БАМПЕР ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE BUMPER

Изобретение относится к устройствам для гашения кинетической энергии удара при столкновении транспортного средства с препятствием.
Известны бамперы транспортных средств, содержащие смонтированные на кузове наружный подвижный энергопоглощающий элемент и внутреннее неподвижное основание, упруго соединенные промежуточными элементами либо в виде винтовых цилиндрических пружин с устройством их фиксации в сжатом состоянии /см. а.с. СССР №1162641, кл. B60R 19/18, 1984 [1]/, либо жесткими стержнями, ориентированными попарно под углом друг к другу и шарнирно соединенными одними из концов между собой и основанием /см. патент РФ на полезную модель №53632, кл. B60R 19/02, 2005 [2]/, либо в виде шарнирно соединенных звеньев, V-образной пружины и механизма фиксации подвижного элемента относительно неподвижного, выполненного в виде размещенных на концах пружины зубьев, введенных в зацепление с установленными на подвижном элементе специальными зажимами /см. а.с. СССР №984903, кл. B60R 19/08, 1980 [3]/.
Недостатками известных устройств являются низкая эффективность защиты транспортного средства при столкновениях вследствие реализации устройствами пассивных методов обеспечения безопасности, отсутствием в их конструкциях элементов с высокой степенью энергопоглощения и диссипации энергии удара.
Известны также бамперы транспортных средств, содержащие ударный брус, укрепленный на кузове с помощью поршней, штоков и толкателей, упруго соединенных с системой энергопоглощающих деформирующихся элементов в форме пакета гофрированных дисков, перфорированных обечаек из упругопластичного материала /см. а.с. СССР №379787, кл. B60R 19/04, 1970 [4]; а.с. СССР №664544, кл. B60R 19/08, F16F 13/00, 1973 [5]; а.с. СССР №943036, кл. B60R 19/02, B60N 1/00, 1981 [6]/.
Недостатками известных устройств являются сложность и громоздкость конструкций, а также сравнительно низкая эффективность защиты при ударных столкновениях транспортного средства с препятствием, объясняемая пассивным методом обеспечения безопасности.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является бампер транспортного средства, содержащий смонтированные на кузове внешнюю подвижную и внутреннюю опорную 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 №1532375, кл. B60R 19/18, E02B 3/22, 1988 [7]/, и принятый за прототип.
Данное устройство обеспечивает рациональное перераспределение силы удара по площади ударных поверхностей, а также прогрессирующее /нелинейное/ возрастание поглощения энергии и силы сопротивления удару на конечном участке перемещения транспортного средства.
Недостатками устройства-прототипа являются сравнительно низкая эффективность защиты при ударных столкновениях транспортного средства с препятствием, объясняемая пассивным методом обеспечения безопасности и отсутствием в конструкции элементов с высокой степенью энергопоглощения и диссипации энергии удара, а также сложность сборки и регулировки устройства.
Сущность изобретения заключается в создании конструкции бампера транспортного средства с высокими энергопоглощающими и диссипацирующими свойствами, обладающей повышенной эффективностью гашения кинетической энергии удара при столкновениях за счет реализации активного метода обеспечения безопасности путем обратного гидродинамического воздействия на воспринимающий удар подвижный элемент.
Технический результат - повышение эффективности защиты транспортного средства при его столкновениях с препятствием за счет активного гашения кинетической энергии удара.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном бампере транспортного средства, содержащем смонтированные на кузове внешнюю подвижную и внутреннюю опорную рамы, соединенные между собой упругими энергопоглощающими элементами, особенность заключается в том, что упругие энергопоглощающие элементы выполнены в виде гофрированных сварных сильфонов, представляющих собой блок мембранных стальных коробок, составленный из мембран с большим диаметром отверстия, заполненных вязкой морозоустойчивой жидкостью и снабженных концентрично установленными на их боковых поверхностях вблизи концов системой полых упругих стальных тарелок с осевым отверстием, геометрически соединенных своими внутренними полостями с полостью сильфонов дросселирующими отверстиями, при этом тарелки со сторон внешней и внутренней рам обращены своими вогнутыми поверхностями соответственно к этим рамам, выполнены с увеличивающимися в направлениях от краев сильфонов диаметрами с концентричным охватом друг друга и введены своими наружными краями в упругий силовой контакт по кольцевым контурам без фиксации с внутренними поверхностями близрасположенных рам.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен на виде сверху с продольным разрезом один из упругих энергопоглощающих элементов устройства; на фиг.2 - увеличенная зона 1 соединения двух мембранных коробок и подсоединения тарелки к сильфону.
Бампер транспортного средства содержит смонтированные на кузове 1 внешнюю подвижную 2 и внутреннюю опорную 3 рамы, соединенные между собой упругими энергопоглощающими элементами 4. Последние выполнены в виде гофрированных сварных сильфонов, представляющих собой блок мембранных стальных коробок 5, составленный из мембран с большим диаметром отверстия, при этом коробки 5 последовательно соединены друг с другом путем выполнения сварного шва 6 /см. фиг.2/ по торцам кольцевых центров 7 каждой из коробок 5 /см. Л.Е. Андреева. Упругие элементы приборов, М., 1962, стр.258, 327-328 [8]/. Крепление концов сильфонов 4 к подвижной 2 и опорной 3 рамам осуществлено путем сварки с внутренними поверхностями рам 2, 3 по всей плоскости торцов сильфонов 4 с образованием сварных круглых зон 8. Внутренняя герметичная полость 9 сильфонов 4 заполнена вязкой морозоустойчивой жидкостью 10, в качестве которой использовано либо жидкое минеральное индустриальное масло общего назначения типа И-12А /ГОСТ 20799-75/, имеющее динамическую вязкость порядка η=100 мПа·с и температуру застывания не выше -30°C /при использовании специальных добавок в случае необходимости эта температура может быть понижена до -50°C/, либо специальная жидкая консистентная водоморозоустойчивая смазка УТВ-МА. На боковых поверхностях сильфонов 4 вблизи их концов концентрично установлена система полых упругих стальных тарелок 11, 12 с осевым отверстием 13, герметично соединенных своими внутренними полостями 14 с полостью 9 сильфонов 4 дросселирующими отверстиями 15. При этом тарелки 11, 12 введены между гофрами сильфонов 4, которые своими впадинами между гофрами, то есть самыми узкими местами, находящимися в зонах 6 сварки центров 7, вставлены с натягом в осевые отверстия 13 тарелок 11, 12, причем для обеспечения герметичности соединения полостей 14 тарелок 11, 12 с полостью 9 сильфонов 4 и фиксации тарелок на поверхностях сильфонов контактирующие кольцевые поверхности 16 на нижней части гофров сильфонов 4 и тарелок 11, 12 вокруг осевых отверстий 13 в тарелках 11, 12 проварены. Дросселирующие отверстия 15 выполнены периодически по кольцу в стенках кольцевых центров 7 коробок 5, то есть отверстия 15 по обе стороны от сварного шва 6 выходят в полости 14 тарелок 11, 12. Тарелки 11, установленные на сильфонах 4 вблизи их концов со стороны внешней рамы 2, и тарелки 12 - со стороны внутренней рамы 3 обращены соответственно к этим рамам своими вогнутыми поверхностями. При этом тарелки 11, 12 выполнены с увеличивающимися в направлении от краев сильфонов 4 диаметрами с концентричным охватом друг друга и введены своими наружными краями в упругий силовой контакт за счет осевого натяга по кольцевым контурам без фиксации с внутренними поверхностями близрасположенных рам 2, 3. Сборка сильфонов 4 с тарелками 11, 12 и их крепление между рамами 2, 3 должны быть осуществлены в строго заданной последовательности. Сначала незаполненные жидкостью 10 мембранные коробки 5 собирают в блоки /сильфоны 4/ и прикрепляют к ним тарелки 11, 12. Для этого на кольцевой центр 7 одной из коробок 5 с натягом осевым отверстием 13 надевают тарелку 11 /12/, далее с выполнением сварного шва 6 к данной коробке 5 приваривают соседнюю, после чего для обеспечения герметичности и фиксации тарелок 11, 12 проваривают кольцевые поверхности 16 гофров сильфонов 4 и тарелок 11, 12 вокруг отверстий 13. После этого сильфоны 4 торцами при осевом натяге приваривают с образованием сварных зон 8 к рамам 2, 3 и вводят жидкость 10 в полость 9 сильфонов 4 через специальные технологические отверстия /не показаны/, которые после этого завариваются. Изготовление и сборка устройства осуществлены так, что контакт наружных краев тарелок 11, 12 с внутренними поверхностями рам 2, 3 произведен со значительными силами прижатия без фиксации, то есть относительное смещение этих краев по поверхностям рам 2, 3 сопряжено с преодолением значительных сил трения.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Воздействие на внешнюю подвижную раму 2 при столкновении транспортного средства с препятствием ударных нагрузок приводит одновременно к возникновению сложных пространственных связанных продольно-изгибных упругих перемещений сильфонов 4 и тарелок 11, 12 вместе с заполняющей их вязкой жидкостью 10, к относительным перемещениям жидкости 10 в полостях 9 сильфонов 4, имеющих за счет гофрированных стенок значительное гидравлическое сопротивление движущейся жидкости, к перемещениям жидкости 10 в полостях тарелок 11, 12, изменяющих под действием нагрузок свою конфигурацию, кривизну и т.п., а также к постоянному продавливанию вязкой жидкости 10 в обоих направлениях сквозь дросселирующие отверстия 15. Кроме того, сближение-удаление рам 11, 12 при ударах приводит к силовым смещениям наружных краев тарелок 11, 12 относительно внутренних поверхностей рам 2, 3 при изменении формы тарелок, сопровождающимся преодолением значительных сил трения. В результате всех вышеуказанных процессов происходит эффективное поглощение и диссипация кинетической энергии удара в материале сильфонов 4, тарелок 11, 12 и в вязкой жидкости 10. При этом за счет обеспечения возможности одновременной податливости упругой системы сильфоны 4 - тарелки 11, 12 - жидкость 10 вместе с подвижной рамой 2 во всех пространственных направлениях любой косой или фронтальный удар в раму 2 сразу же трансформируется в более безопасный для кузова 1 скользящий удар. Любой удар в раму 2 в зоне ее контакта с любым из сильфонов 4 немедленно за счет пространственных деформаций сильфонов 4 и тарелок 11, 12 и перераспределения в них жидкости 10 передается в зоны контакта с рамой 2 торцов тарелок 11, 12, и наоборот /то же самое относится и к раме 3/, в результате чего происходит эффективное перераспределение площади соударяющихся поверхностей. Увеличение площади сильфонов 4 в процессе удара при их сжатии, а также частичное распрямление тарелок 11, 12 и увеличение зон контакта их краев с рамами 2, 3 /вплоть до параллельности плоскостей тарелок и рам/ приводит к прогрессирующему /нелинейному/ нарастанию силы сопротивления удару и поглощению его энергии на конечном участке перемещения рамы 2. Снабжение сильфонов 4 тарелками 11, 12 при заполнении их вязкой жидкостью 10 обеспечивает разнонаправленное /противофазное/ перемещение жидкости в сильфоне и тарелках при ударном воздействии рамы 2 в зоне контакта с одним из этих элементов, что приводит к обратному динамическому воздействию на подвижную раму 2, то есть обуславливает активное динамическое гашение кинетической энергии удара, реализуя тем самым классический вариант активного способа гашения путем противофазного воздействия на источник возмущения.
По мнению заявителя, предлагаемая конструкция бампера может быть использована в тех или иных частных конструктивных вариантах в различных моделях транспортных средств, обеспечивая при этом возможность достижения высокой степени защиты транспортного средства от ударов при его столкновениях с препятствиями и другими транспортными средствами.