ПОГЛОЩАЮЩИЙ АППАРАТ АВТОСЦЕПКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
REAILROAD VEHICLE AUTOMATIC COUPLING ABSORBER ELEMENT

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к поглощающим аппаратам автосцепных устройств вагонов и локомотивов, в частности к резинометаллическим аппаратам.
Известен типовой пружинно-фрикционный аппарат автосцепки Ш-2-В (см. стр.125 И.Ф.Пастухов, В.В.Лукин, Н.И.Жуков. Вагоны. - М.: Транспорт, 1988. - 280 с.), содержащий корпус, в котором между его дном и нажимным конусом смонтированы соосно две пружины и три фрикционных клина. Нажимной конус после предварительной нагрузки зафиксирован стяжным болтом и гайкой.
Такое решение не позволяет иметь энергоемкость аппарата свыше 50 кДж, так как невозможно увеличить жесткость пружин в используемых габаритах, а изменение углов клиньев приводит к нестабильности в работе и заклиниванию.
Известен резино-металлический поглощающий аппарат (см. В.Д.Верескун, Г.С.Глейзер, Г.С.Фроянц. Резино-металлические поглощающие аппараты ударно-тягового устройства // Промышленный транспорт. - 1988. - №3. - С.11), более простой и надежной конструкции со стабильной работой в эксплуатации.
В корпусе аппарата между нажимной и опорной плитами смонтирован набор чередующихся шевронообразных металлических пластин, между которыми расположены резиновые прокладки, пересыпанные алюминиевой пудрой. В данном случае резина работает на сжатие со сдвигом, а так как допускаемые напряжения у резин небольшие (0,5…1,5 МПа), то и энергоемкость такого аппарата ниже, чем у предыдущего (36 кДж). Кроме того, при циклических нагрузках ускоряется старение и необратимая деформация резиновых элементов, вследствие чего снижается ресурс такого аппарата.
Известен поглощающий аппарат (А.с. СССР №1615003 А1, В61G 9/06. Поглощающий аппарат автосцепки железнодорожного транспортного средства / Ю.С.Шастин. - Заявл. 9.02.87; Опубл. 23.12.90), принятый за прототип. В корпусе аппарата между нажимной и опорной плитами смонтирован трубчатый резиновый элемент и две пружины: одна из них охватывающая, а вторая - охватываемая, смонтированная в центральном отверстии резинового элемента. Плиты стянуты центральным стяжным болтом после предварительной нагрузки.
В данном решении по мере возрастания нагрузки с конечным усилием 2,5…2,8 МН упругий элемент из резины стремится заполнить межвитковое пространство пружин, что вызывает в этих местах большие локальные напряжения, а при циклических нагружениях - разрушение упругого элемента из резины и, следовательно, снижение ресурса аппарата.
Кроме этого, резина имеет низкий модуль продольной упругости (5…15 МПа) и допускаемые напряжения, поэтому в данных габаритах энергоемкость аппарата не превышает 40…50 кДж, что существенно ниже требований, предъявляемых к аппаратам в настоящее время (70…140 кДж).
Кроме этого, применение пружин удорожает и усложняет конструкцию аппарата; а из-за циклических соударений витков пружин происходит их преждевременное разрушение, что снижает ресурс аппарата.
В основу изобретения поставлена задача разработать такой поглощающий аппарат (в пределах известных габаритов), у которого введение новых элементов и материалов, а также конструктивное изменение известных решений позволило бы упростить конструкцию и расширить функциональные возможности.
Для решения поставленной задачи предлагается поглощающий аппарат, содержащий корпус с днищем, упругие элементы, смонтированные внутри корпуса с предварительным поджатием нажимной плитой, зафиксированной с помощью центрального стяжного болта, в соответствии с изобретением корпус выполнен в форме цилиндрической втулки, в которой смонтированы по посадке с зазором пустотелый плунжер и упругая втулка из эластомера, внутренний наименьший диаметр которой определяется исходя из требуемой осадки по формуле
,
0
где d - внутренний диаметр упругой втулки;
D - наружный диаметр упругой втулки;
Н - высота упругой втулки;
h - высота упругой втулки после деформации;
d - диаметр стяжного болта.
Кроме того, посадочный зазор находится в пределах 0,05…0,2 мм.
Кроме того, в качестве материала упругой втулки применен модифицированный полиуретан.
Кроме того, наружная цилиндрическая часть упругой втулки снабжена проточками, которые заполнены твердой смазкой.
Кроме того, плунжер имеет широкую проточку на наружной цилиндрической поверхности, в которой смонтирована манжета, а свободная часть проточки заполнена твердой смазкой.
Кроме того, упругий элемент выполнен из набора чередующихся металлических и упругих втулок, установленных по посадке в корпусе с минимальным зазором.
Таким образом, выполнение основных деталей поглощающего аппарата цилиндрической формы упрощает выполнение посадки деталей в корпусе с заданным зазором 0,1…0,2 мм, при котором обеспечивается надежная работа аппарата без выдавливания материала упругой втулки в зазор при усилиях сжатия 2,5…2,8 МН. При этом упругая втулка поглощает энергию удара как за счет накопления внутренней энергии при сжатии, так и за счет трения по цилиндрической поверхности корпуса, что позволяет довести энергоемкость аппарата до 100…150 кДж. Применение в качестве материала упругой втулки модифицированного полиуретана позволяет повысить энергоемкость и ресурс аппарата за счет того, что допускаемые напряжения у полиуретана в 3-5 раз выше, чем у резины.
Выполнение проточек на цилиндрической части упругого элемента с заполнением их твердой смазкой при монтаже позволит снизить износ цилиндрических поверхностей упругой втулки и корпуса и избежать заклинивания при обратном ходе, а также стабилизировать коэффициент трения, а следовательно, и энергоемкость аппарата.
Размещение манжеты в проточке плунжера способствует равномерному распределению смазки по сопрягаемым цилиндрическим поверхностям, уменьшая тем самым их износ.
Набор чередующихся металлических и упругих элементов с посадочными диаметрами в корпусе позволяет повысить жесткость и энергоемкость устройства, а также величину необратимо рассеиваемой энергии (до 70-80%).
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез аппарата с предварительным сжатием упругой втулки (слева) и полной нагрузкой (справа), на фиг.2 - вариант исполнения из чередующихся металлических пластин и упругих втулок, на фиг.3 - элементы аппарата в увеличенном масштабе.
Поглощающий аппарат автосцепки содержит корпус 1 в форме цилиндрической втулки с днищем в виде опорной плиты прямоугольной формы с резьбовым отверстием по центру. Упругая втулка 2 из полиуретана смонтирована в корпусе по ходовой посадке. Плунжер 3 выполнен пустотелым с отверстием в центре и смонтирован в корпусе также по ходовой посадке. Зазор посадки должен быть в пределах 0,1…0,2 мм. Упругая втулка 2 предварительно сжата (0,1…0,2 МН) плунжером 3, который зафиксирован с помощью стяжного болта 4, как показано (слева) на фиг.1 и 2. Наименьший диаметр отверстия в упругой втулке (в исходном состоянии) определяется исходя из равенства объемов до и после деформации по формуле (1).
Проточки на упругой втулке снабжены твердой смазкой 5 (например, дисульфидом молибдена). Количество проточек выбирается, исходя из возможности смазывания сопрягаемых цилиндрических поверхностей корпуса, упругой втулки и плунжера за один рабочий ход. Проточка плунжера (фиг.3), кроме твердой смазки 5, снабжена манжетой 6, которая при обратном ходе плунжера распределяет смазку по сопрягаемым цилиндрическим поверхностям. Для второго варианта исполнения (фиг.2) чередующиеся металлические пластины 7 и упругие втулки 2 смонтированы в корпусе по посадке с зазором (0,05…0,2 мм), а проточки на упругих втулках также снабжены твердой смазкой 5.
Аппарат работает следующим образом.
При столкновении вагонов удар через автосцепку, хомут и нажимную плиту (на чертежах не показано) передается на плунжер 3, который перемещается, сжимая упругую втулку 2. Энергия удара при деформации упругой втулки поглощается за счет внутреннего трения материала втулки и внешнего трения по посадочному диаметру в корпусе 1 (для первого варианта, фиг.1) или по посадочному диаметру в корпусе 1 и по пластинам 7 (для второго варианта, фиг.2). При этом усилие сжатия изменяется пропорционально ходу плунжера (0,2…2,8 МН). Окончанием хода аппарата считается положение, при котором плунжер полностью входит в корпус аппарата, при этом упругая втулка деформируется до полной выборки внутреннего свободного пространства (фиг.1, 2 справа).
После снятия нагрузки происходит возврат аппарата в исходное положение за счет упругих сил сжатой упругой втулки из полиуретана, при этом коэффициент поглощения энергии находится в пределах Ψ=0,6…0,8.
Применение предложенного поглощающего аппарата повышает в 2-3 раза ресурс и энергоемкость, увеличивает надежность и стабильность рабочих параметров при эксплуатации, упрощает его конструкцию. Аппарат взаимозаменяем с типовыми аппаратами, эксплуатируемыми в настоящее время.