ПОГЛОЩАЮЩИЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и касается поглощающих аппаратов, устанавливаемых в автоматические сцепные устройства грузовых вагонов.
Известен поглощающий аппарат (Патент RU 2128301 C1, МПК F16F 7/08, B61G 9/02, приоритет 0.06.1998, опубликован 7.03.1999), содержащий корпус в виде стакана, в котором симметрично его внутренним стенкам размещен нажимной усеченный конус, пара фрикционных клиньев с опорной плитой, по паре подвижных и неподвижных пластин, а также возвратно-подпорное устройство в виде пакета упругих элементов из полимера (термопласта), разделенных между собой шайбами. Такой пакет расположен совместно с опорной плитой и клиньями между нажимным конусом и днищем корпуса и стянут болтом через имеющиеся в упругих эластомерах центральные отверстия.
Недостатком данного технического решения является отсутствие регулировки при сборке аппарата, что не позволяет компенсировать неблагоприятные сбеги допусков на размеры сопрягаемых деталей, определяющие длину и усилие начальной затяжки возвратно-подпорного устройства, и, как следствие, приводит к нестабильности силовой характеристики и показателей энергоемкости поглощающего аппарата в целом.
Более стабилен по показателям энергоемкости принятый за прототип полезной модели поглощающий аппарат [2]. Он также, как и аналог [2] содержит корпус в виде стакана, в котором размещены нажимной конус, два фрикционных клина с нажимной плитой, две подвижные и две неподвижные фрикционные пластины, а также возвратно-подпорное устройство в виде пакета полимерных упругих элементов, расположенных совместно с нажимным конусом и клиньями между нажимной плитой и днищем.
Для улучшения сборки и уменьшения перекоса такого пакета его упругие элементы разделены между собой центрующими пластинами, и еще одна центрирующая пластина расположена между пакетом полимерных упругих элементов и нажимной плитой, при этом угол между нажимным конусом и фрикционными клиньями составляет 42°, а суммарная длина полимерных упругих элементов, без учета центрирующих пластин, в состоянии, соответствующем начальной затяжке аппарата, подготовленного для установки в автосцепное устройство, превышает полный рабочий ход аппарата не менее чем в 3 раза.
Причем, при неблагоприятных сбегах допусков сопрягаемых деталей поглощающего аппарата, упомянутый его рабочий ход обеспечивается за счет регулировочных прокладок определенной толщины, при этом статическая силовая характеристика подпорного блока после его многократного нагружения находится в заданном интервале. Кроме того, установленные между упругими элементами центрирующие пластины выполнены в нескольких исполнениях по толщине и применяются в определенном количественном отношении в зависимости от сбега допусков сопрягаемых деталей поглощающего аппарата, совмещая в себе функцию регулировочных прокладок.
Однако поглощающий аппарат-прототип [2] недостаточно энергоемок из-за сравнительно небольшой суммарной длины своих полимерных упругих элементов. Это не способствует, в совокупности с наличием в нем разделительных пластин, реализации возможности применения полимерных упругих элементов большей высоты или большего их количества, что позволило бы повысить усилие начальной затяжки поглощающего аппарата, получить его силовую характеристику более плавной и прямолинейной. Это ухудшает энергоемкость поглощающего аппарата.
В конце своего рабочего хода полимерные упругие элементы в таком устройстве из-за сравнительно короткой базы их пакета испытывают значительные критические деформации, а также значительно увеличиваются по диаметру при сжатии. Это вызывает появление со временем микротрещин в полимерных упругих элементах и их интенсивное истирание о стенки корпуса поглощающего аппарата или о детали его фрикционного узла, что снижает долговечность полимерных упругих элементов и ухудшает надежность поглощающего аппарата в целом.
Так как угол между нажимным конусом и фрикционными клиньями у аппарата-прототипа [2] сравнительно большой, составляет 42°, то на фрикционные клинья приходится повышенная ударная нагрузка и создается значительное распорное усилие, воздействующее на стенки корпуса, увеличивая их износ и снижая надежность поглощающего аппарата в целом.
Кроме того, наличие центрирующей пластины между пакетом полимерных упругих элементов и нажимной плитой усложняет конструкцию и сборку поглощающего аппарата.
Поэтому задача полезной модели - в достижении технического результата по обеспечению повышения энергоемкости и надежности поглощающего аппарата, а также по упрощению его конструкции и сборки.
Поставленная задача решается тем, что поглощающий аппарат (фиг. 1), содержащий корпус 1 в виде стакана, нажимной конус 4 с центральным отверстием 5, фрикционные клинья 6 с нажимной плитой 7, подвижные и неподвижные фрикционные пластины 8, 9, а также расположенное между нажимной плитой 7 и днищем 2 корпуса 1, возвратно-подпорное устройство в виде пакета полимерных упругих элементов 13, разделенных между собой центрующими пластинами 14, причем фрикционные клинья 6, подвижные и неподвижные фрикционные пластины 8, 9, а также пакет полимерных упругих элементов 13 сжаты с помощью стяжного болта 20 и гайки 21 через нажимной конус 4 и бонку 3 днища 2 корпуса 1, обеспечивая начальную затяжку поглощающего аппарата, подготовленного для установки в автосцепное устройство грузовых вагонов, имеет отличительные признаки, позволяющие достичь технического результата задачи полезной модели, согласно нижеприведенной таблицы:
Отличительный признак
Чем достигается технический результат
1
2
Суммарная длина полимерных упругих элементов 13, без учета центрирующих пластин 14, в состоянии поглощающего аппарата, соответствующего его начальной затяжке, подготовленного для установки в автосцепное устройство грузовых вагонов, превышает полный его рабочий ход не менее чем в 3 раза.
Это способствует реализации возможности установки полимерных упругих элементов 13 большей высоты или большего их количества, чем в прототипе [2], что позволяет повысить усилие начальной затяжки поглощающего аппарата, получить его более плавную и прямолинейную силовую характеристику, что обуславливает высокую энергоемкость поглощающего аппарата. При этом в конце его рабочего хода полимерные упругие элементы 13 не будут испытывать критических деформаций, что увеличивает их долговечность и надежность поглощающего аппарата в целом.
По крайней мере, в одном полимерном упругом элементе 13 возвратно-подпорного устройства выполнена, как минимум, одна наружная канавка 15, образованная
Это позволит достичь готовности полимерных упругих элементов 13 поглощающего аппарата к восприятию ими больших ударных нагрузок без утраты хороших показателей энергоемкости и силовых характеристик.
сходящимися под острым углом криволинейными и/или прямолинейными поверхностями этого полимерного упругого элемента.
При этом полимерные упругие элементы 13 будут иметь снижение своего увеличения в диаметре при их сжатии. Это предотвращает их интенсивное истирание о стенки корпуса 1 или о детали фрикционного узла поглощающего аппарата.
Угол φ между нажимным конусом 4 и фрикционными клиньями 6 менее 42°
Такое значение угла φ меньше чем в прототипе [2], что позволяет перераспределить ударную нагрузку с фрикционных клиньев 6 на пакет полимерных упругих элементов 13, снизив, тем самым, распорное усилие, воздействующее на стенки корпуса 1, уменьшив их износ и повысив надежность поглощающего аппарата в целом. Также за счет такого малого угла, появилась возможность увеличить внутреннее рабочее пространство для размещения упомянутого пакета, что облегчает сборку поглощающего аппарата
Опорная поверхность нажимной плиты 7 (фиг. 2) со стороны пакета полимерных упругих элементов 13, а также центрующие пластины 14 (фиг. 3) снабжены рельефной структурой 17 или/и пуклевочными отверстиями 19 с отбортовкой на центрующих пластинах.
Это позволит с сохранением центрирующего эффекта для пакета полимерных упругих элементов, не применять лишнюю, как в прототипе [2], центрирующую пластину между пакетом этих элементов и нажимной пластиной 7. Т.е. упрощается конструкция и повышается удобство сборки поглощающего аппарата, возникает возможность применения в нем больших по высоте полимерных упругих элементов 13 или большего их количества, что позволит повысить энергоемкость поглощающего аппарата.
Кроме того, за счет улучшения сцепления полимерных упругих элементов с рельефной структурой 17 нажимной плиты 7 и центрирующих пластин 14, а также за счет внедрения отбортовки 19 их пуклевочных отверстий в материал полимерных упругих элементов 13, ограничивается диаметральная деформация таких элементов. В результате они будут иметь снижение своего увеличения в диаметре при сжатии. Это предотвращает их интенсивное истирание о стенки корпуса 1 или о детали фрикционного узла поглощающего аппарата.
Гайка 21 стяжного болта 20 и сопрягаемая с ней часть центрального отверстия 5 в нажимном конусе 4 выполнены конусными
Такая конусная гайка 21, которая накручивается на резьбовую часть болта 20, базируясь конусной поверхностью на конусное отверстие в нажимном конусе 4, позволяет увеличить высоту пакета полимерных упругих элементов 13 без удлинения стяжного болта 20. Это также позволит применить в поглощающем аппарате полимерные упругие элементы 13 с увеличенной высотой или увеличить их количество, что направлено на повышение энергоемкости поглощающего аппарата
Длина стяжного болта 20 больше длины корпуса 1 и его диаметр находится в пределах 32-36 мм
В этом случае, при работе поглощающего аппарата в составе автосцепки грузовых вагонов определенной конструкции, концевая часть стяжного болта 20 будет иметь возможность свободно выдвигаться за днище корпуса 1 поглощающего аппарата в образовавшуюся полость внутри атосцепки и, после снятия нагрузки (окончании удара), возвращается в исходное положение с помощью упора в конусную гайку 4, за счет возврата пакета полимерных упругих элементов 13 в исходное положение. Такое удлинение стержня полезно для еще большего увеличения высоты пакета полимерных упругих элементов 13 внутри поглощающего аппарата, повышая его энергоемкость. В этом варианте удлинения стяжного болта 20, для сохранения хорошей его прочности - рекомендуемый его диаметр 32-36 мм.
Высота бонки 3 днища 2 корпуса 1 более 50 мм.
Это позволяет резьбовой части стяжного болта 20 выступать дальше за торец горловины корпуса 1 поглощающего аппарата, что обеспечивает возможность увеличения пространства для размещения пакета полимерных упругих элементов 13. Этим повышается удобство и безопасность сборки поглощающего аппарата, а также повышается устойчивость и ограничивается чрезмерная деформация крайнего полимерного упругого элемента 13, расположенного на днище 2 корпуса 1, что увеличивает его долговечность.
Неподвижная фрикционная пластина выполнена целиком из металла или же с фрикционными накладками
Это позволит в первом случае применять упрощенную конструкцию неподвижной фрикционной пластины 9, а во втором - повысить энергоемкость поглащающего аппарата.
Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1 показан совмещенный вид-разрез поглощающего аппарата, на фиг. 2, 3 - примеры поверхностей, соответственно, его нажимной плиты и центрирующей пластины из пакета полимерных упругих элементов; на фиг. 4-6 показаны варианты выполнения полимерных упругих элементов
Позиции на фиг. 1-3 обозначают:
1 - корпус;
2 - его днище;
3 - бонка днища;
4 - нажимной конус;
5 - его центральнее отверстие;
6 - фрикционный клин;
7 - нажимная плита;
8 - подвижная фрикционная пластина;
9 - неподвижная фрикционная пластина;
10 - лапа неподвижной фрикционной пластины;
11 - боковое отверстие корпуса;
12 - накладка неподвижной фрикционной пластины;
13 - полимерный упругий элемент;
14 - центрирующая пластина;
15 - канавка, расположенная по периметру наружной поверхности полимерного упругого элемента;
16 - канавка, расположенная по периметру внутренней поверхности полимерного упругого элемента;
17 - рельефная структура на нажимной плите и центрирующей пластине;
18 - пуклевочное отверстие на нажимной плите и центрирующей пластине;
19 - отбортовка пуклевочного отверстия;
20 - стяжной болт;
21 - гайка стяжного болта.
Поглощающий аппарат (фиг. 1) собран в корпусе 1 в виде стакана, в днище 2 которого имеется бонка 3 высотой более 50 мм.
Имеется нажимной конус 4 с центральным отверстием 5, фрикционные клинья 6, расположенные между нажимным конусом 4 под углом менее 42° и нажимной плитой 7 (см. также фиг. 2) под определенным углом, подвижные фрикционные пластины 8 и неподвижные фрикционные пластины 9, зафиксированные (подробно не показано) своими лапами 10 в боковых отверстиях 11 корпуса 1. Неподвижные фрикционные пластины 9 снабжены с двух сторон накладками 12, изготовленными из материала с высоким коэффициентом трения.
Между нажимной плитой 7 и днищем 2 корпуса 1 установлено возвратно-подпорное устройство в виде пакета сжатых полимерных упругих элементов 13, разделенных между собой центрующими пластинами 14. Крайний полимерный упругий элемент 13, который упирается в днище 2 корпуса 1 и обхватывает бонку 3 с зазором, выполнен по диаметру шире других.
В любом из полимерных упругих элементах 13 может быть выполнена, как минимум, одна канавка 15, расположенная по периметру их наружной поверхности, или/и может быть выполнена, как минимум, одна канавка 16, расположенная на их внутренней поверхности.
Канавки 15 и 16 (фиг. 4-6) могут быть образованы сходящимися под острым углом криволинейными и/или прямолинейными поверхностями полимерного упругого элемента 13.
Опорная поверхность нажимной плиты 7 со стороны пакета полимерных упругих элементов 13, а также центрующие пластины 14 снабжены рельефной структурой 17 в виде, например, концентричных (фиг. 2) или взаимно-перпендикулярных (фиг. 3) неглубоких канавок, а также могут снабжаться пуклевочными отверстиями 18, отбортовки 19 которых направлены в одну сторону на нажимной плите 7 и в разные стороны на центрирующих пластинах 14.
Причем фрикционные клинья 6, подвижные и неподвижные фрикционные пластины 8, 9, а также пакет полимерных упругих элементов 13 сжаты с помощью стяжного болта 20 и гайки 21 через нажимной конус 4 и бонку 3 днища 2 корпуса 1, обеспечивая начальную затяжку поглощающего аппарата, подготовленного для установки в автосцепное устройство грузовых вагонов.
Гайка 21 стяжного болта 20 и сопрягаемая с ней часть центрального отверстия 5 в нажимном конусе 4 выполнены конусными.
Длина стяжного болта 20 может быть больше длины корпуса 1 и его диаметр находится в пределах 32-36 мм.
Сборка поглощающего аппарата производится с учетом обеспечения требуемой длины пакета полимерных упругих элементов 13 в поджатом состоянии, соответствующем начальной затяжке поглощающего аппарата в составе автосцепного устройства. При этом суммарная длина полимерных упругих элементов 13, без учета центрирующих пластин 14, в состоянии поглощающего аппарата, соответствующего его начальной затяжке, подготовленного для установки в автосцепное устройство грузовых вагонов, должна превышать не менее чем в 3 раза полный его рабочий ход L (на фиг. 1 показанный между исходным и конечным положениями крайней кромки нажимного конуса 4).
Работает поглощающий аппарат следующим образом.
Под действием ударной нагрузки, со стороны автосцепного устройства грузовых вагонов железнодорожного состава (не показано), нажимной конус 4 поглощающего аппарата смещается внутрь него, сжимая через нажимную плиту 7 полимерные упругие элементы 13 и прижимая фрикционные клинья 6 к накладкам 12 неподвижных фрикционных пластин 9, создавая между ними силу трения, которая увеличивается при вовлечении в движение подвижных фрикционных пластин 8, которые прижимаются к неподвижным фрикционным пластинам 9. Когда упомянутая сила трения возрастает до наибольшей величины при полном сжатии полимерных упругих блоков 13 (при одинаковых заданных нагрузках и скоростях соударения), происходит интенсивное торможение перемещения нажимного конуса 4 и поглощение энергии удара. При этом работа, затрачиваемая на приведение в действие поглощающего аппарата, расходуется главным образом на преодоление сил трения и сжатие пакета полимерных упругих элементов 13, и полностью поглощается, превращаясь в тепловую энергию.
При приложении нагрузки радиальный размер полимерных упругих элементов 13 увеличивается, но не очень значительно. Воздействуя своими поверхностями на рельефную структуру 17 (фиг. 2, 3) и отбортовки 19 пуклевочных отверстий 18, за счет ограничения степени деформации (расплющивания), полимерные упругие элементы 13 не приобретают остаточной деформации, чем и достигается положительный эффект.
После снятия нагрузки, силы, затраченные ранее на сжатие полимерных упругих элементов 13, обеспечивают возвращение всех подвижных частей поглощающего аппарата в исходное положение.
Использование предлагаемого поглощающего аппарата повышенной и стабильной энергоемкости позволит уменьшить ударные воздействия на грузовые вагоны через сцепные устройства и увеличить сроки их безотказной работы до списания.
Источники информации:
1, Патент RU 2128301 С1, МПК F16F 7/08, B61G 9/02, приоритет 02.06.1998, опубликован 7.03.1999.
2. Патент RU 2380257 C2, B61G 9/18, приоритет 13.11.2007, опубликован 27.01.2010 /прототип/.