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 шумовибропоглощающая 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 РФ №2350501 (B61G 9/10, 2009), 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.
Известен 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. Известный 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. К недостаткам описанного устройства можно отнести трудность в обеспечении безударного режима его работы поглощающего аппарата, кроме того, требуется селективный подбор полимерных упругих элементов по высоте, т.к. не предусмотрена регулировка высоты поглощающего аппарата.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству является 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 напротив друг 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 (RU136775, B61G 9/14, 2014). Данная конструкция выбрана за прототип. Отличительной особенностью прототипа является то, что 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 определены 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. Прототип характеризуется недостаточной надёжностью, обусловленной возможностью выхода из его строя при превышении максимальной силы, воздействующей на поглощающий аппарат и, соответственно, превышении максимально допустимого полного хода. В этом случае деформация полимерных упругих элементов становится необратимой и поглощающий аппарат выходит из строя.
Техническая проблема заключается в создании поглощающего аппарата, лишённого указанного недостатка. Технический результат заключается в повышении надёжности.
Для решения поставленной технической проблемы, а также для достижения заявленного технического результата предлагается 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 напротив друг 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 стяжной болт с возможностью перемещения вдоль его оси. На краях блока полимерных упругих элементов установлено по одной проставке. Корончатая гайка законтрена от поворота относительно стяжного болта. Отличительной особенностью предлагаемого аппарата является то, что плита оснащена обечайкой с внутренней цилиндрической поверхностью. Во внутренней полости обечайки размещены полимерные упругие элементы, причем свободный торец обечайки отстоит от дна стакана нажимного на величину, находящуюся в пределах от 70 до 85 мм, а наружный диаметр стакана выполнен большим, чем внутренний диаметр обечайки.
Дополнительно предлагается проставки выполнить в виде плоского диска, имеющего пробивные отверстия с выступами, направленными в противоположные стороны от плоскостей диска. Выступы внедрить в полимерные упругие элементы, проставки установить на краях блока полимерных упругих элементов и выполнить с выступами, направленными в сторону крайнего полимерного упругого элемента. При этом каждый из полимерных упругих элементов изготовить с углублением в осевом сечении, расположенным симметрично между плоскостями полимерного упругого элемента.
Также дополнительно предлагается обечайку выполнить, по меньшей мере, с двумя опирающимися на плиту ребрами жесткости.
Оснащение плиты обечайкой с внутренней цилиндрической поверхностью с размещением во внутренней полости обечайки полимерных упругих элементов, при условии, что свободный торец обечайки отстоит от дна стакана нажимного на величину находящуюся в пределах от 70 до 85 мм, а наружный диаметр стакана выполнен большим, чем внутренний диаметр обечайки, позволяет предотвратить сверхдопустимую деформацию полимерных упругих элементов при воздействии силы, превышающей максимально допустимую. Таким образом, достигается технический результат.
СТ
ОБ
СТ
ОБ
На фиг. 1 представлен продольный разрез предлагаемого устройства, на фиг. 2 - поперечный разрез по обечайке, на фиг. 3 - поперечный разрез по стакану нажимному, где 1 - плита, 2 - стяжной болт, 3 - корончатая гайка, 4 - демпфер, 5 - стакан нажимной, 6 - окна, 7 - полимерные упругие элементы, 8 - проставки, 9 - шплинт, 10 - обечайка, 11 - пробивные отверстия с выступами на проставках, 12 - ребро жёсткости, 13 - диск нажимной. L - расстояние от свободного тора обечайки до дна стакана нажимного (70 ≤ L ≤ 85). D - наружный диаметр стакана, d - внутренний диаметр обечайки ( D> d).
Устройство работает следующим образом. После установки поглощающего аппарата в сцепное или автосцепное устройство пассажирского подвижного состава он воспринимает через стакан нажимной 5 и плиту 1 динамические воздействия, которые возникают при маневровых операциях, а также при движении пассажирского подвижного состава. Стакан нажимной 5 и плита 1 сжимают полимерные упругие элементы 7, при этом полный конструктивный ход может достигать 85 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 4 смягчает динамическое взаимодействие стакана нажимного 5 и диска нажимного 13. При воздействии на поглощающий аппарата усилия, превышающего максимально допустимое свободный торец обечайки 10 доходит до дна стакана нажимного 5 и упирается в него, тем самым предотвращая сверхдопустимую деформацию полимерных упругих элементов 7. При этом ребра жесткости 12 позволяют сохранить первоначальную форму обечайке 10.