ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ВОДИТЕЛЯ И ПАССАЖИРОВ ПРИ АВАРИИ АВТОМОБИЛЯ И СПОСОБ СБОРКИ ПЕНАЛЬНОГО ЗАЩИТНОГО УСТРОЙСТВА
PROTECTIVE DEVICE TO INCREASE SAFETY OF DRIVER AND PASSENGERS IN ACCIDENTS AND METHOD OF ASSEMBLING HOLDER-TYPE PROTECTIVE DEVICE

Изобретения относятся к устройствам, повышающим защиту водителя и пассажиров автомобиля при аварии.
Известно пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля (см.патент на полезную модель №82171. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля, авторы Эскин И.Д., Алкеев Р.И., приоритет полезной модели 16 октября 2008 г.), содержащее корпус-балку и два многослойных, многопролетных, гофрированных пакета, набранных «гофр в гофр» из омедненных, стальных, шлифованных, каленых, гофрированных лент, причем корпус-балка выполнен из двух жестко соединенных по их длине деталей - прямой балки с П-образным поперечным сечением с фланцами и основанием, выполненным в виде полосы, внутри корпуса-балки расположен толкатель, выполненный в виде полосы с прямоугольным сечением, а гофрированные пакеты с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофра, размещены над и под толкателем, причем толкатель по длине разделен на отдельные части и число частей, их длины и расстояния между частями определяются из условия обеспечения требуемых зависимостей E(s) и T(s), где Е - рассеиваемая устройством энергия, Т - равнодействующая сил трения, действующая на сместившиеся части толкателя, s - текущее значение хода толкателя, и стыки частей толкателя расположены под впадинами гофров пакетов, а сами расстояния между ответными торцами частей толкателя меньше пролета гофра, причем первая наружная часть толкателя (отсчет номеров частей толкателя начинается от точки приложения ударной нагрузки) в направлении удара выступает на величину хода l толкателя из корпуса, и последняя часть толкателя также выступает из корпуса, а участок этой части, на который опираются гофры, больше хода l на несколько пролетов гофров, торцы корпуса закрыты крышками с отверстиями для выхода выступающих частей толкателя, между боковыми торцами частей толкателя и корпусом выполнены зазоры, наружные части толкателя также с зазорами по периметру толкателя проходят через отверстия в крышках, причем эти зазоры по бокам толкателя такие же, как между боковыми торцами толкателя и корпусом, а зазоры между верхней и нижней поверхностями толкателя и ответными поверхностями отверстия в крышках меньше толщины ленты гофрированных пакетов, и зазоры между крышками и торцами пакетов выбраны такими, чтобы при сдвиге пакета (или ленты пакета, опирающейся на толкатель) в пределе зазора вершины гофров не могли попасть в щели между частями толкателя.
Известно также защитное устройство, повышающее безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля (см.патент на полезную модель №79845. Защитное устройство, повышающее безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля, авторы Эскин И.Д., Алкеев Р.И., приоритет полезной модели 15 сентября 2008 г.), содержащее бампер-балку с коробчатым прямоугольным поперечным сечением, закрепленный на корпусе автомобиля спереди или сзади корпуса, причем бампер выполнен в виде прямой балки с длиной, приблизительно равной ширине автомобиля, и расположен внутри корпуса-балки, на длине бампера, имеющего также коробчатое прямоугольное сечение, с зазорами по бокам бампера, в которых с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофров, вставлены два многослойных, многопролетных, гофрированных пакета, набранных из омедненных, стальных, каленых, шлифованных лент «гофр в гофр», причем длина пакетов подобрана таким образом, что на обоих концах бампера имеются свободные участки, немного большие величины смещения вершины крайнего гофра пакета вдоль бампера при полном выпрямлении гофров (деформации гофров на величину остаточного выгиба гофров) при лобовом ударе, и концы корпуса балки, выступающие за бампер, имеют швеллерное поперечное сечение и в плане повторяют обводы автомобиля до колесной пары, а расстояние между концом корпуса-балки и контуром автомобиля (измеренное по перпендикуляру к оси автомобиля) выбрано возможно большим, но конструктивно приемлемым, а детали крепления бампера к корпусу автомобиля, выполненные в виде скоб, приваренных к бамперу, свободно проходят через прямоугольные отверстия в верхней и нижней стенках корпуса-балки, причем размеры каждого отверстия больше ответного размера опорной поверхности детали крепления бампера - вдоль оси автомобиля на два остаточных выгиба гофра и перпендикулярно оси автомобиля на два расстояния между концом корпуса-балки и контуром автомобиля (или немного меньше этих двух расстояний).
Пенальное защитное устройство (патент на полезную модель №82171) по технической сущности наиболее близко к предлагаемой полезной модели и принято за прототип.
В патенте РФ №82171 порядок сборки защитного устройства описан фрагментарно и не раскрывает новизны способа сборки этого устройства, т.к. по закону РФ патент РФ на полезную модель не выдается на способы. Поэтому в патенте РФ не описано, как обеспечивается требуемое положение частей толкателя в процессе сборки и в собранном устройстве. Это описание сборки пенального защитного устройства по технической сущности наиболее близко к предлагаемому способу и принято за прототип.
Свойств, рассеивающих кинетическую энергию удара при столкновении автомобиля, движущегося с большой скоростью, с препятствием, у каждого из защитных устройств (патент РФ №79845 и патент РФ №82171) может оказаться недостаточно. Поэтому ставится задача эффективного повышения уровня защиты от травматизма водителя и пассажиров при столкновении автомобиля, движущегося с большой скоростью, с препятствием.
Кроме того, ставится задача создания способа сборки пенального защитного устройства, обеспечивающего требуемое положение частей толкателя в собранном устройстве.
a
Поставленная задача решается тем, что предлагаемое защитное устройство, повышающее безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля, содержит пенальные устройства, состоящие каждое из корпуса-балки, двух многослойных, многопролетных, гофрированных пакетов, набранных «гофр в гофр» из омедненных, стальных, шлифованных, каленых, гофрированных лент, толкателя, причем корпус-балка выполнен из двух жестко соединенных по длине деталей - прямой балки с П-образным поперечным сечением с фланцами и основания, выполненного в виде полосы прямоугольного сечения, а гофрированные пакеты с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофра, размещены над и под толкателем, причем толкатель по длине разделен на отдельные части и число частей, их длины и расстояния между частями определяются из условия обеспечения требуемых зависимостей E(s) и T(s), где Е - рассеиваемая устройством энергия, Т - равнодействующая сил трения, действующая на сместившиеся части толкателя, s - текущее значение хода толкателя, и стыки частей толкателя расположены под впадинами гофров пакетов, а сами расстояния между ответными торцами частей толкателя меньше пролета гофра, причем первая наружная часть толкателя в направлении удара выступает на величину хода l толкателя из корпуса, и последняя часть толкателя также выступает из корпуса, а участок этой части, на который опираются гофры, больше хода l на несколько пролетов гофров, торцы корпуса закрыты крышками с отверстиями для выхода выступающих частей толкателя, между боковыми торцами частей толкателя и корпусом выполнены зазоры, наружные части толкателя также с зазорами по периметру толкателя проходят через отверстия в крышках, причем эти зазоры по бокам толкателя такие же, как между боковыми торцами толкателя и корпусом, а зазоры между верхней и нижней поверхностью толкателя и ответными поверхностями отверстия в крышках меньше толщины ленты гофрированных пакетов, и зазоры между крышками и торцами пакетов выбраны такими, чтобы при сдвиге пакета или ленты пакета, опирающиеся на толкатель в пределе зазора вершины гофров, не могли попасть в щели между частями толкателя, отличается тем, что пенальные защитные устройства жестко крепятся к днищу автомобиля в передней или задней его части таким образом, что отогнутые концы толкателей образуют соответственно еще один передний или задний бампер (он может в плане иметь форму прямой или повторить обводы передней или задней частей автомобиля) на расстоянии l>l соответственно от переднего или заднего бампера автомобиля, для чего отогнутый конец толкателя каждого пенального устройства с одной стороны имеет выступ, а с другой стороны к нему жестко прикреплена накладка, образующая паз, причем выступ отогнутого конца толкателя заходит в паз отогнутого конца толкателя соседнего пенального устройства с небольшим или нулевым зазором.
Благодаря такому соединению соседних пенальных защитных устройств у предлагаемого защитного устройства работают все входящие в него пенальные устройства при любом расположении на лобовой части автомобиля места приложения удара и направлении удара. Это существенно улучшает защитные свойства предлагаемого устройства.
Кроме того, с целью увеличения диапазона регулирования защитных свойств предлагаемого устройства ширина паза у различных пенальных устройств защитного устройства может быть больше ширины входящего в паз выступа, причем расположение выступа толкателя каждого пенального устройства в ответном пазу толкателя соседнего с ним пенального устройства может быть различным, например, у нескольких пенальных устройств, расположенных у продольной оси автомобиля, выступы вплотную без зазора прижаты к ближней по направлению удара стенке паза, а у других пенальных устройств расположение выступов в пазах симметрично оси автомобиля будет постепенно изменяться до положения, когда выступы толкателей крайних пенальных устройств прижаты к дальним по направлению удара стенкам ответных пазов толкателей, соседних с крайними защитными пенальными устройствами.
Такое расположение выступов в ответных пазах позволяет расширить диапазон регулирования защитных характеристик предлагаемого устройства и достигнуть более плавного распределения ударной нагрузки по времени действия ударного импульса.
p
Кроме того, пенальные защитные устройства закрепляются на днище автомобиля в таком положении, что бампер, образованный отогнутыми концами толкателей этих устройств, расположен на расстоянии 0≤l<l от штатного бампера автомобиля или даже спрятан за наружной стенкой штатного бампера автомобиля.
С целью дальнейшего повышения рассеивающих свойств защитного устройства при лобовом ударе и существенного улучшения защитных свойств предлагаемого защитного устройства при боковом ударе вместо переднего штатного бампера автомобиля, если предлагаемое защитное устройство устанавливается спереди автомобиля, или заднего штатного бампера на автомобиль устанавливается защитное устройство, содержащее бампер-балку с коробчатым прямоугольным поперечным сечением, закрепленный на корпусе автомобиля, причем бампер выполнен в виде прямой балки с длиной, приблизительно равной ширине автомобиля, и расположен внутри корпуса-балки, на длине бампера, имеющего также коробчатое прямоугольное сечение, с зазорами по бокам бампера, в которых с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофров, вставлены два многослойных, многопролетных, гофрированных пакета, набранных из омедненных, стальных, каленых, шлифованных лент «гофр в гофр», причем длина пакетов подобрана таким образом, что на обоих концах бампера имеются свободные участки, немного большие величины смещения вершины крайнего гофра пакета вдоль бампера при полном выпрямлении гофров (деформация гофров на величину остаточного выгиба гофров) при лобовом ударе, и концы корпуса-балки, выступающие за бампер, имеют швеллерное поперечное сечение и в плане повторяют обводы автомобиля до колесной пары, а расстояние между концом корпуса-балки и контуром автомобиля (измеренное по перпендикуляру к оси автомобиля) выбрано возможно большим, но конструктивно приемлемым, а детали крепления бампера к корпусу автомобиля, выполненные в виде скоб, приваренных к бамперу, свободно проходят через прямоугольные отверстия в верхней и нижней стенках корпуса-балки, причем размеры каждого отверстия больше ответного размера опорной поверхности детали крепления бампера - вдоль оси автомобиля на два остаточных выгиба гофра и перпендикулярно оси автомобиля на два расстояния между концом корпуса-балки и контуром автомобиля (или немного меньше этих двух расстояний), а корпусы защитных пенальных устройств закреплены на днище автомобиля так, что частично располагаются с зазором под корпусом-балкой, бамперного защитного устройства и полезный ход каждого толкателя при лобовом ударе равен сумме расстояний от отогнутого конца толкателя до корпуса-балки, величины остаточного выгиба гофра и некоторой доли пластической деформации бамперного устройства и автомобиля.
При наличии бамперного защитного устройства в составе предлагаемого защитного устройства существенно улучшаются рассеивающие свойства предлагаемого защитного устройства не только при боковом ударе, но и при лобовом ударе.
При посадке отогнутых концов толкателей пенальных защитных устройств на корпус-балку при лобовом ударе эти защитные устройства работают параллельно, что существенно улучшает защитные характеристики предлагаемого защитного устройства.
г
г
Кроме того, с целью дальнейшего повышения защитных свойств предлагаемого устройства каждый пакет бамперного защитного устройства набран из двух или более пакетов гофрированных лент, собранных «гофр в гофр», между которыми проложены ленты - полосы с толщиной, большей толщины гофрированной ленты, с длиной, равной длине бампера, со свободными участками на концах лент, такими, же как у бампера, причем пакеты гофрированных лент опираются на проложенную между ними гладкую ленту - полосу вершинами друг на друга, т.е. в каждом пакете пакеты гофрированных лент соединены последовательно, причем натяг по вершинам гофров каждого гофрированного пакета больше остаточного выгиба гофров, а размер отверстий в корпусе-балке, через которые проходят скобы вдоль оси автомобиля, в этом случае на 2nf больше ответного размера опорной поверхности скобы, здесь n - число гофрированных пакетов в пакете, установленных с каждой стороны бампера, f - остаточный выгиб гофра.
Количество энергии, рассеиваемой при лобовом ударе бамперным устройством, будет больше во столько раз, сколько двусторонних упругогистерезисных упоров последовательно соединены в пакете бамперного защитного устройства.
Кроме того, с целью улучшения внешнего вида автомобиля выступающие части толкателей закрыты легким кожухом из полимера или алюминиевого сплава, сминаемым при ударе.
Также с целью улучшения внешнего вида автомобиля и уменьшения габаритов предлагаемого защитного устройства бампер-балка бамперного защитного устройства не крепится непосредственно к автомобилю, а шарнирно закреплен с толкателями пенальных защитных устройств, для чего скобы, приваренные к бамперу, выполнены с ушками, в паз между ушками без зазора входит конец толкателя, и в ушках и толкателе выполнено отверстие, в котором без зазора вертикально размещена ось шарнира, фиксируемая в отверстии от выпадения шайбой, корончатой гайкой и шплинтом, части толкателя каждого панельного защитного устройства соединены друг с другом шарнирно, для чего в одной стыкуемой части сделан паз, в середине которого размещена ось шарнира, жестко закрепленная в другой стыкуемой части толкателя, причем размер паза вдоль оси толкателя на величину пролета гофра или меньшую величину больше диаметра оси шарнира, а расстояние между ответными торцами стыкуемых частей толкателя меньше половины пролета гофра, а сама щель между ответными торцами стыкуемых частей толкателя расположена под той половиной пролета гофра, которая дальше вдоль оси толкателя от места шарнирного соединения его со скобой бамперного защитного устройства, а между гофрированными пакетами и толкателем установлены омедненные, гладкие, каленые, шлифованные ленты, концы которых отогнуты к концам пакетов, и число гладких лент, устанавливаемых с каждой стороны толкателя, выбирается из условия, чтобы величина выдавливания гладких лент в щель между стыкуемыми частями толкателя при его вытягивании из корпуса и попадании вершины гофра, опирающегося на гладкие ленты, в середину этой щели, была такой, чтобы не происходило заклинивания толкателя при ударе.
В этом варианте предлагаемого защитного устройства бамперное защитное устройство последовательно соединено с пенальными защитными устройствами. При постановке этого защитного устройства на автомобиль его внешний вид может измениться мало, т.к. внешний вид бамперного защитного устройства мало отличается от внешнего вида штатного бампера автомобиля, а пенальные защитные устройства скрыты под днищем автомобиля.
г
в
Кроме того, с целью обеспечения прочности пакетов гофрированных лент бамперного защитного устройства по длине пакетов они могут быть разделены на два и более пакетов, причем между отдельными пакетами имеются свободные участки, длина которых выбрана возможно меньшей, но обеспечивающей свободную деформацию пакетов, перпендикулярную оси автомобиля, при полном выпрямлении пакетов. Дело здесь в том, что при выпрямлении пакета, например, при лобовом ударе, когда деформация в направлении оси автомобиля у всех гофров одинакова, на центральный гофр пакета действует наибольшая сила, т.к. этой силе приходится преодолевать при смещении вершин этого гофра в направлении, перпендикулярном оси автомобиля, на каждой вершине сумму сил трения, действующих на вершины гофров справа или слева. В результате при чрезмерно большом количестве гофров в пакете, большом выгибе гофра f и большом коэффициенте трения f в центральном гофре пакета при его выпрямлении в лентах могут возникнуть напряжения больше предела прочности σ и пакет сломается.
3
Кроме того, с целью снижения возможности травмирования пешехода при столкновении с ним на небольших скоростях движения автомобиля (10-20 км/час) на передней поверхности корпуса балки бамперного устройства наклеена полоса из полиуретана или пропилена с небольшой плотностью от 20÷25 кг/м.
Кроме того, на корпусе-балке бамперного защитного устройства могут быть установлены различные элементы дизайна, обычные для легкового автомобиля.
Габариты этого варианта защитного устройства меньше, т.к. здесь нет выступающих за бампер концов толкателей пенальных устройств.
С целью снижения пластической деформации кузова автомобиля пенальные защитные устройства так закреплены на днище автомобиля, что корпус-балка бамперного защитного устройства выступает вперед от кузова автомобиля, если предлагаемое защитное устройство крепится спереди автомобиля и назад, если оно крепится сзади, на величину, меньшую или равную расстоянию от шарнирного крепления бамперного устройства до торца передней крышки пенального защитного устройства.
p
p
p
Кроме того, предлагаемое защитное устройство может выполняться как самостоятельное, дополнительное подвесное устройство, покупаемое отдельно по прейскуранту в торговой сети, причем при креплении его к передней или задней части автомобиля (крепление пенальных устройств защитного устройства к днищу автомобиля) все детали и узлы автомобиля остаются на своих местах. Причем по выбору владельца автомобиля предлагаемое защитное устройство может быть закреплено на автомобиле в одном из трех положений: в положении, когда между корпусом-балкой бамперного защитного устройства и штатным бампером автомобиля имеется расстояние l, немного большее хода l толкателей пенальных защитных устройств, или в положении, когда расстояние l=0, или же в некотором промежуточном положении, когда l>l>0, и для обеспечения возможности крепления предлагаемого защитного устройства в одном из этих положений во фланцах корпусов и в основаниях пенальных устройств выполнены отверстия под детали крепежа.
Кроме того, корпус-балка бамперного защитного устройства и корпусы и основания защитных пенальных устройств могут быть выполнены из алюминиевого сплава или композитного материала, а между корпусом-балкой и гофрированными пакетами бамперного защитного устройства и основанием и гофрированным пакетом пенальных защитных устройств установлены гладкие, шлифованные, стальные, омедненные ленты. Постановка этих лент обеспечивает контакт «медь по меди» по вершинам гофрированных пакетов, и, следовательно, коэффициент трения в контакте f=0,4.
При большом количестве пенальных защитных устройств (6-8 шт) у предлагаемого защитного устройства скобы жестко скрепляются с балкой, расположенной параллельно бамперу, к которой шарнирно прикреплены толкатели пенальных устройств.
В этом случае для крепления балки к бамперу защитного устройства достаточно трех-четырех скоб, которые связывают бампер и балку в жесткую рамную конструкцию. Поэтому размер поперечного сечения бампера вдоль оси автомобиля может быть уменьшен, следовательно, уменьшен вес бампера.
Под днищем автомобиля располагается ряд его узлов, например, подвески передней и задней колесной пары, приводной валопровод, выхлопная труба и др. узлы.
Поэтому установка под днищем 6-ти, 8-ми (а может быть и более) пенальных устройств с большим размером вдоль оси автомобиля может оказаться конструктивно непростой задачей.
Здесь не рассматриваются конструктивные примеры решения этой задачи для конкретных марок легковых автомобилей - задача решается концептуально.
В ряде случаев при установке пенальных защитных устройств понадобится обеспечение прохождения корпусов пенальных устройств сквозь пазы, или отверстия, предусмотренные для этой цели в деталях крепления подвесок к автомобилю.
Причем на вертикальный размер корпуса пенального устройства может быть наложено существенное ограничение.
Поэтому с целью уменьшения вертикального размера пенального защитного устройства гофрированный пакет над толкателем (со стороны днища автомобиля) не устанавливается, вместо него устанавливается несколько гладких, стальных, шлифованных, омедненных лент или несколько омедненных, каленых, стальных, шлифованных, гофрированных лент, полностью (или почти полностью) выпрямленных в собранном пенальном устройстве.
Кроме того, с этой же целью корпус пенального устройства непосредственно крепится к днищу автомобиля.
Пенальные защитные устройства могут быть установлены на днище автомобиля таким образом, что только их толкатели проходят через пазы в неподвижных (стационарных) деталях подвесок колес автомобиля, причем пазы в этих деталях служат направляющими для толкателей, допускающими только такие перекосы толкателей в плоскости, параллельной днищу автомобиля, при их смещении при ударе, которые допускаются отверстиями в крышках корпусов пенальных устройств, а зазор между нижней поверхностью толкателя и ответной поверхностью паза немного меньше толщины ленты.
При этом обеспечиваются минимальные высотные размеры этих пазов.
Подчеркнем, что все эти варианты конструктивного исполнения пенальных защитных устройств могут быть применены во всех предлагаемых конструкциях защитных устройств, повышающих безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля.
Кроме того, с целью упрощения конструкции защитного устройства, уменьшения его габаритов и веса пакет гофрированных лент или пакет, набранный из нескольких пакетов гофрированных лент, разделенных полосами с толщиной, большей толщины одной ленты, и соединенных последовательно вершина гофра к вершине гофра, размещен с натягом по вершинам гофров только в боковом зазоре между корпусом-балкой и бампером, расположенным первым по направлению лобового удара.
Кроме того, с той же целью защитное устройство выполнено в виде бампера, шарнирно соединенного с пенальными защитными устройствами.
a
Кроме того, в состав этого защитного устройства может входить бамперное защитное устройство, закрепленное непосредственно на автомобиле с помощью скоб, приваренных к бамперу этого устройства, и расстояние между ушками шарнирного крепления толкателей к штатному бамперу автомобиля и корпусом-балкой бамперного защитного устройства равно l - ходу толкателей пенальных защитных устройств за вычетом максимально возможного смещения корпуса-балки вдоль оси автомобиля.
a
У этого защитного устройства при лобовом ударе вначале при смещении бампера автомобиля на величину l работают только пенальные устройства и при посадке бампера ушками на корпус-балку при дальнейшем смещении бампера вдоль оси автомобиля работают бамперное защитное устройство и пенальные защитные устройства, соединенные в этом случае параллельно.
С целью снижения цены защитного устройства его пакеты, или пакеты бамперного защитного устройства, или только пакеты пенальных защитных устройств набраны из стальных, нешлифованных, каленых, гофрированных лент, причем контактные поверхности полос и гладких лент также не шлифованы.
Подчеркнем, что все эти варианты конструктивного исполнения пенальных защитных устройств могут быть применены во всех предлагаемых конструкциях защитных устройств, повышающих безопасность водителей и пассажиров при аварии автомобиля.
Кроме того, поставленная задача создания способа, обеспечивающего требуемое положение частей толкателя в собранном устройстве, решается следующим образом.
Предлагается способ сборки пенального защитного устройства, содержащий укладку на основание пакета, предварительно собранного «гофр в гофр» из стальных, каленых шлифованных, гофрированных, омедненных лент, установку на него частей толкателя с предварительно надетой на его переднюю часть крышкой, укладку на толкатель второго такого же пакета гофрированных лент, установку корпуса пенального защитного устройства, прижатие корпуса к основанию, приклепывание и проварку торцовым швом корпуса к основанию, постановку передней и задней крышек и приварку их к корпусу и основанию, отличающийся тем, что при установке частей толкателя между ними заподлицо с поверхностями толкателя вставляются дистанционные вставки с толщиной, равной толщине толкателя, и шириной, равной ширине щели, с длиной, равной или меньшей ширины толкателя, с торцов толкателя и без зазора по его торцам устанавливаются жесткие упоры, неподвижно закрепленные в приспособлении для сборки устройства, удерживающие от смещения относительно друг друга части толкателя и вставки при создании натяга по вершинам гофров пакетов при прижатии корпуса к основанию, и вставки после окончательной сборки защитного пенального устройства вынимаются из него через технологические отверстия в боковой стенке корпуса с помощью винтов, заворачиваемых в резьбовые отверстия в торцах вставок, затем технологические отверстия в боковой стенке корпуса закрываются крышками из полимера, приклеиваемыми к корпусу пенального защитного устройства.
Конструкции предлагаемых защитных устройств и предлагаемый способ сборки пенального защитного устройства поясняются чертежами.
На чертежах автомобиль или его детали показаны как «обстановка» на сборочном чертеже тонкими сплошными линиями и обозначены последними номерами в списке номеров позиций.
На фиг.1 изображен вид сверху на защитное устройство.
На фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг.1.
На фиг.3 изображен вид спереди с местным разрезом пенального защитного устройства.
На фиг.4 изображен фрагмент вида сверху защитного устройства, выполненного в варианте с зазором между выступом толкателя и ответным пазом, симметрично изменяющийся от оси автомобиля к его бортам.
На фиг.5 изображен вид сверху защитного устройства, содержащего пенальные и бамперное защитное устройство.
На фиг.6 изображен разрез по А-А на фиг.5.
На фиг.7 изображен вид сверху бамперного защитного устройства.
На фиг.8 изображен вид по стрелке Б на фиг.7 с местными разрезами.
На фиг.9 изображен выносной элемент В на фиг.7.
На фиг.10 изображен разрез по А-А на фиг.7 бамперного защитного устройства, компоновка пакетов которого содержит два двусторонних упругогистерезисных упора.
На фиг.11 изображен вид сверху защитного устройства, содержащего бамперное защитное устройство, установленное вместо бампера автомобиля, и шарнирно соединенные с ними пенальные защитные устройства, закрепленные на днище автомобиля.
На фиг.12 изображен разрез по А-А на фиг.11.
На фиг.13 изображен разрез по Б-Б на фиг.12.
На фиг.14 изображен вид сверху у бамперного защитного устройства с двумя пакетами в каждом ряду.
На фиг.15 изображен вид сверху защитного устройства с балкой, к которой крепится с одной стороны бамперное защитное устройство, а с другой пенальные защитные устройства.
На фиг.16 изображен продольный разрез защитного устройства, у которого толкатели проходят сквозь пазы в опоре подвески колесной пары и над толкателями пенальных защитных устройств установлены только гладкие ленты.
На фиг.17 изображен вид по стрелке Б на фиг.16 с местным разрезом.
На фиг.18 изображен поперечный разрез бамперного защитного устройства, у которого гофрированный пакет расположен только со стороны направления лобового удара.
На фиг.19 изображен продольный разрез пенального защитного устройства с технологическими дистанционными вставками, установленными между частями толкателя.
Предлагаемое защитное устройство, повышающее безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля (см. фиг.1), состоит из ряда параллельно соединенных защитных пенальных устройств 1, закрепленных на днище 61 автомобиля 62 так, что оси пенальных устройств параллельны оси 63 автомобиля, таким образом, что толкатели 2 пенальных защитных устройств выступают наружу на некоторое расстояние l. Смещение толкателей 2 на расстояние l не приводит к пластической деформации штатного бампера автомобиля.
Отогнутые концы 3 толкателей 2 (см. фиг.1 и 2) имеют выступ 4, который располагается в пазу 5 соседнего пенального защитного устройства. У каждого пенального защитного устройства 1 паз 5 на отогнутом конце 3 толкателя 2 образован с помощью пластины 6, приваренной к отогнутому концу 3.
В результате отогнутые концы 3 образуют еще один бампер 7 (передний или задний), и при любом направлении удара, воздействующего на лобовую или заднюю часть автомобиля, работают все пенальные защитные устройства, соединенные в предлагаемом защитном устройстве параллельно. Каждое пенальное защитное устройство (см. фиг.2, 3) содержит корпус 8, выполненный в виде прямой балки 9 с П-образным поперечным сечением с фланцами, к которым с помощью заклепок 10 жестко крепится основание 11. Для усиления крепежного шва основание дополнительно может привариваться к корпусу торцовыми швами.
Внутри корпуса 8 расположены толкатель 2, выполненный в виде отдельных частей 12 из полосы прямоугольного поперечного сечения и с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофра, два многослойных, многопролетных, гофрированных пакета 13 (по одному с каждой стороны толкателя 2), набранных из омедненных, каленых, шлифованных, гофрированных лент 14 «гофр в гофр» и опирающихся на толкатель 2 вершинами к вершинам гофров. Число частей 12, длина каждой отдельной части 12 и расстояние между соседними частями 12 подбираются из условия обеспечения требуемой зависимости E(s) и T(s). Причем щель 15 между ответными торцами соседних частей 12 толкателя 2 располагается под впадинами гофра пакетов 13 и меньше пролета гофра (см. фиг.2).
Этим исключается попадание вершин гофров пакетов 13 в щели 15. Первая наружная часть 12 толкателя 2 (отсчет номеров частей толкателя начинается от точки приложения ударной нагрузки) выступает на величину хода l (см. фиг.1, 2) толкателя из корпуса 8, и последняя часть 12 также выступает из корпуса 8.
Причем участок последней части 12 толкателя 2, на который опираются гофры пакетов 13, больше хода l толкателя на несколько пролетов.
Торцы корпуса 8 закрыты крышками 16 с отверстиями для выхода выступающих частей толкателя (см. фиг.2, 3). Между боковыми торцами частей 12 толкателя 2 и корпусом 8 имеются зазоры 17 (см. фиг.3).
Аналогичные зазоры 18 (см. фиг.3) имеются между боковыми торцами выступающих из корпуса 8 частей 12 толкателя 2 и отверстиями в крышках 16. Зазоры 19 (см. фиг.2, 3) между верхней и нижней поверхностями толкателя 2 и ответными поверхностями в крышках 16 выполнены меньшими толщины ленты 14. Поэтому вылезание лент 14 из корпуса 8 исключено.
Зазоры 20 (см. фиг.2) между крышками 16 и торцами пакетов 13 выбраны такими, чтобы при сдвиге пакета (или ленты пакета, опирающейся на толкатель) в пределе зазора 20 вершины гофров не могли попасть в щель 15 между частями 12 толкателя 2.
Ширина паза 5 может быть выполнена большей толщины выступа, и расположение в пазу 5 выступа 4 толкателя 2 каждого пенального защитного устройства 1 может быть различным (см. фиг.4), например, у нескольких пенальных устройств, расположенных у продольной оси автомобиля симметрично этой оси, выступы 4 вплотную без зазора прижаты к ближней по направлению удара стенке паза 5, а у других пенальных устройств 1 расположение выступов 4 в пазах 5 симметрично оси автомобиля постепенно изменяется до положения, когда выступы 4 толкателей 2 крайних пенальных устройств 1 прижаты к дальним по направлению удара стенкам пазов 5 толкателя 2 соседних с крайними защитных пенальных устройств 1.
При этом два выступа 4, в стыке по оси автомобиля жестко соединены, например сваркой и накладками. Причем толщина накладок (на фиг.4 они изображены условно) подобрана так, чтобы наружная накладка не взаимодействовала с препятствием при лобовом ударе.
p
Кроме того, пенальные защитные устройства 1 могут закрепляться на днище 61 автомобиля в таком положении, что бампер, образованный отогнутыми концами 3 толкателя 2 этих устройств, расположен на расстоянии 0≤l<l от штатного бампера автомобиля или даже спрятан за наружной стенкой штатного бампера автомобиля (на фиг. не показано).
Предлагаемое защитное устройство, повышающее безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля, может быть выполнено также в компоновке с бамперным защитным устройством 21 (см. фиг.5, 6), закрепленным вместо штатного переднего или заднего бампера на автомобиле.
Бамперное защитное устройство 21 содержит бампер 22, выполненный в виде прямой балки с длиной, приблизительно равной ширине автомобиля, с прямоугольным коробчатым поперечным сечением (см. фиг.5, 6, 7), сваренный из двух балок 23 швеллерного сечения. К балкам 23 приварены скобы 24, которыми бампер 22 (см. фиг.5, 6, 7) жестко крепится к передней или задней части автомобиля. Причем это крепление может осуществляться крепежными деталями через отверстия во фланцах корпусов 8 и основаниях 11 пенальных защитных устройств 1. На фиг.6 это крепление показано условно.
Бампер 22 размещен внутри корпуса-балки 25 (см. фиг.6, 7) с зазорами по боковым поверхностям, в которых с натягом по вершинам гофров, большим остаточного выгиба гофра, установлены многослойные, многопролетные, гофрированные пакеты 26, набранные «гофр в гофр» из стальных каленых, шлифованных, гофрированных лент 27 (см. фиг.6).
Ленты 27 омеднены или омеднены только крайние ленты 27, или в каждом из двух пакетов 26 чередуются омедненные и неомедненные ленты 27, причем снаружи каждого пакета 26 установлены омедненные ленты 27.
Применение омедненных лент обеспечивает контакт трущихся поверхностей либо «медь по меди», либо «сталь по меди» с коэффициентом трения 0,4, в четыре раза большим, чем в контакте «сталь по стали». При применении омедненных лент величина энергии, рассеиваемой устройством, увеличивается как при лобовом, так и при боковом ударах, существенно больше чем в 4 раза, т.к. силы трения по вершинам гофров увеличиваются не только за счет увеличения коэффициента трения, но и за счет возрастания сдавливающей нагрузки на каждый гофр пакетов при той же деформации пакетов, т.к. с ростом коэффициента трения сдавливающая нагрузка возрастает и зависимость сдавливающей нагрузки от коэффициента трения существенно нелинейная.
Кроме того, в процессе первичного нагружения гофров пакетов они подвергаются пластической деформации.
Натяг в мм, больший величины остаточного выгиба гофра, обеспечивает работу защитного устройства в режиме двухстороннего упругогистерезисного упора вплоть до максимального упругого смещения в направлении лобового удара, равного величине остаточного выгиба гофра. При работе в этом режиме реактивные силы обоих пакетов 26 складываются.
Корпус-балка 25 на длине бампера 22 также имеет прямоугольную коробчатую форму поперечного сечения (см. фиг.6, 7) и собран из двух балок 28 и 29, жестко соединенных с помощью стальных заклепок 30 (см. фиг.8). Эти балки дополнительно могут быть сварены торцовым швом. Для исключения возможного «выстреливания» заклепок из отверстий при ударе заклепочный шов закрыт накладкой 31, приваренной к обеим балкам 28 и 29 (см. фиг.6, 8).
Балка 28 длиннее балки 29, и ее свободные концы 32 (см. фиг.5, 7) в плане повторяют обводы автомобиля до колесной пары. Причем расстояние l (см. фиг.5, 7) между концом 32 балки 28 и автомобилем выбрано возможно наибольшим, но таким, чтобы оно не портило экстерьер автомобиля.
Длина пакетов 26 меньше длины бампера 22 и на концах бампера, боковые зазоры между бампером 22 и корпусом-балкой 25 имеют свободные участки 33. Причем длина пакетов 26 определена таким образом, чтобы при полном выпрямлении гофров пакета 26 его длина была немного меньше длины бампера 22.
Из этого условия легко определяется длина свободных участков 33.
В верхней и нижней полках балки 28 выполнены сквозные пазы 34 (см. фиг.9), имеющие прорези 35 с шириной, немного большей ответного размера опорной поверхности скобы 24, и паз 36 прямоугольной формы, размеры которого выполнены таким образом, что вместе с выемкой в накладке 31 он образует прямоугольное отверстие 37 с шириной, большей ответного размера опорной поверхности размещенной в отверстии скобы 24, немного больше, чем на два остаточных выгиба гофра (центр опорной поверхности скобы 24 совпадает с центром отверстия 37). А длина отверстия 37 больше ответного размера опорной поверхности скобы 24 немного больше, чем на два расстояния l.
Такие геометрия и размеры отверстий 37 позволяют смещаться без пластических деформаций деталей защитного устройства корпусу-балке при лобовом ударе вдоль оси автомобиля на величину остаточного выгиба гофра и при боковом ударе в направлении перпендикулярном оси автомобиля на расстояние l.
Перед сборкой лент 27 в пакеты они обезжириваются.
Кроме компоновки (см. фиг.6), у которой оба пакета 26 набраны из гофрированных лент 27 «гофр в гофр», т.е. ленты 27 соединены в пакете 26 параллельно, предлагается компоновка (см. фиг.10), где каждый из пакетов 26 набран из двух и более пакетов 38, набранных из гофрированных лент 27 «гофр в гофр», между которыми установлены гладкие ленты-полосы 39 с толщиной, большей толщины лент 27, с длиной, равной длине бампера, со свободными участками на концах лент, такими же, как у бампера 22, на которые гофрированные пакеты 38 опираются вершинами друг к другу, т.е. в пакетах 38 ленты 27 соединены параллельно, а сами пакеты 38 в каждом пакете 26 соединены последовательно.
Причем натяг по вершинам гофров каждого пакета 38 в собранном пакете 26 больше остаточного выгиба гофра.
г
г
Размер отверстий 37 вдоль оси автомобиля в этом случае больше ответного размера опорной поверхности скоб 24 на 2nf, где n - число гофрированных пакетов 38 в пакете 26, f - остаточный выгиб гофра.
Показанная на фиг.10 компоновка содержит два пакета 26, каждый из которых содержит два гофрированных пакета 38, набранных из гофрированных лент 27 «гофр в гофр», между которыми установлена лента-полоса 39, на которую эти пакеты 38 опираются «вершина к вершине гофра». Так как в компоновке создан натяг по вершинам гофров каждого гофрированного пакета 38, больший остаточного выгиба гофра, в компоновке последовательно соединены два двусторонних упруго-гистерезисных упора. Поэтому при одной и той же действующей при лобовом ударе на защитное устройство силе это защитное устройство по сравнению с устройством с одним двусторонним упругогистерезисным упором (состоящим только из двух аналогичных гофрированных пакетов 38) будет рассеивать в два раза больше энергии лобового удара за счет в два раза большего суммарного смещения вершин гофров по контактным поверхностям ленты-полосы 39, бампера 22 и корпуса балки 25.
г
Очевидно, что у этой компоновки размер отверстий 37 вдоль оси автомобиля на 4f больше ответного размера опорной поверхности скоб 24.
Рассеянная энергия защитного устройства (фиг.10) при боковом ударе будет приблизительно одинакова с энергией, рассеиваемой защитным устройством (фиг.6) с одним упругогистерезисным упором при одной и той же величине смещения корпуса-балки в направлении, перпендикулярном оси автомобиля.
Предлагаемое защитное устройство закрыто декоративным кожухом 40 (см. фиг.6), сминаемым при ударе. Он может быть изготовлен из алюминиевого сплава или полимера, и на нем могут быть установлены элементы дизайна (на фиг.6 не показаны). На фиг.5 сминаемый кожух 40 не показан.
Предлагаемое защитное устройство, повышающее безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля, может быть выполнено в компоновке (см. фиг.11), содержащей бамперное защитное устройство 21, устанавливаемое вместо штатных переднего или заднего бампера автомобиля, и закрепленные на днище 61 кузова автомобиля пенальные защитные устройства 1.
Причем бамперное защитное устройство 21 в отличие от предыдущего варианта не крепится непосредственно на кузове автомобиля, а его бампер 22 шарнирно соединен с пенальными защитными устройствами 1 (см. фиг.11). Для чего скобы 24 (см. фиг.12), приваренные к бамперу 22, выполнены с ушками 41, в паз между ушками 41 без зазора входит конец толкателя 2, и в ушках 41 и толкателе 2 выполнено отверстие, в котором без зазора вертикально размещена ось 42 шарнира, фиксируемая от выпадания шайбой 43, корончатой гайкой 44 и шплинтом 45.
В этом случае части 46 толкателя 2 соединяются друг с другом шарнирно. Для чего в одной стыкуемой части 46 (см. фиг.12, 13) сделан паз 47, в середине которого размещена ось шарнира 48, жестко закрепленная в другой стыкуемой части 46 толкателя 2. Причем размер паза 47 вдоль оси толкателя больше на величину пролета гофра или меньшую величину диаметра оси шарнира 48.
Расстояние между ответными торцами стыкуемых частей 46 меньше половины пролета гофра, а сама щель 49 между ответными торцами стыкуемых частей 46 толкателя 2 расположена под той половиной пролета гофра, которая дальше вдоль оси толкателя от места шарнирного соединения его с бампером защитного устройства. На фиг.13 расположение вершин гофров пакета 13 над щелями 49 между стыкуемыми частями 46 толкателя 2 показано штрихпунктирной линией с двумя точками.
При шарнирном соединении стыкуемых частей 46 толкателя 2 (см. фиг.12) с каждой стороны толкателя ставятся гладкие омедненные ленты 50 с отогнутыми концами. Причем их количество с каждой стороны толкателя выбирается из условия, чтобы при попадании вершины гофра в середину щели 49 вдавливание лент 50 в щель было таким, чтобы не препятствовало вытягиванию толкателя 2 при ударе.
в
Кроме того, в случае, когда напряжение у гофров, расположенных в центре пакетов, при полном выпрямлении гофров превышает предел прочности σ и пакеты должны сломаться, каждый гофрированный пакет по его длине разделен на два или более пакетов 51 (см. фиг.14), причем между отдельными пакетами 51 имеются свободные участки 52 у полос 39, бампера 22 и корпуса 25, длина которых выбрана возможно меньшей, но обеспечивающей свободную деформацию пакетов, перпендикулярную оси автомобиля, при полном выпрямлении пакетов.
На передней поверхности корпуса-балки 25 бамперного устройства (см. фиг.14) может быть наклеена полоса из полиуретана или полипропилена 53.
г
Кроме того, бамперное защитное устройство может быть выдвинуто вперед, если оно монтируется в передней части автомобиля, или назад - если в задней, на величину, большую nf. При этом длина пенальных защитных устройств, их рабочих частей, может быть увеличена на эту величину и, следовательно, повышена эффективность этих устройств (на фиг. не показано).
p
p
p
Кроме того, предлагаемое защитное устройство, повышающее безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля, может быть выполнено как самостоятельное дополнительное, подвесное устройство, выполненное в виде шарнирно соединенных бамперного и пенальных защитных устройств, покупаемое отдельно по прейскуранту в торговой сети (на фиг. не показано). При креплении его к передней или задней части автомобиля (креплении пенальных защитных устройств к днищу автомобиля) все детали и узлы автомобиля остаются на своих местах. Причем по выбору владельца автомобиля предлагаемое защитное устройство может быть закреплено на автомобиле в одном из трех положений: в положении, когда между корпусом-балкой бамперного защитного устройства и штатным бампером автомобиля имеется расстояние l, немного большее хода l толкателей пенальных защитных устройств, или в положении, когда расстояние l=0, или же в промежуточном положении, когда l>l>0, и для обеспечения возможности крепления предлагаемого защитного устройства в одном из этих положений пенальных защитных устройств выполнены отверстия под детали крепления.
Корпус-балка бамперного защитного устройства и корпусы и основания пенальных защитных устройств могут быть выполнены из алюминиевого сплава или высокопрочного композитного материала.
В этом случае между корпусом-балкой и гофрированным пакетом, корпусом и гофрированным пакетом каждого пенального защитного устройства установлены омедненные, гладкие, шлифованные, стальные ленты.
Кроме того, при большом количестве (6-8 шт.) пенальных защитных устройств 1 скобы 24 бамперного защитного устройства 21 (см. фиг.15) жестко скрепляются (сваркой) с балкой 54, расположенной параллельно бамперу 22, к которой прикреплены толкатели 2.
Как уже указывалось, в ряде случаев при установке пенальных защитных устройств понадобится обеспечение прохождения корпусов пенальных защитных устройств или только их толкателей сквозь пазы или отверстия, предусмотренные для этой цели в деталях подвесок колесных пар к автомобилю.
Причем здесь желательно иметь возможно меньший вертикальный размер корпуса пенального защитного устройства (и, следовательно, самого защитного устройства) или же возможно меньший вертикальный размер от днища 61 автомобиля до нижней поверхности толкателя (см фиг.16).
Поэтому в этих случаях у пенальных защитных устройств гофрированный пакет над толкателем 2 (со стороны днища 61 автомобиля) не устанавливается, а устанавливается над толкателем 2 несколько гладких, стальных, шлифованных, омедненных лент 55 (см фиг.16) или несколько стальных, гофрированных, шлифованных, каленых, омедненных лент, которые полностью выпрямлены в собранном пенальном устройстве.
Если сквозь пазы 56 (см. фиг.17) в неподвижных (стационарных) деталях подвесок 64 колес автомобиля (на фиг.16 и 17 они изображены условно) проходят только толкатели 2 защитных пенальных устройств, то размеры этих пазов выполнены таким образом, что они служат направляющими для толкателей 2 - обеспечивают возможные перекосы толкателей 2 в плоскости, параллельной днищу автомобиля, допустимые боковыми зазорами 17 в крышках 16 пенального защитного устройства.
На фиг.17 детали крепления пенального защитного устройства 1 к бамперному защитному устройству не показаны.
Кроме того, корпус пенального устройства может непосредственно крепится на днище автомобиля.
г
Предлагается также компоновка защитного устройства 21 (см. фиг.18), у которой пакет гофрированных лент или пакет, набранный из нескольких пакетов гофрированных лент, разделенных полосами с толщиной, большей толщины одной ленты, и соединенных последовательно «вершина гофра к вершине гофра», размещен с натягом по вершинам гофров, только в боковом зазоре между корпусом-балкой 25 и бампером 22, расположенным первым по направлению лобового удара. В этом случае ширина отверстия 37 (размер отверстия вдоль оси автомобиля) больше ответного размера опорной скобы 24 на величину nf. Здесь n - число гофрированных пакетов в компоновке.
Предлагается также компоновка защитного устройства, которая выполнена в виде бампера, шарнирно соединенного с пенальными защитными устройствами (на фиг. не показано).
a
г
г
Кроме того, предлагается защитное устройство (на фиг. не показано), которое от вышеописанного отличается только тем, что в состав этого устройства входит бамперное защитное устройство описанной выше конструкции, закрепленное непосредственно на автомобиле с помощью скоб, приваренных к бамперу этого устройства, и расстояние между ушками шарнирного крепления толкателей к бамперу автомобиля и корпусом-балкой бамперного защитного устройства равно l=l-nf, где l - ход толкателей пенальных защитных устройств, n - число двусторонних упруго-гистерезисных упоров, последовательно соединенных в компоновке бамперного защитного устройства, f - выгиб гофра.
Кроме того, все пакеты защитного устройства, или пакеты бамперного защитного устройства, или только пакеты пенальных защитных устройств могут быть набраны из стальных нешлифованных, каленых, гофрированных лент, причем контактные поверхности полос и гладких лент также не шлифованы.
Монтаж собранных пенальных защитных устройств и бамперного защитного устройства в любой предлагаемой компоновке защитного устройства, повышающего уровень безопасности водителя и пассажиров, на автомобиль прост, и здесь не описывается.
Сборка же самих пенальных и бамперных защитных устройств описана ниже.
Пенальное защитное устройство 1 (фиг.19) собирается предлагаемым способом следующим образом.
На основание 11 укладывают собранный «гофр в гофр» пакет 13 и на пакет 13 укладывают части 12 толкателя 2 так, как это описано выше и требуется для получения нужных характеристик E(s) и T(s). Причем первая часть 12 толкателя 2 укладывается на пакет 13 с предварительно надетой на нее крышкой 16.
Между частями толкателя заподлицо с их опорными поверхностями устанавливаются дистанционные вставки 57 (см. фиг.19) с толщиной, равной толщине толкателя, и шириной, равной ширине щели между частями толкателя, и с длиной, равной или меньшей ширины толкателя.
С торцов толкатель фиксируется неподвижными упорами, закрепленными в приспособлении (на фиг. не показано), удерживающими от смещения относительно друг друга части толкателя и вставки при создании натяга по вершинам гофров пакетов при прижатии корпуса 8 к основанию 11.
Затем на толкатель 2 сверху устанавливается второй пакет 13 и корпус 8.
В специальном приспособлении усилием, приложенным к корпусу 8, прижимают его к основанию 11 и склепывают эти детали заклепками 10.
Ставят на место крышки 16 и приваривают их к корпусу 8 и основанию 11. Торцовым швом дополнительно сваривают корпус 8 и основание 11.
При проведении сварочных работ следят, чтобы температура пакетов 13 не повышалась свыше 300°С.
Затем после окончательной сборки пенального защитного устройства 1 дистанционные вставки 57 вынимаются через технологические отверстия 58 (см. фиг.19) в боковой стенке корпуса 8 с помощью винтов (на фиг. не показаны), заворачиваемых в резьбовые отверстия 59 в торцах вставок.
Затем технологические отверстия 58 закрываются крышками 60 из полимера, которые приклеиваются к корпусу 8.
На фиг.19 крышка 60 показана как наложенная проекция утолщенной штрихпунктирной линией.
В случае шарнирного соединения частей 46 толкателя 2 на толкатель 2 укладывают с обеих сторон гладкие омедненные ленты 50, а на них уже устанавливают пакеты 13.
Поэтому в этом случае установка дистанционных вставок 57 между частями 46 толкателя 2 не нужна, и, следовательно, не осуществляют поджатие частей 46 толкателя 2 друг к другу и не выполняют технологических отверстий 58 в стенке корпуса 8 и не устанавливают на корпус крышки 60. В остальном сборка пенального защитного устройства с шарнирным соединением частей 46 (когда эти части уже шарнирно соединены) аналогична сборке защитного пенального устройства 1.
Сборка бамперного защитного устройства выполняется следующим образом: на бампер 22 (см. фиг.7, 10), сваренный из двух балок 23, с приваренными к нему скобами 24 для крепления его к автомобилю, устанавливают собранные пакеты 26. Затем устанавливают балки 28 и 29 и в специальном приспособлении сжимают эти балки усилием, направленным перпендикулярно гофрам, и создают требуемый натяг по вершинам гофров пакетов 26. Склепывают балки 28 и 29 заклепками 30 и дополнительно сваривают торцовыми швами, следя за тем, чтобы температура пакетов при сварке не превышала 300°С. В случае необходимости при сварке охлаждают пакеты прокачкой через пакеты охлаждающего воздуха или воды.
Затем на корпус-балку 25 устанавливают накладки 31 и приваривают их к корпусу-балке, следя за тем, чтобы температура пакетов 26 при сварке не повышалась свыше 300°С.
Собранное защитное устройство закрепляют на автомобиле, или оно шарнирно закрепляется на пенальных защитных устройствах 1, закрепленных на днище автомобиля.
Сборка компоновки бамперного защитного устройства с несколькими двусторонними гистерезисными упорами мало отличается от описанной выше и поэтому не рассматривается.
В предлагаемом защитном устройстве, повышающем безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля, все пенальные защитные устройства 1 соединены параллельно и все одновременно работают при лобовом направлении удара в лобовую часть автомобиля.
При ударе любого направления толкатель 2 каждого пенального устройства 1 с трением по вершинам гофров пакетов 13 смещается в корпусе 8, за счет чего совершается работа. Эта работа и есть энергия, рассеиваемая каждым пенальным устройством. Сумма этих энергий вычитается из кинетической энергии удара, за счет чего снижается разрушительное действие удара при аварии автомобиля.
Причем вначале смещаются с трением только первые части 12 толкателя 2, затем по мере выбора щелей 15 подключаются в работу все новые части 12 (нумерация частей 12 отсчитывается от точки приложения удара).
В результате величина равнодействующей силы трения Т, уравновешивающая силу удара Р, возрастает по некоторому ступенчатому закону, который в первом приближении может быть описан плавной функцией от смещения толкателей s.
Причем точность описания будет тем выше, чем больше число частей 12 у каждого толкателя 2.
Еще более плавный закон T(s) и, следовательно, более плавный закон изменения силы ударного импульса P(s) будет у компоновки предлагаемого защитного устройства с пазами 5, в которых размещены выступы 4, с шириной, большей толщины выступов 4, из-за последовательного включения пенальных защитных устройств 1.
Причем закон последовательного включения пенальных защитных устройств может быть рационально определен проектировщиком путем выбора положения выступов 4 в пазах 5.
Обеспечение плавности (постепенности) изменения силы ударного импульса, увеличение времени действия ударного импульса, приводящее к снижению амплитуды силы ударного импульса, является результатом постановки на автомобиль предлагаемого защитного устройства, что в свою очередь обеспечивает существенное снижение опасности травматизма водителя и пассажиров при аварии.
Компоновка предлагаемого защитного устройства, включающая кроме пенальных защитных устройств бамперное защитное устройство 21, закрепленное на автомобиле, работает следующим образом. При смещении толкателей 2 при ударе на величину хода l работают только соединенные параллельно пенальные защитные устройства. При посадке толкателя 2 на корпус-балку 25 бамперного защитного устройства 21 оно включается в работу параллельно пенальным защитным устройствам 1.
Корпус-балка 25 смещается в направлении удара, и гофры многослойных, многопролетных пакетов 26 деформируются - вплоть до полного их уплощения.
При этом вершины гофров с трением разъезжаются в горизонтальном направлении перпендикулярно оси автомобиля. В результате силы трения по вершинам гофров на этом суммарном смещении совершают работу.
Кроме того, при взаимных проскальзываниях, получаемых при повороте сечений соседних лент пакетов 26 при деформации гофров с трением между лентами, также совершается работа.
Эта работа по нашим приблизительным оценкам составляет примерно 10-15% от работы на граничных поверхностях пакетов.
Кроме того, в первичном процессе нагружения при лобовом ударе гофры пакетов бамперного защитного устройства пластически деформируются.
Сумма этих работ и составляет энергию, рассеиваемую бамперным устройством 21 при ударе. Эта энергия и будет вычитаться из кинетической энергии лобового удара.
При боковом ударе бамперное защитное устройство работает аналогично пенальному защитному устройству.
Корпус-балка 25 смещается с трением по вершинам гофров пакетов 26 в направлении, перпендикулярном оси автомобиля, на величины, меньшие, равные расстоянию l или большие l (при наличии пластической деформации устройства и автомобиля). При этом совершается работа, которая вычитается из кинетической энергии бокового удара.
В компоновке предлагаемого защитного устройства с шарнирным соединением бампера 22 бамперного защитного устройства 21 с толкателями 2 пенальных защитных устройств 1 бамперное и пенальные устройства соединены последовательно и при ударе включаются в работу одновременно, и постепенность воздействия силы ударного импульса (увеличение времени ударного воздействия) обеспечивается здесь в основном только постепенностью роста сил трения пенальных защитных устройств.
Эта компоновка лучше других вписывается в конструкцию и экстерьер автомобиля.
Предлагаемое защитное устройство, повышающее уровень безопасности водителя и пассажиров (все его предлагаемые компоновки), по нашим оценкам, может рассеять более 80% кинетической энергии лобового удара автомобиля с массой 130 кг на скорости 64 км/час об упругое препятствие с коэффициентом перекрытия 40% (кинетическая энергия при краш-испытаниях), а при применении бамперного защитного устройства с несколькими упругогистерезисными упорами и более 100% этой кинетической энергии.
Но это не значит, что применение предлагаемого защитного устройства позволит избежать пластических деформаций автомобиля при лобовом ударе на скоростях, равных или больших 60 км/час. Дело здесь в том, что предлагаемое защитное устройство последовательно включено в упругую систему автомобиля и вся сила ударного импульса передается на автомобиль, что и приводит к пластическим деформациям его кузова.
Поэтому кинетическая энергия удара на этих скоростях гасится суммой энергий - энергией, рассеянной защитным устройством, и энергией пластической деформации автомобиля и самого устройства, т.к. оно является устройством одноразового использования.
Естественно, применение предлагаемого защитного устройства позволяет существенно уменьшить опасные пластические деформации автомобиля, приводящие к травмам водителя и пассажиров при аварии автомобиля, что может быть оценено высокими баллами по европейской системе EURO-NCAP.
Кроме того, обеспечение формы действующего при аварии ударного импульса, которую можно с достаточной точностью интерполировать плавной кривой, увеличение времени действия этого импульса, за счет чего снижается амплитуда силы этого ударного импульса, ведет также к снижению опасности травмирования водителя и пассажиров при аварии автомобиля.
Увеличение времени действия ударного импульса и одновременное снижение за счет этого амплитуды силы ударного импульса может повысить верхний предел значения скорости, при котором остаются эффективными индивидуальные средства защиты - подушки, ремни безопасности.
На наших дорогах появляется все большее количество легковых автомобилей иностранных марок с высокой балльной оценкой безопасности по системе EURO-NCAP. За рубежом ведутся интенсивные и дорогие работы по повышению балльной безопасности автомобилей. Но это пока не привело к существенному снижению количества смертей на дорогах. Задача снижения аварийности на дорогах - системная задача и решается по многим направлениям. Мы надеемся, что при широком внедрении предлагаемых нами защитных устройств ужасающая статистика смертей на дорогах пойдет вниз.
Предлагаемое защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля конструктивно просто. Технология его изготовления и сборки достаточно проста. Поэтому это устройство не будет дорогим.
Оно универсально и может быть применено на любых марках легковых, да и не только легковых автомобилях, например на машинах для массовой перевозки пассажиров, таких как «Газель».
Проведение краш-испытаний этих устройств также не будет слишком дорогим, если в качестве объекта испытания взять автомобиль с большим сроком эксплуатации, но с хорошим состоянием кузова.
Еще одним преимуществом предлагаемого защитного устройства, повышающего безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля, является то, что защитное устройство может быть выполнено в варианте дополнительного защитного устройства, устанавливаемого на автомобиль без замены каких-либо его узлов и деталей, покупаемого по прейскуранту через торговую сеть.
В заключение отметим, что в настоящее время деформации автомобилей при различных аварийных ситуациях (различных направлений и сил ударов автомобиля о препятствие с всевозможными физическими свойствами, встречающимися на практике) достаточно точно теоретически рассчитываются методом МКЭ (методом конечных элементов).
Существенным преимуществом, по нашему мнению, предлагаемого защитного устройства является реальная возможность создания его теоретической модели и, следовательно, решения двух теоретических задач.
Это, во-первых, решение задачи определения оптимальных значений конструктивных параметров предлагаемого защитного устройства для конкретных известных моделей автомобилей отечественных и зарубежных марок.
Во-вторых, это решение задачи определения оптимальных значений конструктивных параметров вновь создаваемых моделей автомобиля и его защитного устройства.
Естественно, в решении этих задач будет использован метод МКЭ.