ПОГЛОЩАЮЩИЙ АППАРАТ

Полезная модель относится преимущественно к устройствам поглощения энергии удара, устанавливаемым на вагоны и локомотивы с целью снижения продольных усилий, действующих в поезде при соударении вагонов.
Известен аппарат поглощающий энергию удара [1]. Такой поглощающий аппарат состоит из корпуса, в котором размещены нажимной клин, фрикционные клинья. Фрикционные клинья расположены в контакте с нажимным клином и опорной плитой, опирающейся на упругий полимерный массив, состоящий из нескольких последовательно расположенных самоустанавливающихся упругих блоков. Попарно упругие блоки разделены между собой центрирующими чашеобразными металлическими пластинами, скользящими по выполненным в корпусе продольным центрирующим ребрам.
Недостатком аналога [1], является его сложность ввиду особенностей конструкции и наличия центрирующего соединения некоторых его элементов, а также ограниченный (всего в 110 мм) рабочий ход поглощающего аппарата.
Известен более простой, эффективный и с увеличенным рабочим ходом аппарат, поглощающий энергию удара [2], принятый за прототип.
Такой поглощающий аппарат состоит из многогранного корпуса, в котором размещены нажимной клин и фрикционные клинья. Фрикционные клинья установлены в контакте с опорной плитой, расположенной на упругом полимерном массиве, состоящем из нескольких последовательно расположенных упругих блоков. Упругие блоки разделены между собой пластинами и вместе с ними пропущены сквозь стержень.
Такой аппарат-прототип, в отличие от аналога [1], имеет больший рабочий ход. В нем также отсутствуют промежуточные чашеобразные металлические пластины. Это упрощает конструкцию прототипа [2] с возможностью уменьшения габаритов аппарата и с большим чем у аналога [1] количеством упругих блоков.
Однако степень поглощения ударной нагрузки этими блоками не достаточна при больших значениях этой нагрузки. Это происходит из-за того, что сил трения, возникающих на контактирующих поверхностях корпуса и клиньев, не всегда достаточно для достижения надежного поглощения энергии перемещающимися клиньями под действием, например, значительного по силе соударения вагонов железнодорожного состава. В результате снижается эффективность работы поглощающего аппарата.
Поэтому задачей полезной модели является повышение эффективности и долговечности работы поглощающего аппарата за счет введения дополнительного избирательного изменения степени поглощения ударной нагрузки при ее больших и малых значениях.
Поставленная задача решается тем, что поглощающий аппарат, состоящий из корпуса с боковыми стенками, в котором размещены вместе с нажимным клином фрикционные клинья, находящиеся в контакте с опорной плитой, расположенной на полимерном массиве, состоящим из последовательно расположенных упругих блоков, имеет отличительные признаки: фрикционные клинья выполнены с удлиненными нижними частями, расположенными между боковыми стенками корпуса и верхней частью полимерного массива.
Выполнение фрикционных клиньев с удлиненными нижними частями, направлено на увеличение площади контакта этих клиньев с боковыми поверхностями корпуса и боковыми поверхностями верхних полимерных эластичных элементов, что позволит улучшить энергоемкость поглощающего аппарата при большой ударной нагрузке.
Расположение удлиненных нижних частей фрикционных клиньев между боковыми стенками корпуса и верхней частью полимерного массива повысит радиальное давление на фрикционные клинья со стороны боковой части верхних упругих блоков при больших ударных нагрузках, так как они в этом случае будут значительно расширяться в своем диаметре (расплющиваться), что усилит прижим фрикционных клиньев к стенкам корпуса аппарата и увеличит степень поглощения ударной нагрузки. При этом, при небольших ударных нагрузках, воздействие боковых частей полимерных блоков на удлиненные нижние части фрикционных клиньев будет не так значительно, чем при больших ударных нагрузках, полимерный блок в этом случае будет работать в основном как упругий элемент. В этом случае ход поглощаюшего аппарата останется достаточно большим, что положительно скажется на его амортизирующих характеристиках.
Т.е. ввиду того, что во время удара значительная часть нагрузки приходится на верхние упругие блоки (ближние к нажимному клину), испытывающие гораздо более значительные деформации по сравнению с нижними упругими блоками, деформация упругих блоков тем больше, чем ближе они находятся к нажимному клину. Чем сильнее удар - тем больше верхние упругие блоки расширяются в диаметре и сильнее воздействуют своими боковыми поверхностями на удлиненные нижние части фрикционных клиньев и тем большая энергия поглощается за счет сил трения. При слабых ударах полимерный блок работает в основном как упругий элемент, практически не воздействуя своими боковыми стенками на фрикционные клинья, в результате жесткость аппарата не повышается. Таким образом, при ударах как малой, так и большой силы ход аппарата остается достаточно большим.
Вариантом выполнения поглощающего аппарата с целью повышения долговечности полимерных блоков, может быть нанесение на удлиненные нижние части фрикционных клиньев со стороны полимерного массива антифрикционного покрытия либо установки антифрикционных накладок.
Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями.
На фиг.1 показан общий вид поглощающего аппарата в разрезе. На фиг.2 - разрез А-А по фиг.1. На фиг.3 - разрез Б-Б по фиг.1. На фиг.4 - увеличенное изображение верхнего упругого блока по фиг.2 при значительной его деформации. На фиг.5 - то же, что и на фиг.4, но при небольшой деформации упругого блока. На фиг.6 - сборочный стержень для монтажа и демонтажа поглощающего аппарата.
Поглощающий аппарат состоит из корпуса 1 с боковыми стенками 2. В корпусе 1 размещены вместе с нажимным клином 3 фрикционные клинья 4, находящиеся в контакте с опорной плитой 5 (фиг.2).
Опорная плита 5 расположена на полимерном массиве, состоящем из нескольких последовательно расположенных упругих блоков 6, пропущенных сквозь стержень 7. Нажимной клин снабжен тремя зацепами 8 (фиг.2), поджатыми к трем верхним зацепам корпуса 1 полимерным массивом упругих блоков 6.
Фрикционные клинья 4 выполнены с удлиненными нижними частями 9, которые снабжены антифрикционными накладками 10.
Каждый из упругих блоков 6, выполнен в виде втулки, воспринимающей ударные нагрузки. Втулка может быть выполнена как из эластомеров (например резин), так и из полимеров (например термоэластопластов), характеризующихся необходимым сочетанием показателей податливости (относительная деформация может достигать 0,5) и диссипативных свойств при высокой технологичности и возможности утилизации эластичных элементов, исчерпавших свой ресурс. Внешняя поверхность втулки упругих блоков 6 может быть выполнена сферической.
Разнообразие применяемых материалов упругих блоков 6 предопределяет универсальность его применения, в том числе в изделиях, гасящих колебания, поглощающих энергию и в различных демпферах.
В каждом из упругих блоков 6 (фиг.3) выполнено осевое отверстие 11, сквозь которое пропущен стержень 7. Резьба на стержне 7 предназначена для установки поглощающего аппарата в тяговом хомуте (не показан) и для съема с него. В наружную поверхность фрикционных клиньев 4 могут быть запрессованы бронзовые вкладыши 12 (фиг.1 и 3), снижающие интенсивность износа поверхностей корпуса 1 и этих клиньев.
Между упругими блоками 4 расположены опорные пластины 13.
Для монтажа и демонтажа поглощающего аппарата служит сборочный стержень 14 (фиг.6) с удлиненной резьбовой частью 15 и узкой удлиненной головкой 16.
При сборке поглощающего аппарата (не показано) вначале собирают полимерный массив упругих блоков 6 вместе с опорной плитой 5, через которые пропускают сборочный стержень 14, головка которого опирается на опорную плиту 5. Затем собранный узел устанавливают внутрь поглощающего аппарата таким образом, чтобы конец резьбовой части 15 выступал наружу. После чего накручивают него гайку (не показана), стягивая до нужного размера деформаций упругие блоки 4 полимерного массива.
Далее на опорную плиту устанавливают фрикционные клинья 4 и нажимной клин 3. Затем отворачивают упомянутую накрученную гайку, обеспечивая тем самым подъем упругих блоков 6 вверх, до упора зацепов 8 нажимного клина 3 в верхний торец корпуса 1. После чего сборочный стержень вынимают из поглощающего аппарата и заменяют его на стержень 7.
В результате поглощающий аппарат готов к эксплуатации и работает следующим образом.
Под действием ударной нагрузки нажимной клин 3 смещается, сжимая упругие блоки 6 и прижимая фрикционные клинья 4 к корпусу 1 поглощающего аппарата. Сила трения между фрикционными клиньями 4 и боковыми стенками 2 корпуса 1 возрастает до наибольшей величины при полном сжатии упругих блоков 6 полимерного массива (при одинаковых заданных нагрузках и скоростях соударения). При этом работа, затрачиваемая на приведение в действие поглощающего аппарата, расходуется главным образом на преодоление сил трения и полностью поглощается, превращаясь в тепловую энергию.
При этом, при значительной ударной нагрузке, первыми деформируются верхние упругие блоки 6 полимерного массива, которые расплющиваются и воздействуя боковыми поверхностями на износостойкие накладки 10 (фиг.4) способствуют дополнительному прижатию фрикционных клиньев 4 к корпусу 1, увеличивая силу трения между ними.
При небольшой ударной нагрузке прижатие верхних упругих блоков 6 к износостойким накладкам 10 фрикционных клиньев 4 (фиг.3) не велико. Поэтому полимерный массив будет работать в основном как упругий элемент, не вызывая появления значительной силы боковыми сторонами упругих элементов на удлиненные нижние части фрикционных клиньев 4, что положительно скажется на характеристиках аппарата (т.е. высокие амортизационные способности и значительный ход поглощающего аппарата будут сохранены при слабых и сильных ударных воздействиях).
После снятия нагрузки, силы, затраченные ранее на сжатие упругих блоков 6, обеспечивают возвращение всех подвижных элементов поглощающего аппарата в исходное положение.
Применение упругих блоков 6 полимерного массива и расположение верхней его части с охватом фрикционными клиньями 4 повышает энергоемкость поглощающего аппарата и надежность его работы.
Источники информации:
1. Патент RU №2128301 «Фрикционный амортизатор», МПК
F16F 7/08, B61G 9/02, приоритет 1998.06.02, публикация 1999.03.27
2. Патент US2002108920 А1 «Поглощающий аппарат железнодорожного вагона, имеющий большой рабочий ход», МПК B61G 9/18, приоритет 2001.05.15, публикация 2003.06.10 /прототип/.