ПОГЛОЩАЮЩИЙ АППАРАТ (ВАРИАНТЫ)
ABSORBING APPARATUS

Изобретение относится к средствам амортизации действующих на конструкцию нагрузок, в частности к средствам амортизации ударных нагрузок, действующих на автосцепку железнодорожного транспортного средства.
Известны поглощающие аппараты Р-2П и Р-5П, содержащие корпус (корпус-хомут), резинометаллические элементы, нажимную и промежуточные плиты (см. В.В. Коломийченко. «Техническое обслуживание и ремонт автосцепного устройства подвижного состава железных дорог». - М., «Трансинфо», 2004 г.).
Недостатком известных поглощающих аппаратов является низкая эффективность, обусловленная использованием резинометаллических упругих элементов, которые представляют собой резиновую плоскость, привулканизированную к металлическим пластинам.
Жесткое соединение резины с металлическими пластинами не дает возможности работать всему объему резины, создавая значительное напряжение в зонах соединения с пластинами. Резина работает на раздавливание, что резко снижает долговечность упругого элемента.
Резинометаллическая конструкция существующего упругого элемента не позволяет в полной мере реализовать демпфирующие возможности резины, т.к. она работает в основном на сжатие, что приводит к значительной концентрации силы отдачи.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении эффективности поглощающего аппарата, снижении затрат на его изготовление.
Указанный результат в изобретении по первому варианту достигается тем, что в поглощающем аппарате, содержащем корпус, эластичные упругие элементы, нажимную и промежуточную плиты, в качестве эластичных упругих элементов использованы два кольца с большим и меньшим основаниями, взаимодействующими одним из своих оснований с промежуточной плитой, или два комплекта эластичных упругих колец с большим и меньшим основаниями.
В первой модификации первого варианта изобретения элементы со стороны больших оснований расположены соответственно в корпусе или в зафиксированной относительно него обойме, выполненной или зафиксированной на нажимной плите, а со стороны меньших оснований в эластичные упругие элементы вставлены выступы, выполненные на промежуточной плите и/или на зафиксированном относительно нее элементе.
Во второй модификации первого варианта эластичные упругие элементы со стороны больших оснований расположены в соответствующей обойме, выполненной и/или зафиксированной на промежуточной плите, а со стороны меньших оснований в эластичные упругие элементы вставлены выступы, выполненные соответственно на корпусе и на нажимной плите и/или на зафиксированных относительно них элементах.
В третьей модификации первого варианта эластичные упругие элементы со стороны больших оснований расположены соответственно в корпусе или в зафиксированной относительно него обойме и в обойме, выполненной или зафиксированной на промежуточной плите, а со стороны меньших оснований в эластичные упругие элементы вставлены выступы, выполненные соответственно на промежуточной плите или на зафиксированном относительно нее элементе и на нажимной плите или на зафиксированном относительно нее элементе.
В четвертой модификации первого варианта эластичные упругие элементы со стороны больших оснований расположены в обоймах, соответственно выполненных или зафиксированных на нажимной и промежуточной плитах, а со стороны меньших оснований в эластичные упругие элементы вставлены выступы, выполненные соответственно на промежуточной плите или на зафиксированном относительно нее элементе и на корпусе или на зафиксированном относительно него элементе.
Каждый комплект в первом варианте изобретения может состоять, по крайней мере, из двух эластичных упругих колец с большим и меньшим основаниями, разделенных промежуточным элементом.
В каждом комплекте кольца одноименными основаниями могут быть обращены в одну и/или в противоположную ей стороны.
Промежуточные элементы могут быть выполнены в виде двухсторонней обоймы для больших оснований соответствующих колец, и/или с двумя противоположно направленными выступами, входящими в соответствующие кольца со стороны их меньших оснований, и/или с обоймой - с одной стороны для большего основания одного кольца и с выступом - с другой стороны для вхождения в другое кольцо со стороны его меньшего основания.
Крайние эластичные упругие кольца комплектов в одной модификации со стороны больших оснований расположены соответственно в корпусе или в зафиксированной относительно него обойме и в обойме, выполненной или зафиксированной на нажимной плите, а со стороны меньших оснований в эластичные упругие кольца вставлены выступы, выполненные на промежуточной плите и/или на зафиксированном относительно нее элементе.
Во второй модификации крайние эластичные упругие кольца комплектов со стороны больших оснований расположены в соответствующей обойме, выполненной и/или зафиксированной на промежуточной плите, а со стороны меньших оснований в эластичные упругие кольца вставлены выступы, выполненные соответственно на корпусе или на зафиксированном относительно него элементе и на нажимной плите или на зафиксированном относительно нее элементе.
В третьей модификации крайние эластичные упругие кольца комплектов со стороны больших оснований расположены соответственно в корпусе или в зафиксированной относительно него обойме, выполненной или зафиксированной на промежуточной плите, а со стороны меньших оснований в эластичные упругие кольца вставлены выступы, выполненные соответственно на промежуточной плите или на зафиксированном относительно нее элементе и на нажимной плите или на зафиксированном относительно нее элементе.
В четвертой модификации крайние эластичные упругие кольца комплектов со стороны больших оснований расположены в обоймах, соответственно выполненных или зафиксированных на нажимной и промежуточной плитах, а со стороны меньших оснований в эластичные упругие кольца вставлены выступы, выполненные соответственно на промежуточной плите или на зафиксированном относительно нее элементе и на корпусе или на зафиксированном относительно него элементе.
Технический результат в изобретении по второму варианту достигается тем, что в поглощающем аппарате, содержащем корпус-хомут, эластичные упругие элементы, промежуточные плиты и, по крайней мере, одну упорную плиту, в качестве эластичных упругих элементов использованы, по крайней мере, два кольца с большим и меньшим основаниям или два комплекта эластичных упругих колец с большим и меньшим основаниями, размещенными между соответствующими плитами.
Упругие эластичные элементы со стороны больших оснований могут быть расположены в обоймах, выполненных на корпусе и плитах или только на плитах и/или зафиксированных на них элементах, а со стороны меньших оснований в эластичные упругие элементы вставлены выступы, выполненные на корпусе и плитах или только на плитах и/или на зафиксированных на них элементах.
Эластичные упругие элементы одноименными основаниями могут быть обращены в одну и/или в противоположную ей стороны.
Каждый комплект может состоять, по крайней мере, из двух эластичных упругих колец с большим и меньшим основаниями, разделенных промежуточным элементом, при этом в каждом комплекте кольца одноименными основаниями обращены в одну и/или в противоположную ей стороны.
Промежуточные элементы могут быть выполнены в виде двухсторонней обоймы для больших оснований соответствующих колец, и/или с двумя противоположно направленными выступами, входящими в соответствующие кольца со стороны их меньших оснований, и/или с обоймами - с одной стороны для большего основания одного кольца и с выступом - с другой стороны для вхождения в другое кольцо со стороны его меньшего основания.
Крайние упругие эластичные кольца комплектов со стороны больших оснований могут быть расположены в обоймах, выполненных на хомуте и плитах или только на плитах и/или на зафиксированных на них элементах, а со стороны меньших оснований в эластичные упругие кольца вставлены выступы, выполненные на хомуте и плитах или только на плитах и/или на зафиксированных на них элементах.
Технический результат в изобретении по третьему варианту достигается тем, что поглощающий аппарат, содержащий взаимодействующий с хомутом корпус или корпус-хомут, эластичные упругие элементы, взаимодействующую с хвостовиком автосцепки плиту, снабжен, по крайней мере, одной дистанционной плитой, расположенной между нажимной плитой и эластичными упругими элементами, которые выполнены в виде колец с большими и меньшими основаниями, отделенных друг от друга промежуточными элементами и расположенных вдоль ограничителя их поперечного смещения.
Ограничитель поперечного смещения колец может быть выполнен в виде обоймы, закрепленной на корпусе или образованной стенками корпуса либо в виде штанги, закрепленной на днище корпуса и проходящей через кольца, при этом дистанционные плиты выполняются с центральным отверстием.
Со стороны меньших оснований в кольца вставлены выступы, выполненные, по крайней мере, на одном промежуточном элементе и на одной из дистанционных плит, и/или на днище корпуса, и/или на элементе, зафиксированном соответственно на одной дистанционной плите и днище корпуса.
Эластичные упругие кольца одноименными основаниями могут быть обращены в одну и/или в противоположную ей стороны.
Технический результат в изобретении по четвертому варианту достигается тем, что в поглощающем аппарате, содержащем взаимодействующий с хомутом корпус или корпус-хомут, эластичные упругие элементы, взаимодействующую с хвостовиком автосцепки плиту и промежуточную плиту, эластичные упругие элементы выполнены в виде колец или комплектов колец, имеющих большее и меньшее основания, а промежуточная плита выполнена с возможностью соединения с съемным или несъемным элементом стяжного устройства, пропускаемым через отверстие, выполненное в днище корпуса.
Со стороны меньших оснований в кольца могут быть вставлены выступы, выполненные, по крайней мере, на части промежуточных элементов, расположенных между кольцами, и/или на плитах, и/или днище корпуса, и/или на элементах, зафиксированных соответственно на плитах и днище корпуса, а со стороны больших оснований кольца могут быть охвачены обоймами, выполненными, по крайней мере, на части промежуточных элементов, расположенных между кольцами, и/или на плитах, и/или на днище корпуса, и/или на элементах, зафиксированных соответственно на плитах и днище корпуса.
Эластичные упругие кольца одноименными основаниями, как и в предыдущих вариантах, обращены в одну и/или в противоположную ей стороны.
В каждом из вариантов упругие эластичные кольца, по крайней мере, в большем основании могут быть ограничены окружностями, или овалами, или многоугольниками, сами эластичные кольца в сечении могут быть выполнены в виде овала и с разными жесткостными характеристиками.
В днище обойм могут быть выполнены отверстия для захода в них выступов соответствующих элементов и/или элементы с выступами выполнены с возможностью вхождения в соответствующую обойму.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1-4 показаны модификации поглощающего аппарата по первому варианту, в которых использованы два упругих элемента; на фиг.5-10 - модификации поглощающего аппарата по первому варианту, в которых использованы комплекты упругих эластичных колец; на фиг.11-13 - модификации поглощающего аппарата по второму варианту, в которых использованы три упругих элемента; на фиг.14-15 - модификации поглощающего аппарата по второму варианту с комплектами упругих эластичных колец; на фиг.16-18 - модификации поглощающего аппарата по третьему варианту с ограничителем поперечного смещения в виде обоймы; на фиг.19-21 - модификации поглощающего аппарата по третьему варианту с использованием ограничителя поперечного смещения в виде штанги; на фиг.22-25 - модификации поглощающего аппарата по четвертому варианту.
Поглощающий аппарат по любому из вариантов содержит кольцевые эластичные упругие элементы 1 с большим и меньшим основаниями. В зависимости от требуемой характеристики поглощающего аппарата и формы выполнения корпуса 2 или хомута-корпуса 3 (корпуса в соответствии с дополнительными пунктами формулы изобретения) упругие эластичные элементы со стороны, по крайней мере, большего основания могут иметь форму круга, овала или многоугольника (прямоугольника), или их сочетания.
В первом варианте поглощающего аппарата в первой его модификации используются два кольцевых элемента 1, отделенных друг от друга промежуточной плитой 4, имеющей направляющие заплечики 5, взаимодействующие с продольными элементами корпуса 2. Промежуточная плита 4 является направляющей плитой.
Элементы 1 любыми своими основаниями взаимодействуют соответственно с нажимной плитой 6 и основанием 7 корпуса 2.
Во второй модификации используются два комплекта колец 1, которые располагаются между основанием 7 корпуса 2, промежуточной плитой 4 и нажимной плитой 6. Комплекты могут состоять из одинакового или разного количества колец 1.
Упругие эластичные кольца в комплектах отделены друг от друга промежуточными элементами 8, которые могут быть выполнены с обоймами 9 и/или с выступами 10.
Во втором варианте поглощающего аппарата используется корпус-хомут 3, по крайней мере, две промежуточные (направляющие) плиты 4 и три эластичных упругих кольца 1 или три комплекта колец, упорная плита 11.
В обоих вариантах поглощающего аппарата для сопряжения с плитами 4, 6, 11 и основанием 7 корпуса (корпуса-хомута) могут быть использованы фиксируемые на них элементы 12, выполненные с обоймами 9 и/или выступами 10.
Сборка поглощающего аппарата по первым двум вариантам осуществляется аналогично сборке их ближайших аналогов - поглощающих аппаратов Р-2П и Р-5П.
В изобретении по первому варианту в корпус 2 заводят нажимную плиту 6, затем вставляют промежуточную (направляющую) плиту 4. Между направляющей плитой и основанием корпуса размещают упругое эластичное кольцо 1 или их комплект и сжимают их при помощи специального приспособления. В пространство между промежуточной и нажимной плитами 4 и 6 вставляют другое кольцо 1 или другой комплект колец, затем сжатое кольцо (комплект колец) освобождают от нагрузки.
В изобретении по второму варианту в корпус-хомут 3 устанавливают упорную плиту 12 и два упругих эластичных кольца 1 (два комплекта колец), две или три промежуточных плиты 4, заплечики которых охватывают тяговые полосы корпуса-хомута 3. Затем эти элементы сжимают через крайнюю промежуточную плиту, которая может иметь увеличенную толщину, и устанавливают третье кольцо 1 или их третий комплект.
Поглощающий аппарат по третьему варианту содержит корпус 2 или корпус-хомут 3, нажимную плиту 6 или упорную плиту 11, дистанционные плиты 13 и 14, ограничитель поперечного смещения упругих эластичных колец 1, выполненных в виде обоймы 15 или штанги 16.
Кольца 1 отделены друг от друга промежуточными элементами 8 с выступами 10 и/или обоймами 9, а ограничитель поперечного смещения закреплен на основании корпуса 2 или корпуса-хомута 3.
При использовании ограничителя в виде обоймы 15 дистанционная плита 14 выполнена с выступом, а при использовании ограничителя в виде штанги 16 в дистанционных плитах 13 и 14 выполняются отверстия для штанги 16.
Сборка поглощающего аппарата по третьему варианту осуществляется следующим образом.
В обойму 15 (на штырь 16) последовательно вставляются (одеваются) упругие эластичные кольца 1, промежуточные элементы 8 и дистанционная плита 14. Сжимают кольца 1 через дистанционную плиту 14 и размещают между ней и нажимной 6 (упорной 11) плитой дистанционную плиту 13, после чего упругие эластичные кольца освобождают от сжимающего усилия.
Поглощающий аппарат по четвертому варианту содержит корпус 2 или корпус-хомут 3, нажимную плиту 6 или упорную плиту 11, эластичные упругие кольца 1 или их комплекты, промежуточные плиты 4, стяжной элемент в виде штанги 17.
Штанга 17 связана с одной из промежуточных плит 4 разъемным соединением.
Сборка поглощающего аппарата по четвертому варианту осуществляется следующим образом.
В корпусе 2 или 3 последовательно располагаются упругие эластичные кольца (комплекты колец) или одно кольцо и соответствующее количество промежуточных плит 4. Через отверстия в основании 7 корпусов 2 или 3, колец 1 и промежуточных элементов 8 заводится штанга 17 и вворачивается в промежуточную плиту 4. В случае использования несъемной штанги 17 она фиксируется относительно плиты 4.
Через штангу 17 и плиту 4 осуществляют сжатие упругих эластичных колец.
Затем в корпус заводят плиту 6 или 11, оставшиеся упругие эластичные кольца и промежуточные элементы и освобождают от усилия сжатия сжатые кольца.
После сборки поглощающего аппарата штанга 17 может быть снята. Если используется неснимаемая штанга 17, то в процессе работы поглощающего аппарата она выполняет функцию выступов 10.
Во всех вариантах поглощающего аппарата взаимодействие упругих эластичных колец 1 с плитами и основанием 7 корпуса 2 или 3 может быть осуществлено через фиксируемые на плитах и основании элементы 12, имеющие обоймы 9 и выступы 10.
Направление одноименных оснований колец в одном поглощающем аппарате может быть различным, а сами кольца могут иметь разные жесткостные характеристики.
Промежуточные элементы 8 и фиксируемые элементы 12 могут иметь отверстия 18 для захода в них выступов 10 и разные габариты для вхождения элементов с выступами 10 в обоймы 15. Подобное выполнение элементов 8 и 12 позволяет увеличить степень деформации упругих эластичных колец 1.
Работает поглощающий аппарат следующим образом.
Усилие, действующее на автосцепку через нажимную плиту 6 или упорную плиту 11, передается на эластичные упругие кольца 1, которые деформируются под действием действующей нагрузки.
Усилие, действующее на корпус 2 или корпус-хомут 3 также приводит к деформации колец 1.
Отличительной особенностью поглощающего аппарата является высокая эффективность работы упругих эластичных колец, обусловленная следующими обстоятельствами.
В сечении кольцо 1 имеет форму овала, что позволяет реализовать эффект «качения» при деформации упругого кольца 1 и снизить возникающие в нем «паразитные» напряжения, обусловленные защемлением при вулканизации части объема эластичного элемента.
Конусообразная (пирамидальнообразная) форма кольца 1 позволяет реализовать деформацию сдвига, что особенно важно для повышения эффективности поглощения энергии силового воздействия.
В процессе работы кольца 1 работают на выворачивание, т.е. равнодействующие усилия деформации кольца постоянно изменяют свое направление за счет увеличения составляющей, направленной перпендикулярно направлению приложения усилия. Процесс выворачивания кольца усиливает внутреннее трение в нем, т.к. к деформациям сжатия и сдвига добавляются деформации кручения и изгиба. Процесс выворачивания кольца сопровождается изменением направления действующих в сечениях кольца равнодействующих усилий F. При увеличении деформации кольца угол γ между равнодействующим усилием F и основанием кольца уменьшается, что обеспечивает передачу нагрузки от ударного усилия в основном на обоймы 9, 15, штырь 16 и выступ 10.
Возникающая нагрузка от ударного усилия практически равномерно распределяется по окружности на указанные элементы, при этом в каждой диаметральной плоскости горизонтальные составляющие равнодействующих усилий, являющиеся основными составляющими, действуют в противоположных направлениях и поэтому происходит их взаимная компенсация.
Взаимная компенсация усилий, действующих в направлении, перпендикулярном направлению действия удара, позволяет в значительной степени повысить эффективность поглощающего аппарата, т.к. рассеивание энергии удара осуществляется не только за счет внутреннего трения в материале, но и за счет самокомпенсации возникающих усилий.
Изменяя угол конусности упругих эластичных элементов, их количество, форму и объем, в котором происходит деформация колец, можно изменять характеристики поглощающего аппарата в достаточно широких пределах, т.е. поглощающий аппарат может иметь разную степень отдачи и степень поглощения ударной энергии, разную протяженность пологого участка рабочей характеристики, большой диапазон возможных рабочих ходов.
M
Б
Параметры деформации кольца 1 в зависимости от конкретных условий эксплуатации можно изменять не только за счет выбора геометрической формы кольца, но и за счет расположения большего основания кольца с зазором относительно обойм 9 и 15. При расположении большего основания кольца с зазором относительно обойм сначала происходит процесс выворачивания кольца без его сжатия. В процессе выворачивания расстояние между точками приложения осевых усилий F и F к основаниям кольца в его сечении уменьшается неинтенсивно, что исключает резкое увеличение осевой нагрузки, передаваемой на защищаемую конструкцию. После выборки зазора происходят сжатие кольца и увеличение усилий, передаваемых на обоймы 9 и 15.
Такой принцип работы колец позволяет в зависимости от условий использования (тип вагона и его назначение) задать за счет конструктивных параметров быстроту отдачи после окончания действия осевой ударной нагрузки и вид силовой характеристики с достаточно большим пологим участком, что невозможно в поглощающих аппаратах с резинометаллическими элементами.
Возвращение эластичных упругих колец в исходное состояние также сопровождается эффективным рассеиванием энергии их деформации, т.к. на обратном ходе реализуется деформация сдвига.
Предлагаемый поглощающий аппарат является универсальным, т.к. его конструкция позволяет удовлетворить требования к поглощающим аппаратам, используемым как на грузовых, так и пассажирских вагонах.