ФРИКЦИОННО-ПОЛИМЕРНЫЙ АМОРТИЗАТОР УДАРА
FRICTION POLYMERIC SHOCK-ABSORBER

Изобретение относится преимущественно к железнодорожному транспорту и касается фрикционных поглощающих аппаратов автосцепки железнодорожных транспортных средств.
Из существующего уровня техники известен пружинно-фрикционный амортизатор (Авт. св. №906762), содержащий корпус, в котором размещены нажимной клин, фрикционные клинья, расположенные в контакте с поджатой пружинами опорой, пружинный комплект, подвижные фрикционные пластины и неподвижные фрикционные пластины с разгружающими выступами, между которыми закреплены износоустойчивые металлокерамические элементы.
Недостатком этого амортизатора является пониженная эффективность, обусловленная нестабильностью силовой характеристики амортизатора, проявляющейся в форме скачкообразного характера изменения силы при ударном сжатии и связанной с фрикционными автоколебаниями при скольжении, этому способствуют и большие углы наклона поверхностей нажимного клина, которые необходимо задавать при использовании малоэнергоемкого пружинного комплекса.
Известен фрикционно-полимерный поглощающий аппарат автосцепки (патент RU №2397896), содержащий корпус, внутри которого размещены подвижные и неподвижные фрикционные пластины, выполненные с уклонами, и распорный блок, который поджат полимерными упругими элементами и заполнен объемно-сжимаемым эластомером.
Этому аппарату свойственна сложность конструкции уплотнений распорного блока, используемых для поддержания его работоспособности в условиях высоких давлений, что усложняет процесс изготовления. При ударном сжатии при отсутствии герметичности распорного блока произойдет вытекание из него объемно-сжимаемого эластомера и последующее существенное снижение давления в рабочей камере блока. Это повлияет на стабильность показателей энергоемкости аппарата.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является фрикционно-полимерный амортизатор (патент RU № 2128301), содержащий корпус в виде стакана, в котором размещены нажимной усеченный конус, фрикционные клинья с опорной плитой, подвижные и неподвижные фрикционные пластины, снабженные износоустойчивыми металлокерамическими элементами, а также возвратно-подпорное устройство в виде пакета упругих элементов из полимера (термоэластопласта), разделенных между собой пластинами. Пакет полимерных элементов расположен совместно с опорной плитой и клиньями между нажимным конусом и днищем корпуса и стянут болтом через имеющиеся в элементах центральные отверстия.
Недостатками этого амортизатора является зависимость от подпорного усилия, вогнутый вид силовых характеристик возвратно-подпорного устройства и поглощающего аппарата в целом, обусловленный несовершенной формой применяемых упругих элементов, что ограничивает значения показателей энергоемкости поглощающего аппарата на уровне, соответствующем классу Т1, а также низкая надежность пакета упругих элементов при высоких скоростях соударения вагонов и низкой температуры окружающей среды.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы амортизатора за счет повышения стабильности его силовых характеристик путем устранения фрикционных автоколебаний и, соответственно, скачкообразного характера изменения силы при ударном сжатии, а также сравнительно простую конструкцию.
Указанная задача достигается во фрикционно-полимерном амортизаторе удара, содержащем корпус, в котором размещены нажимной конус, фрикционные клинья, расположенные в контакте с опорной плитой, опирающейся на упругий массив, подвижные фрикционные пластины, неподвижные фрикционные пластины с износоустойчивыми металлокерамическими элементами, мехатронный модуль в виде блоков электромагнитов, датчики движения и усилия и блок управления мехатронным модулем на основе запрограммированного микроконтроллера с элементами питания. Упругий массив выполнен в виде нескольких последовательно расположенных блоков, разделенных между собой центрирующими металлическими пластинами. Новым в заявленном изобретении является наличие мехатронного модуля в виде управляемых электромагнитов, встроенного в корпус аппарата по стороне контакта подвижных пластин с корпусом амортизатора. Управление силой удерживания электромагнитов и, как следствие, силой на аппарате, осуществляется запрограммированным микроконтроллером, который на основе датчиков движения и усилия формирует наиболее подходящую силу.
Применение во фрикционно-полимерном амортизаторе мехатронного модуля в виде управляемых электромагнитов повышает стабильность силовых характеристик и энергоемкость аппарата: во-первых, за счет управляемого усилия прижатия фрикционных пластин к корпусу увеличивается сила трения и существенно увеличивается энергоемкость аппарата, и, во-вторых, за счет увеличения нагрузки на фрикционную часть аппарата существенно снижается нагрузка на упругий массив, что повышает надежность конструкции.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид фрикционно-полимерного амортизатора удара.
Фрикционно-полимерный амортизатор удара содержит полый четырехгранный корпус 1, в котором расположены подвижные фрикционные пластины 2, нажимной конус 3, фрикционные клинья 4, контактирующие с опорной плитой 5, неподвижные фрикционные пластины 6 с износоустойчивыми металлокерамическими элементами 7. Плита 5 опирается на комплект упругих полимерных элементов 8, разделенных между собой центрирующим пластинами 9. Комплект полимерных элементов 8 совместно с опорной плитой 5, клиньями 4, нажимным конусом 3 и днищем корпуса 1 стянут болтом 10 через имеющиеся в элементах 8, опорной плите 5 и нажимном конусе 3 центральные отверстия. В корпус 1 встроен блок электромагнитов 11, управляемых блоком управления на основе микрокотроллера с элементами питания 12. Для определения параметров работы мехатронного модуля в поглощающий аппарат встраиваются датчики движения и усилия 13, фиксирующие текущее состояние поглощающего аппарата.
Фрикционный амортизатор работает следующим образом. Под действием сжимающей нагрузки и подпорного усилия со стороны упругого комплекта 8 фрикционные клинья 4 создают давление на основных поверхностях трения (поверхностях контакта подвижных 2 и неподвижных 6 фрикционных пластин и корпуса 1). Также дополнительное давление на поверхностях контакта подвижных пластин 2 и корпуса 1 создает мехатронный модуль в виде блоков электромагнитов 11, который обеспечивают заданный блоком управления 12 уровень силы удерживания. После прекращения действия силы удара, фрикционные подвижные пластины 2 выталкиваются в первоначальное положение подпорным комплектом полимерных элементов 8. Основная часть энергии удара поглощается на основных поверхностях трения (поверхностях контакта подвижных 2 и неподвижных 6 фрикционных пластин и корпуса 1). Частично энергия поглощается на вспомогательных поверхностях трения (поверхностях контакта нажимного конуса 3 и фрикционных клиньев 4, поверхностях контакта опорной плиты 5 и фрикционных клиньев 4). Часть энергии воспринимается подпорным комплектом полимерных элементов 8.