Фрикционный амортизатор

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и касается фрикционных амортизаторов транспортных средств, преимущественно поглощающих аппаратов, устанавливаемых между вагонами железнодорожного состава.
Известен фрикционный амортизатор [1, Патент US 7540387, MПK F16F 7/08, B61G 9/00, приоритет 10.08.2011, опубликован 28.10.2014], содержащий размещенный в корпусе фрикционный узел, состоящий из нажимного клина, распорных клиньев, подвижных пластин и направляющих пластин. Фрикционный узел опирается на возвратно-подпорное устройство в виде металлических пружин, установленных на основании корпуса.
Такой фрикционный узел не очень энергоемок и эффективен, что обусловлено низкой силой прижатия распорных клиньев к подвижным пластинам и направляющим пластинам. Недостаточная эффективность связана с тем, что возвратно-подпорное устройство занимает пространство только под фрикционным узлом, в котором невозможно расположить пружины с большой жесткостью.
Указанная проблема решается во фрикционном амортизаторе [2, Патент RU 2338100; МПК F16F 7/08, B61F 5/12, B61G 11/14, приоритет 18.04.2006, опубликован 10.11.2008], принятом за прототип.
Он содержит корпус, на основании которого расположено возвратно-подпорное устройство, выполненное в виде пакета упругоэластичных элементов, в контакте с которым расположен фрикционный узел, состоящий из нажимного клина, распорных клиньев, направляющих пластин и подвижных пластин. За счет рациональной конструкции фрикционного узла имеется возможность расположения в корпусе возвратно-подпорного устройства большей высоты и жесткости. Это позволяет увеличить энергоемкость и эффективность фрикционного амортизатора.
Однако такое увеличение жесткости возвратно-подпорного устройства имеет отрицательное влияние на надежность устройства. В конце максимального хода сжатия возвратно-подпорного устройства происходит нарастание распорных усилий и сил, вызванных силами трения фрикционного узла, что приводит к взаимному схватыванию, или «залипанию», поверхностей его деталей. Чаще всего наблюдается схватывание фрикционных поверхностей нажимного клина с распорными клиньями, или распорных клиньев с направляющими пластинами, или всех указанных деталей одновременно. Это приводит к тому, что при снятии нагрузки схваченные между собой их поверхности или разъединяются с большим запаздыванием, или вообще не могут быть разъединены, поскольку усилие разжатия возвратно-подпорного устройства оказывается недостаточным для преодоления сил взаимного сцепления схваченных между собой деталей фрикционного узла. То есть, фрикционный амортизатор оказывается или заклиненным некоторое время, что ухудшает его работоспособность, или же заклиненным полностью и непригодным вследствие этого для выполнения своих функций.
Кроме того, еще одним недостатком фрикционного амортизатора по прототипу [2], как и фрикционного амортизатора по аналогу [1], является то, что ближе к концу хода сжатия их возвратно-подпорных устройств происходит свешивание части распорных клиньев за фрикционные поверхности контактирующих с ними направляющих пластин. В амортизаторе-аналоге [1] это происходит за счет того, что направляющая пластина короткая, а в амортизаторе-прототипе [2] - за счет того, что ближе к основанию его корпуса на длинных направляющих пластинах выполнены выборки. Хотя это в амортизаторе-прототипе [2] и полезно для снижения интенсивности роста конечной силы при максимальном сжатии возвратно-подпорного устройства фрикционного амортизатора, однако такое свешивание части распорных клиньев за фрикционные поверхности направляющих пластин приводит к уменьшению площади их контакта и увеличению удельного давления. Это может приводить к постепенному разрушению ближайшей к основанию корпуса границы фрикционных поверхностей направляющих пластин, к дальнейшему развитию этих повреждений (трещин, выкрашиваний) по направляющим пластинам и возникновению подобных повреждений также на распорных клиньях.
Описанные выше недостатки фрикционного амортизатора по прототипу [2] снижают эффективность и особенно надежность его работы.
Поэтому задачей полезной модели является повышение эффективности и надежности работы фрикционного амортизатора, соответственно, за счет повышения его энергоемкости и долговечности путем достижения технического результата, направленного на устранение взаимного схватывания или «залипания» поверхностей деталей его фрикционного узла и обеспечения возможности установки более энергоемкого возвратно-подпорного устройства.
Поставленная задача решается тем, что фрикционный амортизатор, содержащий корпус с внутренними выступами и с основанием, а также с образованной его широкими и узкими стенками горловиной, внутри которой расположен фрикционный узел, состоящий из нажимного клина и контактирующих с ним распорных клиньев, контактирующих с направляющими пластинами и контактирующих с ними подвижными пластинами, при этом подвижные пластины и распорные клинья расположены в контакте с нажимной плитой, между опорным торцом которой и основанием расположено возвратно-подпорное устройство, контактирующее с этим опорным торцом своей вершиной, а подвижные пластины расположены в контакте со стенками горловины корпуса и снабжены боковыми выступами, кроме того, часть возвратно-подпорного устройства расположена между опирающимися на внутренние выступы корпуса направляющими пластинами, имеет отличительные признаки: направляющие пластины снабжены выборками, обращенными в сторону возвратно-подпорного устройства, при этом ширина его части, расположенной между этими выборками больше, чем кратчайшее расстояние между направляющими пластинами, кроме того направляющие пластины расположены к основанию корпуса ближе, чем контактирующий с вершиной возвратно-подпорного устройства опорный торец нажимной плиты.
Введение в полезной модели таких отличительных признаков фрикционного амортизатора позволяет в их совокупности устранить взаимное схватывание или «залипание» поверхностей деталей его фрикционного узла, а также уменьшить площадь контакта в средней части распорных клиньев и направляющих пластин. Это направлено на обеспечение возможности установки во фрикционный амортизатор высокоэнергоемкого возвратно-подпорного устройства большой жесткости за счет увеличения его габаритов и объема, а также осуществить снижение конечного усилия, возникающего при максимальном сжатии возвратно-подпорного устройства фрикционного амортизатора, что повысит его энергоемкость и долговечность, а значит, эффективность и надежность работы такого поглощающего энергию удара аппарата.
Дополнительные отличительные признаки полезной модели:
- нажимной клин расположен с опорой на дополнительное возвратно-подпорное устройство;
- в направляющих пластинах установлены вставки твердой смазки;
- фиксация фрикционного узла выполнена через упор зацепов на нажимном клине в выступы на горловине корпуса;
- выступы на горловине корпуса смещены относительно середины широких стенок горловины;
- в нажимном клине выполнено сквозное отверстие;
- стенки корпуса частично образованы расположенными в них вкладышами;
- выборки выполнены по всей ширине направляющих пластин.
Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1 показан вид сверху на фрикционный амортизатор по полезной модели; на фиг. 2 показан совмещенный фронтальный разрез А-А по фиг. 1, где на левой его части изображен фрикционный амортизатор в исходном состоянии, а на правой части - в полностью сжатом своем состоянии; на фиг. 3 показан общий вид направляющей пластины по полезной модели; на фиг. 4 показан общий вид варианта исполнения подвижной пластины; на фиг. 5 показан фронтальный разрез А-А по фиг. 1 в варианте исполнения дополнительного возвратно-подпорного устройства и стенок корпуса.
Фрикционный амортизатор в вариантах своего исполнения (фиг. 1, 2, 5) содержит корпус 1 с внутренними выступами 2 (фиг. 2, 5) и с основанием 3. Корпус 1 содержит образованную широкими 4 (фиг. 1, 2, 5) и узкими 5 (фиг. 2, 5) стенками горловину 6 (фиг. 1, 2, 5), внутри которой расположен фрикционный узел 7, состоящий из нажимного клина 8 и контактирующих с ним распорных клиньев 9. Распорные клинья 9 контактируют с направляющими пластинами 10 (фиг. 1, 2, 3, 5), которые контактируют с подвижными пластинами 11 (фиг. 1, 2, 4, 5). При этом подвижные пластины 11 и распорные клинья 9 контактируют с нажимной плитой 12 (фиг. 2, 5).
Между опорным торцом 13 нажимной плиты 12 и основанием 3 (фиг. 2, 5) расположено возвратно-подпорное устройство 14, контактирующее с опорным торцом 13 своей вершиной 15, при этом подвижные пластины 11 (фиг. 1, 2, 5) контактируют со стенками 5 горловины 6 корпуса 1 и снабжены боковыми выступами 16. При этом часть А (фиг. 2, 5) возвратно-подпорного устройства 14 расположена между направляющими пластинами 10, опирающимися на внутренние выступы корпуса 2.
Подвижные пластины 11 расположены на нажимной плите 12 (показано на фиг. 1 и пунктирными линиями на фиг. 2) своими боковыми выступами 16. Боковые выступы могут быть выполнены, как показано на фиг. 1, 2, а также в другом исполнении, как показано на фиг. 4.
Для облегчения вывода фрикционного узла 7 в исходное состояние нажимной клин 8 полезно устанавливать с упором в дополнительное возвратно-подпорное устройство (фиг. 2), выполненное, например, в виде металлической пружины сжатия 17, которая опирается на нажимную плиту 12.
Другим вариантом дополнительного возвратно-подпорного устройства может быть также применение металлической пружины сжатия 17 (фиг. 5), но большей протяженности. При этом нажимной клин 8 подпирается упором 18, пропущенным сквозь нажимную плиту 12, при этом между упором 18 и основанием 3 корпуса 1 как раз и расположена такая металлическая пружина сжатия 17, но удлиненная.
Применение во фрикционным амортизаторе, в двух вариантах его исполнения (фиг. 2 и 5), дополнительного возвратно-подпорного устройства в виде металлических пружин сжатия 17 между нажимным клином и нажимной плитой (фиг. 2) или между основанием 3 и упором 18 (фиг. 5), позволяет повысить его надежность, а также применять возвратно-подпорное устройство 14 большей жесткости, чем в конструкциях фрикционных амортизаторов по аналогу [1] и прототипу [2]. Это повысит энергоемкость и, соответственно, эффективность работы такого поглощающего энергию удара устройства без риска его заклинивания.
С целью улучшения плавности и стабильности силовых характеристик фрикционного амортизатора и в то же время минимизации интенсивности изнашивания направляющих пластин 10, а также контактирующих с ними распорных клиньев 9 и подвижных пластин 11, в направляющих пластинах 10 полезно устанавливать вставки твердой смазки 19 (фиг. 2, 3, 5).
На направляющих пластинах 10 выполнены выборки 21 (фиг. 2, 3, 5) шириной D, которая определяется габаритами и формой возвратно-подпорного устройства 14. При этом такая форма должна быть достаточной для размещения возвратно-подпорного устройства 14 и не препятствовать ему при работе. Поэтому возможен вариант (не показан), когда выборки (21) направляющих пластин (10) могут быть выполнены по всей ширине направляющих пластин (10).
Между выборками 21 (фиг. 2, 5) расположена часть А возвратно-подпорного устройства 14. Она имеет ширину В большую, чем минимальное расстояние С между направляющими пластинами 10 (фиг. 2), что позволяет установить во фрикционный амортизатор высокоэнергоемкое возвратно-подпорное устройство большой жесткости, например, как показано, в виде пружины большей жесткости и расположенной в ней пружины меньшей жесткости.
Фиксация фрикционного узла 7 осуществляется с помощью упоров зацепами 22 (показаны пунктиром на фиг. 1) на нажимном клине 8 в зубья 20 горловины 6 корпуса 1. Возможен другой вариант фиксации, без зубьев 20 и зацепов 22, с помощью закрепленного в основании 3 корпуса 1 стяжного болта с накрученной на него со стороны нажимного клина 8 гайкой (не показано), как в известном амортизаторе-прототипе [2].
Зубья 20 (фиг. 1) на горловине 6 выполняются со смещением относительно середины широкой стенки 4 корпуса 1, что позволяет с легкостью разместить внутри горловины 6 максимально возможное по габаритам возвратно-подпорное устройство 14 (фиг. 2, 5).
Особенностью корпуса 1 фрикционного амортизатора по полезной модели является отсутствие необходимости выполнения технологических отверстий на стенках 4, 5, предназначенных для сборки фрикционного амортизатора по аналогу [1]. Это делает корпус 1 фрикционного амортизатора по полезной модели высокопрочным, без ослабляющих его стенки мест. Для его сборки в этом случае выполняется сквозное отверстие 23 (фиг. 2) в нажимном клине 8, сквозь которое пропускается шток (не показано) приспособления.
Такой шток упирается своим концом в нажимную плиту 12. Прикладывая к штоку приспособления усилие, происходит сжатие возвратно-подпорного устройства 14, при этом высвобождается пространство для размещения остальных деталей фрикционного узла 7. При снятии усилия со штока фрикционный амортизатор оказывается в собранном состоянии. Этот процесс сборки оказывается более безопасным и простым, чем для процесс сборки фрикционным амортизаторов по аналогу [1] и прототипу [2].
Описанное выше конструктивное выполнение элементов фрикционного амортизатора направлено на то, чтобы снижение конечного усилия при максимальном сжатии возвратно-подпорного устройства 14 амортизатора происходило не за счет, как в амортизаторе-прототипе [2] свешивания ближайшей к основанию корпуса части распорного клина за пределы фрикционных поверхностей направляющих пластин, а за счет уменьшения их контакта в средней части распорных клиньев 9 и направляющих пластин 10. При этом протяженность направляющих пластин 10 можно сделать достаточной для обеспечения относительно них высокой устойчивости и стабильности положения распорных клиньев 9, чего не наблюдается во фрикционных амортизаторах по аналогу [1] и прототипу [2] из-за их малого взаимного контакта с направляющими пластинами при свешивании в конце хода.
Как упоминалось выше, возвратно-подпорное устройство 14 может быть выполнено, например, в виде вставленных друг в друга металлических пружин сжатия (фиг. 2). Оно также может быть выполнено и (не показано) в виде пакета упругоэластичных элементов, как в амортизаторе-прототипе [2].
Для устранения преждевременного изнашивания стенок 5 корпуса 1 со стороны подвижных пластин 11 полезно, чтобы стенки 5 корпуса 1 были образованы частично расположенными в них (фиг. 5) вкладышами 24 из более износостойкого материала, чем материал корпуса 1. При этом замена изношенных вкладышей 24 при продолжительной эксплуатации фрикционного амортизатора относится к более оперативным и простым ремонтно-технологическим операциям, чем более сложное, длительное и, в некоторых случаях, невозможное, восстановление, например, наплавкой с последующей обработкой изношенных стенок корпуса 1 фрикционных амортизаторов по аналогу [1] и прототипу [2].
Принцип действия фрикционного амортизатора основан на том, что при воздействии внешней силы Q (фиг. 2, 5, правые половины фигур), прилагаемой к нажимному клину 8, например, со стороны автосцепного устройства (не показано) при соударении вагонов (не показаны), сжимается возвратно-подпорное устройство 14. Фрикционный узел 7 погружается вовнутрь горловины 6 корпуса 1. Нажимной клин 8 увлекает распорные клинья 9 вовнутрь корпуса 1.
В определенный период рабочего хода упорная плита (не показана) автосцепного устройства вагона (не показано) начинает давить на подвижные пластины 11. Под действием этой силы они с трением по направляющим пластинам 10 и стенкам 5 входят вовнутрь корпуса 1.
При снятии внешней силы Q дополнительное возвратно-подпорное устройство 17 отталкивает от распорных клиньев 9 нажимной клин 8 и помогает возвращать те в исходное положение. В результате возвратно-подпорное устройство 14 более свободно разжимается, выталкивая нажимную плиту 12 вместе с установленным на ней фрикционным узлом 7 в исходное состояние.
Источники информации
1. Патент US 7540387, МПК F16F 7/08, B61G 9/00, приоритет 10.08.2011, опубликован 28.10.2014.
2. Патент RU 2338100, МПК F16F 7/08, B61F 5/12, B61G 11/14, приоритет 18.04.2006, опубликован 10.11.2008 /прототип/.