Дорновое аварийное тормозное устройство автотранспортного средства
MANDREL EMERGENCY BRAKING DEVICE OF A MOTOR VEHICLE

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано для остановки автотранспортных средств в аварийных ситуациях. Одними из причин дорожно-транспортных происшествий являются отказ тормозной системы автотранспортного средства, невозможность или недостаточная эффективность торможения, обусловленная неблагоприятным состоянием поверхности дорожного полотна. Для таких случаев необходима дополнительная аварийная система торможения, способная обнулить кинетическую энергию автотранспортного средства на минимально возможном тормозном пути при обеспечении необходимого уровня безопасности людей, находящихся в автотранспортном средстве.
Известно аварийное тормозное устройство автотранспортного средства, содержащее установленные на раме автотранспортного средства тормозной механизм, вводимый в контакт с дорожным полотном, и систему гидравлического силового привода тормозного механизма, включающую гидроцилиндр со штоком и механизмом его вертикального перемещения, возвратную пружину и поворотный рычаг управления [SU №1366436, 1986 г.].
К числу недостатков данного устройства относятся: низкая эффективность торможения при одновременно сложной конструкции устройства, обусловленной наличием значительного числа контактирующих гидромеханических узлов.
Наиболее близким - по совокупности признаков - аналогом является конструкция аварийного тормозного устройства автотранспортного средства, содержащее вводимый в контакт с дорожным полотном тормозной механизм состоящий из жестко прикрепленной к раме поперечной оси и двух катушек с набором тарельчатых дисков из вязкопластичного материала и трубки из упругопластичного материала [RU №2 276 021, 2006 г.], принятое за прототип.
Главным недостатком устройства-прототипа является заявленная практически мгновенная остановка, обусловленная фиксацией транспортного средства относительно дорожного полотна при задействовании устройства, и, как следствие, возникновение инерционной силы, приводящей к действию на находящихся в транспортном средстве людей недопустимых силовых воздействий и перегрузок, значения которых обратно-пропорциональны времени торможения [Тихомиров В.А. Энергопоглощающие устройства дорожных ограждений. - М: «Вестник машиностроения» №9. - 2018 г.]. То есть, устройство-прототип способно практически мгновенно остановить автотранспортное средство в аварийной ситуации, но при этом находящиеся в нем люди могут получить тяжелые увечья или травмы не совместимые с жизнью. Недостатком прототипа также является наличие большого числа составных частей тормозного механизма, что усложняет конструкцию устройства.
Задача, на решение которой направлено предлагаемая конструкция, заключается в организации оптимального процесса остановки автотранспортных средств в аварийных ситуациях при невозможности или недостаточной эффективности торможения штатной тормозной системой, в ходе которого инерционные силы не приведут к недопустимым ударным нагрузкам и действующим перегрузкам, что повышает безопасность находящихся в автотранспортном средстве людей.
Технический результат заключается в том, что устройство содержит установленный на раме автотранспортного средства дорновый энергопоглощающий модуль, состоящий из трубчатого энергопоглощающего рабочего элемента и находящегося в нем дорна с прикрепленным к нему посредствам стального троса клина, который в исходном состоянии находится в пневматическом блоке. При задействовании устройства клин внедряется в дорожное полотно и после натяжения троса фиксирует положение дорна относительно дорожного полотна. Движение автотранспортного средства с трубчатым рабочим элементом при зафиксированном дорне, обуславливает перемещение дорна в трубчатом рабочем элементе, при котором происходит его поперечное растяжение (дорнование). Кинетическая энергия автотранспортного средства расходуется на работу деформирования при поперечном растяжении (дорновании) трубчатого рабочего элемента, а также рассеивается в виде тепла при пластическом деформировании материала трубчатого элемента и трении дор-новой пары.
Сущность предлагаемой конструкции поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид дорнового аварийного тормозного устройства, установленного на раме автотранспортного средства; на фиг. 2 представлена конструкция дорнового аварийного тормозного устройства автотранспортного средства; на фиг. 3 представлена схема задействования дорнового аварийного тормозного устройства; на фиг. 4 показана работа дорнового энергопоглощающего модуля.
Конструкция дорнового аварийного тормозного устройства автотранспортного средства (см. фиг. 1, 2) содержит установленный на раме 1 автотранспортного средства и жестко соединенный с ней посредствам силового узла крепления 2 дорновый энергопоглощающий модуль 3, поддерживаемый, расположенными на раме узлами крепления 4, стопорный узел 5 с отверстием 15 через которое проходит стальной трос 6, соединяющий подвижный элемент (дорн) 10 энергопоглощающего модуля с клином 7, находящимся в пневматическом блоке 8, установленном на раме автотранспортного средства. Дорновый энергопоглощающий модуль состоит из трубчатого рабочего элемента 9, имеющего переменный диаметр (начальный участок - внутренний диаметр D, рабочий участок - внутренний диаметр d), дорна 10 с прикрепленным к нему стальным тросом 6, передней крышки 11, жестко зафиксированной с трубчатым рабочим элементом и силовым узлом крепления 2, и резиновой заглушки 12, предохраняющей внутреннею полость энергопоглощающего модуля от воздействия атмосферы. Трос 6, имеющий необходимую длину, располагается в трубчатом рабочем элементе 9 определенным порядком не допускающим его перехлестывания. В передней крышке 11 установлен ниппель 13 с односторонним клапаном, не допускающий разряжение воздуха в передней части энергопоглощающего модуля. В узлах крепления 4 установлены эластичные прокладки 14, деформирующиеся при прохождении дорна. Внутренняя поверхность трубчатого рабочего элемента и дорн для исключения прихватывания между собой и защиты от коррозии обрабатывается твердой смазкой.
В аварийных ситуациях при невозможности или недостаточной эффективности торможения штатной тормозной системой водитель приводит в действие дорновое аварийное тормозное устройство путем замыкания цепи электрозапала пиропатрона пневматического блока 8, при этом производится выстрел клина 7, который внедряется в дорожное полотно 16. Движущееся транспортное средство (направление показано стрелкой), в начальный момент вытягивает из трубчатого элемента 9 трос, который после натяжения фиксирует положение дорна 10 относительно дорожного полотна 16 (см. фиг. 3, 4, а). При дальнейшем перемещении транспортного средства с закрепленным на его раме трубчатым рабочим элементом 9 относительно неподвижного дорна, происходит поперечное растяжение материала трубчатого рабочего элемента, имеющего в исходном состоянии диаметр рабочего участка d, до диаметра D. Кинетическая энергия автотранспортного средства расходуется на работу деформирования при поперечном растяжении (дорновании) трубчатого рабочего элемента, а также рассеивается в виде тепла при пластическом деформировании материала трубчатого элемента и трении дорновой пары, что обуславливает снижение скорости, т.е. торможение автомобиля.
1
max
Перемещение транспортного средства при аварийном торможении в нерасчетном случае (масса и (или) скорость автомобиля меньше расчетных значений) будет осуществляться до полного рассеивания его кинетической энергии и дорновый энергопоглощающий модуль остается в каком-то промежуточном деформированном положении (см. фиг. 4, б), при котором перемещение транспортного средства составит х. При аварийном торможении в расчетном случае (кинетическая энергия автомобиля эквивалентна расчетной энергоемкости дорнового энергопоглощающего модуля на максимальном ходе демпфирования) перемещение транспортного средства составит x (фиг. 4, в). При аварийном торможении в случае превышения разрешенных массы и (или) скорости транспортного средства кинетическая энергия транспортного средства израсходуется не полностью. Так как ход демпфирования дорнового энергопоглощающего модуля будет исчерпан полностью (дорн переместится в крайнее правое положение, аналогично случаю представленному на фиг. 4, в), полная остановка транспортного средства осуществляется за счет фиксации дорна стопорным узлом 5. В этом случае возможны кратковременные действия ударных нагрузок и действующих перегрузок выше расчетных.
Дорновые энергопоглощающие модули обладают высокой удельной энергоемкостью и стабильностью характеристик амортизации, которые присущи амортизирующим устройствам, принцип действия которых основан на рассеивании энергии воздействия за счет пластического деформирования металлических элементов. Общая величина энергопоглощения и ход амортизации дорнового энергопоглощающего модуля могут быть заданы в широких пределах путем задания определенных размеров (длин, диаметров и толщин) трубчатых рабочих элементов, изменения величины угла конусности дорна, а также путем выбора материала трубчатых рабочих элементов, их механической или термической обработки. Расчет параметров дорновых энергопоглощающих модулей осуществляется известными методами сопротивления материалов.
Изготовление и сборка дорнового энергопоглощающего модуля просты и выполняются обычными известными методами. Трубчатый рабочий элемент 9 может изготавливаться из труб малоуглеродистых и низколегированных сталей, имеющих заданные размеры, путем поперечного растяжения (дорнования) начального участка трубы, с целью формирования переходного участка, имеющего вид усеченного конуса (с диаметрами оснований D и d и углом наклона равным углу конусности дорна а). Дорн может изготавливаться из малоуглеродистых сталей с последующей химико-термической обработкой, среднеуглеродистых сталей или твердых сплавов. Перед сборкой дорнового энергопоглощающего модуля проводиться обработка твердой смазкой дорна и внутренней поверхности трубчатого рабочего элемента, далее установка дорна с прикрепленным к нему тросом 6 в трубчатый рабочий элемент, установка и фиксация крышек, с последующей герметизацией для защиты от воздействия внешней среды.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. SU 1366436, 1986 г.
2. RU 2 276 021, 2006 г.
3. Тихомиров, В.А. Энергопоглощающие устройства дорожных ограждений/В.А. Тихомиров//Вестник машиностроения. - 2018. - №9. - С. 30-36.