ПОГЛОЩАЮЩИЙ ФРИКЦИОННЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается фрикционных поглощающих аппаратов в автосцепном устройстве.
Известен поглощающий фрикционный аппарат [1, А.с. СССР, N 906762, МПК B61F 16F 7/00, приоритет 06.06.1980, опубликовано 23.02.1982], содержащий призматический
корпус, в котором размещены нажимной клин, фрикционные клинья, расположенные в контакте с поджатой пружинами опорой, пружинный комплект, подвижные фрикционные пластины и направляющие фрикционные пластины.
Недостатком этого аппарата является сложность его сборки и нестабильность работы из-за применения пружинного комплекта, который ограничивает к тому же рабочий ход изделия, что обуславливает его энергоемкость.
Более прост по конструкции, стабилен и энергоемок в работе, принятый за прототип полезной модели, поглощающий фрикционный аппарат [2, Патент RU 2128301 C1, МПК F16F 7/08, В61G 9/02, приоритет 02.06.1998, опубликован 27.03.1999].
Поглощающий фрикционный аппарат-прототип содержит корпус с горловиной, внутренними опорными площадки, боковыми стенками и днищем, на котором расположено предварительно поджатое возвратно-подпорное устройство, выполненное в виде пакета упруго-эластичных элементов. Сверху такого пакета расположен фрикционный узел, состоящий из нажимного конуса, распорных клиньев, опорной плиты, подвижных пластин и направляющих пластин. При этом фрикционным узлом образованы пары трения: «распорный клин - направляющая пластина»; «направляющая пластина - подвижная пластина» и «подвижная пластина - корпус».
В таком поглощающем фрикционном аппарате энергоемкость повышена оптимально подобранными углами между его нажимным конусом и фрикционными клиньями, специальным материалом этих поверхностей, определенными характеристиками возвратно-подпорного устройства, а также увеличенным количеством фрикционных поверхностей, когда фрикционные клинья трутся не по корпусу, как в аналоге [1], а через дополнительные элементы фрикционного узла - направляющие и подвижные пластины, установленные между корпусом и распорными клиньями,
Однако на практике известно, что многие конструкции, выполненные согласно прототипу [2], особенно не приработанные, не удовлетворяют требованиям действующих стандартов по таким параметрам, как усилие их начальной затяжки, усилие закрытия изделия в конце его хода сжатия, из чего вытекает недостаточная энергоемкость фрикционного поглощающего аппарата.
Для решения таких проблем применяют следующие приемы:
Увеличивают угол между нажимным конусом и распорными клиньями. Это позволяет повысить усилие взаимного прижатия подвижных и направляющих пластин, и, соответственно, повысить величину сил трения. Увеличение сил трения влечет повышение энергоемкости аппарата с одной стороны, но при этом с другой стороны увеличивается и распорное усилие на стенки корпуса, что требует применения дорогих сталей. Это может послужить и причиной разрушения корпуса или заклинивания аппарата. То есть, такой прием, устраняя один недостаток аппарата, влечет за собой появление других его недостатков.
Увеличивают жесткость возвратно-подпорного устройства. Это позволяет повысить усилие начальной затяжки аппарата, его готовность к восприятию удара в самый начальный момент воздействия. Более жесткий пакет упруго-эластичных элементов возвратно-подпорного устройства способен принять на себя и большую долю энергии удара, и, соответственно, поглотить ее, повышая энергоемкость всего аппарата. Однако такой прием возможен только в небольшом интервале начальной затяжки аппарата, так как при его сжатии, ближе к концу хода, усилие его закрытия может значительно превысить предельное стандартное значение.
Поэтому задачей полезной модели является повышение эффективности работы поглощающего фрикционного аппарата за счет достижения технического результата - обеспечения изначально повышенного фрикционного сопротивления такого аппарата в результате увеличения распорной силы на распорных клиньях фрикционного узла и уменьшение ее воздействия на распорные пластины в конце хода с целью достижения максимально возможной энергоемкости поглощающего фрикционного аппарата, соответствующей требованиям нормативной документации по усилию его закрытия.
Поставленная задача решается тем, что, поглощающий фрикционный аппарат, содержащий корпус с горловиной, внутренними опорными площадки, боковыми стенками и днищем, на котором расположено предварительно поджатое возвратно-подпорное устройство, сверху которого расположен фрикционный узел, состоящий из нажимного конуса, распорных клиньев, опорной плиты, подвижных пластин и направляющих пластин, при этом фрикционным узлом образованы пары трения: «распорный клин - направляющая пластина», «направляющая пластина - подвижная пластина» и «подвижная пластина - корпус», имеет отличительные признаки: корпус и фрикционный узел выполнены с возможностью создания дополнительной пары трения «распорный клин - корпус», действующей в завершающий период приложения к нажимному конусу нагрузки.
Выполнение корпуса и Фрикционного узла с возможностью создания дополнительной пары трения «распорный клин - корпус», обеспечит рассредоточение распорного усилия от распорных клиньев в конце хода, перераспределив его с подвижных пластин на стенки корпуса напрямую. В результате этого, происходит снижение сил трения между подвижными и направляющими пластинами. Поэтому нарастание усилия к концу хода сжатия аппарата будет замедляться.
Поэтому появится возможность применения углов между нажимным конусом и распорными клиньями с большими значениями для создания высокого усилия расклинивания поглощающего фрикционного аппарата с обеспечением заданной его жесткости в начале хода, что направлено на увеличение энергоемкости и эффективности работы патентуемого изделия.
Дополнительные отличительные признаки полезной модели:
- корпус и фрикционный узел выполнены с возможностью создания дополнительной пары трения «распорный клин - корпус», действующей в завершающий период приложения к нажимному конусу нагрузки с прекращением действия пары трения «распорный клин - направляющая пластина » в этот период;
- корпус и фрикционный узел выполнен с возможностью создания дополнительной пары трения «распорный клин - корпус», действующей в завершающий период приложения к нажимному конусу нагрузки совместно с действием пары трения «распорный клин - направляющая пластина » в этот период;
- возможность создания дополнительной пары трения «распорный клин-корпус» обеспечена за счет расположения внутренних выступов в горловине корпуса, в направлении движения распорных клиньев;
- внутренние выступы выполнены в виде вкладышей, вставленных в промежуток между внутренними опорными площадками корпуса;
- на поверхности направляющих пластин, контактирующей с поверхностью распорных клиньев, возле внутренних опорных площадок корпуса, выполнена выборка;
- на внутренних опорных площадках корпуса выполнены скосы, на которые установлены направляющие пластины с собственными скосами;
Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1-3 показаны фронтальные разрезы поглощающего фрикционного аппарата в его исходном положении в различных вариантах исполнения некоторых элементов его фрикционного узла, на фиг. 5-6 - то же что и на фиг. 1-3, но в конечном положении фрикционного поглощающего аппарата при приложении к нему нагрузки; на фиг. 7-9 выделены сопряжения элементов фрикционного узла аппарата между собой и с элементами корпуса в компоновочной аксонометрической схеме поглощающего фрикционного аппарата, соответственно в его исходном, промежуточном и конечном положении; на фиг. 10 показан общий вид в аксонометрии внутренних выступов корпуса, выполненных в виде вкладышей.
Фрикционный поглощающий аппарат содержит (фиг. 1-3) корпус (1) с горловиной (2), внутренними опорными площадки (3), боковыми стенками (4) и днищем (5), на котором расположено предварительно поджатое возвратно-подпорное устройство (6), сверху которого расположен фрикционный узел (7), состоящий из нажимного конуса (8), распорных клиньев (9), опорной плиты (10), подвижных пластин (11) и направляющих пластин (12). В фрикционном узле 7 направляющие пластины (12) зафиксированы подвижными пластинами (11) и распорными клиньями (9).
Фрикционным узлом (7) образованы пары трения: «распорный клин (9) - направляющая пластина (12)»; «направляющая пластина (12) - подвижная пластина (11)» и «подвижная пластина (11) - корпус (1)».
Корпус (1), а также и фрикционный узел (7) выполнены с возможностью создания дополнительной пары трения «распорный клин (9) - корпус (1)», действующей совместно с парой трения «распорный клин (9) - направляющая пластина (11)» в завершающий период (фиг. 4, 5) приложения к нажимному конусу (8) нагрузки.
Возможность создания дополнительной пары трения «распорный клин (9) - корпус (1)» обеспечена за счет расположения внутренних выступов (13) в горловине (2) корпуса (1), в направлении движения распорных клиньев (9).
Внутренние выступы (13) могут быть выполнены или за одно целое (не показано) с боковыми стенками (4) корпуса (1) или могут быть выполнены в виде вкладышей (фиг. 1-9), вставленных в промежуток между внутренними опорными площадками (3) корпуса (1).
На поверхности направляющих пластин (12), контактирующей с поверхностью распорных клиньев (9), возле внутренних опорных площадок (3) корпуса (1), выполнена выборка (14).
Угол наклона (α1) поверхностей контакта пары трения «распорный клин (9) - корпус (1)» равен углу наклона (α2) поверхностей пары трения «распорный клин (9)- направляющая пластина (12)» (фиг. 1).
На внутренних опорных площадках (3) корпуса (1) выполнены скосы (15), на которые установлены направляющие пластины (12) с собственными скосами (16).
Между нажимным конусом (8) и опорной плитой (10) расположена пружина (17) с возможностью ее воздействия на нажимной конус (8) при выводе его в исходное положение (фиг. 2).
Ближе к днищу (5) корпуса (1) подвижные пластины (11) выполнены с хвостовиками (18).
На направляющих пластинах (12) выполнены зацепы (19).
Корпус (1) выполнен призматической формы (фиг. 1-9). Возвратно подпорное устройство (6) (фиг. 2, 3, 5, 6) может быть выполнено или в виде пружин сжатия (не показаны) или в виде расположенного на днище (5) (фиг. 1) предварительно поджатого пакета установленных друг на друге через диски (20) упруго-эластичных элементов (21) (фиг. 1, 4). Сквозь этот пакет пропущен закрепленный в выступе (22) днища (5) корпуса (1) стержень (23).
Стержень (23) (фиг. 1) пропущен сквозь пакет упруго-эластичных элементов (21), а также через опорную плиту (10), расположенную между распорными клиньями (12) и этим пакетом, и пропущен еще через нажимной конус (8), где на резьбовой конец стержня (23) накручена гайка (24), которой через упор головки (25) стержня (23) в выступ (22) днища (5) предварительно сжат пакет упруго-эластичных элементов (21), а также осуществлено с образованием соответствующих пар трения, сцепление направляющих пластин (12) с распорными клиньями (9) и подвижными пластинами (11), и осуществлено сцепление распорных клиньев (9) с нажимным конусом (8), а подвижных пластин (11) - со стенками (4) горловины (2) корпуса (1).
Внутренние выступы (13) расположены в каждом углу (фиг. 7) горловины (2) корпуса (1) возле его боковых стенок (4) с углом наклона (α1) своих рабочих поверхностей (26) (фиг. 10), равным находящемуся в одной с ним плоскости углу наклона (α2) направляющих пластин (12) со стороны распорных клиньев (9). Т.е. получается, что угол наклона (α1) относится к поверхностям контакта пары трения «распорный клин (9) - корпус (1)» и он равен углу наклона (α2), относящемуся к поверхностям пары трения «распорный клин (9) - направляющая пластина (12)».
Внутренние опорные площадки (3) корпуса (1) могут быть (фиг. 1) соединены между собой общей опорой (27) для направляющих пластин (12) и вкладышей внутренних выступов (13).
Принцип действия устройства по полезной модели основан на том, что при приложении (фиг. 4-6) к нажимному конусу (8) результирующей силы F от ударной нагрузки или/и от сжимающего усилия, через фрикционный узел (7) происходит сжатие возвратно подпорного устройства (6).
Направляющие пластины 12 и подвижные пластины 11 под действием распорных сил N от распорных клиньев 9, прижимаются друг к другу. При этом подвижные пластины 11 упираются в боковые стенки 4 горловины 2 корпуса 1. В результате продольного перемещения распорных клиньев 9 и подвижных пластин 11 по их сопрягаемым поверхностям происходит интенсивное поглощение фрикционным узлом 7 энергии удара или сжимающего усилия.
После перемещения нажимного конуса 8 (фиг. 4) на некоторую величину распорные клинья 9 заходят на рабочие поверхности 26 внутренних выступов (13), частично оставаясь и на поверхностях направляющих пластин 12. Поэтому происходит распределение действия распорных сил N исходя из площади взаимодействия распорных клиньев 9 с направляющими пластинами 12 и внутренними выступами (13).
В результате уменьшения величины распорных сил N, действующих на направляющие пластины 12 в конце хода уменьшается и фрикционное сопротивление самого аппарата, что позволяет при использовании более острых углов его расклинивания, получать большее фрикционное сопротивление (энергоемкость) аппарата, а в конце хода обеспечить заданную его жесткость (силу закрытия).
При снятии результирующей силы F от ударной нагрузки или/и от сжимающего усилия, происходит обратный ход возвратно подпорного устройства (6) за счет разжатия его пружины (не показана) или упруго-эластичных элементов 21, и, в результате действия на опорную плиту 10, выталкиваются распорные клинья 9 и подвижные пластины 11, а все элементы аппарата занимают первоначальное положение (фиг. 1, 2).
Таким образом, в результате хода поглощающего фрикционного аппарата, происходит изменение его фрикционного сопротивления и такое изменение обусловлено не только характеристиками возвратно подпорного устройства (6) и фрикционного узла 7, но и распределением площади взаимодействия распорных клиньев 9 с направляющими пластинами 12 и внутренними выступами (13).
Вариантом исполнения конструкции (фиг. 3) может быть применение подвижной пластины 11, имеющей на поверхности, обращенной к направляющей пластине 12, уклон 28. В этом случае, при сжатии аппарата (фиг. 6), подвижная пластина 11, опускаясь в полость корпуса 1, будет образовывать зазор между стенкой корпуса 1 и направляющей пластиной 12. Этот зазор со стороны распорного клина 9, будет выбираться направляющей пластиной 12 под действием распорной силы N, то есть направляющая пластина 12 будет смещаться к стенке корпуса 1.
При прохождении определенного заданного участка хода, распорный клин 9 своей фрикционной поверхностью перекрывает внутренние выступы 13. К моменту наступления этой фазы рабочего хода, направляющая пластина 12 отходит в направлении стенки корпуса 1 настолько, что распорный клин 9 может опираться только на внутренние выступы 13. Распорная сила N со стороны распорного клина 9 прекращает действовать на направляющую пластину 12, и в итоге часть фрикционного узла 7 (пары трения распорный клин 9 - направляющая пластина 12; направляющая пластина 12 - подвижная пластина 11; подвижная пластина 11 - стенка корпуса 1) отключается.
При таком варианте не требуется выполнение выборки 14 на направляющей пластине 12.
Таким образом, возможны два варианта работы фрикционного узла. В первом случае распорный клин 9 к концу хода плавно скользит все с меньшим контактом по направляющей пластине 12, постепенно передавая распорную силу N на внутренние выступы 13, за счет выборки 14 на этой пластине. То есть в конце хода аппарата создается дополнительная пара трения «распорный клин 9 - корпус 1», действующая совместно с парой трения «распорный клин 9 - направляющая пластина 12».
Во втором случае, распорный клин 9 наскакивает на внутренние выступы 13, после чего или в этот же момент направляющая пластина 12 отходит к стенке корпуса 1 за счет уменьшения толщины подвижной пластины 11, связанной с наличием на ней уклона 28. То есть в конце хода аппарата создается дополнительная пара трения «распорный клин 9 - корпус 1», действующая вместо пары трения «распорный клин 9 - направляющая пластина 12».
За счет применения внутренних выступов (13) и передачу ими части распорной силы на боковые стенки (4) горловины корпуса, без участия подвижных пластин (11), обеспечивается увеличенное фрикционное сопротивление в начале хода с регулировкой силы снятия такого сопротивления в требуемых параметрах в конце хода, что позволяет повысить энергоемкость и эффективность работы поглощающего фрикционного аппарата по полезной модели.
Источники информации:
1. А.с. СССР, N 906762, МПК B61F 16F 7/00, приоритет 06.06.1980, опубликовано 23.02.1982.
2. Патент RU 2128301 C1, МПК F16F 7/08, В61 G 9/02, приоритет 02.06.1998, опубликован 27.03.1999 /прототип/.
Приложение к заявке на патентование полезной модели «Поглощающий фрикционный аппарат»