УСТРОЙСТВО АВАРИЙНОГО ТОРМОЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
DEVICE FOR EMERGENCY BRAKING OF TRANSPORT VEHICLE

Изобретение относится к автомобилестроению. Преимущественная область применения - скоростные транспортные средства, эксплуатируемые при высокой вероятности аварийных ситуаций.
Известны тормозные устройства транспортных средств, применяемые в тех случаях, когда штатные тормоза выходят из строя или не обеспечивают требуемый темп торможения при возникновении аварийной ситуации.
Названные устройства включают в себя привод в виде силового цилиндра со штоком, выдвигаемым давлением сжатого воздуха или жидкости, и исполнительный механизм (тормозное устройство), выполненный в виде башмака, прижимаемого к поверхности дороги.
Недостатком всех перечисленных конструктивных решений является невысокое быстродействие привода тормозного устройства и ограниченная величина силы торможения, что приводит к большому остановочному пути (Патент США №2459016, кл. В60Т 1/14, 1949).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является аварийный тормоз транспортного средства, включающий в себя взаимодействующий с транспортной магистралью ступенчатый цилиндрический стержень с наконечником и его привод, снабженный полым цилиндром, который своим внутренним диаметром сопряжен с большим диаметром стержня и имеет у торцевой стенки взрывной заряд, при этом на выступающей вниз за срез полого цилиндра части стержня с меньшим диаметром размещено кольцо, соединенные тросом с тормозным барабаном (Патент РФ №2022842, опубл. 15.11.1994, Бюл. №21).
Указанное тормозное устройство имеет следующие недостатки
1. Неэффективное крепление ступенчатого стержня в дорожном покрытии, что может привести к вырыванию стержня в процессе торможения транспортного средства.
2. Недостаточно надежное соединение троса со ступенчатым стержнем посредством кольца, что может вызвать отрыв троса от стержня.
3. Невыполнение условия перпендикулярности абсолютного движения стержня к поверхности дорожного покрытия при высокой скорости транспортного средства, что уменьшает надежность проникновения стержня в дорожное покрытие и его удержания в этом покрытии. Технический результат предлагаемого устройства - повышение надежности и эффективности устройства аварийного торможения за счет надежного удержания ступенчатого стержня в дорожном покрытии.
Указанный технический результат достигается тем, что:
- устройство аварийного торможения транспортного средства включает взаимодействующий с транспортной магистралью стержень с наконечником и его привод, причем стержень выполнен цилиндрическим и ступенчатым с меньшим диаметром со стороны наконечника, а его привод снабжен полым цилиндром, который своим внутренним диаметром сопряжен с большим диаметром стержня и имеет у торцевой стенки взрывной заряд, при этом стержень соединен с тормозным устройством посредством троса, конец которого в виде кольца с креплением опирается на штифты, охватывая верхние части двух лап, нижние части которых установлены на валике снаружи и изнутри по отношению к стержню с меньшим диаметром с возможностью поворота на этом валике до упора о буртик наконечника;
- каждая из лап установлена с возможностью взаимодействия с одним из двух подвижных штифтов, расположенных в цилиндрической полости нижней части ступенчатого стержня, между которыми находится заряд малой мощности;
- угол α между направлением движения транспортного средства и продольной осью ступенчатого стержня должен удовлетворять условию: 95,6°<α<107°;
- угол α≅98° для скоростного режима транспортного средства в диапазоне 72÷200 км/ч.
На фиг.1 схематически показаны аварийный тормоз и его размещение на автомобиле; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.3 - нижняя часть ступенчатого стержня 3 и ее сечение по оси валика лап; на фиг.4 и 5 - крайние положения ступенчатого стержня 3 в процессе торможения автомобиля; на фиг.6 - параллелограмм скоростей при сложном движении ступенчатого стержня, принимаемого (для простоты) за точку.
Устройство аварийного торможения транспортного средства содержит размещенные на раме автомашины 1 тормозной барабан 2, ступенчатый стержень 3 с заостренным наконечником 4, причем верхняя часть 5 ступенчатого стержня 3 имеет больший диаметр, а нижняя часть 6 - меньший.
Ступенчатый стержень 3 своим диаметром верхней части 5 сопрягается с внутренним диаметром полого цилиндра 7, который в своей торцевой части имеет съемную крышку 8 и взрывной заряд 9. Ступенчатый стержень 3 удерживается в верхнем положении упором 10. На нижней части 6 ступенчатого стержня 3 у среза цилиндра 7 размещено окончание троса 11 в виде кольца 12 с креплением 13. Трос 11 взаимодействует с тормозным барабаном 2.
Кольцо 12 охватывает внешнюю 14 и внутреннюю 15 лапы ступенчатого стержня 3 и опирается на штифты 16, расположенные с обеих сторон ступенчатого стержня 3. Лапы 14 и 15 установлены с возможностью поворота на валике 17, удерживаемом в заданном положении головкой 18 и головкой на винте 19.
Внешняя лапа 14 охватывает нижнюю часть ступенчатого стержня 3 своими петлями с двух сторон, внутренняя 15 сидит на валике 17 одной петлей, вставленной внутрь окна 20 прямоугольной формы. Буртик 21 наконечника 4 ступенчатого стержня 3 служит для упирания в него лап 14 и 15 при их максимальном повороте, а также для обеспечения беспрепятственного перемещения лап с валиком при пробивании ступенчатым стержнем 3 дорожного покрытия, состоящего, например, из слоя (или слоев) асфальта 22 и бетонного основания 23 дороги. Взрывной заряд 24 малой мощности служит для выталкивания подвижных штифтов 25, поворачивающих лапы 14 и 15, так что их концы удаляются от ступенчатого стержня 3, образуя устройство типа якоря. Срабатывание заряда 24 может происходить от капсульного устройства, от датчика замедления движения ступенчатого стержня 3 или с использованием других известных способов, на которые автор не претендует.
В зависимости от величины взрывного заряда 9 и прочностных характеристик бетонного основания 23 ступенчатый стержень 3 может оказаться в одном из промежуточных положений, находящихся между двумя крайними, представленными на фиг.4 и 5. В случае, показанном на фиг.5, возможно движение ступенчатого стержня 3 в направлении, указанном стрелкой. Это движение вызывается силой натяжения троса 11. При этом движении лапы 14 и 15 за счет сопротивления породы, на которую опирается бетонное основание 23, поворачиваются до тех пор, пока не упрутся в буртик 21 наконечника 4 и в нижнюю часть бетонного основания 23 (лапа 15). Последнее обеспечивает надежное крепление кольца 12 троса 11 и создает условия для надежного торможения.
Надежность торможения можно повысить, если изначально установить ступенчатый стержень 3 на упоре 10 так, чтобы лапы и трос не лежали в одной плоскости.
В этом случае плоскость, проходящая через лапы, будет перпендикулярна направлению движения автомобиля, а в случае аварийного торможения лапы займут положение, данное на фиг.5 с учетом их поворота вокруг продольной оси ступенчатого стержня 3 на угол φ=90°.
Действует аварийный тормоз следующим образом. При возникновении аварийной ситуации, когда остановить транспортное средство табельными тормозными устройствами невозможно, например перед внезапно возникшим препятствием в виде другого транспортного средства, водитель подрывает заряд 9. Под действием давления пороховых газов ступенчатый стержень 3 ломает упор 10 и начинает двигаться к транспортной магистрали. Далее он пробивает слой 22 и бетонное основание 23, причем кольцо 12 троса освобождает лапы 14 и 15, оставаясь на слое асфальта 22. В следующий момент времени кольцо с силой прижимается к этому слою буртиком верхней части 5 ступенчатого стержня 3, и этот стержень останавливается.
Люфт троса 11 должен соответствовать (с некоторым запасом) перемещению S транспортного средства за промежуток времени от момента касания слоя 22 транспортной магистрали наконечником 4 ступенчатого стержня 3 до момента останова этого стержня в положении, показанном на фиг.4.
1
2
3
1
2
3
Как показывают расчеты с использованием известных данных и результатов (Патент РФ 2048325, опубл. 20.11.1995, Бюл. №32), это перемещение S равно: S=0,1 м, S=0,2 м и S=0,3 м для скорости V транспортного средства соответственно: V=100 км/ч, V=200 км/ч и V=300 км/ч.
В момент останова ступенчатого стержня 3 срабатывает взрывной заряд малой мощности 24 и подвижные штифты 25, перемещаясь под действием пороховых газов, воздействуют на лапы 14 и 15 так, что их концы удаляются от ступенчатого стержня 3 (фиг.4).
Даже при наличии осевого перемещения вверх ступенчатый стержень 3 под действием силы натяжения троса 11 лапы 14 и 15, расходясь дальше от ступенчатого стержня 3, не позволяют вытащить этот стержень, надежно удерживая его у нижней части основания 23 (фиг.5).
(При максимальном удалении лап 14 и 15 от ступенчатого стержня 3 (фиг.5) плоскости лап А'В' и C'D', представленные на фиг.3 отрезками, будут контактировать соответственно с плоскостями АВ и CD буртика 21 наконечника 4. В этом случае удерживающий эффект ступенчатого стержня 3 с лапами будет максимальным.)
На фиг.4 и 5 (Патент РФ 2048325) угол α между направлением движения транспортного средства и продольной осью ступенчатого стержня 3 является острым и составляет 74° (фиг.4) и 63° (фиг.5). (Данные по углу α в этом патенте не приводятся и в приведенных примерах являются, конечно, приближенными.)
1
1
2
3
3
Однако в соответствии с материалом, относящимся к кинематике сложного движения точки, угол α должен быть тупым (фиг.6) и согласно расчетам равным: α=95,6° при V=100 км/ч, α=101,2° при V=200 км/ч и α=107° при V=300 км/ч.
e
Если положить V=V=150 км/ч, то α=98°. Тогда, сравнивая углы α в нашем случае и в случае патента РФ №2048325 (см. фиг.4, как более крупную), получаем:  или Δα%=32,4%0 - погрешность в определении угла α, величина которой является существенной. На фиг.6 и в тексте имеем:  - абсолютная скорость ступенчатого стержня 3;
- переносная скорость или скорость V транспортного средства;  - относительная скорость проникателя. ( направлен вертикально. Это условие перпендикулярности  дорожному полотну транспортной магистрали необходимо для более надежного пробивания дорожного покрытия ступенчатым стержнем 3.)
min
max
Если за основу взять α=98° и под этим углом установить полный цилиндр 7 (и, следовательно, ступенчатый стержень 3), то для скоростей транспортного средства, например, V=72 км/ч и V=200 км/ч будем иметь несоответствие (погрешность) Δα%, равную  и . Это во много раз меньше погрешности 32,4%, относящейся к патенту-прототипу РФ №2048325.
Таким образом, можно рекомендовать угол α=98° при установке полого цилиндра 7 в задней части транспортного средства для скоростного режима этого средства в диапазоне 72÷200 км/ч.