УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ УДАРА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ
DEVICE ABSORBING THE ENERGY OF IMPACTS OF RAILWAY CARS

Настоящее изобретение относится к устройству для поглощения энергии удара железнодорожных вагонов, в частности используемому в железнодорожных центральных сцепных устройствах.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Устройство для поглощения энергии удара содержит штангу, выполненную с возможностью резки посредством окружающих режущих инструментов, расположенных равномерно в корпусной втулке, известно из описания к патенту PL202114. Для обеспечения правильного направления режущих инструментов лезвия этих инструментов располагаются в направляющих, образованных в наружной поверхности штанги.
Из описания к патенту PL211405 также известно устройство для поглощения энергии удара, содержащее штангу с плавно изменяющимся диаметром, выполненную с возможностью резки посредством режущих инструментов. В частности, штанга имеет коническую, пирамидальную или другую криволинейную форму, чтобы обеспечить увеличенную способность к поглощению энергии в случае столкновений с высокой кинетической энергией.
Известные устройства хорошо выполняют свою задачу при нормальных столкновениях, однако в случае увеличенного угла отклонения между вагонами, соударяющимися друг с другом, происходят некоторые неконтролируемые перемещения между корпусной втулкой с режущими инструментами и обрабатываемой резанием штангой. Это перемещение вызывает деформацию взаимодействующих частей, что в свою очередь делает невозможным дальнейшее эффективное поглощение энергии.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретение является создание устройства для поглощения энергии удара с повышенной устойчивостью к действию боковых сил, которое при своей простой конструкции будет способным поглощать большое количество энергии в чрезвычайных ситуациях, таких как столкновение железнодорожных вагонов, и защищать эти вагоны от повреждения, в частности, при увеличенных угловых отклонениях, возникающих между соударяющимися друг с другом вагонами.
Устройство согласно изобретению содержит штангу, часть которой выполнена с возможностью резки посредством окружающих режущих инструментов, установленных в корпусной втулке и ориентированных внутрь корпусной втулки. Изобретение отличается тем, что штанга имеет угловую направляющую часть, переходящую в часть, выполненную с возможностью резки, и шарнирно установлена в опоре, при этом корпусная втулка с прикрепленными режущими инструментами соединена с опорой посредством разрушаемых элементов.
Предпочтительно, угловая направляющая часть штанги соединена с ушком, установленным в отверстиях опоры посредством оси, перпендикулярной геометрической оси штанги.
Предпочтительно, разрушаемые элементы представляют собой винты с заданной прочностью.
Предпочтительно, поверхность угловой направляющей части наклонена под углом в диапазоне от 7° до 30° относительно геометрической оси штанги, более предпочтительно от 11° до 23°, и еще более предпочтительно от 12° до 18°.
Предпочтительно угловая направляющая часть имеет коническую форму.
Предпочтительно штанга имеет увеличивающуюся толщину стенки в угловой направляющей части.
Предпочтительно ушко, установленное в отверстиях опоры, имеет цилиндрическую часть для посадки в паз, образованный в угловой направляющей части штанги.
Предпочтительно, твердость поверхностного слоя начальной области угловой поверхности направляющей части больше предела обрабатываемости резанием, при этом ближе к части штанги, выполненной с возможностью резки, твердость поверхностного слоя угловой направляющей части уменьшается ниже предела обрабатываемости резанием.
Шарнирное крепление штанги в опоре и использование разрушаемых элементов, соединяющих корпусную втулку с опорой, обеспечивают возможность более легкого выравнивания штанги при контакте ее угловой направляющей части с режущими инструментами, установленными в корпусной втулке.
Путем объединения угловой направляющей части штанги с ушком, установленным с возможностью поворота в отверстиях опоры, получают простое шарнирное соединение, обеспечивающее вращение штанги относительно корпусной втулки, оснащенной режущими инструментами.
Использование винтов с заданной прочностью в качестве разрушаемых элементов упрощает конструкцию, так как винты используются в устройстве согласно изобретению одновременно в качестве крепежных элементов и предохранительных элементов, определяя предел силы давления, прилагаемой вагонами друг к другу, при котором инициируется поглощение энергии путем обработки резанием.
Наклон поверхности направляющей части под углом в диапазоне от 7° до 30° относительно геометрической оси штанги обеспечивает возможность эффективного выравнивания штанги относительно корпусной втулки с режущими инструментами. Увеличение наклона выше предела 30° может привести к врезанию режущих инструментов в начальную область угловой направляющей части и ее деформации, тем самым не давая корпусной втулке с режущими инструментами переместиться в область штанги, предназначенную для резки.
Увеличение толщины стенок угловой направляющей части направлено на повышение модуля жесткости и предотвращение деформации в этой области.
Цилиндрическая часть ушка обеспечивает возможность точной осевой посадки относительно геометрической оси штанги.
Повышение твердости наружного слоя начальной области угловой направляющей части направлено на создание скользящего контакта режущих инструментов в начальной области, тем самым обеспечивая лучшее направление расположенной дальше части штанги, выполненной с возможностью резки, относительно корпусной втулки с режущими инструментами, и тем самым более эффективное выравнивание штанги относительно корпусной втулки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вариант осуществления изобретения иллюстрируется на прилагаемых чертежах.
Фиг. 1 - вид сверху с частичным осевым разрезом устройства для поглощения энергии удара железнодорожных вагонов согласно изобретению в состоянии покоя, до удара.
Фиг. 2 - вид сбоку с частичным осевым разрезом устройства для поглощения энергии в состоянии покоя.
Фиг. 3 - вид спереди устройства для поглощения энергии.
Фиг. 4 - вид в перспективе устройства для поглощения энергии.
Фиг. 5 - вид сверху, подобный фиг. 1, устройства согласно изобретению на первом этапе направления.
Фиг. 6 - вид сверху устройства согласно изобретению на конечном этапе направления.
Фиг. 7 - вид сверху устройства согласно изобретению на этапе работы.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как показано в варианте осуществления на фиг. 1 и фиг. 2, устройство для поглощения энергии удара железнодорожных вагонов согласно изобретению содержит стальную штангу 1 с частью 2, выполненной с возможностью резки, и с угловой направляющей частью 3, поверхность которой наклонена относительно геометрической оси штанги 1 под углом α=15°. Штанга 1 имеет трубчатую форму с по существу постоянной толщиной в части 2, выполненной с возможностью резки, и форму усеченного конуса в направляющей части 3. Дополнительно, концевая область направляющей части 3 служит в качестве области как для направления, так и для начальной резки. Направляющая часть 3 имеет цилиндрический осевой паз 4, в который устанавливается цилиндрическая часть 5 ушка 6. Цилиндрическая часть 5 также приваривается к торцевой стороне угловой направляющей части 3. Выполнение угловой направляющей части 3 в форме усеченного конуса с цилиндрическим пазом 4 позволяет получить увеличивающуюся толщину этой части при ее приближении к части 2, выполненной с возможностью резки. В отверстии 7 ушка 6 и в отверстиях 8 опоры размещается ось 10, перпендикулярно геометрической оси 11 штанги 1, обеспечивая возможность шарнирного крепления ушка 6 и тем самым шарнирного крепления всей штанги 1.
Опора 9 прикреплена к корпусной втулке 12 посредством разрушаемых элементов 13 в виде винтов с заданной прочностью на разрыв. Правильный выбор количества, диаметра и прочности материала винтов позволяет задать предел, при котором происходит отсоединение корпусной втулки 12 от опоры 9, и тем самым позволяет задать предел энергии, имеющейся между железнодорожными вагонами, соударяющимися друг с другом, при котором инициируется этап поглощения кинетической энергии путем резки. Для этого корпусная втулка 12 имеет режущие инструменты 14, расположенные по ее окружности и закрепленные на ее передней части. Режущие инструменты 14 ориентированы внутрь корпусной втулки 12, и кончики 15 лезвий режущих инструментов 14 располагаются на диаметре, который меньше диаметра цилиндрической части 2 штанги 1.
В иллюстрируемом варианте осуществления штанга 1 имеет начальную часть угловой поверхности направляющей части 3, твердость которой находится в диапазоне 45-55 HRC, при этом твердость режущих инструментов находится в диапазоне 58-63 HRC. Для этого варианта осуществления в качестве начальной области угловой поверхности направляющей части 3 принимается боковая поверхность усеченного конуса, начинающаяся от его наименьшего диаметра и продолжающаяся до половины его высоты. Остальная часть угловой направляющей части 3 имеет твердость, уменьшающуюся при приближении к наибольшему диаметру, при этом начиная от диаметра конуса, соответствующего диаметру расположения кончиков 15 лезвий режущих инструментов 14, твердость угловой поверхности является наименьшей и находится в диапазоне 27-30 HRC. Вся трубчатая часть 2, выполненная с возможностью резки, имеет такую же твердость.
В другом варианте осуществления, для увеличения прогрессивности поглощения кинетической энергии удара железнодорожных вагонов, твердость трубчатой части 2, выполненной с возможностью резки, увеличивается в направлении движения режущих инструментов от твердости в диапазоне 27-30 HRC до предела обрабатываемости резанием, т.е. 38-43 HRC, при этом твердость лезвий режущих инструментов находится в диапазоне 58-63 HRC. В качестве предела обрабатываемости резанием была принята разница между твердостью лезвия режущего инструмента и твердостью подвергаемой резанию части равная 20 HRC, поэтому при твердости лезвия 58 HRC предельное значение для поверхностного слоя части, выполненной с возможностью резки, должно быть 38 HRC. Подобный эффект увеличения прогрессивности поглощения энергии может быть достигнут в другом варианте осуществления настоящего изобретения, не показанном на чертежах, путем увеличения толщины слоя, срезаемого вдоль пути резания, что может быть получено путем использования трубчатой части 2 с увеличивающимся наружным диаметром в направлении движения режущих инструментов 14. Поверхность угловой направляющей части 3 может быть наклонена относительно геометрической оси 11 штанги 1 под углом α в диапазоне от 7° до 30°, но наилучшие условия в большинстве случаев ударов железнодорожных вагонов обеспечиваются при угле α =15°.
В другом варианте осуществления, не иллюстрируемом на чертежах, угловая направляющая часть 3 имеет форму усеченной пирамиды с квадратным основанием и переходит в часть 2, выполненную с возможностью резки, имеющую трубчатую форму с квадратным поперечным сечением, и в этом случае корпусная втулка 12 также имеет квадратное внутреннее отверстие, что позволяет свободные перемещения всей штанги 1 вдоль ее геометрической оси.
Как показано на фиг. 3, устройство согласно изобретению имеет шесть режущих инструментов 14, расположенных с равными угловыми интервалами и закрепленных посредством винтов 16 в углублениях, образованных в передней части корпусной втулки 12. Отверстия 17, образованные симметрично между режущими инструментами 14, предназначены для крепления корпусной втулки 12 к передней стенке железнодорожного вагона.
Как показано на фиг. 4, режущий инструмент 14 выполнен в виде ножей для резания, и кончики 15 лезвий этих ножей направлены радиально в направлении центра корпусной втулки 12. Кроме того, на концевой части трубчатой штанги образовано внутреннее кольцо 18, увеличивающее жесткость конструкции и в то же время образующее элемент, который способствует поддержке и креплению штанги 1 в конструкции железнодорожного сцепного устройства.
На фиг. 5 показан первый этап углового направления штанги 1 относительно корпусной втулки 12 с режущими инструментами 14. После превышения предельных сил давления соединенных друг с другом железнодорожных вагонов происходит разрушение разрушаемых элементов 13 в форме винтов с заданной прочностью, так что головка 13а винта с частью его стержня остается в смещенной опоре 9, а остальная часть резьбового стержня 13b остается в корпусной втулке 12, прикрепленной к передней стенке вагона, не показанной на чертежах. На этом этапе режущие инструменты 14 прижимаются к одной стороне угловой направляющей части 3, в результате чего возникает начальная сила, направляющая штангу 1 в осевое положение относительно корпусной втулки.
На фиг. 6 иллюстрируется конечный этап углового направления штанги 1 относительно корпусной втулки 12 с режущими инструментами. На этом этапе все режущие инструменты 14 контактируют с угловой направляющей частью 3, однако обработка резанием этой угловой направляющей части происходит на одной стороне, в результате чего увеличивается сила, вызывающая выравнивающий момент, направляющий стержень 1 в осевое положение относительно корпусной втулки 12.
На фиг. 7 показано устройство согласно изобретению на этапе работы. На этом этапе оказывается противодействие некоторым возможным небольшим угловым отклонениям штанги 1 относительно корпусной втулки 12. На этом этапе все режущие инструменты 14 участвуют в процессе резания и существенном поглощении кинетической энергии удара железнодорожных вагонов. В случае не осевого перемещения штанги относительно корпусной втулки 12, увеличенные силы резания, вызываемые большим проникновением режущих инструментов 14 в поверхностный слой части 1 штанги 1, выполненной с возможностью резки, создают давление этих более заглубленных режущих инструментов 14 на штангу 1, и тем самым создают дополнительный выравнивающий момент, влияющий на точное выравнивание компонентов, продвигающихся друг на друга.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 - штанга
2 - часть штанги, выполненная с возможностью резки
3 - угловая направляющая часть
4 - паз
5 - цилиндрическая часть ушка
6 - ушко
7 - отверстие под ушко
8 - отверстие опоры
9 - опора
10 - ось
11 - геометрическая ось штанги
12 - корпусная втулка
13 - разрушаемые элементы
14 - режущий инструмент
15 - кончики лезвий режущих инструментов
16 - крепежный винт режущего инструмента
17 - отверстия для крепления корпусной втулки на передней стенке железнодорожного вагона
18 - внутреннее кольцо
α - угол наклона угловой направляющей части относительно геометрической оси штанги