СЦЕПНАЯ СИСТЕМА
COUPLING SYSTEM

Настоящее изобретение относится к сцепным системам, в частности, для транспортных средств.
Известны сцепные системы, содержащие многоэлементные сцепные устройства с двумя соединительными держателями, каждый из которых имеет по меньшей мере один соединительный элемент, комплементарный соединительному элементу другого соединительного держателя, для передачи рабочей среды, сигналов и/или энергии. Такие многоэлементные сцепные устройства применяются в различных областях техники, в частности автомобилестроении, машиностроении и робототехнике.
Помимо этих соединительных элементов многоэлементные сцепные устройства могут содержать соединительные элементы для создания между соединительными держателями механически прочного соединения, например, с геометрическим или силовым замыканием.
Сцепная система содержит также два сцепных элемента, с каждым из которых соединен соответствующий соединительный держатель сцепного устройства. Сцепные элементы могут содержать соединительные элементы, соответствующие друг другу, для создания механически прочного, например, с геометрическим или силовым замыканием соединения сцепных элементов.
Два соединительных держателя, как правило, соединены со сцепными элементами так, что при подведении сцепных элементов друг к другу одновременно подводятся друг к другу и соединяются между собой соединительные элементы соединительных держателей.
Такие сцепные системы известны в робототехнике, например, описаны в DE 20018124 U1 и DE 202008007713 U1 и позволяют заменять инструмент в промышленных роботах.
Известны сцепные системы для рельсовых транспортных средств, состоящих из верхней части, например кузова пассажирского или грузового вагона, и соединенной с ним тележки. Тележка имеет раму, на которой установлены две или более группы колес для движения по рельсам. Первый из двух сцепных элементов расположен на нижней стороне кузова вагона и, как правило, содержит в качестве соединительного элемента штырь.
Второй сцепной элемент расположен на верхней стороне тележки и в качестве соединительного элемента содержит соответствующее гнездо для указанного штыря, например вертлюжное кольцо (осевой подшипник) или поворотный шарнир. Штырь тележки может быть вставлен в выполненное в тележке гнездо с возможностью вращения или поворота относительно его продольной оси, что позволяет тележке поворачиваться относительно кузова, например, при движении по криволинейному пути. Таким образом, два сцепных элемента могут совершать пространственные перемещения друг относительно друга.
Тележка обычно имеет тормозную систему, поэтому на нее нужно подавать через сцепную систему тормозную жидкость. Кроме того, тележка может содержать датчики, от которых через сцепную систему должны передаваться измеренные данные. Могут быть установлены и другие гидравлические и пневматические устройства, такие как блокировочные системы или предохранительные системы, требующие передачи через сцепную систему соответствующей рабочей среды (например, воды, смазки, воздуха). Поэтому для соединений между соединительными элементами важно, чтобы была возможность пространственных перемещений кузова вагона или автомобиля относительно тележки, например, при движении по криволинейному пути. Как правило, это обеспечивается посредством упругого соединения одного из соединительных держателей с соответствующим сцепным элементом, например с помощью центральной цилиндрической пружины.
Обычно требуется, чтобы сцепные системы можно было легко соединять и разъединять. Например, это особенно важно для сцепок тележек при пересечении границ между двумя странами, имеющими разную ширину колеи.
Было установлено, что для описанных сцепных систем, применяемых, в частности, в рельсовом транспорте или в устройствах смены инструмента в промышленных роботах, трудно создать стабильное и прочное механическое соединение и одновременно обеспечить надежную передачу рабочей среды, сигналов и/или энергии, в особенности если нужно обеспечить возможность пространственных перемещений сцепных элементов друг относительно друга и компенсации их допусков. Кроме того, процесс такого соединения и разъединения, например при замене тележки или замене инструмента в промышленном роботе, часто занимает много времени, в особенности в сложных сцепных системах, имеющих соответствующие степени свободы для перемещений сцепных элементов друг относительно друга. Эти степени свободы (для поворота относительно оси соединения двух сцепных элементов) могут затруднить точное выравнивание соединительных держателей друг относительно друга, если каждый из них соединен с соответствующим из двух сцепных элементов.
Кроме того, существует проблема защиты (если это возможно) соединительных элементов соединительных держателей многоэлементного сцепного устройства от действия внешних сил. Это особенно трудно выполнить, если соединительные держатели соединены со сцепными элементами (гибкой) сцепной системы, которые в сцепленном положении могут совершать перемещения друг относительно друга, как в описанной выше сцепной системе тележки. Было установлено, что особенно трудно получить надежное соединение между соединительными элементами при наличии пространственных перемещений друг относительно друга двух сцепных элементов гибкой сцепной системы с соответствующими степенями свободы.
Поэтому целью изобретения является создание сцепной системы, в которой решены указанные проблемы уровня техники. Многоэлементное сцепное устройство сцепной системы должно содержать два соединительных держателя с соединительными элементами, позволяющих быстро и просто осуществить надежное соединение. Когда держатели соединены между собой, должна обеспечиваться надежная передача рабочей среды, энергии и/или сигналов. Соединительные держатели должны соединяться со сцепными элементами сцепной системы так, чтобы даже при возможных пространственных перемещениях сцепных элементов друг относительно друга или компенсации их пространственных допусков соединительные элементы можно было легко соединять при подведении друг к другу сцепных элементов, а передача рабочей среды, энергии и/или сигналов при наличии этого соединения происходила без сбоев даже при относительном перемещении сцепных элементов. Сцепная система должна содержать два сцепных элемента, на каждом из которых закреплен один из двух соединительных держателей многоэлементного сцепного устройства так, чтобы обеспечивалась возможность пространственных перемещений сцепных элементов друг относительно друга или компенсации их допусков без нарушения соединения соединительных элементов многоэлементного сцепного устройства.
Эта цель достигается путем создания сцепной системы согласно п. 1 формулы. Другие особенности и предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в остальных пунктах формулы.
Многоэлементное сцепное устройство сцепное системы согласно изобретению содержит первый соединительный держатель с по меньшей мере одним первым соединительным элементом и второй соединительный держатель с по меньшей мере одним вторым соединительным элементом. Первый соединительный элемент и второй соединительный элемент выполнены комплементарными друг другу для передачи рабочей среды, энергии и/или сигналов. Первый соединительный держатель содержит по меньшей мере один пружинный модуль для компенсации пространственных допусков первого соединительного держателя и сцепного элемента сцепной системы и/или их пространственных перемещений друг относительно друга. Существенным является то, что пружинный модуль содержит по меньшей мере два пружинных элемента, установленных наклонно друг к другу. Угол α наклона может составлять от 20° до 160°, предпочтительно от 40° до 120°.
Преимущество такого пружинного модуля состоит в том, что он особенно подходит для передачи вращающих моментов от сцепного элемента на первый соединительный держатель и для принудительного поворота первого соединительного держателя относительно сцепного элемента. В результате того, что пружинные элементы расположены наклонно друг к другу, они будут в разной мере растягиваться или сжиматься при повороте первого соединительного держателя относительно сцепного элемента. Если бы пружинные элементы были расположены параллельно, то они бы растягивались или сжимались одинаково или почти одинаково при повороте или наклоне первого соединительного держателя относительно сцепного элемента и создавался бы меньший восстанавливающий момент.
Благодаря наклону пружинных элементов может создаваться достаточно большая вращающая сила (вращающий момент) в направлении положения равновесия первого соединительного держателя относительно сцепного элемента. Желательное положение первого соединительного держателя может быть получено более простым и более управляемым образом при его подведении ко второму соединительному держателю, что значительно упрощает соединение соединительных элементов. Одновременно пружинный модуль позволяет компенсировать пространственные допуски первого соединительного держателя и сцепного элемента и их пространственные перемещения друг относительно друга.
Таким образом, благодаря пружинному модулю может быть обеспечено, что первый соединительный держатель находится в требуемом положении относительно сцепного элемента при сведении последнего с другим сцепным элементом (на котором закреплен второй соединительный держатель). Это требуемое положение выбирается так, чтобы при сведении двух сцепных элементов друг с другом соединительные элементы двух соединительных держателей располагались друг против друга и могли автоматически соединяться друг с другом при дальнейшем сближении двух сцепных элементов. Это повышает точность позиционирования соединяемых соединительных элементов друг относительно друга и тем самым упрощает и ускоряет процесс соединения двух половин сцепного устройства. В частности, не требуется дополнительного, например ручного, выравнивания и позиционирования соединительных элементов.
В соединенном положении соединительные элементы надежно защищены от действия внешних сил, в частности при относительных перемещениях указанных сцепных элементов. Такие относительные перемещения поглощаются пружинным модулем, установленным между первым соединительным держателем и первым сцепным элементом, что обеспечивает надежную передачу рабочей среды, сигналов и/или энергии посредством соединительных элементов. Соединительные держатели жестко соединены друг с другом и благодаря пружинному модулю и, следовательно, упругому и подвижному сцеплению сцепных элементов не зависят от относительного перемещения последних. Таким образом, получается плавающая подвеска многоэлементного сцепного устройства между сцепными элементами.
По меньшей мере один из пружинных модулей может содержать пружинный элемент с цилиндрической пружиной и/или пневматической пружиной, которая имеет особенно высокую надежность и долговечность, а также низкую стоимость материала.
По меньшей мере один первый соединительный элемент и по меньшей один второй соединительный элемент могут быть предназначены для передачи электрической энергии, электрических и/или оптических сигналов, рабочей среды, например пневматической и/или гидравлической. Рабочей средой могут быть тормозные жидкости, сжатый воздух или охлаждающие жидкости. Соединительные элементы предпочтительно могут быть выполнены в виде вилок и соответствующих им гнезд. Также может быть предусмотрена по меньшей мере одна крышка для закрывания первого соединительного элемента и/или второго соединительного элемента, которая может автоматически раскрываться путем скольжения при сведении двух сцепных элементов, открывая соединительные элементы.
В другом варианте осуществления изобретения пружинный модуль закреплен первым концом на первом соединительном держателе. Второй конец пружинного модуля, расположенный на расстоянии от его первого конца в направлении, параллельном предпочтительному направлению стыковки, соединен со сцепным элементом. Предпочтительное направление стыковки может определяться, например, ориентацией первого соединительного элемента или ориентацией такого соединительного элемента, как соединительный болт или поворотный штырь. При этом упрощается компенсация допусков параллельно направлению стыковки в результате того, что могут возникать восстанавливающие силы, параллельные этому направлению стыковки, и одновременно вращающие моменты вокруг оси, параллельной или перпендикулярной этому направлению стыковки, в частности, при скручивании и/или наклоне первого соединительного держателя относительно первого сцепного элемента, что обеспечивается пружинными элементами. Для этого пружинные элементы предпочтительно ориентируются направляющими компонентами параллельно предпочтительному направлению стыковки многоэлементного сцепного устройства или первого сцепного элемента. Пружинные элементы могут проходить от первого конца пружинного модуля к его второму концу.
Соответственно, когда сцепной элемент соединен с первым соединительным держателем, держатель в его требуемом положении находится на расстоянии от сцепного элемента, чтобы соединительный держатель мог совершать осевое перемещение относительно предпочтительного направления стыковки к сцепному элементу и от него, а также простые наклоны относительно этого направления.
В следующем варианте осуществления изобретения пружинный модуль содержит маятниковый элемент, закрепленный на концевых частях пружинных элементов. Посредством маятникового элемента отдельные пружинные элементы могут быть сгруппированы, что упрощает одновременную замену пружинных элементов и одновременное их соединение со сцепным элементом или с первым соединительным держателем и позволяет сократить время на выполнение этих операций. Маятниковый элемент также может быть выполнен в виде сцепной плиты, содержащей соединительные элементы, например резьбовые элементы, с помощью которых она может быть присоединена, например, к сцепному элементу.
В еще одном варианте осуществления изобретения пружинные элементы имеют концевые части с осевыми подшипниками, расположенными предпочтительно перпендикулярно к продольным осям пружинных элементов. В эти подшипники вставлены соединительные оси, на которых установлены с возможностью наклона пружинные элементы и с помощью которых они могут быть подвижно соединены с первым соединительным держателем или сцепным элементом. Маятниковый элемент может содержать гнезда для таких соединительных осей или такие осевые подшипники. Благодаря установке пружинных элементов с возможностью наклона упрощаются компенсирующие перемещения (компенсация допусков, относительные перемещения) первого соединительного держателя и сцепного элемента друг относительно друга.
Дополнительное упрощение компенсирующих перемещений и даже более эффективное создание достаточных восстанавливающих сил и вращающих моментов может быть достигнуто с пружинным модулем, имеющим три или более пружин.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения для получения особенно компактной конструкции пружинные элементы пружинного модуля проходят через одно или несколько сквозных отверстий в первом соединительном держателе. Пружинные элементы проходят через первый соединительный держатель с его стороны, обращенной от первого сцепного элемента, к стороне первого соединительного держателя, обращенной к первому сцепному элементу. Таким образом, могут использоваться сравнительно длинные гибкие пружинные элементы без существенного увеличения размера сцепной системы, в которую входит многоэлементное сцепное устройство, в предпочтительном направлении стыковки.
Согласно следующему варианту осуществления изобретения многоэлементное сцепное устройство сцепной системы содержит несколько пружинных модулей, расположенных вокруг средней оси первого соединительного держателя на равных расстояниях друг от друга, предпочтительно в направлении поворота вокруг этой оси. Средняя ось проходит параллельно предпочтительному направлению стыковки, которое определяется направлением стыковки по меньшей мере одного соединительного элемента первого соединительного держателя. Средняя ось предпочтительно проходит через первый соединительный держатель в центре.
Благодаря этому дополнительно улучшается защита соединительных элементов от внешних сил и ударов, так как силы, передаваемые пружинными модулями на первый соединительный держатель, которые возникают в особенности при перемещении двух половин сцепного устройства друг относительно друга, могут быть равномерно распределены по первому соединительному держателю, что улучшает стабильность и долговечность соединительных элементов и соединений между ними и тем самым надежность передачи через соединительные элементы рабочей среды, сигналов и/или энергии.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения первый соединительный держатель имеет сквозное отверстие для прохода через него соединительных элементов сцепной системы. Такой соединительный элемент может быть выполнен в виде соединительного болта или штыря на сцепном элементе сцепной системы, соединенном с первым или вторым соединительным держателем. Продольная ось этого соединительного элемента предпочтительно расположена вдоль указанной выше средней оси, а пружинные модули расположены равномерно вокруг этой средней оси для достижения преимуществ, указанных выше.
Соединительные держатели могут содержать комплементарные друг другу крепежные элементы (соединительные элементы) для соединения друг с другом с образованием соединения соединительных держателей с геометрическим и/или силовым замыканием. Эти крепежные или соединительные элементы могут быть выполнены в виде штыревого выступа и соответствующего гнезда. Такие соединения типа штырь/гнездо можно очень легко соединить, они допускают повороты соединенных элементов вокруг продольной оси штыря, могут использоваться для работы в жестких условиях и потому особенно подходят для транспортных средств. Как было сказано выше, такие соединительные элементы могут быть выполнены также или только на сцепных элементах сцепной системы, с каждым из которых соединен один из соединительных держателей. Соединительные держатели предпочтительно имеют сквозные отверстия для прохода через них этих соединительных элементов.
Согласно одному варианту выполнения сцепной системы на первом соединительном держателе и втором соединительном держателе расположены соответствующие друг другу направляющие устройства для направления соединительных держателей при их сведении друг с другом. Эти направляющие устройства преимущественно выполнены так, что они входят одно в другое при сведении соединительных держателей (или сцепных элементов), причем одно из двух направляющих устройств может быть выполнено как гнездо для приема другого направляющего устройства. Гнездо предпочтительно расширяется в виде раструба и/или другое направляющее устройство сужается к концу.
Сцепная система согласно изобретению содержит также первый сцепной элемент по меньшей мере с одним первым соединительным элементом и второй сцепной элемент по меньшей мере с одним вторым соединительным элементом для образования разъемного соединения между сцепными элементами, а также указанное многоэлементное сцепное устройство. Первый соединительный держатель соединен с первым сцепным элементом через пружинный модуль, что допускает компенсацию пространственных допусков и пространственных перемещений первого соединительного держателя относительно первого сцепного элемента. Второй соединительный держатель соединен со вторым сцепным элементом, который может быть выполнен за одно целое со вторым соединительным держателем или соединен с ним аналогичным образом или неразъемно.
Помимо указанных выше преимуществ сцепная система согласно изобретению имеет еще одно преимущество, а именно наличие очень легкого доступа к пружинным модулям и возможность их легкой замены благодаря их расположению между первым сцепным элементом и первым соединительным держателем. Если же пружинные модули расположены почти полностью или частично внутри сцепного элемента, то заменять их много сложнее. Это особенно относится к сцепным устройствам железнодорожных тележек, в которых пружинный модуль состоит из одной центральной цилиндрической пружины, закрепленной вокруг гнезда штыря тележки внутри сцепного элемента и механически ослабляющей сцепной элемент. Поэтому сцепная система согласно изобретению имеет еще и очень большую механическую прочность.
Как описано выше, целесообразно, чтобы первый сцепной элемент и первый соединительный держатель были расположены на расстоянии друг от друга в предпочтительном направлении стыковки сцепной системы. Это допускает возможность компенсирующих перемещений в направлении, параллельном этому направлению стыковки, и наклонов поперек к направлению стыковки. Кроме того, это упрощает доступ к пружинному модулю для работ по обслуживанию.
Для создания гибкого, подвижного соединения между сцепными элементами второй соединительный элемент может быть выполнен как подшипник для первого соединительного элемента или первый соединительный элемент может быть выполнен как подшипник для второго соединительного элемента.
Пружинный модуль может создавать силу давления на первый соединительный держатель, которая прижимает соответствующие соединительные элементы двух соединительных держателей друг к другу с образованием очень надежного соединения между соединительными элементами, когда сцепные элементы соединяются друг с другом.
В следующем варианте выполнения сцепная система предназначена для соединения тележки с кузовом, например кузовом рельсового транспортного средства. В этом случае первый соединительный элемент может быть выполнен в виде штыря тележки, а второй соединительный в виде гнезда для этого штыря, предпочтительно в виде вертлюжного кольца (поворотного гнезда) или поворотного шарнира. Штырь может поворачиваться и/или наклоняться относительно своей продольной оси или смещаться вдоль этой оси. Для уменьшения износа гнездо расположено в масляной ванне.
Преимущество такой тележки в том, что ее можно очень легко и быстро заменить другой тележкой такого же типа, а соединение между соединительными элементами получается особенно прочным и надежным, в частности, благодаря тому, что они хорошо защищены от внешних сил и ударов при перемещениях тележки относительно кузова вследствие механической развязки соединительного держателя от соединительного элемента.
Также предложено рельсовое транспортное средство с такой тележкой и кузовом, в котором первая половина сцепного устройства может быть соединена с кузовом неподвижно (или установлена подвижно, например с помощью резинометаллических втулок), а вторая половина может быть соединена с тележкой, неподвижно или подвижно (например, установлена с помощью пружин). Первый соединительный элемент может быть выполнен в виде штыря тележки, а второй соединительный элемент в виде гнезда для этого штыря, предпочтительно в виде вертлюжного кольца (поворотного гнезда) или поворотного шарнира, как описано выше. Штырь тележки установлен в гнезде с возможностью поворота и/или наклона предпочтительно относительно своей продольной оси.
В таком рельсовом транспортном средстве можно очень быстро заменить тележку и потому оно особенно подходит для международных железнодорожных путей между странами с разной шириной колеи. Другим преимуществом является прочное и надежное соединение между соединительными элементами для передачи рабочей среды, сигналов и/или энергии.
Предложен также способ замены тележки в таком рельсовом транспортном средстве. Согласно способу кузов транспортного средства поднимают с тележки для освобождения сцепного устройства тележки, при этом соединительные элементы двух сцепных элементов сцепного устройства тележки и соединительные элементы сцепного устройства тележки разъединяются. Затем тележку заменяют на другую тележку, предпочтительно такого же типа, и опускают на нее кузов. При этом соединительные элементы, расположенные на кузове, соединяются с соединительными элементами на тележке, а соединительный элемент на кузове соединяется с соединительным элементом на тележке.
Способ осуществляется очень просто и быстро благодаря указанным выше преимуществам сцепной системы. В частности, очень просто может быть выполнено соединение между соединительными элементами, поскольку соединительный держатель вместе с (по меньшей мере одним) первым соединительными элементом удерживается в заданном положении (положении равновесия) с помощью пружинных модулей, так что позиционирование соединительных элементов друг относительно друга при опускании кузова на тележку выполняется автоматически. Точность позиционирования дополнительно повышается благодаря направляющему устройству, установленному на двух половинах сцепного устройства.
Далее более подробно описаны конкретные примеры осуществления изобретения, представленные на фиг. 1-14, причем
фиг. 1 изображает многоэлементное сцепное устройство предлагаемой сцепной системы,
фиг. 2 - разрез сцепного устройства, показанного на фиг. 1,
фиг. 3 - пружинный модуль сцепного устройства, показанного на фиг. 1;
фиг. 4 - предлагаемый пружинный модуль с тремя пружинными элементами,
фиг. 5 - многоэлементное сцепное устройство, соединенное со сцепным элементом,
фиг. 6 - сцепное устройство, показанное на фиг. 5, с соединительными держателями, соединенными друг с другом,
фиг. 7 - разрез сцепного устройства, показанного на фиг. 6,
фиг. 8 - пружинный модуль сцепного устройства, показанного на фиг. 6, в положении равновесия,
фиг. 9 - пружинный модуль, показанный на фиг. 8, не в положении равновесия,
фиг. 10 - первый соединительный держатель сцепного устройства, показанного на фиг. 5, вид снизу,
фиг. 11 - сцепное устройство, показанное на фиг. 5, вид сбоку,
фиг. 12 - второй соединительный держатель сцепного устройства, показанного на фиг. 5, вид сверху,
фиг. 13 - другой вариант выполнения первого сцепного элемента, показанного на фиг. 5, и
фиг. 14 - рельсовое транспортное средство согласно изобретению.
На чертежах повторяющиеся элементы обозначены одними и теми же цифровыми позициями.
На фиг. 1 схематично изображено многоэлементное сцепное устройство 1 предлагаемой сцепной системы, содержащее первую соединительную плиту и вторую соединительную плиту, каждая из которых содержит по десять соединительных элементов, соответствующих друг другу, для передачи оптических и электрических сигналов, гидравлических и пневматических сред (сжатый воздух, масло, тормозная жидкость), охлаждающей жидкости и электрической энергии. Указанные два соединительных держателя содержат также соединительные элементы для их механического соединения друг с другом с геометрическим и силовым замыканием. Эти соединительные элементы выполнены в виде двух соединительных штырей 5 и двух соответствующих гнезд 6.
Первый соединительный держатель также содержит четыре пружинных модуля 7, каждый из которых имеет два пружинных элемента, установленных под углом друг к другу. Первый конец 9 каждого из пружинных модулей 7 закреплен на общей первой сцепной плите 9, привинченной к первому соединительному держателю 2. Второй конец 10 каждого пружинного модуля 7 закреплен на второй общей сцепной плите 10, служащей в качестве соединительных элементов для соединения многоэлементного сцепного устройства 1 со сцепным элементом сцепной системы (не показана).
Концы 9, 10 пружинного модуля 7 смещены друг от друга в предпочтительном направлении 11 стыковки многоэлементного сцепного устройства. Первый соединительный держатель 2 и вторая соединительная плита расположены на расстоянии друг от друга в этом же направлении 11 стыковки.
Это делает возможным перемещение первого соединительного держателя 2 и второй соединительной плиты 10 (или соединенного с ней сцепного элемента) друг относительно друга параллельно и перпендикулярно к указанному направлению 11 стыковки и возникновение восстанавливающих сил, параллельных направлению 11 стыковки и перпендикулярных к нему. Первый соединительный держатель может поворачиваться и наклоняться относительно второй сцепной плиты 10 вокруг любых осей. При каждом из этих относительных перемещений обеспечивается создание достаточно большой восстанавливающей силы или достаточно большого вращающего момента в направлении показанного положения равновесия между второй сцепной плитой 10 и первой соединительной плитой 2 благодаря V-образному расположению пружинных элементов 8 друг относительно друга в каждой паре. Таким образом, в любом случае угол α наклона между пружинными элементами в их положении покоя составляет около 40° (см. также фиг. 2 и 3), т.е. в положении равновесия, когда силы отсутствуют.
Например, при повороте соединительного держателя вокруг оси, параллельной направлению 11 стыковки, четыре из восьми пружинных элементов 8 сжимаются, а остальные в такой же мере растягиваются. Если бы все пружинные элементы были расположены перпендикулярно к этой оси поворота, то при соответствующей величине поворота они бы растягивались меньше и в результате создавался бы меньший восстанавливающий вращающий момент. Это справедливо также для смещений в направлении, перпендикулярном к направлению 11 стыковки.
Предпочтительное направление 11 стыковки определяется ориентацией соединительных элементов 4 на первом соединительном держателе 2 и соединительных штырей 5.
Пружинные модули расположены вокруг центральной средней оси М модулей на равных расстояниях друг от друга в направлении поворота вокруг этой средней оси для выравнивания восстанавливающих сил и вращающих моментов, передаваемых на первый соединительный держатель 2.
Для более подробной иллюстрации на фиг. 2 показан разрез многоэлементного сцепного устройства согласно фиг. 1 в плоскости, параллельной предпочтительному направлению 11 стыковки. На фиг. 2 видны маятниковые элементы 12, каждый из которых соединяет два пружинных элемента 8 одного из пружинных модулей 7 со второй сцепной плитой 10. Для этого каждый маятниковый элемент 12 содержит две соединительные оси 13 поворота, установленные в комплементарных осевых подшипниках 14 пружинного элемента 8. Осевые подшипники интегрированы в концевые части 15 пружинных элементов 8. Таким образом, пружинные элементы 8 могут наклоняться, поворачиваясь вокруг этих соединительных осей 13. Маятниковые элементы 12 соединены с первой сцепной плитой винтами 16.
Первая сцепная плита 9, привинченная к первому соединительному держателю, имеет соответствующие соединительные оси 13 поворота, установленные аналогичным образом в осевых подшипниках 14 (см. фиг. 3) пружинных элементов 8.
На фиг. 3 схематично (без соединительных плит 9, 10) изображен один из пружинных модулей 7 сцепного устройства 1, показанного на фиг. 1. Два пружинных элемента 8 имеют цилиндрические пружины 17, которые, впрочем, можно легко заменить пневматическими пружинами. Каждый пружинный элемент имеет концевые части 15 с осевым подшипником 14 для вставки одной из соединительных осей 13. Показан один из маятниковых элементов 12, имеющий держатели 18 для двух соединительных осей 13 поворота.
На фиг. 4 изображен альтернативный вариант выполнения пружинного модуля с тремя пружинными элементами. Благодаря V-образному расположению каждых двух пружинных элементов 8 могут передаваться восстанавливающие силы в трех пространственных направлениях и особенно эффективно - вращающие моменты вокруг любых осей. В этом варианте угол α наклона между каждыми двумя пружинными элементами 8 составляет около 60°.
Этим пружинным модулем можно заменить четыре пружинных модуля 7 сцепного устройства 1 согласно фиг. 1. В этом случае можно получить более компактную конструкцию и упростить обслуживание (замену пружинных элементов 8), поскольку для этого нужно разъединить меньшее количество резьбовых соединений 16. Предпочтительно, чтобы такой пружинный модуль был устанавлен в центре по средней оси М, показанной на фиг. 1.
Два конца 9, 10 пружинного модуля прикреплены к маятниковым элементам, содержащим держатели 18 для соединительных осей 13, соединенных с пружинными элементами 8, как описано выше.
На фиг. 5 схематично изображен другой вариант выполнения многоэлементного сцепного устройства 1, содержащий первый соединительный держатель 2, соединенный с первым сцепным элементом 19 посредством четырех пружинных модулей 7. Первый соединительный держатель расположен на расстоянии от первого сцепного элемента 19 в предпочтительном направлении 11 стыковки первого соединительного держателя 2, что делает возможным компенсирующие перемещения в этом направлении и поперек к нему. На первом соединительном держателе 2 установлены соединительные втулки 4 и два крепежных элемента 5 в виде штырей.
Сцепное устройство 1 также содержит второй соединительный держатель 3 с соединительными элементами (на чертежах не видны), выполненными комплементарно соединительным элементам 4 первого соединительного держателя и служащими для передачи рабочей среды, сигналов и энергии. Второй соединительный держатель 3 также содержит гнезда 6 для крепежных элементов 5.
Первый сцепной элемент 19 содержит поворотный штырь 20 в качестве соединительного элемента. Этот штырь проходит через выполненные в соединительных держателях 2, 3 центральные сквозные отверстия 21. Такая конструкция особенно подходит для сцепления поворотной тележки с кузовом рельсового транспортного средства (см. фиг. 14).
Первый сцепной элемент 19 также содержит штыреобразные предохранительные элементы 22, проходящие одним концом через первый соединительный держатель 2 (см. фиг. 10) и имеющие расширенные концевые части (на чертежах не видны). Предохранительные элементы 22 предотвращают отделение первого соединительного держателя 2 от первого сцепного элемента 19.
На первом сцепном элементе 19 имеются соединительные элементы 23 в виде штырей для соединения сцепного элемента 19 с кузовом рельсового транспортного средства (см. фиг. 14).
Второй соединительный держатель 3 содержит также поворотную защитную крышку 24, закрывающую соединительные элементы при отсутствии соединения с первым соединительным держателем.
На фиг. 6 и 7 схематично показано многоэлементное сцепное устройство 1 согласно фиг. 5 в соединенном положении, в котором соединительные элементы 4 соединены между собой, также как и крепежные элементы 5 и 6. На фиг. 7 показан разрез сцепного устройства 1 вдоль предпочтительного направления 11 стыковки (без сцепного элемента). Видно, что защитные крышки 24 откинуты в открытое положение.
Каждый из четырех пружинных модулей 7 содержит два пружинных элемента 8, расположенных под углом друг к другу подобно букве V. В данном примере угол наклона между пружинными элементами в каждом пружинном модуле составляет около 45°. Четыре пружинных модуля расположены с равными интервалами вокруг средней оси М многоэлементного сцепного устройства 1, которая проходит в центре через сквозное отверстие 21 в первом соединительном держателе, причем два пружинных модуля 7 расположены на одной стороне от сквозного отверстия 21, а два других пружинных модуля 7 - на противоположной стороне.
Все восемь пружинных элементов 8 проходят через первый соединительный держатель 2 и присоединены посредством блочных концов (маятниковых элементов) 9, 12 пружинных модулей 7 к нижней стороне 25 первого соединительного держателя 2.
Фиг. 8 и 9 изображают другие виды пружинного модуля 7 сцепного устройства 1 согласно фиг. 5 (без первого сцепного элемента). На фиг. 8 пружинный модуль 7 показан в положении равновесия, а на фиг. 9 верхний, первый конец 10, 12 пружинного модуля сдвинут из положения равновесия влево, в результате чего левый пружинный элемент 8 сжат, а правый пружинный элемент 8 растянут, так что эти два пружинных элемента создают восстанавливающую силу в направлении положения равновесия, показанного на фиг. 8.
На фиг. 10 схематично изображен вид снизу на нижнюю сторону 25 первого соединительного держателя 2 многоэлементного сцепного устройства 1, показанного на фиг. 5. В середине соединительного держателя 2 выполнено сквозное отверстие 21 для прохода поворотного штыря 20 сцепного элемента 19 (см. фиг. 5). Четыре пружинных модуля 7 расположены вокруг сквозного отверстия 21, по два на каждой из двух противоположных сторон от этого отверстия, для как можно более равномерной передачи сил на соединительный держатель 2. Нижние, вторые концы 9 пружинных модулей 7 привинчены к нижней стороне 25 соединительного держателя 2. Пружинные элементы 8 проходят через сквозные отверстия в первом соединительном держателе 2.
Также видны расширенные концевые части 27 предохранительных элементов 22, проходящие через сквозные отверстия 28 в первом соединительном держателе 2.
Фиг. 11 схематично изображает сбоку два соединительных держателя 2, 3 многоэлементного сцепного устройства 1, показанного на фиг. 5.
На нижней стороне 25 первого соединительного держателя 2 имеются два соединительных элемента (соединительных штыря) 5 для создания очень прочного и жесткого соединения первого соединительного держателя 2 со вторым соединительным держателем 3, имеющим соответствующие гнезда 6 (см. фиг. 5). Соединительные элементы 5 одновременно выполняют функцию направляющих элементов для точной стыковки соединительных держателей 2 и 3 благодаря тому, что штыри имеют сужающиеся концы, а гнезда 6 расширяются в виде раструба (см. фиг. 7).
На фиг. 12 показан вид сверху второго соединительного держателя 3 согласно фиг. 5 с откинутыми защитными крышками 24. Соединительный держатель выполнен в виде плиты и имеет сквозное отверстие 21 для прохода поворотного штыря 20.
На фиг. 13 схематично изображены сцепной элемент 19 согласно фиг. 5 на виде снизу в аксонометрии и два пружинных элемента 8 одного из пружинных модулей 7 сцепного устройства 1 согласно фиг. 5. В отличие от варианта выполнения пружинного модуля, показанного на фиг. 3, маятниковый элемент 12 содержит два винта 16, ввинченные в соответствующий держатель 37 с цилиндрической резьбой, который вставлен в сцепной элемент 19. Таким путем получается легко разъединяемое соединение между пружинным модулем 7 и сцепным элементом 19, позволяющее легко и просто заменять пружинные элементы 8.
Предлагаемое рельсовое транспортное средство 30 с тележкой 31 схематично изображено на фиг. 14 на виде спереди. Тележка 31 содержит предлагаемую сцепную систему 32 с многоэлементным сцепным устройством 1, описанным со ссылками на фиг. 5-12. Сцепная система 32 содержит первый сцепной элемент 19, показанный на фиг. 5 и 6, который соединен с первым соединительным держателем с помощью пружинных модулей 7, и второй сцепной элемент 33, соединенный сверху со вторым соединительным держателем 3 и снизу с тележкой 31.
Кузов 33 пассажирского вагона установлен на тележке 31, которая установлена на двух рельсах. Сила тяжести вагона или кузова 33 передается через подвижные плиты 34 на тележку 31, а силы, направленные по существу перпендикулярно к силе тяжести, такие как силы тяги и бокового управления, передаются через штырь 20 тележки и второй соединительный элемент 35, выполненный в виде гнезда 35 для этого штыря и расположенный на втором сцепном элементе 33. Штырь 20 тележки установлен подвижно в его гнезде 35, так что кузов 33 и тележка 31 могут перемещаться друг относительно друга, в частности кузов 33 может поворачиваться относительно тележки 31 при движении рельсового транспортного средства 30 по криволинейному пути.
Поскольку первый соединительный держатель 2 жестко соединен со вторым соединительным держателем 3, неподвижно соединенным со вторым сцепным элементом 33, то первый соединительный держатель 2, соединенный посредством пружинных модулей 7 с первым сцепным элементом 19, совершает соответствующие компенсирующие перемещения относительно первого сцепного элемента 19, неподвижно соединенного с кузовом 33, когда кузов 33 перемещается относительно тележки 31. Таким образом, эти относительные перемещения, происходящие между кузовом 33 и тележкой 31, компенсируются благодаря пружинным модулям 7 путем соответствующих компенсирующих перемещений, так что соединение между соединительными элементами 4 двух соединительных держателей 2, 3 сохраняется.
Таким образом, благодаря пружинным модулям 7 и расположению первого соединительного держателя 2 на расстоянии от первого сцепного элемента 19 допускаются компенсирующие перемещения первого соединительного держателя 2 относительно первого сцепного элемента 19 во всех трех пространственных измерениях, в частности повороты первого соединительного держателя 2 вокруг продольной оси штыря 20 тележки, наклоны относительно этой продольной оси, а также смещения вдоль и поперек продольной оси штыря 4 тележки.
Кроме того, соединительные элементы 4 соединительных держателей 2, 3 постоянно прижаты друг к другу пружинными модулями 7.
В качестве соединительных элементов 4 могут использоваться две пневматические муфты для двух пневматических противоскользящих устройств тележки 31, два земляных контакта, дополнительная пневматическая муфта для ходового цилиндра тележки 31, а также соединительный элемент для передачи тормозной жидкости в тормозную систему тележки 31, шестиполюсный электрический разъем для системного запроса монитора электронной системы и шестиполюсная розетка для электронной системы мониторинга текущей температуры поворотного узла тележки 31.
ОБОЗНАЧЕНИЯ
1 многоэлементное сцепное устройство
2 первый соединительный держатель
3 второй соединительный держатель
4 соединительные элементы
5 соединительный штырь
6 гнездо для соединительного штыря
7 пружинный модуль
8 пружинный элемент
9 первый конец пружинного модуля, первая сцепная плита
10 второй конец пружинного модуля, вторая сцепная плита
11 предпочтительное направление стыковки
12 маятниковый элемент
13 соединительная ось поворота
14 осевой подшипник
15 концевая часть пружинного элемента
16 резьбовое соединение
17 цилиндрическая пружина
18 держатель оси поворота
19 первый сцепной элемент
20 соединительный элемент (поворотный штырь) на сцепном элементе
21 сквозное отверстие в соединительном держателе
22 предохранительный элемент
23 крепежный элемент на сцепном элементе
24 защитная крышка для соединительных элементов
25 нижняя сторона первого соединительного держателя
26 сквозные отверстия для пружинного элемента
27 концевая часть предохранительного элемента
28 сквозное отверстие для предохранительного элемента
29 резьбовой держатель
30 рельсовое транспортное средство
31 тележка
32 сцепная система
33 кузов
34 рельс
33 второй сцепной элемент
34 подвижные плиты
35 второй соединительный элемент
М средняя ось многоэлементного сцепного устройства
α угол между пружинными элементами пружинного модуля