Демпферная часть устройства поглощения энергии

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и касается амортизаторов транспортных средств, преимущественно для поглощающих аппаратов автосцепки, тяговых и буферных устройств, устанавливаемых между вагонами железнодорожного состава, а также для амортизаторов подвески тяжелой гусеничной и колесной техники.
Известен принятый за прототип поглощающий аппарат для железнодорожного вагона [1, Патент RU 2338100, МПК F16F 7/08 (2006.01), B61F 5/12 (2006.01), B61G 11/14 (2006.01), конвенционный приоритет 18.04.2006 PL Р-379484, опубликован 10.11.2008, Бюл. №31],
содержащий в снабженном бонкой корпусе демпферную часть, состоящую из перемеженных пластинами упруго-эластичных элементов, сквозь отверстия в которых пропущен стержень. В корпусе применена бонка, способствующая возможности устанавливать в устройстве демпфер большей высоты с упруго-эластичными элементами большего объема, что улучшает технические характеристики устройства. Дополнительно, при сжатии демпфера, стержень имеет возможность перемещаться внутри бонки и при этом не выступать за пределы корпуса устройства, что исключает как его повреждения, так и необходимость выполнения каких-либо полостей для приема выступающей части стержня в машинах, где такие устройства устанавливаются.
Нижеследующие общие признаки прототипа и полезной модели формируют ограничительную часть независимого пункта ее формулы:
- демпферная часть устройства поглощения энергии, содержащая предварительно поджатый демпфер, расположенный на днище корпуса, охватывая его бонку и пропущенный сквозь нее стержень, при этом предварительно поджатый демпфер сформирован из перемеженных пластинами упруго-эластичных элементов, один из которых опорный, причем упруго-эластичные элементы, выполнены из объема материала, заключенного между их криволинейной боковой поверхностью и торцевыми поверхностями, и снабженных сквозным отверстием вдоль главной оси, края которого сопряжены с упомянутыми торцевыми поверхностями, кроме того, бонка размещена в сквозном отверстии опорного упруго-эластичного элемента.
Однако наличие упомянутой бонки подразумевает, что ее диаметр больше диаметра стержня, что не позволяет устанавливать в составе демпфера одинаковые упруго-эластичные элементы. В конструкции устройства по прототипу [1], два упруго-эластичных элемента со стороны днища корпуса выполнены как остальные, но с большим отверстием. При этом, за счет большего в них отверстия, полезный объем материала в этих элементах меньше, что делает их работу при сжатии неравномерной по сравнению с остальными элементами. Упруго-эластичные элементы с большими отверстиями вследствие этого испытывают большую деформацию при сжатии демпфера и возникает склонность к их «просаживанию» с потерей качественных технических характеристик, таких как, например, энергоемкости. Компенсировать снижение энергоемкости возможно способом, описанном В аналоге [2, Патент RU169847, МПК F16F 1/40 (2006.01), приоритет 22.08.2016, опубликован 04.04.2017 Бюл. №10], где повышение энергоемкости достигается выполнением на торцевых поверхностях упругих элементов, контактирующих с пластинами, уклона величиной не менее 5°, направленного к оси элементов, а также выполнением на этих поверхностях выступов.
Однако такой значительный по величине уклон усложняет процесс сборки устройств при установке демпферов, скомпонованных из таких элементов за счет увеличения их высоты в расслабленном состоянии из-за наличия большого нефункционального зазора между торцевыми поверхностями и пластинами. Более того, для правильного распределения нагрузки недостаточно наличия выступов только на торцевых поверхностях, ввиду того, что в поджатом и полностью сжатом состояниях с пластинами контактируют и боковые поверхности элементов. То есть, способ повышения энергоемкости упругих элементов по аналогу [2], не способен полностью решить проблему применения их в демпферах, устанавливаемых в устройства с бонкой, что снижает эффективность работы как демпферной части устройства поглощения энергии, так и самого такого устройства.
Поэтому задачей полезной модели является повышение эффективности работы демпферной части устройства поглощения энергии за счет достижения технического результата - повышения энергоемкости упруго-эластичных элементов, применяемых в демпферах, устанавливаемых в устройства поглощения энергии, снабженных бонкой, а также обеспечение равности жесткостей каждого из таких упруго-эластичных элементов при воздействии внешней силы и исключение чрезмерных передеформаций некоторых из них.
Поставленная задача решается тем, что (фиг. 1-8) демпферная часть устройства поглощения энергии, содержащая предварительно поджатый демпфер (А), расположенный на днище (G) корпуса (K), охватывая его бонку (1) и пропущенный сквозь нее стержень (2), при этом предварительно поджатый демпфер (А) сформирован из перемеженных пластинами (3) упруго-эластичных элементов (4, 4'), один из которых (4') опорный, причем упруго-эластичные элементы (4, 4'), выполнены из объема материала, заключенного между их криволинейной боковой поверхностью (С) и торцевыми поверхностями (Т), и снабженных сквозным отверстием (5, 5') вдоль главной оси (O1), края (6) которого сопряжены с упомянутыми торцевыми поверхностями (Т), кроме того, бонка (1) размещена в сквозном отверстии (5') опорного упруго-эластичного элемента (4'), имеет отличительные признаки: ширина (S1) и размер (D) сквозного отверстия (5') опорного упруго-эластичного элемента (4') больше, чем ширина (S2) и размер (d) отверстия (5) у остальных упруго-эластичных элементов (4), при этом на боковой криволинейной поверхности (С) упруго-эластичных элементов (4, 4') выполнена рельефность (R).
Такие отличительные признаки позволяют обеспечить равенство жесткостей каждого из упруго-эластичных элементов (4, 4'), в составе демпфера А, повысить его энергоемкость, равномерно распределить нагрузки и предотвратить чрезмерную деформацию некоторых из упруго-элементов (4, 4'), в составе демпфера А. Это будет способствовать повышению эффективности работы как демпферной части устройства поглощения энергии, так и самого такого устройства.
Дополнительные отличительные признаки полезной модели, направленные на усиление упомянутых выше эффектов:
- пластина (3), расположенная на опорном упруго-эластичном элементе (4'), выполнена таким образом, что при максимальном сжатии демпфера она вогнута по направлению (Р) к бонке (1);
- торцевые поверхности (Т) упруго-эластичных элементов (4, 4') выполнены с уклоном по направлению от криволинейной боковой поверхности (С) к главной оси (01), и его величина составляет от 0 до 5°;
- в местах упомянутого сопряжения краев (6) отверстий (5, 5') с торцевыми поверхностями (Т) упруго-эластичных элементов (4, 4') выполнены фигурные углубления (7);
- в упомянутых фигурных углублениях (7) расположены вставки (8), охватывающие стержень (2);
- применено более одного опорного упруго-эластичного элемента (4'), но не более количества остальных упруго-эластичных элементов (4);
- один из опорных упруго-эластичных элементов (4') расположен в демпфере А самым дальним от днища (G) корпуса (K);
- в пластинах (3) выполнены не менее трех дополнительных отверстий (9), расположенных по периферии упомянутых торцевых поверхностей (Т);
- по краям упомянутых дополнительных отверстий (9) сформированы выступы (11);
- твердость материала упруго-эластичных элементов (4, 4') в направлении от их криволинейной боковой поверхности (С) и торцевых поверхностей (Т) вглубь объема этого материала непостоянна.
Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1 показана демпферная часть устройства поглощения энергии по полезной модели; на фиг. 2 показан демпфер в поджатом состоянии на исходную высоту; на фиг. 3 показан демпфер, сжатый до минимальной высоты; на фиг. 4 показан вид с местным разрезом на упруго-эластичный элемент по полезной модели; на фиг. 5 показан упруго-эластичный элемент со вставками, расположенными в фигурных углублениях; на фиг. 6 показан вариант исполнения демпферной части устройства поглощения энергии с двумя бонками; на фиг. 7 показана пластина, разделяющая смежные упруго-эластичные элементы в составе демпфера; на фиг. 8 показан разрез В-В по фиг. 7 варианта исполнения пластины, разделяющей смежные упруго-эластичные элементы в составе демпфера.
Демпфер А в поджатом состоянии на исходную высоту Н (фиг. 1, 2, 6) расположен в устройстве поглощения энергии, снабженном одной (фиг. 1) или двумя (фиг. 6) бонками 1, выполненными на днище G корпуса K, и стержнем 2. Под воздействием внешней силы Q (фиг. 3) демпфер имеет возможность своего сжатия до минимальной высоты h, при этом стержень 2 перемещается внутри бонки 1 и не выходит за пределы корпуса K устройства поглощения энергии. Демпфер А состоит из перемеженных пластинами 3 (фиг. 1-3, 5-8) опорного упруго-эластичного элемента 4' и остальных упруго-эластичных элементов 4. Каждый упруго-эластичный элемент выполнен из материала, объем которого ограничен парой торцевых поверхностей Т и криволинейной боковой поверхностью С. От одной до другой торцевой поверхности Т проходит главная ось O1, вдоль которой в каждом упруго-эластичном элементе 4, 4' выполнено сквозное отверстие 5, 5', края 6 которого сопряжены с упомянутыми торцевыми поверхностями Т. В отверстиях 5 остальных упруго-эластичных элементов размещен стержень 2 толщиной r, а в отверстии 5' опорного упруго-эластичного элемента размещена бонка 1, ширина L которой больше толщины r стержня 2. Вследствие этого, размер D (фиг. 2) отверстия 5' в опорном упруго-эластичном элементе 4' больше, чем размер d отверстия 5 в остальных упруго-эластичных элементах 4, однако для устранения недостатков демпфера по прототипу [1], ширина S1 опорного упруго-эластичного элемента 4' также больше, чем ширина S2 остальных упруго-эластичных элементов 4. Это позволяет уравнять объем материала всех упруго-эластичных элементов 4 и 4', и, тем самым, достичь равности жесткостей каждого из них. При этом, при воздействии внешней силы Q (фиг. 3) ни один из упруго-эластичных элементов 4, 4' демпфера не испытывает деформаций гораздо больших, чем остальные, что в течение длительного срока эксплуатации позволяет получать стабильные технические характеристики устройства поглощения энергии, в котором такой демпфер установлен.
Для правильного распределения нагрузок в демпфере А и повышения его энергоемкости, по сравнению с аналогом [2] полезно не только на торцевых поверхностях Т упруго-эластичных элементов 4, 4' выполнять рельефность R, но и на некотором расстоянии от них на криволинейной боковой поверхности С, поскольку в поджатом состоянии на исходную высоту Н и при сжатии до минимальной высоты h криволинейная боковая поверхность С также контактирует с пластинами 3, и выполненная на них рельефность R позволяет еще более эффективно распределять нагрузки.
На пластине 3, разделяющей опорный упруго-эластичный элемент 4' и остальные упруго-эластичные элементы 4 при сжатии демпфера от исходной высоты Н до минимальной высоты h образуется прогиб в направлении Р к бонке 1 (фиг. 3). Такой прогиб позволяет перераспределить силу Qe, действующую на опорный упруго-эластичный элемент 4' со стороны внешней силы Q, на вертикальную составляющую Qv и горизонтальную составляющую Qh, что дополнительно позволяет снизить нагрузку на него, и избежать недостатков, присутствующих в прототипе [1], поскольку величина вертикальной составляющей Qv меньше величины силы Qe.
Описанный в аналоге [2] уклон на торцевых поверхностях Т имеет свои преимущества, однако при его величине более 5°, как указано выше, усложняется процесс сборки устройства поглощения энергии из-за возникновения большого неэффективного зазора в расслабленном состоянии демпфера между пластинами 3 и торцевыми поверхностями Т упруго-эластичных элементов 4, 4'. Поэтому, для устранения такого недостатка аналога [2], полезно выполнять такой уклон, направленный от криволинейной боковой поверхности С к главной оси O1 величиной от 0 до 5°.
Изготовление упруго-эластичных элементов 4, 4' для демпферной части устройства поглощения энергии по полезной модели осуществляется формованием в пресс-формах штучных отливок преимущественно цилиндрической формы, причем торцевые поверхности Т образовываются при этом формовании, а криво-линейная боковая поверхность С и рельефность R при последующем обжатии приложенной силой вдоль главной оси O1.
С целью снижения истирания материала остальных упруго-эластичных элементов 4 о стержень 2, а также для точного центрирования демпфера А в устройстве поглощения энергии, полезно выполнять в местах сопряжения краев 6 отверстий 5 (фиг. 4) фигурные углубления 7, в которых дополнительно можно располагать вставки 8 (фиг. 5), охватывающие стержень 2. Вставки 8 могут быть выполнены из полимеров с низким коэффициентом трения, таких как полиэтилен, фторопласт, или из металлов и сплавов, таких как бронза.
Практически, исходя из того, что исходная высота Н и минимальная высота h демпфера А значительно превышает высоту бонки 1, в демпфере А может применяться более одного опорного упруго-эластичного элемента 4'. При этом, количество остальных упруго-эластичных элементов 4 в любом случае должно быть больше количества опорных упруго-эластичных элементов 4'. К примеру, на фиг. 1-3 их, соответственно, четыре и один. В некоторых конструкциях устройств поглощения энергии могут быть две бонки 1 (фиг. 6), при этом опорных упруго-эластичных элементов 4' также два, а остальные упруго-эластичные элементы 4 расположены между ними.
Для стабильности положения упруго-эластичных элементов 4, 4' относительно стержня 2 в пластинах 3 полезно выполнять не менее трех дополнительных отверстий 9, расположенных по периферии торцевых поверхностей Т, помимо центрального отверстия 10 (фиг. 7, 8), предназначенного для размещения в нем стержня 2. При поджатии демпфера А на исходную высоту Н, часть объема материала упруго-эластичных элементов 4, 4' вдавливается в эти отверстия, исключая малейшие смещения торцевых поверхностей Т относительно пластин 3, что повышает стабильность работы демпфера А. Для достижения наилучшего эффекта, возможно выполнение в пластинах 3 по краям дополнительных отверстий 9 выступов 11 (фиг. 8), направленных в одну или в обе стороны пластины 3. При этом, при сжатии демпфера А, дополнительно происходит внедрение выступов 11 в объем материала упруго-эластичных элементов 4, 4', что позволяет формировать их и пластины 3 в демпфер А, представляющий собой неразъемную сборочную единицу, и при этом упрощать дальнейшую сборку устройств с его применением.
Повышение энергоемкости демпфера А, снижение склонности к накоплению остаточных деформаций и чрезмерному увеличению ширины S1 и ширины S2 соответственно опорных упруго-эластичных элементов 4' и остальных упруго-эластичных элементов 4 при сжатии внешней силой Q до минимальной высоты h достигается еще и за счет способа изготовления упруго-эластичных элементов 4, 4', при котором твердость их материала в направлении от криволинейной боковой поверхности С и торцевых поверхностей Т вглубь объема этого материала непостоянна, причем наибольший эффект проявляется в случае ее увеличения в таком направлении.
Принцип действия демпфера А, расположенного в устройстве поглощения энергии, основан на том, что при воздействии прилагаемой к нему внешней силы Q (фиг. 3), демпфер А сжимается до минимальной высоты h, поглощая энергию. На протяжении рабочего хода устройства, равного разности исходной высоты Н и минимальной высоты h, стержень 2 перемещается внутри одной бонки 1 (фиг. 1) или двух бонок 1 (фиг. 6). При прекращении воздействия внешней силы Q, упруго-эластичные элементы 4, 4' расслабляются, и демпфер А возвращается на исходную высоту Н.
Таким образом, в сравнении с аналогом [2] и прототипом [1], в полезной модели введен ряд новшеств, позволяющих повысить энергоемкость упруго-эластичных элементов, применяемых в демпферах, устанавливаемых в устройства поглощения энергии, снабженных бонкой и стержнем, а также обеспечить равность жесткостей каждого из них при воздействии внешней силы и исключить чрезмерные передеформации некоторых из них.
Источники информации:
1. Патент RU 2338100, МПК F16F 7/08 (2006.01), B61F 5/12 (2006.01), B61G 11/14 (2006.01), конвенционный приоритет 18.04.2006 PL Р-379484, опубликован 10.11.2008, Бюл. №31 /прототип/
2. Патент RU 169847, МПК F16F 1/40 (2006.01), приоритет 22.08.2016, опубликован 04.04.2017 Бюл. №10
Приложение к заявке на патентование полезной модели «Демпферная часть устройства поглощения энергии»
ПЕРЕЧЕНЬ ссылочных обозначений и наименований элементов, к которым эти обозначения относятся