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 помещены нажимной клин и 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 помещены 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 недостатком прототипа [2] является то, что в случае режимов работы поглощающего аппарата, сопровождающимися значительными величинами ударных нагрузок, например, в случае соударения вагонов с силой и скоростью превышающими максимально допустимые значения, вследствие повышенного трения, возможно «схватывание» трущихся стальных поверхностей клиньев. В результате этого нажимной клин не возвращается в исходное положение после снятия ударной нагрузки. В итоге поглощающий аппарат выходит из строя (заклинивается), что снижает надежность его работы.
Поэтому задачей полезной модели является повышение надежности работы поглощающего аппарата за счет обеспечения стабильности возврата его нажимного клина в исходное положение после снятия ударной нагрузки.
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 упругом звене, имеет отличительные признаки: внутри, по крайней мере, одного фрикционного клина и/или внутри, по крайней мере, одного нажимного клина расположен подпружиненный поршень, контактирующий с опорной поверхностью нажимного клина или фрикционного клина.
Такое введение отличительного признака позволит осуществить автоматическое силовое перемещение и воздействие упомянутого поршня на нажимной клин, с возвратом их в исходное положение и расклинивание фрикционных клиньев в случае стопорения их при воздействии ударной нагрузки, сила и скорость которой превышают максимально допустимые значения. Варианты выполнения элемента подпружинивания поршня:
- поршень подпружинен эластичной втулкой;
- поршень подпружинен тарельчатой пружиной;
- поршень выполнен в виде призматической шпонки.
Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями.
На фиг.1 показан общий вид поглощающего аппарата. На фиг.2 - разрез А-А по фиг.1. На фиг.3 - вариант выполнения по фиг.2. На фиг.4 - фрикционный клин с выдвинутым поршнем в виде призматической шпонки. На фиг.5 - 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 упругом звене, составленном, например, из вставленных в друг друга пружин сжатия (не показано) или из полимерного массива упругих блоков 6, пропущенных сквозь стержень 7. Резьба на стержне 7 предназначена для установки поглощающего аппарата в тяговом хомуте (не показан) и для съема с него. Нажимной клин 3 снабжен зацепами 8 (фиг.2), например, тремя, поджатыми к трем верхним зацепам 9 корпуса 1 полимерным массивом упругих блоков 6.
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.
Внутри, по крайней мере, одного фрикционного клина 4 расположен подпружиненный поршень 10, контактирующий с опорной поверхностью нажимного клина 3. Поршень 10 может быть подпружинен упругим элементом 11, выполненным или в виде эластичной втулки (фиг.2) или в виде тарельчатой пружины (фиг.3). Поршень 10 может быть любой формы, например, цилиндрической или в виде призматической шпонки (фиг.4), вставленной вместе с упругим элементом 11 в паз аналогичной формы. Возможен вариант (не показан), когда поршень 10 с упругим элементом 11 располагаются в соответствующем пазу нажимного клина 3.
В наружную поверхность фрикционных клиньев 4 могут быть запрессованы бронзовые вкладыши 12 (фиг.2), 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.5) 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.
После прекращения действия ударной нагрузки, не превышающей максимально допустимого значения, возвратной силы сжатия упругих блоков 6 достаточно для преодоления сил трения между подвижными элементами 3 и 4, 4 и 1, чтобы вернуть их в исходное положение.
В случае превышения максимально допустимого значения ударной нагрузки и после прекращения ее действия на нажимной клин 3, возможно «схватывание» поверхностей фрикционных клиньев 4 со стенками 2 корпуса 1, а также «схватывание» поверхности нажимного клина 3 с поверхностями фрикционных клиньев 4. Поэтому в этом случае, сразу же после снятия ударной нагрузки, все перечисленные подвижные элементы 2-5 будут находиться какое-то мгновение в состоянии покоя, что вызовет перемещение поршня 10 под действием упругого элемента 11. Это приведет к тому, что расклиниванию нажимного клина 3 с фрикционными клиньями 4 поможет дополнительная сила от выталкивания поршня 10 упругим элементом 11. Это будет способствовать уменьшению сил сопротивления возвратному перемещению полимерного массива упругих блоков 6 и стабильной работе поглощающего аппарата, что повысит 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/.