Соединительное устройство с поглотителем энергии

Полезная модель относится к соединительному устройству для соединения кузовов вагонов рельсового транспортного средства.
Такие соединительные устройства служат для крепления компонентов (например, коротких кузовов вагонов или компонентов кузовов вагонов) рельсового транспортного средства, которые расположены в продольном направлении между обоими граничащими друг с другом кузовов вагонов, но должны оставаться на расстоянии друг от друга вследствие относительных движений, возникающих во время нормального режима движения, например, при прохождении кривых.
Продольное направление означает здесь и в остальной части заявки направление вдоль рельсов или направление движение рельсового транспортного средства. Соответствующим образом поперечное направление означает направления, перпендикулярные продольному направлению.
Общий, имеющийся в распоряжении между кузовами вагонов путь в продольном направлении (за исключением случаев прохождения экстремальных кривых) обычным образом используют для поглощения энергии. Если расположенные между кузовами вагонов компоненты стационарно крепят в продольном направлении на кузовах вагонов или частях соединительного устройства, то сохраненное для подвижности расстояние не может служить продольным ходом для поглощения энергии.
Поглощение энергии при столкновении происходит часто через отдельные амортизационные системы, которые, однако, настолько тяжело наладить для того, чтобы они незамедлительно и контролируемым образом действовали при определенной силе давления. На известных соединительных устройствах (например, соединительных штангах) часто установлены небольшие крепления для кабельных желобов, буферов, центрирующих устройств или переходных площадок. Хотя эти конструктивные элементы и противодействуют в своем номинальном положении предусмотренному ходу поглотителя энергии, они, однако, настолько слабы в прочности присоединения или собственной структуре, что не создают достойного упоминания дополнительного сопротивления.
Напротив, проблематичны ходовые части и/или сегменты вагонов с полным поперечным сечением, которые в результате их массы и прочих воздействующих сил оказывают существенные нагрузки на продольное присоединение. Ранее выполненные многосекционные поезда содержат по этой причине для каждого отдельного промежуточного пространства между отдельными сегментами кузова отдельный поглотитель энергии (NS Sprinter LT, Mireo) или отказываются частично (Talent 2, FLIRT) или полностью (TVG) от целенаправленного поглощения энергии в составе поезда рельсового транспортного средства.
Однако именно для менее значительных столкновений, например, при аварийном торможении грузового состава, желательно ограничить ущерб до легко заменяемых и во возможности немногочисленных деталей, чтобы обеспечить возможность быстрого и недорого ремонта.
Задача заключается в создании соединительного устройства для соединения кузовов вагонов рельсового транспортного средства с улучшенным поглощением энергии при столкновении.
В соответствии с полезной моделью в распоряжение предоставляют соединительное устройство названного выше типа, содержащее:
- наружный корпус,
- внутренний корпус,
- поглотитель энергии, соединенный с наружным корпусом и внутренним корпусом, и
- захватывающее устройство для соединения соединительного устройства с корпусом кузова вагона,
- причем наружный корпус, внутренний корпус и поглотитель энергии расположены главным образом вдоль общей продольной оси, и
- причем соединительное устройство предназначено для передачи сил растяжения и сил сжатия вдоль продольной оси, и
- причем поглотитель энергии предназначен для своей необратимой деформации при превышении заданной силы сжатия вдоль продольной оси, в результате чего уменьшается длина соединительного устройства вдоль продольной оси и внутренний корпус частично вдвигается в наружный корпус.
При таком техническом решении, кузова вагонов многосекционных рельсовых транспортных средств можно соединять с помощью компоновки наружного корпуса и внутреннего корпуса, причем при столкновении энергия поглощается поглотителем энергии за счет необратимой деформации. При превышении заданной силы сжатия (силы срабатывания) внутренний корпус и наружный корпус двигаются в направлении друг друга или входят друг в друга, так что происходит уменьшение длины соединительного устройства и с помощью приложенной поглотителем энергии силы происходит поглощение энергии. Таким образом ущерб при столкновении можно в известной степени ограничивать повреждением соединительного устройства, что существенно облегчает ремонт. Захватывающее устройство предусмотрено в форме осуществляемого с геометрическим замыканием соединения для передачи сил сжатия между внутренним корпусом и наружным корпусом. Захватывающее устройство предпочтительно соединено с внутренним корпусом и наружным корпусом с прочностью на растяжение, но не с прочностью на сжатие. Захватывающее устройство может быть выполнено в виде вращательно-симметричной гильзы, проходящей предпочтительно в поперечном направлении.
Полезная модель использует конструктивную форму поглощающего энергию соединительного устройства, при которой поглотитель энергии, который сам может передавать лишь силы сжатия, встроен с предварительным натяжением между внутренним корпусом и наружным корпусом таким образом, что во всей области возникающих в нормальном режиме эксплуатации сил растяжения и сжатия обеспечено беззазорное прилегание. В этом случае внутренний корпус и наружный корпус могут быть выполнены таким образом, что между ними возможна осуществляемая с геометрическим передача замыканием сил растяжения.
Соединительное устройство может также дополнительно содержать упругие амортизаторы, которые могут гасить силы сжатия с величиной ниже заданной силы сжатия. Необратимая деформация поглотителя энергии происходит лишь тогда, когда эти амортизаторы полностью сжаты и стали жесткими.
Поглотитель энергии предпочтительно содержит гильзу для поглощения энергии и нажимную штангу, причем нажимная штанга и гильза для поглощения энергии выполнены таким образом, что нажимная штанга при превышении заданной силы сжатия входит в гильзу для поглощения энергии и необратимо деформирует ее. Нажимная штанга и гильза для поглощения энергии могут простираться вдоль продольной оси и в состоянии покоя соединительного устройства прилегать с геометрическим замыканием к обращенным друг к друга торцам. Гильза для поглощения энергии может содержать в продольном направлении участок деформации и обратный участок, причем предпочтительно лишь участок деформации выполнен для контролируемой, необратимой деформации нажимной штангой.
Предпочтительно, если на аксиальном конце нажимной штанги расположено нажимное кольцо, которое при введении нажимной штанги в гильзу для поглощения энергии радиально расширяется вдоль продольной оси. В этом случае сила сжатия может быть приложена внутренним корпусом через нажимную штангу к нажимному кольцу. Таким образом обеспечивают постоянную силу торможения и поглощение энергии. Нажимное кольцо может иметь большую по сравнению с гильзой для поглощения энергии радиальную толщину. Для этого гильза для поглощения энергии может иметь на участке деформации наружный радиус, меньший, нежели на обратном участке. Соединительное устройство может содержать в продольном направлении на высоте участка деформации имеющее предпочтительно форму цилиндрического кольца полое пространство, в котором возможно расширение участка деформации. При сохранении принципа натяжения представляются возможными также другие геометрические расположения или другие принципы действия поглотителя энергии (например, складывание или разрезание во время необратимой деформации).
Нажимное кольцо имеет предпочтительно конически сужающееся в продольном направлении поперечное сечение; таким образом нажимное кольцо может контролируемым и равномерным образом расширять гильзу для поглощения энергии. Уменьшена опасность перекашивания нажимной штанги и гильзы для поглощения энергии и, таким образом, отказа поглотителя энергии.
Предпочтительно один осевой конец соответственно поглотителя энергии и наружного корпуса соединены с общей крышкой. Для выработки натяжения воздействующие на соединительное устройство силы растяжения можно направить через соединенную с наружным корпусом (например, привинченную) крышку в форме сил сжатия на поглотитель энергии. Крышка может быть укреплена на гильзе для поглощения энергии и наружном корпусе с помощью нескольких болтов. Альтернативно к крышке возможны также формы исполнения с центральным отдельным болтом или гайкой для соединения с гильзой для поглощения энергии или наружным корпусом.
Предпочтительно, если захватывающее устройство расположено, по меньшей мере, частично в ветви нагрузки передачи силы растяжения соединительного устройства. В нормальном режиме работы (с действием силы растяжения) присоединение частей корпуса через захватывающее устройство может быть в этом случае нагружено таким же образом, что и сквозное соединение между частями корпуса, поскольку оно полностью лежит в силовом потоке.
В предпочтительной форме исполнения соединительное устройство содержит функциональные поверхности для осуществляемой с геометрическим замыканием передачи сил растяжения между наружным корпусом и внутренним корпусом, причем функциональные поверхности выполнены в форме половины цилиндра вращения в наружном корпусе и во внутреннем корпусе.
В предпочтительной форме исполнения соединительное устройство содержит в себя функциональные поверхности для осуществляемой с геометрическим замыканием передачи сил растяжения между наружным корпусом и внутренним корпусом, причем функциональные поверхности выполнены в форме продольных отверстий в наружном корпусе и во внутреннем корпусе и причем захватывающее устройство направляют в обоих продольных отверстиях в поперечном направлении. Продольные отверстия могут быть расположены в наружном корпусе и во внутреннем корпусе в форме продольных отверстий, длина которых выбрана таким образом, что при необратимой деформации захватывающее устройство может перемещаться в продольном направлении на половину номинального хода поглотителя энергии в последнем. Функциональные поверхности расположены предпочтительно на концах продольных отверстий. Функциональные отверстия натягивают таким образом захватывающее устройство в исходном положении между частями корпуса или ограничивают его продольное движение в деформированном состоянии.
Предпочтительно соединительное устройство через захватывающее устройство соединено с корпусом кузова вагона. Крепление корпуса кузова вагона на захватывающем устройстве можно осуществлять с геометрическим замыканием через захватывающую цапфу.
Настоящая полезная модель устраняет жесткое придание укрепленного на захватывающем устройстве кузова вагона одному из обоих, соединенных через поглотитель энергии кузовам вагонов. В случае необратимой деформации при столкновении кузов вагона может перемещаться между граничащими кузовами вагонов независимо от силы деформации поглотителя энергии, в результате чего все свободные пространства в продольном направлении находятся в распоряжении поглощающего энергию хода. В нормальном режиме эксплуатации, напротив, присоединение к захватывающему устройству - поскольку оно находится полностью в силовом потоке - может быть нагружено так же, как и известное сквозное соединительное устройство.
Полезная модель позволяет расположить захватывающее устройство для прикрепления в силовом потоке натяжения поглотителя энергии. Полезная модель позволяет надежно реализовать сравнительно короткие и более легкие кузова (сегменты) вагонов многосекционного рельсового транспортного средства при оптимальном использовании функционально обусловленных свободных пространств для движения для хода, поглощающего энергию при столкновении.
Описанные выше свойства, признаки и преимущества этой полезной модели, а также вид и способ их достижения, становятся более ясно и отчетливее понятными во взаимосвязи с последующим описанием примеров исполнения, которые поясняются более подробно во взаимосвязи с чертежами. На чертежах представлено следующее:
фиг. 1 показывает вид в сечении на соединительное устройство в растянутой позиции,
фиг. 2 показывает развернутый на 90° относительно продольной оси вид в сечении на соединительное устройство в растянутой позиции,
фиг. 3 показывает вид в сечении на соединительное устройство после необратимой деформации поглотителя энергии, и
фиг. 4 показывает развернутый на 90° относительно продольной оси вид в сечении на соединительное устройство после необратимой деформации поглотителя энергии.
Фиг. 1-4 показывают одну и ту же форму исполнения соединительного устройства 1. Фиг. 1 и 2 показывают соединительное устройство в растянутой позиции под воздействием растягивающего усилия, то есть в нормальном режиме эксплуатации рельсового транспортного средства. Фиг. 3 и 4 показывают соединительное устройство 1 после необратимо деформации поглотителя энергии, то есть, например, после столкновения.
Соединительное устройство 1 содержит наружный корпус 2, внутренний корпус 3 и поглотитель 4 энергии, соединенный с наружным корпусом 2 и внутренним корпусом 3. Наружный корпус 2, внутренний корпус 3 и поглотитель 4 энергии расположены главным образом вдоль общей продольной оси (в данном случае вертикали).
Соединительное устройство 1 выполнено для передачи сил растяжения и сил сжатия вдоль продольной оси. Поглотитель 4 энергии выполнен для необратимой деформации при превышении заданной силы сжатия вдоль продольной оси, в результате чего сокращается длина соединительного устройства 1 вдоль продольной оси и внутренней корпус 3 частично вдвигается в наружный корпус 2. Результат этой необратимой деформации показан на фиг. 3 и 4.
Соединительное устройство 1 может дополнительно содержать также упругие амортизаторы 5, которые могут гасить силы сжатия, величина которых ниже заданной силы сжатия. Необратимая деформация в поглотителе 4 энергии происходит только после того, как эти амортизаторы полностью сжаты и стали твердыми.
В изображенной форме исполнения поглотитель 4 энергии содержит гильзу 6 для поглощения энергии и нажимную штангу 7. Нажимная штанга 7 и гильза 6 для поглощения энергии выполнены таким образом, что нажимная штанга 7 при превышении заданной силы сжатия вдвигается в гильзу 6 для поглощения энергии и необратимо деформирует ее. Нажимная штанга 7 и гильза 6 для поглощения энергии могут простираться вдоль продольной оси и в состоянии покоя соединительного устройства 1 прилегать с геометрическим замыканием к обращенным друг другу торцам (см. фиг. 2). В показанной форме исполнения гильза 6 для поглощения энергии содержит радиальное расширение, к которому прилегает нажимная штанга 7.
Гильза 6 для поглощения энергии содержит в продольном направлении участок 8 деформации и обратный участок 9, причем для контролируемой, необратимой деформации нажимной штангой 7 предназначен лишь участок 8 деформации.
На аксиальном конце нажимной штанги расположено нажимное кольцо 10, которое при вдвигании нажимной штанги 7 в гильзу 6 для поглощения энергии радиально расширяет гильзу 6 для поглощения энергии вдоль продольной оси (см. фиг. 2 и 4). Нажимное кольцо может быть выполнено в форме единой с нажимной штангой детали или неразъемно соединено с нажимной штангой 7. В этом случае сила сжатия может быть приложена от внутреннего корпуса 3 через нажимную штангу 7 к нажимному кольцу 10. Тем самым обеспечивают постоянную силу торможения и поглощение энергии.
Нажимное кольцо 10 может иметь большую по сравнению с гильзой 6 для поглощения энергии радиальную ширину. Для этого гильза 6 для поглощения энергии может иметь на участке 8 деформации меньший наружный радиус, нежели на обратном участке 9. Соединительное устройство 1 может содержать в продольном направлении на высоте участка 8 деформации имеющее предпочтительно форму цилиндрического кольца полое пространство 11, в котором возможно расширение участка 8 деформации. Полое пространство 11 может быть расположено в радиальном направлении между гильзой 6 для поглощения энергии и наружным корпусом 2.
Нажимное кольцо 10 содержит конически сужающееся в продольном направлении поперечное сечение; тем самым нажимное кольцо 10 может контролируемым и равномерным образом расширять гильзу 6 для поглощения энергии. Снижается опасность перекоса нажимной штанги 7 и гильзы 6 для поглощения энергии и, таким образом, отказа поглотителя 4 энергии.
Аксиальные концы поглотителя 4 энергии соединены с общей крышкой 12. Крышка 12 может быть укреплена на гильзе 6 для поглощения энергии и наружном корпусе 2 с помощью нескольких винтов.
Соединительное устройство содержит захватывающее устройство 13 для соединения соединительного устройства 1 с корпусом кузова вагона. Захватывающее устройство 13 предусмотрено в форме осуществляемого с геометрическим замыканием соединения для передачи сил растяжения между внутренним корпусом 3 и наружным корпусом 2. Захватывающее устройство 13 соединено с внутренним корпусом 3 и наружным корпусом 2 с прочностью на растяжение, однако, не с прочностью на сжатие. Здесь захватывающее устройство 13 выполнено в форме вращательно-симметричной гильзы, проходящей предпочтительно в поперечном направлении перпендикулярно продольному направлению. Крепление соединительного устройства 1 на кузове вагона с помощью захватывающего устройства 13 можно быть осуществлено с геометрическим замыканием через захватывающую цапфу 15.
Соединительное устройство 1 содержит функциональные поверхности для осуществляемой с геометрическим замыкание сил растяжения между наружным корпусом 2 и внутренним корпусом 3, причем функциональные поверхности выполнены в воде продольных отверстий 14 в наружном корпусе 2 и во внутреннем корпусе 3. Направление захватывающего устройства 13 происходит в обоих продольных отверстиях 14 в поперечном направление.
Хотя полезная модель была в деталях более подробно проиллюстрирована и описана с помощью предпочтительных примеров исполнения, она не ограничивается раскрытыми примерами, и специалист может вывести из этого другие вариации, не выходя за рамки объема охраны полезной модели.
Перечень ссылочных обозначений:
1 - Соединительное устройство,
2 - Наружный корпус,
3 - Внутренний корпус,
4 - Поглотитель энергии,
5 - Амортизаторы,
6 - Гильза для поглощения энергии,
7 - Нажимная штанга,
8 - Участок деформации,
9 - Обратный участок,
10 - Нажимное кольцо,
11 - Полое пространство,
12 - Крышка,
13 - Захватывающее устройство,
14 - Продольные отверстия,
15 - Захватывающая цапфа.