ПОГЛОЩАЮЩИЙ АППАРАТ
ABSORBING APPARATUS

Изобретение относится к поглощающим аппаратам, применяемым на железнодорожных транспортных средствах и обеспечивающим поглощение энергии ударов как за счет фрикционных, так и упругих сил.
Подобные поглощающие аппараты широко известны в уровне техники. Так, известен поглощающий аппарат ПМКП-110 (см., например, RU 2173273 C2), который содержит корпус с дном, комплект упругих элементов, который одним концом опирается на дно корпуса, а другим концом взаимодействует с опорной плитой, а также фрикционные клинья, которые опираются на опорную плиту, и нажимной конус, который взаимодействует с фрикционными клиньями.
В этом известном аппарате также используется центральный стрежень, вдоль которого скользят упругие элементы и который служит в качестве средства удержания всего аппарата в сборе, ориентирует упругие элементы и препятствует потере устойчивости всего пакета упругих элементов. Указанный стержень проходит сквозь дно корпуса, которое имеет выступающий внутрь корпуса уступ, который одновременно на внешней стороне дна образует карман для приема головки указанного стержня.
Данному аппарату присущи недостатки, связанные с ограниченной энергоемкостью комплекта упругих элементов. Это обусловлено как достижением предельных характеристик материала упругих элементов, так и наличием указанного уступа в дне корпуса, необходимого для формирования внешнего кармана для приема головки стержня с целью исключения выступающих за пределы корпуса элементов аппарата при его сжатии.
Указанный уступ внутри корпуса понижает энергоемкость придонного упругого элемента и, соответственно, всего аппарата. Кроме того, наличие указанного уступа требует специфического выполнения придонного упругого элемента, а также связано с дополнительными производственными затратами для изготовления данного уступа (специальная оснастка и/или дополнительная обработка).
Частично указанные проблемы решены в техническом решении согласно RU 87765 U1, которое можно рассматривать в качестве ближайшего уровня техники. Здесь исключен выступающий внутрь корпуса уступ и дно выполнено плоским. Таким образом, исключены проблемы, связанные с негативным влиянием уступа на энергоемкость придонного упругого элемента и на ход сжатия поглощающего аппарата. Также исключены специальные требования к форме и размерам придонного упругого элемента и уменьшены производственные расходы, связанные с формированием двустороннего уступа в дне корпуса. Однако энергоемкость комплекта упругих элементов все еще имеет потенциал для повышения.
Проблема здесь видится в недостаточной жесткости упругих элементов, которая ограничивается только материалом самих упругих элементов, правда исключены механические причины, а именно уступ, негативно влияющие на эту жесткость. Недостаточная жесткость упругих элементов влечет за собой недостаточную энергоемкость комплекта упругих элементов, особенно в случае всеповышающихся требований к степени поглощения ударных нагрузок на железнодорожном транспорте.
Соответственно, задачей изобретения является предложение поглощающего аппарата, в котором механическими или конструктивными мероприятиями повышена энергоемкость поглощающего аппарата при исключении какого-либо существенного усложнения процесса изготовления или сборки аппарата, и/или увеличении затрат для этого.
Это в соответствующем изобретению поглощающем аппарате железнодорожного транспортного средства, содержащем корпус, имеющий боковую стенку и дно, комплект последовательно установленных упругих элементов, который включает в себя обращенный ко дну и опирающийся на него концевой упругий элемент, обращенный от дна концевой упругий элемент и расположенные между ними средние упругие элементы, центральный стержень, который проходит в осевом направлении сквозь комплект упругих элементов, опорную плиту, которая опирается на обращенный от дна концевой упругий элемент, подвижные и неподвижные фрикционные пластины, установленные в корпусе, фрикционные клинья, которые опираются на опорную плиту и взаимодействуют с фрикционными пластинами, нажимной конус, который взаимодействует с фрикционными клиньями, реализовано за счет того, что в дне корпуса выполнена сферическая выемка, в которую установлен обращенный ко дну концевой упругий элемент, причем стенка выемки образует выполненный заподлицо с донной поверхностью корпуса ограничительный упор, который препятствует расширению концевого упругого элемента в направлении боковой стенки корпуса.
При этом в одном варианте изобретения предусмотрено, что между стенкой сферической выемки и торцом установленного в нее концевого упругого элемента имеется приемная полость для приема материала концевого упругого элемента при аксиальном сжатии комплекта упругих элементов.
Сферическая выемка обеспечивает центрирование пакета в процессе его установки, и при этом обращенный ко дну концевой упругий элемент в процессе сжатия пакета упирается в стенку сферической выемки, которая тем самым представляет собой ограничительный упор, который препятствует деформации упругого элемента в направлении боковой стенки корпуса. Указанное препятствие деформации приводит к повышению жесткости упругого элемента и тем самым увеличивает его энергоемкость, что соответственно приводит к таким же эффектам для всего упругого комплекта.
При этом указанное препятствие деформации тем больше, чем сильнее аксиальное сжатие комплекта и упругого элемента. Этому дополнительно способствует имеющаяся после установки упругого элемента в выемку приемная полость, поскольку при повышении нагрузки материал упругого элемента заполняет эту полость, вследствие чего увеличивается площадь контакта со сферической поверхностью или стенкой выемки и соответственно увеличивается препятствие для деформации упругого элемента. То есть сферическая стенка выемки обеспечивает увеличивающуюся с повышением нагрузки жесткость по меньшей мере последнего упругого элемента и тем самым увеличивает энергоемкость всего упругого комплекта.
Кроме того, сферическое выполнение выемки способствует равномерному распределению напряжений при указанной объемной деформации упругого элемента и одновременно препятствует потере устойчивости всего комплекта. Это может быть особенно предпочтительно в случае незакрепленного центрального стрежня и, кроме того, позволяет уменьшить габариты этого стержня, что в свою очередь позволяет увеличить внутрь упругие элементы и тем самым еще больше увеличить энергоемкость всего комплекта упругих элементов.
При этом сферическая выемка предоставляет ограничительный упор для деформации упругого элемента, который расположен заподлицо с донной поверхностью корпуса. С одной стороны, это позволяет использовать стандартные упругие элементы для концевого элемента пакета и исключает негативное влияние на величину хода сжатия всего комплекта и его энергоемкость. С другой стороны, это исключает какие-либо дополнительные мероприятия по изготовлению корпуса аппарата, как, например, усложнение литейной формы или применение дополнительной оснастки или последующей обработки для создания выступающих элементов в дне корпуса, и, тем самым, положительно сказывается на производственных затратах.
Таким образом, выполнение сферической выемки в дне корпуса позволяет повысить жесткость и энергоемкость всего комплекта упругих элементов и особенно контактирующего с дном упругого элемента, обеспечить увеличение жесткости с увеличением аксиального сжатия комплекта в процессе работы, повысить устойчивость комплекта в процессе сжатия, а также исключает усложнение и удорожание изготовления корпуса, использование специальных (отличных от остальных) упругих элементов для последнего элемента комплекта и негативное влияние на сборку аппарата (в частности, на центрирование комплекта). В целом получается более простой, экономичный и энергоемкий аппарат.
Ниже изобретение поясняется со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлено:
Фиг. 1 - общий вид поглощающего аппарата,
Фиг. 2 - увеличенный фрагмент с Фиг. 1.
Соответствующий изобретению поглощающий аппарат железнодорожного транспортного средства в общем виде представлен на фиг. 1. Как видно, поглощающий аппарат включает в себя корпус, который имеет боковую стенку 1 и дно 2. Боковая стенка 1 вместе с дном 2 задает внутреннее пространство корпуса, которое является открытым на одной стороне, и может быть выполнена по существу прямоугольной в поперечном сечении.
В корпусе установлен комплект 3 последовательно расположенных отдельных упругих элементов, состоящий из концевых упругих элементов 4, 5 и средних упругих элементов 6. Комплект 3 одним своим концевым упругим элементом 4 опирается на дно корпуса, а другим своим концевым упругим элементом 5 взаимодействует с опорной плитой 8.
Также в корпусе расположен центральный стрежень 7, который проходит в осевом направлении аппарата сквозь комплект 3 упругих элементов и который обеспечивает устойчивость всего пакета 3. Упругие элементы обычным образом направляются вдоль этого стержня 7 в процессе работы аппарата.
Центральный стрежень 7 в показанном варианте не закреплен в корпусе и по существу не нагружается никакой продольной нагрузкой. Обращенный ко дну конец стержня 7 здесь не имеет никакой головки. Однако в отдельных вариантах выполнения аппарата центральный стрежень может быть снабжен головкой. При этом в зависимости от выполнения аппарата указанная головка может либо просто взаимодействовать с обращенным ко дну упругим элементом и тем самым являться дополнительным средством для предотвращения выскакивания стержня, либо - если стержень проходит сквозь дно корпуса - может взаимодействовать с внешней поверхностью дна корпуса, что может быть использовано в случае аппаратов, в которых центральный стрежень выполняет функцию удержания всего аппарата в сборе.
Далее аппарат содержит фрикционный узел, который обычным образом включает в себя фрикционные клинья 9, опирающиеся на опорную плиту 8, и установленные в корпусе неподвижные и подвижные фрикционные пластины, а также нажимной конус 10. Взаимодействие указанных фрикционных элементов осуществляется обычным образом и подробнее здесь не описывается.
В этом принципиальном выполнении заявленный поглощающий аппарат сходен с известными аппаратами и поэтому более подробно здесь не описывается ни сам аппарат, ни его функционирование.
Отличие заявленного поглощающего аппарата представлено на фиг. 2, где в увеличенном виде показано взаимодействие дна 2 корпуса с концевым упругим элементом 4 комплекта 3, называемым также как придонный упругий элемент.
Как видно, в дне 2 выполнена сферическая выемка 11. В сферическую выемку 11 в процессе сборки аппарата установлен придонный упругий элемент 4, причем в процессе сборки указанная выемка облегчает центрирование всего комплекта 3. Также в указанную сферическую выемку входит центральный стержень 7, который опирается своим концом на центральную часть сферической выемки и для этого предпочтительным образом имеет форму указного конца, ответную форме поверхности дна 2, задающей стенку сферической выемки 11.
Поскольку в процессе сборки аппарата создается некоторая первоначальная степень поджатия комплекта 3 упругих элементов, то после установки придонного упругого элемента 4 в сферическую выемку он упирается своим концом в стенку сферической выемки 11, как в радиальном, так и в аксиальном направлении. Фактически имеет место контакт по поверхности (не показано) между придонным упругим элементом 5 и стенкой сферической выемки 11.
Таким образом, стенка сферической выемки представляет собой ограничительный упор для придонного упругого элемента 4, который (упор) выполнен заподлицо с донной поверхностью корпуса и является препятствием для деформации или расширения придонного упругого элемента в радиальном направлении (к боковой стенке корпуса) при приложении аксиальной нагрузки к поглощающему аппарату в процессе его эксплуатации.
Сферическая выемка 11 может быть рассчитана так, чтобы в собранном состоянии поглощающего аппарата придонный упругий элемент заканчивался по существу на границе выемки и тем самым по существу не выходил за пределы выемки и не заходил на донную поверхность корпуса.
Однако также возможно, чтобы концевой упругий элемент выходил за границу выемки и контактировал с донной поверхностью корпуса или же располагался в выемке на расстоянии от ее внешней границы. В последнем случае возможно, что выемка занимает большую или по существу всю поверхность дна 2. Конкретный вариант выполнения выемки 11 определяется среди всего прочего материалом упругого элемента, конструктивной целесообразностью и предполагаемыми в процессе эксплуатации поглощающего аппарата нагрузками.
Существенным моментом здесь является то, что в собранном состоянии поглощающего аппарата концевой упругий элемент 4 должен быть по меньшей мере частично установлен или принят в сферической выемке 11.
Далее, может быть предусмотрено, что сферическая выемка 11 и/или придонный упругий элемент 4 рассчитаны так, что после установки придонного упругого элемента 4 в сферическую выемку 11 упругий элемент, соответственно, его торец прилегает не ко всей находящейся под ним стенке выемки 11, а может оставаться приемная полость 12 между стенкой выемки 11 и придонным упругим элементом 4, соответственно, его торцом.
Указанная приемная полость 12 служит для приема материала придонного упругого элемента 4 при аксиальном сжатии поглощающего аппарата в процессе эксплуатации. Указанный прием материала приводит к увеличению поверхности контакта между придонным упругим элементом и стенкой сферической выемки. Это увеличивает площадь указанного ограничительного упора и создает еще большее препятствие для деформации придонного элемента как за счет сил трения, так и за счет увеличения силы реакции опоры, и тем самым еще больше повышает жесткость упругого элемента и его энергоемкость. Таким образом, наличие сферической выемки 11 и приемной полости 12 обеспечивает изменяющийся в зависимости от прикладываемой нагрузки ограничительный упор или соответственно поверхность ограничительного упора, который тем самым обеспечивает изменение жесткости и энергоемкости придонного упругого элемента 4 при изменяемой нагрузке.
Очевидно, что в случае отсутствия приемной полости придонный упругий элемент сразу же находится в состоянии, когда за счет предварительного поджатия комплекта 3 произведена выборка указанной приемной полости. Это несколько изменяет указанный выше характер изменения жесткости и энергоемкости в начальный момент аксиального сжатия комплекта при работе поглощающего аппарата, но в дальнейшем он является идентичным варианту с приемной полостью.
Следует отметить, что при происходящей в процессе эксплуатации поглощающего аппарата объемной деформации придонного упругого элемента его контакт со сферической поверхностью, соответственно, стенкой сферической выемки обеспечивает более равномерное распределение напряжений, что повышает устойчивость комплекта и его надежность ввиду отсутствия перекосов и нелинейного ввода усилий в комплект упругих элементов.