной частью, которое достигает или превышает пороговую величину энергии, деформирующий конус пластически деформирует трубу, заставляя конус трубы перемещаться к монтажной части и тем самым амортизируя энергию буферного усилия высокой энергии.
Таким образом, в преимущественно компактном варианте данного изобретения обеспечены компоненты, смонтированные к деформирующемуся трубному блоку, расположенному таким образом, чтобы он охватывал реверсивный буфер. Два буфера в действительности, следовательно, присоединены в параллель на одном конце к транспортному средству, к которому смонтирован поворотный соединительный элемент, и на другом конце к другому транспортному средству, соединенному через свободный конец поворотного соединительного элемента. В результате как реверсивный, так и нереверсивный буферы подвергаются продольно действующим сжимающим усилиям; и природа этих усилий определяет, активируется ли один только реверсивный буфер или нереверсивный буфер также действует для амортизации энергии удара.
Кроме того, предпочтительно, чтобы конус трубы и деформирующий конус являлись кольцевыми и окружали реверсивный буфер. Это означает, что точка на оси вдоль длины соединительного элемента, в которой реверсивный и нереверсивный буферы амортизируют усилия, является по существу одной и той же. Это, в свою очередь, способствует обеспечению конструкции, в которой имеется малая вероятность усилий, действующих смещенным образом, которые могут возникать в последовательно соединенном деформирующемся трубном блоке, описанном выше.
В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения реверсивный буфер включает в себя один или несколько относительно перемещаемых буферных демпфирующих элементов, так что реверсивный буфер является перемещаемым между промежуточной и сжатой конфигурацией. В сжатой конфигурации реверсивный буфер способен контактировать с ударным элементом для того, чтобы вызвать пластическую деформацию полой трубы.
Таким образом, реверсивный буфер может быть сконструирован как по существу традиционная буферная капсула или блок, в котором поршень может герметично скользить внутри полого внутреннего пространства удлиненной трубы и заставляет текучую среду, такую как масло, перемещаться через ряд клапанов и отверстий, чтобы рассеивать энергию, стремящуюся сжимать буфер.
Альтернативно реверсивный буфер может представлять собой или включать в себя сжимаемую текучую среду, которая сжимается между поршнем и трубой; или кольцевую пружину, в которой эластомерные или металлические элементы упруго деформируются при сжатии буфера.
Независимо от точной конструкции буфера, является преимущественным, что буфер способен контактировать с ударным элементом, когда он полностью выдвинут в направлении сжатия. Это означает, что по своей сущности устройство данного изобретения включает в себя средство, которое различает между относительно низкоэнергетическими ударами, которые только вызывают (обратимое) сжатие реверсивного буфера; и высокоэнергетическими ударами, которые вызывают пластическую деформацию нереверсивного буфера в результате контакта реверсивного буфера с ударным элементом.
В одном особенно преимущественном варианте осуществления данного изобретения монтажная часть включает в себя сформированное в ней углубление или отверстие; и часть полой трубы выступает наружу через это углубление или отверстие.
Эта конструкция позволяет части полой трубы располагаться на противоположной стороне поворотного соединения относительно той части, на которой проходит основная часть буферной колонны. Это приводит к сравнительно короткой конструкции, в которой расположены все рабочие части буферной колонны; и в которой ось вращения поворотного соединения может быть расположена таким образом, чтобы она лежала в удобном положении относительно монтажной части. В частности, расположение некоторой части буферной колонны «за пределами» поворотного соединения (измеряемого в направлении к транспортному средству, на котором смонтировано поворотное соединение соединительного элемента) означает, что вероятность высокочастотных усилий, действующих со смещением относительно продольной оси поворотного соединительного элемента, является уменьшенной (потому что большая часть перемещения, приводящего к пластической деформации реверсивных буферных элементов, имеет место вблизи оси поворотного соединения).
Размеры углубления или отверстия предпочтительно являются такими, чтобы вмещать конус трубы с зазором при пластической деформации полой трубы. Часть полой трубы, которая расположена относительно близко к поворотному соединению, увеличивается в диаметре, когда конус перемещается к монтажной части в результате активации нереверсивного буфера. Характерная особенность углубления, вмещающего полую трубу, после того как она была деформирована (т.е. увеличена), означает, что даже после сильного удара, который активирует нереверсивный буфер, функция поворота продолжает действовать. Это, в свою очередь, означает, что подвижной состав из соединенных друг с другом транспортных средств может продолжать перемещаться при поворотах после сильного удара. Это, в свою очередь, способствует снижению риска схода с рельсов.
Как отмечено, один предпочтительный вид буферных демпфирующих элементов включает в себя пружину на основе сжимаемой текучей среды, имеющую поршень, расположенный внутри буферной трубы, которая может герметично перемещаться по внешней поверхности поршня, так чтобы образовывать камеру, которая содержит сжимаемую текучую среду, причем конструкция является такой, что при перемещении реверсивного буфера из промежуточной в сжатую конфигурацию сжимаемая текучая среда становится сжатой в камере, тем самым уменьшая ударные усилия с относительно низкой величиной энергии.
Предпочтительно, чтобы нереверсивный буфер включал в себя индикаторное устройство или оперативно подключался к индикаторному устройству, которое обеспечивает визуальную индикацию того, был ли активирован нереверсивный буфер.
Традиционно реверсивный буфер включает в себя два или более элементов амортизации тягового усилия, так чтобы реверсивный буфер мог перемещаться между промежуточной и выдвинутой конфигурацией, причем реверсивный буфер включает в себя между элементами амортизации тягового усилия один или несколько упруго деформируемых элементов, которые амортизируют тяговые усилия. Таким образом, часть для амортизации тяговых усилий поворотного соединительного элемента может опционально быть сконструирована образом, аналогичным части конструкции EFG, описанной выше, или в виде кольцевой пружины (природа которой будет известна специалисту в данной области техники).
Свободный конец соединительного элемента данного изобретения опционально может включать в себя одну или несколько структур (элементов) соединительного элемента, предназначенных для крепления соединительного элемента к вышеупомянутому дополнительному элементу. В качестве не ограничивающего рамки изобретения примера эти структуры могли бы образовывать втулочную канавку, природа которой известна специалисту в данной области техники, которая может быть жестко прикреплена к втулочному соединительному элементу, который, в свою очередь, присоединяется к аналогичной канавке, сформированной в выступе из соседнего транспортного средства, требующего соединения. Однако возможны и другие виды структуры соединительного элемента в рамках объема данного изобретения.
Данное изобретение также рассматривается как заключающееся в транспортном средстве, включающем в себя прикрепленную к нему монтажную часть соединительного элемента согласно данному изобретению, как определено в настоящем документе.
Предпочтительно такое транспортное средство включает в себя сформированное в нем углубление для вставки с зазором части полой трубы, которая выступает наружу через углубление или отверстие монтажной части, когда этот элемент присутствует.
Рельсовые транспортные средства, как правило, включают в себя на каждом конце жесткую балку, которая образует часть рамы транспортного средства. Углубление без ущерба для целостности конструкции рамы транспортного средства может быть сформировано в этой балке для того, чтобы обеспечивать перемещение в нем выступающей части полой трубы.
Далее приведено описание предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее:
на фиг. 1 показан поперечный разрез поворотного соединительного элемента EFG, показанного в состоянии, противодействующем тяговому усилию, стремящемуся вытянуть соединительный элемент из внутреннего пространства карданного шарнира;
на фиг. 2 показан соединительный элемент EFG, изображенный на фиг. 1, когда он поглощает энергию тягового усилия и компенсирует вертикальное относительное перемещение между соединенными транспортными средствами;
на фиг. 3 показан вид в перспективе поворотного соединительного элемента, выполненного согласно данному изобретению;
на фиг. 4 показан вид в вертикальном разрезе поворотного соединительного элемента;
на фиг. 5 показан вид в горизонтальном разрезе свободного конца поворотного соединительного элемента, изображенного на фиг. 3 и 4.
Обращаясь к фиг. 3-5, соединительный элемент 30 содержит пару карданных шарниров 31, 32, которые образуют соответствующую пару поворотных соединений, оси поворота которых пересекаются под углом девяносто градусов друг относительно друга. Соединительный элемент предназначен для соединения друг с другом способом, описанном в общем в настоящем документе, соседней пары транспортных средств, которые нормально были бы установлены на рельсах.
Ось вращения, образованная карданным шарниром 31, в показанном варианте осуществления данного изобретения является вертикальной, а ось вращения карданного шарнира 32 является горизонтальной при нормальном использовании поворотного соединительного элемента 30. Однако в других вариантах осуществления данного изобретения не обязательно должно быть, чтобы оси карданных шарниров были ориентированы таким образом или в действительности пересекались перпендикулярно, как указано.
Кроме того, в простых вариантах осуществления данного изобретения должен быть обеспечен только один карданный шарнир, который компенсирует относительные перемещения между соседними транспортными средствами в горизонтальной плоскости и, следовательно, обеспечивает поворотный соединительный элемент с одной степенью свободы. В наиболее практичных вариантах осуществления данного изобретения, однако, предпочтительным является вариант с двумя степенями свободы, имеющий взаимно перпендикулярно действующие карданные шарниры, как показано.
Каждый карданный шарнир 31, 32 содержит соответствующую кубовидную рамку 33, 34, которая предпочтительно является, например отлитой из стали или сварной. Кубовидная рамка карданного шарнира 32 с горизонтальной осью является меньшей, чем кубовидная рамка карданного шарнира 31 с вертикальной осью, благодаря чему, как показано, рамка 34 вставляется внутрь рамки 33.
На каждой из двух параллельных стенок 33а, 33b рамка 33 поддерживает соответствующий подшипник скольжения 36а, 36b, из которых только один подшипник 36а виден на фиг. 3.
Каждый подшипник скольжения 36а, 36b включает в себя цилиндрический элемент 37, прикрепленный к нему и проходящий сквозь него таким образом, что цилиндрический элемент с возможностью вращения поддерживается относительно рамки 33.
Каждый цилиндрический элемент 37 прикреплен к наружной поверхности кубовидной рамки 34, в результате чего последняя с возможностью вращения поддерживается относительно рамки 33 таким образом, что ось вращения является вертикальной.
Аналогичные конструкции подшипника скольжения 38 обеспечены в кубовидной рамке 34, включая цилиндрические элементы, которые проходят горизонтально для присоединения к изогнутому кронштейну 46, который проходит вперед для присоединения жестко к буферной колонне (стойке) 39, часть длины которой вставляется внутрь кубовидной рамки 34. В показанном варианте осуществления данного изобретения изогнутый кронштейн 46 перфорирован буферной колонной, которая имеет круглое поперечное сечение. Буферная колонна 39, следовательно, может быть вставлена плотной (например, прессовой) посадкой внутрь перфорации в изогнутом кронштейне 46, который, как показано на фиг. 3, проходит для крепления к цилиндрическим элементам на каждой стороне карданного шарнира 32.
В результате буферная стойка 39 смонтирована с возможностью поворота относительно рамки 34 посредством горизонтальной оси вращения. Это, наряду с поворотным монтажом рамки 34 относительно рамки 33 означает, что буферная стойка 39 прикреплена с возможностью поворота относительно кубовидной рамки 34 с двумя степенями свободы, и с осями вращения, пересекающимися перпендикулярно, как описано.
Рамки 33, 34, подшипники скольжения 36, 38 и относящиеся к ним части составляют пару карданных шарниров, образующих поворотное соединение.
Кубовидная рамка 33 прикреплена к монтажной части в виде кронштейновой пластины 41. Это жесткая, как правило, металлическая пластина, которая является перфорированной для жесткого крепления к вышеупомянутой балке, образующей часть рамы транспортного средства. Из этого следует, что буферная стойка с возможностью поворота поддерживается с двумя степенями свободы относительно монтажной части, образованной кронштейновой пластиной 41 и, следовательно, с двумя степенями свободы перемещения относительно любого транспортного средства, к которому соединительный элемент прикреплен при использовании.
На ее конце, удаленном от кронштейновой пластины 41, буферная стойка 39 образует конец 42, который называется в данном документе «свободным концом» буферной колонны (этот конец является свободным, когда колонна не присоединена ни к какому дополнительному компоненту).
В изображенном варианте осуществления данного изобретения свободный конец 42 включает в себя канавку 43, которая позволяет осуществлять его крепление, например, посредством широко известного втулочного соединителя, к дополнительному компоненту, такому как элемент соединительного элемента соседнего транспортного средства. Канавка 43, следовательно, предпочтительно образована как втулочная канавка, конструкция которой будет известна специалисту в данной области техники. Другие конструкции соединителей, известные специалисту в данной области техники, могут, однако, быть обеспечены на свободном конце 42.
Как описано более подробно ниже, буферная колонна 39 включает в себя внутри ее внутреннего пространства как реверсивный буфер, который амортизирует буферные усилия, действующие между свободным концом и монтажной частью, так и нереверсивный буфер, который уменьшает буферные усилия, действующие между свободным концом и монтажной частью и достигающие или превышающие заранее заданную пороговую величину энергии.
Реверсивный буфер и нереверсивный буфер перекрываются друг с другом вдоль части длины буферной стойки 39, которая, в свою очередь, перекрывает одно или несколько поворотных соединений 31, 32. Средства, с помощью которых это достигается, объяснены ниже. Как отмечалось, значительное преимущество этого аспекта данного варианта осуществления изобретения заключается в том, что он позволяет вместить многофункциональный буфер без чрезмерного увеличения длины соединительного элемента, как это имеет место в конструкциях уровня техники, предшествующего данному изобретению.
Как наилучшим образом показано на фиг. 4, нереверсивный буфер образован пластически деформируемой (как правило, не обязательно стальной), удлиненной полой по существу цилиндрической трубой 44, которая расположена в основном внутри кубовидной рамки 34.
Полая труба 44 имеет постоянный диаметр вдоль большей части ее длины и окружает дополнительные части буферной колонны 39, описанной ниже, расположенные внутри кубовидной рамки 34. Часть полой трубы 44, однако, выступает наружу из кубовидной рамки 34 на той же стороне рамки, что и свободный конец 42 буферной колонны.
Вблизи этой части полая труба увеличивается в диаметре для образования кольцевого конуса 47 в материале его цилиндрической стенки 48. Как показано на фиг. 4, этот конус 47 сужается в направлении к кронштейновой пластине 41.
Ударный элемент в виде кольцевого клина 49, сужающийся в том же направлении и с приблизительно такой же формой, что и внутреннее пространство конуса 47, вставляется в полое внутреннее пространство трубы 44. Клин 49 проходит к кронштейновой пластине 41 для образования штока 51, заканчивающегося в закрытом конце 52. Закрытый конец 52 действует в качестве упорной поверхности для частей реверсивного буфера, описанных ниже.
Части реверсивного буфера образованы цилиндрическим поршневым элементом 53, который на одном конце 53а герметично прикреплен к внутренности закрытого конца 52 полой трубы 44, а на противоположном конце заканчивается в поршневом концевом элементе 54.
Сепаратор 54а герметично скользящим образом обеспечен на внутренней поверхности поршневого элемента 53, так чтобы камера 57а для текучей среды образовалась между поршневым элементом 53, сепараторным элементом 54а и закрытым концом 53а. Сжатый газ содержится в камере 57а для текучей среды, так что поршневой элемент 53, сепараторный элемент 54а и труба 53а с закрытым концом образуют упруго деформируемую газовую пружину, которая после сжатия продольно растягивается по причине энергии, переданной таким образом сжимаемой текучей среде в камере 57а.
Герметично скользящим образом насаженная на внешнюю поверхность поршневого элемента 53, имеется полая труба 56 с закрытым концом, которая открыта на конце, противоположном ее закрытому концу, и которая частично перекрывает длину поршневого элемента 53.
Труба 56 с закрытым концом закрыта на ее конце, удаленном от поршневого элемента 53, в результате чего камера 57 для текучей среды образуется между концом 54 поршня и внутренними стенками трубы 56 с закрытым концом.
Текучая среда, такая как масло, вводится в камеру 57 для текучей среды, так чтобы при сжатии буфера текучая среда нагнеталась через ряд клапанов и отверстий (не показаны) в конце 54 поршня.
Текучая среда, протекающая через отверстия и клапаны в конце 54 поршня в такое время, поступает в пространство между концом 54 поршня и сепаратором 54а. Для вмещения масла сепаратор 54а перемещается в направлении закрытого конца 53а, приводя в результате к уменьшению объема камеры 57а и сжатию газа в камере 57а.
Газовая пружина стремится заставить поворотный соединительный элемент принять конфигурацию, показанную на фиг. 3 и 4, причем это положение называется в настоящем документе промежуточным положением.
Ось полученного в результате реверсивного устройства поглощения энергии совпадает с рабочей осью нереверсивного буфера, образованного конусом 47 и ударным элементом (кольцевым клином) 49.
Как очевидно на основании длин поршневого элемента 53 и трубы 56 с закрытым концом, реверсивный буфер перекрывается на значительной части его длины с нереверсивным буфером, приводя тем самым к компактной конструкции. Нереверсивный буфер, кроме того, окружает реверсивный буфер.
Труба 56 с закрытым концом расположена внутри полого цилиндрического кожуха 58, который проходит параллельно буферной колонне и заканчивается на его конце вблизи кронштейновой пластины 41 во фланце 59, который входит в зацепление с концом полой трубы 44. Зажимное кольцо 61 охватывает фланец 59 и соединяет кожух и полую трубу друг с другом.
По причине их соответствующих диаметров кольцевое пространство 62 существует между наружной поверхностью трубы 56 с закрытым концом и внутренней поверхностью кожуха 58. Колонный элемент 63 круглого сечения является полым вдоль основной части его длины и охватывает трубу с закрытым концом в кольцевом пространстве 62. Колонный элемент 63 способен скользить в пространстве 62.
На части расстояния вдоль длины его внутренней поверхности колонный элемент 63 разделен на две части монтажным диском 64. Остальная часть длины колонного элемента 63 является опять же полой до тех пор, пока она не закончится на открытом конце 66.
Открытый конец закупорен колпачком 67 амортизации тяговых усилий, который вставлен во внутреннее пространство колонного элемента 63 на противоположной стороне монтажного диска 64 относительно стороны реверсивного буфера и конуса 47 и связанных с ними компонентов. Втулочная канавка 43 сформирована в наружной части этого компонента, которая, как показано, выступает наружу из открытого конца колонного элемента 63.
Пружинный удерживающий стержень 68 проходит внутри колпачка 67 амортизации тяговых усилий и прикреплен на одном конце к нему. На его противоположном конце удерживающий стержень 68 пронизывает поперечный элемент 69, который проходит через поперечно сформированные перфорации 71 в стенке колонного элемента 63 к обеим сторонам удерживающего стержня 68.
Зажатый между поперечным элементом 69 и монтажным диском 64 и перфорированный удерживающим стержнем 68, имеется набор по существу сопряженных друг с другом кольцевых пружинных элементов 76, которые являются эластомерными и разделены друг от друга прокладками 72, назначение которых известно в области техники пружинных соединений.
Реверсивный буфер работает, когда усилия, прикладываемые между концами поворотного соединительного элемента, являются относительно малыми. Ударные усилия вызывают сжатие поворотного соединительного элемента между его концами, в результате чего усилия, испытываемые на втулочном кольце 43, передаются через колпачок амортизации тяговых усилий к монтажному диску 64 и, следовательно, к ближайшему концу трубы 56 с закрытым концом.
Это заставляет трубу 56 с закрытым концом перемещаться в общем направлении к кронштейновой пластине, причем стенка трубы 56 с закрытым концом скользит в дополнительном кольцевом пространстве, имеющимся между внутренней поверхностью штока 51 и наружной поверхностью поршневого элемента 53.
В течение этого процесса масло в камере 57 протекает через отверстия и клапаны в конце 54 поршня, и газ в камере 57а становится сжатым и тем самым накапливает энергию. Когда ударное усилие исчезает, полученная в результате запасенная энергия вызывает расширение газа и тем самым перемещает трубу с закрытым концом назад в промежуточное положение, показанное на фиг. 3 и 4.
Если прикладывается тяговое усилие с относительно низкой энергией, оно вызывает растяжение в поворотном соединительном элементе 10. Оно стремится вытягивать колонный элемент 63 конца трубы 56 с закрытым концом, но этому стремлению оказывается сопротивление, потому что колонный элемент 63 удерживается внутри кожуха 58 кольцевым буртиком 74, который удерживается в открытом конце кожуха 58. Буртик 74 зацепляется при ходе наружу колонного элемента 63 кольцевым гребнем 81, сформированным на наружной поверхности колонного элемента 63.
Шпонка 78 входит в зацепление с канавкой в кольцевом гребне 81 колонного элемента 63, который вместе с поперечно сформированными перфорациями 71, зацепляющимися в стенке колонного элемента 63, и колпачком 67 амортизации усилий предотвращают вращение втулочного кольца 43 вокруг оси буферного элемента относительно монтажной части 41.
После такого зацепления между буртиком 74 и гребнем 81 любое дополнительное растягивающее усилие действует через втулочное кольцо 43 и колпачок 67 амортизации усилий и передается к поперечному элементу 69 и, следовательно, к колонному элементу 63. Это вызывает сжатие пружинных элементов между концом колпачка 67 амортизации усилий и поперечным элементом 69. Поскольку пружинные элементы являются упруго деформируемыми, это действие уменьшает энергию тягового усилия до тех пор, пока ход не закончится протяженностью поперечно сформированных перфораций 71 в стенке колонного элемента 63.
Как только это действие закончится, запасенная энергия в пружинных элементах заставляет их расширяться, в свою очередь, заставляя колпачок возвращаться в положение, показанное на фиг. 4.
В случае значительного удара, который может возникнуть в аварийной ситуации, высокочастотная энергия сжатия прикладывается к поворотному соединительному элементу, в результате чего реверсивный буфер становится полностью выдвинутым. Вследствие этого открытый конец колонного элемента 63, ближайший к кронштейновой пластине 41, входит в зацепление с задней гранью кольцевого клина 49 и перемещает его конус дальше в зацепление с конусом 47 в стенке полой трубы 44.
Предполагая, что удар является достаточно энергичным, это заставляет конус 47 перемещаться вдоль стенки к кронштейновой пластине 41, необратимо деформируя полую трубу 44 поглощающим энергию образом. Это высокое ударное усилие в аварийной ситуации, следовательно, надежно и предсказуемо поглощается.
Размеры кубовидной рамки 34 являются такими, что даже после такой деформации полой трубы 44 (которая приводит в результате к тому, что ее часть увеличенного диаметра перемещается ближе к кронштейновой пластине 41) остается достаточный зазор между полой трубой и кубовидной рамкой 34, чтобы позволить карданным шарнирам 31, 32 продолжать функционировать. Таким образом, риск схода с рельсов, который был бы вызван блокировкой поворотного соединительного элемента при аварии, по всей вероятности, предотвращается.
Как показано схематически в варианте осуществления данного изобретения, изображенном на фиг. 4, часть длины полой трубы выступает наружу через отверстие в кронштейновой пластине 41. Это также обеспечивает общую компактность соединительного элемента, с осями поворота, перекрывающими соединительный элемент. Это уменьшает крутящие моменты, которые могли бы возникнуть в очень длинном устройстве (таком как устройства уровня техники, предшествующего данному изобретению), в котором сжимающее усилие действует смещенным от центра. Следовательно, вероятность того, что часть реверсивного буфера поворотного соединительного устройства будет заблокирована при использовании, уменьшается.
Как видно из фиг. 3, индикаторное устройство 77 обеспечено на колонном элементе 63. Оно представляет собой визуальный индикатор того, был ли нереверсивный буфер полностью выдвинут. Индикаторное устройство 77 может иметь разнообразные формы, которые известны специалисту в данной области техники. После использования буфера 30, следовательно, будет немедленно видно, была ли полая труба пластически деформирована, как описано выше. Безопасность соединительного элемента, следовательно, может быть легко оценена.
Еще одно преимущество конструкции данного изобретения состоит в том, что наличие деформируемой полой трубы, частично перекрывающейся с частями реверсивного буфера, описанными выше, означает, что последние, по всей вероятности, будут защищены от повреждения в случае возникновения удара с высокой энергией. Таким образом, даже после сильного удара вероятно, что только полая труба 44 потребует замены, перед тем как поворотный соединительный элемент может быть использован снова.
Различные характерные особенности поворотного соединительного элемента могут быть изменены в рамках объема данного изобретения. В частности, относительные размеры изображенных частей могут быть изменены, например, для обеспечения соединительных элементов различных размеров и режимов работы. Кроме того, тип реверсивного буфера может быть изменен, при этом необходимо только, чтобы эта часть соединительного элемента входила внутрь пространства, имеющегося между штоком 51 и колонным элементом 63.
Еще одна вариация в рамках объема данного изобретения относится к количеству и размеру пружинных элементов 76.
В целом, как указано, данное изобретение представляет собой значительное усовершенствование при разумной цене по сравнению с соединительным устройством уровня техники, предшествующего данному изобретению.
Перечень или обсуждение фактически ранее опубликованного документа в данном техническом описании не следует обязательно понимать, что этот документ является частью современного уровня техники или является общеизвестным.