УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и касается конструкции устройств для поглощения энергии между двумя массами. Такие устройства устанавливаются вместе с поглощающими аппаратами преимущественно между соседними железнодорожными вагонами или отдельно, в качестве опорных скользунов на противоположных концах кузова каждого вагона для сдерживания или ограничения его «виляющих» движений.
Известно устройство для поглощения энергии железнодорожного вагона [1, Патент RU №2409776], в котором применена эластомерная пружина четырехугольной в поперечном сечении формы, со скошенными углами. Такая форма эластомерной пружины применена с целью устранения существенного недостатка традиционно применяемой пружины цилиндрической формы - сильного ее выгибания при приложенной нагрузке с появлением от этого при длительной эксплуатации в материале пружины деформаций, заломов и трещин. Однако это усложняет конструкцию и технологию производства устройства для поглощения энергии железнодорожного вагона, ввиду необходимости усложнения формы его корпуса устройства для размещения эластомерной пружины.
Известно более простое и принятое за прототип полезной модели устройство для поглощения энергии железнодорожного вагона [1, Патент RU №2351495], состоящее из корпуса и колпака, которые снабжены выступами для опоры и центрирования эластомерной пружины бочкообразной толстостенной формы, расположенной между корпусом и колпаком. Недостатком такого решения является тот факт, что при интенсивной работе устройства его эластомерная пружина ввиду ее сравнительно большой толщины накапливает в себе поглощенную энергию в виде тепла. Чрезмерное повышение температуры эластомерной пружины способно привести к ухудшению ее рабочей характеристики, связанной с умягчением материала, что вызовет проседание эластичной пружины и поломку устройства в целом. Причем, для уменьшения нагрева материала эластомерной пружины применена сложная конструкция корпуса устройства с целью отведения и рассеивания тепла, выделяемого эластомерной пружиной. Кроме того, при приложении нагрузки к колпаку эластомерная пружина, имея сравнительно большую высоту, является менее устойчивой и деформируется значительно в поперечном направлении, что обуславливает увеличение размеров колпака и корпуса. К тому же такая значительная деформация эластомерной пружины может привести к ухудшению ее рабочей характеристики, связанной с частым сжатием материала такой пружины в большом его объеме. В результате в совокупности с отрицательным вышеупомянутым действием температуры эластичная пружина может еще больше просесть, что приведет к ускоренной поломке устройства в целом.
Поэтому задачей полезной модели является получение технического результата, направленного на повышение надежности устройства для поглощения энергии железнодорожного вагона за счет устранения упомянутых недостатков прототипа [2].
Поставленная задача решается тем, что устройство для поглощения энергии железнодорожного вагона, состоящее из корпуса и расположенного в нем колпака, внутри которых расположена эластомерная пружина, имеет отличительные признаки: на эластомерной пружине через опорную пластину расположена, как минимум, одна дополнительная эластомерная пружина.
Расположение на эластомерной пружине, как минимум, еще одной, дополнительной эластомерной пружины, направлено на замену, сравнительно большой по высоте, эластомерной пружины по прототипу [2], несколькими более устойчивыми короткими эластомерными пружинами. Это значительно уменьшить накапливание в них поглощенной энергии в виде тепла и уменьшить объем сжатия материала в таких пружинах в процессе циклических нагрузок, что позволит применение в устройстве по полезной модели даже более тонкостенные эластомерные пружины. В результате получается пакет эластомерных пружин, значительно быстрее восстанавливающий начальную форму. Поэтому устройство для поглощения энергии железнодорожного вагона по полезной модели будет скорее подготовлено к новому циклу восприятия нагрузки. При этом, каждая эластомерная пружина воспринимает распределенную на ее долю нагрузки, то есть если у одной удлиненной эластомерной пружине по прототипу [2] возникает концентрация напряжения в одной, наиболее слабой зоне, пропорционально приложенной нагрузке, то в пакете, например, из трех эластомерных пружин по полезной модели, таких зон три, но напряжение в каждой из них в три раза меньше. Соответственно, живучесть самого материала и изделия в целом при применении пакета эластомерных пружин значительно выше.
Расположение же через опорную пластину эластомерных пружин в таком пакете, позволит придать ему лучшую устойчивость и более эффективнее отводить тепло в окружающую среду от эластомерных пружин.
Вышеперечисленные преимущества отличительных признаков по полезной модели позволят повысить надежность работы устройства для поглощения энергии железнодорожного вагона во время его эксплуатации.
Дополнительные отличительные признаки полезной модели, улучшающие конструктивные и эксплуатационные характеристики устройства для поглощения энергии железнодорожного вагона:
- наиболее целесообразно, с целью уменьшения габаритов устройства и лучшего отведения от него тепла, применять эластомерные пружины в виде тел вращения;
- для повышения устойчивости пакета из эластомерных пружины желательно снабжать устройство стержнем, пропущенным сквозь их опорную пластину;
- при этом целесообразно чтобы стержень был пропущен сквозь опорную пластину через втулку, на которой с помощью кольца будет закреплена опорная пластина, причем одна из эластомерных пружин может быть расположена на втулке и опорной пластине, а другая из них - на кольце и опорной пластине.
Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1 и 2 показан фронтальный разрез устройства для поглощения энергии железнодорожного вагона с применением, соответственно, двух и трех эластомерных пружин в статическом положении; на фиг. 3 и 4 - то же что и на фиг. 1 и 2, но при приложении к эластомерным пружинам нагрузки.
Устройство для поглощения энергии железнодорожного вагона состоит из корпуса 1 и расположенного в нем колпака 2.
Корпус 1 через отверстия 3 своих проушин 4 может быть установлен своим монтажным торцем 5 в необходимом месте (не показано) кузова железнодорожного вагона в рабочем сочетании с поглощающим аппаратом железнодорожного вагона, предназначенным для амортизации сил между смежными концами железнодорожных вагонов. В случае применения таких устройств в качестве опорных скользунов для поглощения энергии железнодорожного вагона и для сдерживания или ограничения его «виляющих» движений, они устанавливаются (не показано), аналогично, на противоположных концах кузова железнодорожного вагона между центральной частью или балкой колесной тележки и нижней стороной кузова железнодорожного вагона.
Между монтажным торцем 5 корпуса 1 и днищем 6 колпака расположены друг на друге через опорную пластину 7, две (фиг. 1) или три (фиг. 2) эластомерные пружины 8, которых может быть и больше трех (не показано) в зависимости от высоты устройства. Эластомерные пружины 9 целесообразно выполнять в виде тел вращения, например, бочкообразной формы и с центральным отверстием, как показано.
Опорная пластина 7 закреплена на втулке 9 с помощью запрессованного (или навинченного) на ней кольца 10.
Эластомерные пружины 8 посажены с натягом на втулке 9 или кольце 10. Например, одна из эластомерных пружин 8 (на фиг. 1 - нижняя) расположена на втулке 9 и опорной пластине 7, а другая из них - на кольце 10 и опорной пластине 7. В другом же варианте исполнения (фиг. 2), средняя эластомерная пружина 8 расположена одновременно на кольцах 10 и опорных пластинах 7, а верхняя и нижняя эластомерные пружины 8 расположены, соответственно, верхних и нижних втулках 9 и опорных пластинах 7. Таким образом, за счет упомянутого расположения эластомерных пружин 8 с их натягом на втулку 9 или на кольцо 10, образуется демпферный пакет, как быстроразъемный сборочный узел. Верхним концом верхней эластомерной пружины 8 такой пакет вставлен в выступ 11 днища 6 колпака 2, а нижним концом нижней эластомерной пружины 8 он вставлен в выступ 12, соединенный сваркой к центрирующей пластине 13, расположенной в выточке 14 монтажного торца 5 корпуса 1.
Также для центровки пакета из эластомерной пружины 8 служит стержень 15, соединенный сваркой или прессовой посадкой с выступом 12 и пропущенный сквозь втулку 9 (фиг. 1), или в одну из них и вставленный в другую (фиг. 2).
Устройство для поглощения энергии железнодорожного вагона выполнено с возможностью восприятия и поглощения им нагрузки F (фиг. 3 и 4). Условно на фиг. 2 и 4, для сравнения, показаны пунктирными линиями 16 габариты одиночной удлиненной эластомерной пружины в статике (фиг. 2) и динамике (фиг. 4) ее положения по прототипу [2], если бы она была расположена между корпусом 1 и колпаком 2 устройства по полезной модели.
Применяют устройство для поглощения энергии железнодорожного вагона путем его установки монтажным торцем 5 корпуса 1 в выбранном месте кузова железнодорожного вагона, например, с помощью винтов (не показаны), прижимающих устройство к упомянутому месту кузова через отверстия 3 проушин 4 корпуса 1.
В случае возникновения нагрузки F (встречные движения соседних железнодорожных вагонов или «виляющие» движения одного из них, колпак 2 (фиг. 3 и 4) перемещается внутрь корпуса 1, сжимая эластомерные пружины 8, которые опираясь на опорные пластины 7, увеличиваются в диаметре, но гораздо меньше увеличения габаритов 16 (фиг. 4) по прототипу [2], и поглощают энергию нагрузки F, преобразуя ее в тепло, которое интенсивно выводится в пространство с помощью многочисленных контактных мест, увеличенной площади соприкосновения эластомерных пружин 8 с колпаком 2, с выступами 11, 12, с центрирующей пластиной 13 и со стержнем 15.
Описанный выше пакет эластомерных пружин может устанавливаться в другие типы корпусов, а также применяться без корпусов, и быть использован в различных сферах промышленности, даже не связанных с железнодорожной тематикой.
Источники информации:
1. Патент RU №2409776, МПК F16F 1/373, F16F 1/44, конвенционный приоритет 27.09.2005 US 11/235,804, опубликован 20.01.2011.
2. Патент RU №2351495, МПК B61F 5/14, конвенционный приоритет 07.11.2002 US 10/289,951, опубликован 10.04. 2009 /прототип/.