Фрикционный амортизатор

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и касается фрикционных амортизаторов транспортных средств, преимущественно для поглощающих аппаратов, устанавливаемых между вагонами железнодорожного состава.
Известен фрикционный амортизатор [1, Патент US 7540387, МПК F16F 7/08, B61G 9/00, приоритет 10.08.2011, опубликован 28.10.2014], содержащий размещенный в корпусе фрикционный узел, состоящий из нажимного клина, распорных клиньев, подвижных пластин и направляющих пластин. Фрикционный узел опирается на возвратно-подпорное устройство в виде металлических пружин, установленных на днище корпуса.
Такой фрикционный узел не очень энергоемок и эффективен, что обусловлено низкой силой прижатия распорных клиньев к подвижным пластинам и направляющим пластинам. Недостаточная эффективность связана с тем, что возвратно-подпорное устройство занимает пространство только под фрикционным узлом, в котором невозможно расположить пружины с большим усилием.
Указанная проблема решается во фрикционном амортизаторе [2, Авторское свидетельство №253861], принятом за прототип.
Он содержит корпус, на днище которого расположено возвратно-подпорное устройство, выполненное в виде металлических пружин, в контакте с которыми расположен фрикционный узел, состоящий из нажимного клина, распорных клиньев, направляющих пластин и подвижных пластин. За счет рациональной конструкции фрикционного узла, имеется возможность установки возвратно-подпорного устройства большей высоты и жесткости. Это позволяет увеличить энергоемкость и эффективность фрикционного амортизатора.
Однако такое увеличение жесткости возвратно-подпорного устройства имеет отрицательное влияние на надежность устройства. В конце максимального хода сжатия, происходит нарастание распорных усилий и сил, вызванных работой сил трения, что приводит к взаимному схватыванию, или «залипанию», поверхностей деталей фрикционного узла. Чаще всего наблюдается схватывание фрикционных поверхностей нажимного клина с распорными клиньями, или распорных клиньев с направляющими пластинами, или всех указанных деталей одновременно. Это приводит к тому, что при снятии нагрузки, схваченные между собой поверхности или разъединяются с запаздыванием, или вообще не могут быть разъединены, поскольку усилие возвратно-подпорного устройства оказывается недостаточным для преодоления сил взаимного сцепления схваченных между собой деталей фрикционного узла. То есть, фрикционный амортизатор оказывается или заклиненным некоторое время, что ухудшает его работоспособность, или же заклиненным полностью и непригодным вследствие этого для выполнения своих функций.
Кроме того, длина фрикционных поверхностей направляющих пластин соизмерима с длиной ответных фрикционных поверхностей распорных клиньев. В конце рабочего хода фрикционного амортизатора, когда распорные усилия достигают максимальных значений, происходит свешивание значительной части распорных клиньев, то есть уменьшение площади их взаимного контакта с направляющими пластинами. При этом снижается эффективная площадь энергопоглощения, а также снижается устойчивость положения распорных клиньев относительно направляющих пластин.
Описанные выше недостатки фрикционного амортизатора по прототипу [2] снижают эффективность и надежность его работы.
Поэтому задачей полезной модели является повышение эффективности и надежности работы фрикционного амортизатора за счет достижения технического результата по предотвращению его заклинивания, направленного на улучшение работы и повышение энергоемкости такого поглощающего энергию удара аппарата.
Поставленная задача решается тем, что фрикционный амортизатор, содержащий корпус с образованной его стенками горловиной, а также с днищем, в контакте с которым расположено возвратно-подпорное устройство, в контакте с которым расположен фрикционный узел, состоящий из нажимного клина, направляющих пластин, контактирующих своими стальными фрикционными поверхностями со стальными фрикционными поверхностями распорных клиньев и подвижных пластин, снабженных боковыми выступами, имеет отличительный признак: упомянутые стальные фрикционные поверхности направляющих пластин смазаны твердой смазкой, при этом длина стальных фрикционных поверхностей направляющих пластин больше длины стальных фрикционных поверхностей распорных клиньев.
Такой отличительный признак позволяет получить высокую энергоемкость фрикционного амортизатора за счет большой площади контакта распорных клиньев с направляющими пластинами, что возможно только при значительной длине их фрикционных поверхностей, превышающих длину фрикционных поверхностей распорных клиньев. Это способствует равномерному и более полному взаимодействию фрикционных поверхностей, распределению распорных усилий, а также плавности работы фрикционного амортизатора. «Залипание» фрикционных поверхностей предотвращается смазыванием их твердой смазкой, например, бронзой специального состава. Направляющие пластины, подвижные пластины и распорные клинья выполняются только из сталей, без применения металлокерамики. Полезно для повышения долговечности и улучшения рабочих характеристик фрикционного амортизатора проводить поверхностное упрочнение этих деталей, например, цементацию. В этом случае, фрикционные поверхности приобретают износостойкие свойства, а наряду с распределенной по ним твердой смазкой -необходимые фрикционные свойства с предотвращением их взаимного «залипания». Кроме того, при поверхностном упрочнении внутренний объем остается структурно неизменным, без склонности к трещинообразованию и другим негативным свойствам, присущим деталям с объемной термообработкой.
Дополнительные отличительные признаки полезной модели:
- возвратно-подпорное устройство дополнительно содержит опорную плиту, расположенную в контакте с распорными клиньями и подвижными пластинами;
- на направляющих пластинах выполнены выборки, охватывающие возвратно-подпорное устройство;
- смазывание стальных фрикционных поверхностей направляющих пластин обеспечено расположением на направляющих пластинах вставок твердой смазки;
- смазывание стальных фрикционных поверхностей направляющих пластин обеспечено расположением на распорных клиньях вставок твердой смазки;
- стальные фрикционные поверхности подвижных пластин также смазаны твердой смазкой в виде расположенных на них вставок твердой смазки;
- смазывание стальных фрикционных поверхностей подвижных пластин обеспечено расположением в стенках корпуса вставок твердой смазки;
- смазывание стальных фрикционных поверхностей подвижных пластин обеспечено расположением в подвижных пластинах вставок твердой смазки.
Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1 показан вид сверху на фрикционный амортизатор по полезной модели; на фиг.2 показан совмещенный фронтальный разрез А-А по фиг. 1, где на левой их части изображен фрикционный амортизатор в исходном состоянии, а на правой части -в полностью сжатом состоянии; на фиг. 3 показан разрез В-В по фиг. 2 фрикционного амортизатора с охватыванием возвратно-подпорного устройства выборками на направляющих пластинах; на фиг. 4 показан совмещенный фронтальный разрез А-А по фиг. 1, где на левой их части изображен фрикционный амортизатор в исходном состоянии, а на правой части - в полностью сжатом состоянии с расположением вставок твердой смазки в распорных клиньях и подвижных пластинах; на фиг. 5 показан совмещенный фронтальный разрез А-А по фиг. 1, где на левой их части изображен фрикционный амортизатор в исходном состоянии, а на правой части - в полностью сжатом состоянии с расположением вставок твердой смазки в стенках корпуса.
Фрикционный амортизатор (фиг. 1-5), содержит корпус 1 с образованной его стенками 3 горловиной 2, а также с днищем 4, в контакте с которым расположено возвратно-подпорное устройство 5 (условно показано скрещенными прямыми), в контакте с которым расположен фрикционный узел, состоящий из нажимного клина 6, направляющих пластин 8, контактирующих своими стальными фрикционными поверхностями f1, f2 со стальными фрикционными поверхностями f3, f4 распорных клиньев 7 и подвижных пластин 9, снабженных боковыми выступами 11. Возвратно-подпорное устройство 5 содержит опорную плиту 10, контактирующую с боковыми выступами 11 подвижных пластин 9 при выведении фрикционного узла в исходное состояние.
«Залипание» фрикционных поверхностей f1-f5 предотвращается их смазыванием с помощью расположенных в определенных местах вставок твердой смазки 12. Это могут быть вставки твердой смазки 12, расположенные в направляющих пластинах 8 (фиг. 2), или в распорных клиньях 7 и подвижных пластинах 9 (фиг. 4), или в стенках 3 корпуса 1 (фиг. 5). Возвратно-подпорное устройство 5 может быть выполнено в виде одной или нескольких пружин сжатия (фиг. 3), или в виде упруго-эластичных элементов, а также в виде гидравлического или другого устройства (не показано), при этом возможно комбинировать разные типы устройств и элементов.
Для обеспечения компактности и рациональности расположения энергоемкого возвратно-подпорного устройства 5 в корпусе 1, на направляющих пластинах 8 выполнены выборки 13 (фиг. 2-5), охватывающие возвратно-подпорное устройство 5.
Принцип действия фрикционного амортизатора основан на том, что при воздействии внешней силы Р (фиг. 2, 4, 5, правые половины), прилагаемой к нажимному клину 6, например, со стороны сцепного устройства (не показано) при соударении вагонов, сжимается возвратно-подпорное устройство 5.
В этом случае фрикционный узел погружается вовнутрь горловины 2 корпуса 1. Нажимной клин 6 увлекает распорные клинья 7 вовнутрь корпуса 1.
В определенный период рабочего хода, упорная плита автосцепного устройства вагона (не показана) начинает давить на подвижные пластины 9. Под действием этой силы они с трением по направляющим пластинам 8 и стенкам 3 входят вовнутрь корпуса 1.
Распорные клинья 7, за счет уклона на направляющих пластинах 8 сходятся навстречу друг другу, скользя по ним, а также по фрикционным поверхностям нажимного клина 6 и опорной плиты 10.
Благодаря тому, что длина А фрикционных поверхностей f1 направляющих пластин 8 больше длины В фрикционных поверхностей f3 распорных клиньев 7 (фиг. 2), а также тому, что применяется твердая смазка, силовая характеристика фрикционного амортизатора по полезной модели приобретает плавный вид, с незначительными пиками, а энергопоглощение происходит равномерно по большой площади контакта.
При снятии внешней силы Р, возвратно-подпорное устройство 5 разжимается, выталкивая фрикционный узел в исходное состояние.
Источники информации:
1. Патент US 7540387, МПК F16F 7/08, B61G 9/00, приоритет 10.08.2011, опубликован 28.10.2014.
2. Патент RU 2338100, МПК F16F 7/08, B61F 5/12, B61G 11/14, приоритет 18.04.2006, опубликован 10.11.2008 /прототип/.