ФРИКЦИОННЫЙ ПОГЛОЩАЮЩИЙ АППАРАТ
FRICTION ABSORBING APPARATUS

Изобретение применяется в различных областях и относится к машиностроению, в частности к фрикционным поглощающим аппаратам - амортизаторам удара, предназначенным для поглощения, рассеивания и возвращения энергии как за счет фрикционных, так и упругих сил во время эксплуатации от динамической ударной нагрузки, прилагаемой к амортизатору, которую создают удар и/или вибрация. Например, фрикционные поглощающие аппараты широко используются как часть узла автосцепного устройства грузового железнодорожного вагона или локомотива.
Фрикционные поглощающие аппараты широко известны. Типичный пример поглощающего аппарата раскрыт в патенте RU 2128301. Аппарат содержит корпус, в котором размещены нажимной клин, фрикционные клинья, расположенные в контакте с поджатой упругим массивом опорой, подвижные фрикционные пластины и неподвижные фрикционные пластины с износоустойчивыми элементами. Упругий массив выполнен в виде комплекта самоустанавливающихся упругих блоков, состоящих из нескольких осесимметричных эластомерно-металлических элементов с криволинейной боковой поверхностью, не симметричной относительно их срединной плоскости, разделенных центрирующими чашеобразными металлическими пластинами, скользящими по выполненным в корпусе продольным центрирующим ребрам.
Данному аппарату присущи недостатки, связанные с ограниченной энергоемкостью комплекта упругих элементов. Это обусловлено как достижением предельных характеристик материала упругих элементов, так и наличием указанного уступа в дне корпуса, необходимого для формирования внешнего кармана для приема головки стержня с целью исключения выступающих за пределы корпуса элементов аппарата при его сжатии. Указанный уступ внутри корпуса понижает энергоемкость придонного упругого элемента и, соответственно, всего аппарата. Кроме того, наличие указанного уступа требует специфического выполнения придонного упругого элемента, а также связано с дополнительными производственными затратами для изготовления данного уступа (специальная оснастка и/или дополнительная обработка).
Известен фрикционный поглощающий аппарат для железнодорожного транспортного средства (патент RU 2578705). Указанный аппарат содержит корпус, имеющий боковую стенку, и дно. В дне корпуса выполнена сферическая выемка, в которую установлен обращенный ко дну концевой упругий элемент. Стенка выемки образует выполненный заподлицо с донной поверхностью корпуса ограничительный упор. Частично указанные проблемы решены в этом техническом решении. Здесь в дне корпуса выполнена сферическая выемка, у которой стенка образует ограничительный упор. Таким образом, исключены проблемы, связанные с негативным влиянием уступа на энергоемкость придонного упругого элемента и на ход сжатия поглощающего аппарата. Также исключены специальные требования к форме и размерам придонного упругого элемента, так как повышена жесткость и энергоемкость, а также к устойчивости комплекта упругих элементов.
Недостаток данного аппарата - в недостаточной жесткости упругих элементов, которая ограничивается материалом самих упругих элементов и их габаритом размещения в корпусе поглощающего аппарата, исключены специальные требования к форме и размерам придонного упругого элемента, влияющие на эту жесткость. Недостаточная жесткость упругих элементов влечет за собой недостаточную энергоемкость комплекта упругих элементов, особенно в случае повышающихся требований к степени поглощения ударных нагрузок на железнодорожном транспорте.
Исходя из вышеприведенных недостатков, энергоемкость комплекта упругих элементов все еще имеет потенциал для повышения.
Задача изобретения состоит в получении технического результата по повышению эффективности и надежности работы поглощающего аппарата за счет повышения жесткости и энергоемкости аппарата, а также устойчивости комплекта упругих элементов в процессе сжатия и обеспечения стабильности заданных силовых характеристик, в котором механическими или конструктивными мероприятиями повышена энергоемкость поглощающего аппарата при исключении какого-либо существенного усложнения процесса изготовления или сборки аппарата и/или увеличения затрат для этого.
Указанная задача достигается тем, что во фрикционном поглощающем аппарате, содержащем корпус, имеющий дно и боковую стенку, совместно задающие открытое с одного конца внутреннее пространство корпуса, расположен фрикционный распорный блок, состоящий из нажимного конуса, фрикционных клиньев, неподвижных фрикционных пластин, подвижных фрикционных пластин, опорной пластины, опирающейся на комплект упругих элементов (подпорно-возвратное устройство), который, в свою очередь, опирается на дно корпуса, согласно изобретению на поверхности опорной пластины, обращенной ко дну корпуса, выполнена сферическая выемка, в которую установлен обращенный к этой поверхности опорный начальный упругий элемент, причем стенка выемки образует выполненный заподлицо с поверхностью опорной пластины ограничительный упор, который препятствует расширению начального упругого элемента в направлении боковой стенки корпуса.
При этом в одном варианте изобретения предусмотрено, что между стенкой сферической выемки и торцом установленного в нее начального упругого элемента имеется приемная полость для приема материала начального упругого элемента при аксиальном сжатии комплекта упругих элементов.
Сферическая выемка обеспечивает центрирование комплекта в процессе его установки и последующем сжатии во время работы аппарата, и при этом начальный упругий элемент в процессе сжатия комплекта упирается в стенку сферической выемки, которая тем самым представляет собой ограничительный упор, который препятствует деформации упругого элемента в направлении боковой стенки корпуса. Указанное препятствие деформации приводит к повышению жесткости упругого элемента и тем самым увеличивает его энергоемкость, что соответственно приводит к таким же эффектам для всего упругого комплекта.
При этом указанное препятствие деформации тем больше, чем сильнее аксиальное сжатие комплекта и упругого элемента. Этому дополнительно способствует имеющаяся после установки упругого элемента в выемку приемная полость, поскольку при повышении нагрузки материал упругого элемента заполняет эту полость, вследствие чего увеличивается площадь контакта со сферической поверхностью или стенкой выемки и соответственно увеличивается препятствие для деформации упругого элемента. То есть сферическая стенка выемки обеспечивает увеличивающуюся с повышением нагрузки жесткость по меньшей мере начального упругого элемента и тем самым увеличивает энергоемкость всего упругого комплекта.
Кроме того, сферическое выполнение выемки способствует равномерному распределению напряжений при указанной объемной деформации упругого элемента и одновременно препятствует потере устойчивости всего комплекта. Это может быть особенно предпочтительно в случае незакрепленного центрального стрежня и, кроме того, позволяет уменьшить габариты этого стержня, что, в свою очередь, позволяет увеличить внутренний размер упругих элементов и тем самым еще больше увеличить энергоемкость всего комплекта упругих элементов.
При этом сферическая выемка предоставляет ограничительный упор для деформации упругого элемента, который расположен заподлицо с поверхностью опорной пластины, обращенной ко дну корпуса. Это позволяет использовать стандартные упругие элементы для начального элемента, исключается негативное влияние снижения жесткости, устойчивости и отсутствия центрирования при сжатии всего комплекта.
Таким образом, выполнение сферической выемки в опорной пластине позволяет повысить жесткость и энергоемкость всего комплекта упругих элементов и особенно контактирующего с опорной пластиной упругого элемента, обеспечить увеличение жесткости с увеличением аксиального сжатия комплекта в процессе работы, повысить устойчивость комплекта в процессе сжатия, исключить использование специальных (отличных от остальных) упругих элементов для опорного начального элемента и негативное влияние на сборку аппарата (в частности, на центрирование комплекта). В целом получается более простой, экономичный и энергоемкий аппарат.
Ниже изобретение поясняется со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлено:
фиг. 1 - общий вид поглощающего аппарата;
фиг. 2 - увеличенный фрагмент опорной пластины с фиг. 1.
Фрикционный поглощающий аппарат (фиг. 1-2) выполнен содержащим корпус 1, имеющий дно и боковую стенку, совместно задающие открытое с одного конца внутреннее пространство корпуса, в нем расположен фрикционный распорный блок, состоящий из нажимного конуса 2, фрикционных клиньев 3, неподвижных фрикционных пластин 4, подвижных фрикционных пластин 5, опорной пластины 6, опирающейся на подпорно-возвратное устройство 7, которое состоит из последовательно расположенных отдельных упругих элементов, при этом на поверхности опорной пластины 6, обращенной ко дну корпуса 1, выполнена сферическая выемка 8, в которую установлен обращенный к этой поверхности опорный начальный упругий элемент 9.
В сферическую выемку 8 в процессе сборки аппарата установлен опорный начальный упругий элемент 9, причем в процессе сборки указанная выемка облегчает центрирование всего подпорно-возвратного устройства 7.
Поскольку в процессе сборки аппарата создается некоторая первоначальная степень поджатия подпорно-возвратного устройства 7 упругих элементов, то после установки опорного начального упругого элемента 9 в сферическую выемку он упирается своим концом в стенку сферической выемки 8 как в радиальном, так и в аксиальном направлении. Фактически имеет место контакт по поверхности (не показано) между опорным начальным упругим элементом 9 и стенкой сферической выемки 8.
Таким образом, стенка сферической выемки 8 представляет собой ограничительный упор для опорного начального упругого элемента 9, который (упор) выполнен заподлицо с поверхностью опорной пластины 6 и является препятствием для деформации или расширения опорного начального упругого элемента 9 в радиальном направлении (к боковой стенке корпуса) при приложении аксиальной нагрузки к поглощающему аппарату в процессе его эксплуатации.
Сферическая выемка 8 может быть рассчитана так, чтобы в собранном состоянии поглощающего аппарата опорный начальный упругий элемент 9 заканчивался на границе выемки и тем самым по существу не выходил за пределы выемки и не заходил на поверхность опорной пластины 6.
Также возможно, чтобы опорный начальный упругий элемент 9 выходил за границу выемки и контактировал поверхностью опорной пластины 6 или же располагался в выемке на расстоянии от ее внешней границы. В последнем случае возможно, что выемка занимает большую или по существу всю поверхность опорной пластины 6. Конкретный вариант выполнения выемки 8 определяется, среди всего прочего, материалом упругого элемента, конструктивной целесообразностью и предполагаемыми в процессе эксплуатации поглощающего аппарата нагрузками.
Существенным моментом здесь является то, что в собранном состоянии поглощающего аппарата опорный начальный упругий элемент 9 должен быть по меньшей мере частично установлен или принят в сферическую выемку 8.
Далее может быть предусмотрено, что сферическая выемка 8 и/или опорный начальный упругий элемент 9 рассчитаны так, что после установки опорного начального упругого элемента 9 в сферическую выемку 8 упругий элемент, соответственно его торец, прилегает не ко всей находящейся под ним стенке выемки 8, а может оставаться приемная полость 10 между стенкой выемки 8 и опорным начальным упругим элементом 9, соответственно его торцом.
Указанная приемная полость 10 служит для приема материала опорного начального упругого элемента 9 при аксиальном сжатии поглощающего аппарата в процессе эксплуатации. Указанный прием материала приводит к увеличению поверхности контакта между опорным начальным упругим элементом 9 и стенкой сферической выемки 8. Это увеличивает площадь указанного ограничительного упора и создает еще большее препятствие для деформации опорного начального упругого элемента 9 как за счет сил трения, так и за счет увеличения силы реакции опоры и тем самым еще больше повышает жесткость упругого элемента 9 и его энергоемкость, а также всего комплекта элементов подпорно-возвратного устройства 7. Таким образом, наличие сферической выемки 8 и приемной полости 10 обеспечивает изменяющийся в зависимости от прикладываемой нагрузки ограничительный упор или соответственно поверхность ограничительного упора, который тем самым обеспечивает изменение жесткости и энергоемкости опорного начального упругого элемента 9 при изменяемой нагрузке.
Очевидно, что в случае отсутствия приемной полости 10 опорный -начальный упругий элемент 9 сразу же находится в состоянии, когда за счет предварительного поджатия подпорно-возвратного устройства 7 произведена выборка указанной приемной полости 10. Это несколько изменяет указанный выше характер изменения жесткости и энергоемкости в начальный момент аксиального сжатия комплекта элементов подпорно-возвратного устройства 7 при работе поглощающего аппарата, но в дальнейшем он является идентичным варианту с приемной полостью.
Следует отметить, что при происходящей в процессе эксплуатации поглощающего аппарата объемной деформации опорного - начального упругого элемента 9 его контакт со сферической выемкой 8, а именно, стенкой сферической выемки 8, обеспечивает более равномерное распределение напряжений, что повышает устойчивость подпорно-возвратного устройства 7 и его надежность ввиду отсутствия перекосов и нелинейного ввода усилий в комплект упругих элементов.