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 фрикционно-полимерный амортизатор (патент RU 2225306 C1), содержащий корпус с закрытой концевой частью и противоположной открытой концевой частью, между которыми проходит главная ось. Открытая концевая часть выполнена со сходящимися на конус внутрь удлиненными внутренними фрикционными поверхностями. В открытой концевой части указанного корпуса с возможностью аксиального перемещения установлен клин, а в корпусе между клином и удлиненными внутренними фрикционными поверхностями размещены фрикционные элементы. На конце пакета эластомерных подушек установлен пружинный упор, прилегающий к фрикционным элементам. Поверхности фрикционных элементов, сопряженные с клином удлиненной сходящейся на конус внутренней фрикционной поверхностью и пружинным упором, расположены относительно главной оси соответственно под первым заданным углом около (35±3)°, под вторым заданным углом около (2,25±0,25)° и третьим заданным углом около (90±4)°.
Недостатком этого аппарата 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 необходимость предварительной приработки аппарата.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является фрикционно-полимерный амортизатор (патент US 7,624,884 B2), содержащий полый корпус, имеющий открытый конец с набором фрикционных элементов. Фрикционные элементы и клин имеют возможность осевого перемещения относительно открытого конца корпуса. Набор эластомерных пружин, расположенных в осевом направлении внутри корпуса, обеспечивает дополнительное поглощение энергии и является подпором клиновой системы во время эксплуатации. Один из концов эластомерного подпорного блока опирается на закрытый конец корпуса. Между эластомерными пружинами находятся промежуточные металлические пластины.
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, необходимость приработки.
Задачей изобретения является создание поглощающего аппарата, имеющего сравнительно простую и надежную конструкцию, обладающую стабильными силовыми характеристиками и высокими показателями эффективности.
Указанная задача достигается во фрикционно-полимерном амортизаторе удара, содержащем полый шестигранный корпус, в котором размещены нажимной конус, фрикционные клинья, расположенные в контакте с опорной плитой, опирающейся на упругий массив, мехатронный модуль в виде блоков электромагнитов, датчики движения и усилия и блок управления мехатронным модулем 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, встроенных в корпус аппарата по стороне контакта фрикционных клиньев с корпусом амортизатора. Управление силой удерживания электромагнитов, и, как следствие, силой на аппарате, осуществляется запрограммированным микроконтроллером, который на основе данных 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 клиньев 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 (вид спереди).
Фрикционно-полимерный амортизатор удара содержит полый шестигранный корпус 1, в котором расположены нажимной конус 2, фрикционные клинья 3, контактирующие с опорной плитой 4 и корпусом 1. Плита 4 опирается на комплект упругих полимерных элементов 5, разделенных между собой центрирующим пластинами 6. Комплект полимерных элементов 5 совместно с опорной плитой 4, клиньями 3, нажимным конусом 2 и днищем корпуса 1 удерживается в стянутом состоянии выступами на корпусе 1 и нажимном конусе 2. В корпус 1 встроен мехатронный модуль в виде блоков электромагнитов 7, управляемых блоком управления на основе микроконтроллера с элементами питания 8. Для определения параметров работы мехатронного модуля в поглощающий аппарат встраиваются датчики движения и усилия 9, фиксирующие текущее состояние поглощающего аппарата.
Фрикционный амортизатор работает следующим образом. Под действием сжимающей нагрузки и подпорного усилия со стороны упругого комплекта 5 фрикционные клинья 3 создают давление на основных поверхностях трения (поверхностях контакта фрикционных клиньев 3 и корпуса 1). Также дополнительное давление на поверхностях контакта фрикционных клиньев 2 и корпуса 1 создает мехатронный модуль в виде блоков электромагнитов 7, который обеспечивает заданный блоком управления 8 уровень силы удерживания. После прекращения действия силы удара фрикционные клинья 3 и нажимной конус 2 выталкиваются в первоначальное положение подпорным комплектом полимерных элементов 5. Основная часть энергии удара поглощается на основных поверхностях трения (поверхностях контакта фрикционных клиньев 3 и корпуса 1). Частично энергия поглощается на вспомогательных поверхностях трения (поверхностях контакта фрикционных клиньев 3 и опорной плиты 4). Часть энергии воспринимается подпорным комплектом полимерных элементов 5.