ПОГЛОЩАЮЩИЙ АППАРАТ С ПОЛИМЕРНЫМИ УПРУГИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ДЛЯ АВТОСЦЕПНЫХ УСТРОЙСТВ ПАССАЖИРСКОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается устройств, предназначенных для поглощения энергии динамического взаимодействия единиц пассажирского подвижного состава.
Известен пружинно-фрикционный поглощающий аппарат ЦНИИ-Н6, который содержит последовательно соединенные пружинную и пружинно-фрикционную части. Пружинно-фрикционная часть состоит из шестигранной горловины, расположенных в ней трех фрикционных клиньев, нажимного конуса, шайбы, наружной и внутренней пружин. Энергия динамических воздействий рассеивается благодаря фрикционному взаимодействию поверхностей трения. Полный ход аппарата составляет 70 мм, энергоемкость 16-24 кДж, усилие начальной затяжки - около 25 кН, масса аппарата 169 кг. (стр. 77-79 в книге: В.В. Коломийченко, В.И. Беляев, И.Б. Феоктистов, Н.А. Костина. Автосцепные устройства подвижного состава железных дорог. М.: Транспорт, 2002).
Недостатки аппарата: изнашивание фрикционных деталей, необходимость их приработки и периодической замены, недостаточная шумовибропогашающая способность, значительный вес. В настоящее время такие аппараты не производятся, но старогодные аппараты разрешены к применению.
Известен резино-металлический поглощающий аппарат Р-2П, состоящий из корпуса, нажимной и промежуточных плит, а также комплекта из девяти резинометаллических элементов. Каждый элемент состоит из двух стальных пластин между которыми расположена резиновая часть, выполненная из морозостойкой резины и жестко связана вулканизацией с армирующими пластинами (стр. 79-81 в книге: В.В. Коломийченко, В.И. Беляев, И.Б. Феоктистов, Н.А. Костина. Автосцепные устройства подвижного состава железных дорог. М.: Транспорт, 2002). Этот поглощающий аппарат имеет следующие недостатки: разброс по твердости резины и толщине резинометаллических элементов, что приводит к различным силовым характеристикам аппаратов; значительное увеличение жесткости резины при отрицательных температурах; ограниченный срок службы резинометаллических элементов вследствие старения резины.
Известен «Поглощающий аппарат автосцепки» по патенту №2350501, в котором поглощение энергии осуществляется при трении фрикционных стальных поверхностей, а также при трении семи полимерных упругих элементов о стяжной металлический болт, на котором полимерные упругие элементы установлены с натягом. Благодаря такому сочетанию способов поглощения энергии повышается не только энергоемкость аппарата, но стабилизируются его показатели на этапе приработки фрикционных поверхностей. Недостаток данного аналога: существенное усложнение конструкции, что оправдано только для случаев применения, требующих аппаратов большой энергоемкости, не пригодных для пассажирского подвижного состава.
В качестве прототипа выбран поглощающий аппарат, описанный на стр. 176-178 в книге: В.И. Беляев, Д.А. Ступин. Сцепные и автосцепные устройства железнодорожного подвижного состава. М.: ТРАНСИНФО, 2012, 416 стр. Изучение описания и графических материалов, приведенных в указанном источнике, позволило выделить следующие сущуственные признаки прототипа:
Поглощающий аппарат с полимерными упругими элементами для автосцепных устройств пассажирского подвижного состава, содержащий плиту прямоугольной формы, стяжной болт, проходящий через центральное отверстие в плите, при этом головка стяжного болта входит в углубление, имеющееся на плите, на стяжном болту установлены и стянуты корончатой гайкой с усилием начальной затяжки демпфер, стакан нажимной с двумя окнами, расположенными друг напротив друга, причем стакан сориентирован относительно плиты таким образом, что каждое из окон направлено в сторону короткой стороны плиты, шесть полимерных упругих элементов из термоэластопласта «Хайтрел», выполненного с возможностью рассеивания энергии за счет внутреннего трения при упругом деформировании полимерных упругих элементов, каждый из полимерных упругих элементов имеет торообразную форму, между ними установлены проставки, каждая из которых имеет центральное отверстие с помощью которого проставка установлена на стяжном болту с возможностью перемещения вдоль его оси, на краях блока полимерных упругих элементов установлено по одной проставке, корончатая гайка законтрена от поворота относительно стяжного болта шплинтом, высота поглощающего аппарата после его сборки соответствует размеру, заданному сцепным устройством.
Существенными недостатками описанного прототипа являются:
1) пологая силовая характеристика на большей величине хода, которая круто нарастает в конце хода, что не обеспечивает безударный режим работы поглощающего аппарата;
2) требуется селективный подбор полимерных упругих элементов по высоте т.к. в прототипе не предусмотрена регулировка высоты поглощающего аппарата;
3) фланец, выполняющий функцию нажимной детали, не обладает необходимой жесткостью.
Задачей полезной модели является усовершенствование конструкции прототипа с целью устранения указанных его недостатков.
Решение задачи достигается тем, что в заявляемой полезной модели поглощающий аппарат с полимерными упругими элементами для автосцепных устройств пассажирского подвижного состава содержит плиту прямоугольной формы, стяжной болт, проходящий через центральное отверстие в плите, при этом головка стяжного болта входит в углубление, имеющееся на плите, на стяжном болту установлены и стянуты корончатой гайкой с усилием начальной затяжки демпфер, стакан нажимной с двумя окнами, расположенными друг напротив друга, причем стакан сориентирован относительно плиты таким образом, что каждое из окон направлено в сторону короткой стороны плиты, шесть полимерных упругих элементов из термоэластопласта «Хайтрел», выполненного с возможностью рассеивания энергии за счет внутреннего трения при упругом деформировании полимерных упругих элементов, каждый из полимерных упругих элементов имеет торообразную форму, между ними установлены проставки, каждая из которых имеет центральное отверстие с помощью которого проставка установлена на стяжном болту с возможностью перемещения вдоль его оси, на краях блока полимерных упругих элементов установлено по одной проставке, корончатая гайка законтрена от поворота относительно стяжного болта шплинтом, высота поглощающего аппарата после его сборки соответствует размеру, заданному сцепным устройством, при этом между гайкой корончатой и демпфером установлен диск нажимной, между демпфером и стаканом нажимным установлены шайбы подкладные, между стаканом нажимным и проставкой установлены шайбы регулировочные, проставки выполнены в виде плоского диска, имеющего пробивные отверстия с выступами, направленными в противоположные стороны от плоскостей диска, выступы внедрены в полимерные упругие элементы, проставки, установленные на краях блока полимерных упругих элементов, выполнены с выступами, направленными в сторону крайнего полимерного упругого элемента, при этом проставки с выступами, внедренными в полимерные упругие элементы, выполнены с возможностью уменьшения упругой деформации полимерных упругих элементов при действии нагрузки на поглощающий аппарат, каждый из полимерных упругих элементов имеет в осевом сечении углубление, расположенное симметрично между плоскостями полимерного упругого элемента, причем оптимальные размеры выступов на проставках, оптимальное их количество, а также оптимальный размер углубления в осевом направлении и его диаметр определяются экспериментально в зависимости от параметров заданной силовой характеристики поглощающего аппарата при заданных величинах рабочего хода, энергоемкости поглощающего аппарата и усилия сжатия при полном ходе поглощающего аппарата.
Применение предложенной совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат: усовершенствовать поглощающий аппарат и устранить недостатки прототипа. Во-первых, применение проставок с выступами, внедренными в полимерные упругие элементы, позволяет улучшить силовую характеристику поглощающего аппарата благодаря тому что такое сочетание проставок и полимерных упругих элементов сдерживает упругую деформацию полимерных упругих элементов в радиальном направлении. Во-вторых, замена фланца нажимным диском позволяет при сохранении размера поглощающего аппарата по высоте, увеличить жесткость детали до требуемого значения. В-третьих, установка шайб регулировочных между стаканом нажимным и остальными деталями позволяет настраивать высоту поглощающего аппарата на требуемое значение без селективного подбора полимерных упругих элементов по их высоте.
Анализ уровня техники показал, что предложенная совокупность существенных признаков является новой, явным образом не следует из уровня техники и таким образом, предлагаемая полезная модель является новой и имеет изобретательский уровень.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг. 1 показан предлагаемый поглощающий аппарат, который содержит: плиту 1 прямоугольной формы, стяжной болт 2, проходящий через центральное отверстие в плите, при этом головка 3 стяжного болта входит в углубление 4,имеющееся на плите, на стяжном болту установлены и стянуты корончатой гайкой 5 с усилием начальной затяжки демпфер 6, стакан нажимной 7 с двумя окнами 8, расположенными друг напротив друга, причем стакан сориентирован относительно плиты таким образом, что каждое из окон направлено в сторону короткой стороны плиты 1, шесть полимерных упругих элементов 9 из термоэластопласта «Хайтрел», каждый из полимерных упругих элементов 9 имеет торообразную форму, между ними установлены проставки 10,каждая из которых имеет центральное отверстие 11 с помощью которого проставка установлена на стяжном болту 2 с возможностью перемещения вдоль его оси, корончатая гайка 5 законтрена от поворота относительно стяжного болта 2 шплинтом 12, между корончатой гайкой 5 и демпфером 6 установлен диск нажимной 13, между демпфером 6 и стаканом нажимным 7 установлены шайбы подкладные 14, между стаканом нажимным 7 и проставкой 10 установлены шайбы регулировочные 15, проставки выполнены в виде плоского диска, имеющего пробивные отверстия с выступами 16,направлен-ными в противоположные стороны от плоскостей диска, выступы 16 внедрены в полимерные упругие элементы 9, проставки 10, установленные на краях блока полимерных упругих элементов 9, выполнены с выступами, направленными в сторону крайнего полимерного упругого элемента, каждый из полимерных упругих элементов 9 имеет в осевом сечении углубление 17, расположенное симметрично между плоскостями полимерного упругого элемента.
Поглощающий аппарат с полимерными упругими элементами работает следующим образом. После установки поглощающего аппарата в сцепное или автосцепное устройство пассажирского подвижного состава он воспринимает через стакан нажимной 7 и плиту 1 динамические воздействия, которые возникают при маневровых операциях, а также при движении пассажирского подвижного состава. Стакан нажимной 7 и плита 1 сжимают полимерные упругие элементы 9, при этом полный конструктивный ход может достигать 80+5 мм. Деформирование полимерных упругих элементов на такую существенную величину и последующая их разгрузка приводит к существенному рассеиванию энергии динамического воздействия благодаря высокому коэффициенту внутреннего трения в полимере «Хайтрел». При обратном ходе демпфер 6 смягчает динамическое взаимодействие стакана нажимного 7 и диска нажимного 13. В сравнении с прототипом предлагаемый поглощающий аппарат имеет улучшенную характеристику благодаря тому что выступы проставок внедрены в полимерные упругие элементы и сдерживают упругую деформацию полимерных упругих элементов в радиальном направлении. Кроме того, наличие в осевом сечении каждого из полимерных упругих элементов углубления дополнительно улучшает силовую характеристику поглощающего аппарата при динамическом и квазистатическом его нагружении.
В предлагаемом поглощающем аппарате с полимерными упругими элементами решена задача полезной модели. Предложена конструкция, у которой устранены недостатки прототипа. Улучшена силовая характеристика поглощающего аппарата благодаря использованию проставок с внедренными в полимерные упругие элементы выступами, сдерживающих упругую деформацию полимерных упругих элементов в радиальном направлении. Кроме того, наличие в осевом сечении каждого из полимерных упругих элементов углубления дополнительно улучшает силовую характеристику поглощающего аппарата при динамическом и квазистатическом его нагружении. Замена фланца на диск нажимной позволила при сохранении высоты поглощающего аппарата увеличить жесткость детали до требуемого значения. Введение в конструкцию поглощающего аппарата шайб регулировочных позволило настраивать высоту поглощающего аппарата при его сборке на заданную величину и исключить селективный подбор полимерных упругих элементов по высоте.
На предложенную конструкцию поглощающего аппарата с полимерными упругими элементами разработана конструкторская документация, по которой изготовлены опытные образцы, проходящие всесторонние испытания.
Таким образом, предложенная полезная модель промышленно применима.