ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩИЙ БУФЕР И СОДЕРЖАЩЕЕ ЕГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
POWER ABSORBING BUFFER AND RAILWAY VEHICLE CONTAINING IT

Область техники
Изобретение относится к области защитного оборудования поездов, в частности к энергопоглощающему буферу и к рельсовому транспортному средству с таким энергопоглощающим буфером.
Уровень техники
С развитием индустрии железнодорожных перевозок все большее внимания уделяется пассивной безопасности железнодорожных транспортных средств, и буферные устройства поездов постепенно применяются на железнодорожных транспортных средствах. Применение буферных устройств с большой энергопоглощающей способностью и высокой эффективностью в ограниченном пространстве на переднем конце поезда очень полезно для повышения пассивной безопасности при столкновении рельсовых транспортных средств.
В момент столкновения поезда, соответствующий энергопоглощающий буфер только поглощает энергию столкновения за счет деформации сжатия энергопоглощающего материала, и находящийся внутри него энергопоглощающий материал не может выходить из замкнутого пространства, так что после сжатия до определенной степени дальнейшее сжатие энергопоглощающего материала становится невозможным, что приводит к более низкой эффективности энергопоглощения и снижению безопасности при эксплуатации.
Раскрытие изобретения
Согласно изобретению предложен энергопоглощающий буфер и железнодорожное транспортное средство с таким энергопоглощающим буфером, предназначенным для решения проблем, связанных с низкой эффективностью энергопоглощения энергопоглощающего буфера известного уровня техники.
Первым объектом изобретения является энергопоглощающий буфер, содержащий направляющий цилиндр, первый конец которого приспособлен для соединения с железнодорожным транспортным средством; энергопоглощающий материал, заполняющий направляющий цилиндр; ударный механизм, расположенный на втором конце направляющего цилиндра; и выпускающее средство, приспособленное для выпуска энергопоглощающего материала и расположенное на первом конце направляющего цилиндра; при этом первый и второй концы направляющего цилиндра противоположны друг другу, а энергопоглощающий материал приспособлен для выдавливания с деформацией при столкновении ударного механизма с объектом столкновения и последующего выпуска выпускающим средством для амортизации энергии столкновения с объектом столкновения.
Согласно варианту выполнения выпускающее средство содержит направляющий конус, закрывающий отверстие первого конца направляющего цилиндра. Между направляющим конусом и цилиндрической кромкой первого конца направляющего цилиндра обеспечен зазор, образующий проход для выпуска энергопоглощающего материала.
Согласно варианту выполнения направляющий цилиндр имеет форму прямого кругового цилиндра, а торцевая поверхность направляющего конуса снабжена фланцевой частью, соединенной с направляющим цилиндром.
Согласно варианту выполнения энергопоглощающий буфер содержит соединительный фланец, соединенный с направляющим конусом и расположенный на первом конце направляющего цилиндра; и направляющее кольцо, прикрепленное к соединительному фланцу и проходящее вдоль направления по окружности направляющего цилиндра, при этом между направляющим кольцом и поверхностью внутренней стенки направляющего конуса образован проход для выпуска энергопоглощающего материала.
Согласно варианту выполнения направляющее кольцо имеет круговую форму, а выпускающее средство дополнительно содержит множество задних рассекателей, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль направления по окружности на направляющем кольце. Между двумя соседними задними рассекателями из их множества выполнен выдавливающий желоб, и энергопоглощающий материал приспособлен для разрезания на множество кусков каждым из множества задних рассекателей во время выдавливания ударным механизмом и выпуска из зазора между выдавливающим желобом и поверхностью внутренней стенки направляющего конуса.
Согласно варианту выполнения ударный механизм содержит прижимную пластину, установленную внутри цилиндрического тела второго конца направляющего цилиндра и упирающуюся в энергопоглощающий материал, при этом прижимная пластина приспособлена для выдавливания энергопоглощающего материала при столкновении с объектом столкновения.
Согласно варианту выполнения прижимная пластина прикреплена к внутренней стенке направляющего цилиндра срезными штифтами.
Согласно варианту выполнения энергопоглощающий буфер содержит кольцевой фланец, который упирается во внутреннюю стенку направляющего цилиндра, расположен вдоль направления по окружности прижимной пластины и проходит вдоль осевого направления направляющего цилиндра.
Согласно варианту выполнения ударный механизм дополнительно содержит ударную пластину, расположенную на втором конце направляющего цилиндра, при этом обращенная к направляющему цилиндру торцевая поверхность ударной пластины соединена с прижимной пластиной, а обращенная в сторону от направляющего цилиндра торцевая поверхность ударной пластины снабжена предотвращающими набегание зубьями для контакта с объектом столкновения.
Согласно варианту выполнения ударный механизм дополнительно содержит множество передних рассекателей, расположенных на торцевой поверхности ударной пластины, обращенной к направляющему цилиндру. Множество передних рассекателей расположено на расстоянии друг от друга вдоль направления по окружности внутренней стенки направляющего цилиндра для разрезания этого направляющего цилиндра вдоль направлении перемещения ударной пластины при столкновении ударного механизма с объектом столкновения.
Согласно варианту выполнения ударный механизм дополнительно содержит направляющую канавку, выполненную на обращенной к направляющему цилиндру торцевой поверхности ударной пластины. Эта направляющая канавка окружает направляющий цилиндр так, что торцевая стенка направляющего цилиндра закручивается вдоль направляющей канавки при разрезании и выдавливании.
Согласно варианту выполнения заданная отклоняющая канавка выполнена на направляющем цилиндре в месте, соответствующем месту расположения каждого из множества передних рассекателей, при этом заданная отклоняющая канавка проходит вдоль осевого направления направляющего цилиндра.
Другим объектом изобретения является железнодорожное транспортное средство, содержащее вышеуказанный энергопоглощающий буфер.
Согласно варианту выполнения железнодорожное транспортное средство содержит множество энергопоглощающих буферов, установленных, соответственно, на передней и задней поверхностях железнодорожного транспортного средства.
Энергопоглощающий буфер согласно изобретению содержит направляющий цилиндр, энергопоглощающий материал и ударный механизм. Первый конец направляющего цилиндра приспособлен для соединения с железнодорожным транспортным средством. Направляющий цилиндр заполнен энергопоглощающим материалом. На втором конце направляющего цилиндра расположен ударный механизм. Первый конец направляющего цилиндра противоположен второму концу направляющего цилиндра. Выпускающее средство для выпуска энергопоглощающего материала расположено на первом конце направляющего цилиндра. Энергопоглощающий материал приспособлен для выдавливания с деформацией при столкновении ударного механизма с объектом столкновения и выпуска выпускающим средством для амортизации энергии столкновения с объектом столкновения. Таким образом, при столкновении железнодорожных транспортных средств происходит выдавливание и выпускание энергопоглощающего материала из энергопоглощающего буфера посредством выпускающего средства, что значительно повышает эффективность энергопоглощения, решая вышеописанную проблему низкой эффективности энергопоглощения энергопоглощающего буфера.
Изобретение поясняется приложенными чертежами.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана конструкция возможного энергопоглощающего буфера согласно варианту осуществления изобретения, вид в изометрии;
на фиг. 2 – конструкция возможного энергопоглощающего буфера согласно варианту осуществления изобретения, вид в продольном разрезе;
на фиг. 3 – конструкция выпускающего средства возможного энергопоглощающего буфера согласно варианту осуществления изобретения, вид в изометрии;
на фиг. 4 – область B энергопоглощающего буфера по фиг. 2, вид в разрезе в увеличенном масштабе;
на фиг. 5 – схема деформации конструкции направляющего цилиндра и энергопоглощающего материала возможного энергопоглощающего буфера согласно варианту осуществления изобретения при столкновении; и
на фиг. 6 – область A энергопоглощающего буфера по фиг. 2, вид в разрезе в увеличенном масштабе.
На прилагаемых чертежах используются следующие обозначения:
10 - направляющий цилиндр; 20 - энергопоглощающий материал; 30 - ударный механизм; 31 - прижимная пластина; 32 - срезной штифт; 33 - кольцевой фланец; 34 - ударная пластина; 35 - передний рассекатель; 36 - направляющая канавка; 37 - заданная отклоняющая канавка; 38 – предотвращающий набегание зуб; 40 - выпускающее средство; 41 - направляющий конус; 42 - направляющее кольцо; 43 - задний рассекатель; и 44 - выдавливающий желоб.
Осуществление изобретения
Следует отметить, что при отсутствии противоречий, особенности различных вариантов осуществления изобретения могут использоваться в комбинации друг с другом. Ниже приводится подробное описание некоторых возможных вариантов осуществления изобретения со ссылками на приложенные чертежи.
Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, энергопоглощающий буфер согласно одному из вариантов выполнения содержит: направляющий цилиндр 10; энергопоглощающий материал 20; ударный механизм 30 и выпускающее средство 40 для выпуска энергопоглощающего материала 20, расположенное на первом конце направляющего цилиндра 10. Первый конец направляющего цилиндра 10 выполнен с возможностью соединения с поездом. Направляющий цилиндр 10 заполнен энергопоглощающим материалом 20. Ударный механизм 30 расположен на втором конце направляющего цилиндра 10. Первый конец направляющего цилиндра 10 и второй конец направляющего цилиндра 10 являются двумя противоположными концами направляющего цилиндра 10. При столкновении ударного механизма 30 с объектом столкновения энергопоглощающий материал 20 выдавливается с деформацией и выпускается выпускающим средством 40, чтобы амортизировать энергию столкновения с объектом столкновения.
Энергопоглощающий буфер согласно изобретению содержит направляющий цилиндр 10, энергопоглощающий материал 20 и ударный механизм 30. Первый конец направляющего цилиндра 10 соединяется с поездом. Направляющий цилиндр 10 заполнен энергопоглощающим материалом 20. Ударный механизм 30 расположен на втором конце направляющего цилиндра 10. Первый конец направляющего цилиндра 10 и второй конец направляющего цилиндра 10 являются двумя противоположными концами направляющего цилиндра 10. На первом конце направляющего цилиндра 10 расположено выпускающее средство 40, приспособленное для выпуска энергопоглощающего материала 20. При столкновении ударного механизма 30 с объектом столкновения энергопоглощающий материал 20 выдавливается с деформацией и выпускается выпускающим средством 40, чтобы амортизировать энергию столкновения с объектом столкновения. Таким образом, при столкновении поезда происходит выдавливание и выпускание энергопоглощающего материала 20 из энергопоглощающего буфера посредством выпускающего средства 40, что значительно повышает эффективность энергопоглощения, решая вышеописанную проблему низкой эффективности энергопоглощения энергопоглощающего буфера.
В возможном варианте осуществления изобретения первый конец направляющего цилиндра 10 содержит посадочное место для соединения с поездом, и энергопоглощающий буфер прикрепляется к поезду посредством посадочного места. В качестве энергопоглощающего материала 20 может быть использован сотовый алюминий, вспененный алюминий или армированный стекловолокном пластик. Как показано на фиг. 2-4, направляющий цилиндр 10 имеет цилиндрическую форму. Выпускающее средство 40 содержит направляющий конус 41. Направляющий конус 41 закрывает отверстие первого конца направляющего цилиндра 10. Торцевая поверхность направляющего конуса 41 содержит фланцевую часть, которая соединяется с направляющим цилиндром 10. Соответственно, энергопоглощающий буфер содержит соединительный фланец, соединяющийся с направляющим конусом 41 и расположенный на первом конце направляющего цилиндра 10, и направляющее кольцо 42, соединенное с соединительным фланцем. Фланцевая часть направляющего конуса 41 крепится к соединительному фланцу направляющего цилиндра 10 болтами. Направляющее кольцо 42 имеет кольцевую форму, а его диаметр соответствует диаметру направляющего цилиндра 10. Направляющее кольцо 42 проходит по окружности направляющего цилиндра 10. Центральная часть внутренней торцевой поверхности направляющего конуса 41 является выпуклой в сторону внутреннего пространства направляющего цилиндра 10. После установки направляющего конуса 41 на направляющем цилиндре 10 между направляющим кольцом 42 и поверхностью внутренней стенки направляющего конуса 41 образуется проход для выпуска энергопоглощающего материала 20. Энергопоглощающий материал 20 в направляющем цилиндре 10 выдавливается через зазор между направляющим кольцом 42 и поверхностью внутренней стенки направляющего конуса 41 для усиления эффекта амортизации.
Поскольку зазор между направляющим кольцом 42 и направляющим конусом 41 является узким, в случае столкновения происходит быстрое выдавливание энергопоглощающего материала 20, что легко приводит к образованию мертвой зоны энергопоглощающего материала 20, то есть, после сжатия до определенной степени дальнейшее сжатие энергопоглощающего материала 20 становится невозможным. Для обеспечения равномерного выпуска энергопоглощающего материала 20 из зазора между направляющим кольцом 42 и направляющим конусом 41 и исключения рабочей мертвой зоны энергопоглощающего материала 20, как показано на фиг. 3, выпускающее средство 40 дополнительно содержит множество задних рассекателей 43, расположенных на расстоянии друг от друга по окружности направляющего кольца 42. Между двумя соседними задними рассекателями 43 из их множества выполнен выдавливающий желоб 44, и энергопоглощающий материал 20 разрезается на множество кусков посредством каждого из множества задних рассекателей 43 при выдавливании ударным механизмом 30 43 и выходит через зазор между соответствующим выдавливающим желобом 44 и поверхностью внутренней стенки направляющего конуса 41. С помощью множества задних рассекателей 43 энергопоглощающий материал 20, плотность которого после начала выдавливания резко повышается, разрезается на множество мелких кусков, чем обеспечивается возможность выхода энергопоглощающего материала 20, и уменьшается диапазон энергопоглощающей мертвой зоны энергопоглощающего материала 20, в результате чего повышается эффективность энергопоглощения буфера.
Как показано на фиг. 2, ударный механизм 30 включает в себя прижимную пластину 31 и ударную пластину 34. Как прижимная пластина 31, так и ударная пластина 34 установлены на втором конце направляющего цилиндра 10. Прижимная пластина 31 установлена внутри цилиндрического корпуса и упирается в один край энергопоглощающего материала 20 для выдавливания энергопоглощающего материала 20 при столкновении с объектом. Прижимная пластина 31 прикреплена к внутренней стенке направляющего цилиндра 10 срезными штифтами 32. Обращенная к направляющему цилиндру 10 торцевая поверхность ударной пластины 34 соединена с прижимной пластиной 31, а обращенная в сторону от направляющего цилиндра 10 торцевая поверхность ударной пластины 34 снабжена предотвращающими набегание зубьями 38, предназначенными для контакта с объектом столкновения. В возможном варианте выполнения между ударной пластиной 34 и прижимной пластиной 31 имеется кольцевой соединительный участок. Ударная пластина 34 соединена с прижимной пластиной 31 кольцевой соединительной частью и встроена в корпус. Ударная пластина 34 содержит множество предотвращающих набегание зубьев 38. Множество предотвращающих набегание зубьев 38 расположено на расстоянии друг от друга на ударной поверхности ударной пластины 34 вдоль её поперечного направления.
При столкновении железнодорожного транспортного средства с объектом столкновения, как показано на фиг. 5, предотвращающие набегание зубья 38 входят в непосредственный контакт с объектом столкновения. Под действием большого усилия удара энергопоглощающий материал 20 выдавливается из направляющего цилиндра 10 ударной пластиной 34 и прижимной пластиной 31. В результате толкающего воздействия со стороны ударной пластины 34, когда усилие на стыке достигает определенного значения, происходит срезание срезного штифта 32, соединяющего прижимную пластину 31, так что прижимная пластина 31 оказывает ударное воздействие на энергопоглощающий материал 20. Одновременно со сжатием энергопоглощающего материала 20 происходит его выдавливание рядом с концом выпускающего средства 40, через зазор между направляющим кольцом 42 и поверхностью внутренней стенки направляющего конуса 41. Таким образом, за счет деформации и выдавливания энергопоглощающего материала 20, ударная нагрузка столкновения амортизируется и поглощается. Направляющий конус 41 направляет энергопоглощающий материал 20 при выдавливании энергопоглощающего материала 20 через зазор между направляющим кольцом 42 и поверхностью внутренней стенки направляющего конуса 41. Энергопоглощающий материал направляется на задние рассекатели 43 и выдавливающий желоб 44.
Для обеспечения стабильного перемещения прижимной пластины 31 в процессе сжатия энергопоглощающего материала 20, как показано на фиг. 2, энергопоглощающий буфер дополнительно содержит кольцевой фланец 33, проходящий по окружности прижимной пластины 31 и упирающийся во внутреннюю стенку направляющего цилиндра 10. Этот кольцевой фланец 33 имеет определенную длину в направлении по оси направляющего цилиндра 10. Благодаря кольцевому фланцу 33 увеличивается площадь контакта прижимной пластины 31 с внутренней стенкой направляющего цилиндра 10, что обеспечивает стабильное выдавливание энергопоглощающего материала 20 под действием большой силы удара. При столкновении контактный участок прижимной пластины 31 и направляющий цилиндр 10 не деформируется и вместе с предотвращающими набегание зубьями 38 обеспечивает предотвращение смещения в вертикальном направлении.
Для дополнительного увеличения амортизирующего усилия, как показано на фиг. 2 и фиг. 6, ударный механизм 30 также содержит множество передних рассекателей 35. Эти передние рассекатели 35 расположены на торцевой поверхности ударной пластины 34, обращенной к направляющему цилиндру 10. Множество передних рассекателей 35 расположены на расстоянии друг от друга по окружности внутренней стенки направляющего цилиндра 10. Как показано на фиг. 5, при столкновении ударного механизма 30 с объектом столкновения множество передних рассекателей 35 рассекают часть внутренней стенки направляющего цилиндра 10 в направлении перемещения ударной пластины 34. В результате ударного воздействия со стороны задней поверхности ударной пластины 34 часть разрезанного участка закручивается внутрь направляющего цилиндра 10, а остальная часть закручивается наружу направляющего цилиндра 10, что увеличивает силу сопротивления буфера. Благодаря разрезанию увеличивается амортизирующий ход всего энергопоглощающего буфера, что повышает энергопоглощающую способность буфера.
Для обеспечения лучшего изгиба и закручивания стенки направляющего цилиндра 10, которая закручивается наружу направляющего цилиндра 10 после разрезания передними рассекателями 35, что делается для дополнительного повышения энергопоглощающей способности, в возможном варианте выполнения, как показано на фиг. 2 и фиг. 6, ударный механизм 30 дополнительно содержит направляющую канавку 36. Эта направляющая канавка 36 выполнена на торцевой поверхности ударной пластины 34, обращенной к направляющему цилиндру 10. Направляющая канавка 36 проходит по окружности направляющего цилиндра 10. Все передние рассекатели 35 расположены рядом с внутренней кромкой направляющей канавки 36. Стенка направляющей канавки 36 имеет дугообразную поверхность. После разрезания загнутая к наружной стороне направляющего цилиндра 10 часть стенки направляющего цилиндра 10 закручивается дугообразной поверхностью направляющей канавки 36, за счет чего дополнительно повышается энергопоглощающая способность буфера.
Для обеспечения плавного разрезания стенки направляющего цилиндра 10 передними рассекателями 35 на начальной стадии удара, в возможном варианте выполнения в месте расположения каждого из передних рассекателей 35 расположена заданная отклоняющая канавка 37, проходящая в осевом направлении направляющего цилиндра 10. На начальном этапе столкновения лезвия передних рассекателей 35 начинают разрезать стенку направляющего цилиндра 10 по направляющей канавке; это делается для предотвращения жесткого столкновения между передними рассекателями и стенкой направляющего цилиндра 10.
Согласно еще одному варианту выполнения изобретения, предлагается железнодорожное транспортное средство, содержащее энергопоглощающий буфер. Этот энергопоглощающий буфер представляет собой энергопоглощающий буфер, рассмотренный в вышеописанном варианте выполнения. На заднем конце энергопоглощающего буфера предусмотрено посадочное место. Посадочное место содержит установочное отверстие, соединяемое с железнодорожным транспортным средством. Энергопоглощающий буфер устанавливается на железнодорожном транспортном средстве с помощью посадочного места. В возможном варианте выполнения направляющий конус 41 на задней поверхности энергопоглощающего буфера крепится к посадочному месту. Таким образом, при столкновении поезда, содержащего энергопоглощающий буфер согласно вышеописанному варианту выполнения, происходит выдавливание и выпускание энергопоглощающего материала 20 из энергопоглощающего буфера посредством выпускающего средства 40, что значительно повышает эффективность энергопоглощения, решая вышеописанную проблему низкой эффективности энергопоглощения энергопоглощающего буфера.
В одном из возможных вариантов выполнения каждый поезд содержит множество энергопоглощающих буферов. Множество энергопоглощающих буферов расположено, соответственно, спереди и сзади железнодорожного транспортного средства. При столкновении двух поездов энергопоглощающий буфер на переднем конце одного поезда сталкивается с энергопоглощающим буфером на заднем конце другого поезда, обеспечивая амортизацию ударной нагрузки. При столкновении предотвращающие набегание зубья 38, расположенные на переднем конце двух энергопоглощающих буферов, входят в контакт друг с другом, инициируя выдавливание энергопоглощающего материала. При этом всегда сохраняется хорошее предотвращение вертикального набегания. При столкновении предотвращающие набегания зубья 38 эффективно предотвращают схождение поездов с рельс.
Описанные выше предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены только для его иллюстрации и не носят какого-либо ограничительного характера. Как будет понятно специалистам в данной области техники, безусловно, возможны различные модификации и изменения вышеописанных вариантов выполнения. Любые модификации, эквивалентные замены, усовершенствования и т.п., сделанные в соответствии с принципом и замыслом изобретения, входят в объем патентной охраны изобретения.