ЗАЩИТНЫЙ БУФЕР ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE BUMPER

Изобретение относится к устройствам для предохранения транспортных средств от воздействия ударных нагрузок при их столкновениях с препятствиями и друг с другом.
Известны защитные буферы транспортного средства, содержащие смонтированное вокруг корпуса амортизирующее ограждение, взаимодействующее с чувствительными элементами, подающими сигнал на остановку транспортного средства при деформациях ограждения, причем чувствительные элементы выполнены либо в виде электрического выключателя /см. патент США №2920731, кл. 180-94, опубл. 1960 [1]/; либо в виде закрепленных на транспортном средстве источника света, светоприемника и отражателя /см. патент США №3664701, кл.293-4, опубл. 1974 [2]/, либо в виде электретных датчиков, подключенных к блоку управления /см. а.с. СССР №852675, кл.B60R 21/08, 1979 [3]/, либо в виде гибкого рукава, заполненного текучей средой под давлением с чувствительным элементом в виде датчика давления, подключенного через блок управления к приводу и тормозной системе транспортного средства /см. а.с. СССР №116264, кл. B60R 21/08, 1984 [4]/.
Недостатками всех известных устройств являются предельная сложность конструкции, низкая эффективность поглощения энергии удара, ограниченные специальным транспортом области применения и функциональные возможности.
Известны также защитные буферы, в которых амортизирующее ограждение выполнено в виде внутреннего опорного и внешнего подвижного звеньев рамных конструкций, кинематически связанных между собой с образованием сложных рычажных механизмов /см, например, a.c. СССР №1532375, кл. B60R 19/18; E02B 3/22, 1988 [5]/, обеспечивающее рациональное перераспределение силы удара по площади контактируемых поверхностей.
Недостатками данного буфера является предельная сложность конструкции, громоздкость, ограниченные возможности применения.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является защитный буфер транспортного средства, содержащий установленные по периметру его кузова или на его отдельных, наиболее уязвимых участках, блоки защитных элементов, образующих выступающую по периферии транспортного средства подвижную поверхность и выполненных в виде одного или более рядов роликов с вертикальными осями вращения и с надетыми на них плоским ремнем или лентой, закрытых снаружи декоративной панелью из упругоэластичного материала /см. патент РФ на полезную модель №73290, кл. B60R 19/18, 006 [6]/, и принятый за прототип. Устройство трансформирует косой удар в более безопасный для кузова скользящий удар и позволяет более рационально перераспределить площадь ударных поверхностей.
Недостатками устройства-прототипа являются значительная сложность и габариты конструкций, ограниченные области применения, а также сравнительно низкая эффективность защиты транспортного средства от ударов при столкновениях. Последнее объясняется тем, что известное устройство-прототип реализует пассивный метод защиты без возможности активного гашения кинетической энергии ударов, а также тем, что оно трансформирует в скользящие только косые удары, и практически бессильно в случае пряных ударов.
Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простой и технологичной конструкции защитного буфера транспортного средства, реализующей активный способ гашения удавов путем обратного динамического воздействия на препятствие в момент удара и повышающей эффективность защиты транспортного средства.
Технический результат - упрощение конструкции устройства, расширение областей его применения и повышение эффективности защиты транспортного средства от ударов при его столкновениях.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном защитном буфере транспортного средства, содержащем установленные по периметру его кузова или на его отдельных, наиболее уязвимых, участках защитные элементы, образующие выступающую по периферии транспортного средства подвижную поверхность, особенность заключается в том, что защитные элементы выполнены в виде полос из упругой стали, изогнутых по многоволновым синусоидальным кривым с помощью узлов создания продольного сжатия критическими силами высшего порядка, соответствующими одной из высших форм релейной потери устойчивости данной полосы, со сменой направлений выпуклости и вогнутости всех ее полуволн в момент воздействия на одну из полуволн поперечной силы при ударном взаимодействии буфера с препятствием, при этом узлы создания продольного сжатия полос представляют собой систему шарнирно закрепленных на концах полос вертикальных стержневых держателей, установленных с помощью регулировочных винтов с фиксаторами на консольно прикрепленных к кузову стойках.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично показано транспортное средство с предлагаемым защитным буфером на виде сверху; на фиг.2 - вид A на фиг.1.
В качестве примера предложенного технического решения показан вариант транспортного средства с защитным буфером на его наиболее уязвимых участках, а именно - в передней и задней частях. В транспортном средстве с передними дверями буфер может быть расположен по всему периметру кузова, за исключением зоны дверей, причем иметь любую требуемую высоту. В общем случае буфер может быть установлен по всему периметру автомобиля, но располагаться ниже дверей, то есть ограничен по высоте.
Защитный буфер транспортного средства содержит установленные по периферии его кузова 1 или на его отдельных, наиболее уязвимых, участках /см. фиг.1 и 2/, защитные элементы 2, образующие выступающую по периферии транспортного средства подвижную поверхность. При этом защитные элементы 2 выполнены в виде полос из упругой стали, изогнутых по многоволновым синусоидальным кривым с помощью узлов создания продольного сжатия полос 2 критическими силами высшего порядка, соответствующими одной из высших форм релейной потери устойчивости данной полосы 2 со сменой направлений выплукости и вогнутости всех ее полуволн в момент воздействия на одну из полуволн поперечной силы при ударном взаимодействии буфера с препятствием или другим транспортным средством. Узлы создания предварительного продольного сжатия полос 2 критическими силами для их изгиба по синусоидальным кривым выполнены в виде системы шарнирно закрепленных на концах полос 2 вертикальных стержневых держателей 3, установленных с помощью регулировочных винтов 4 с фиксаторами 5 на консольно прикрепленных к кузову 1 стойках 6. Регулировочные винты 4 ввернуты в резьбовые отверстия в стойках 6, при этом их нерезьбовые концы свободно вставлены в отверстия в держателях 3 и зафиксированы с двух сторон держателя 3 свободно прокручивающимися шайбами, вставленными в проточки на винтах 4 по обе стороны от держателя 3 /на рисунках шайбы и проточки не показаны, так как механизмы для таких поступательных перемещений держателей 3 без их проворота при повороте винтов 4 в резьбе известны и широко применимы/. В случае необходимости заявитель может представить варианты подробных конструкций. Таким образом, при завороте-отвороте регулировочных винтов 4 в резьбовых отверстиях стоек 6 и придерживании рукой держателей 3 происходит приближение-удаление стержневых держателей 3 к стойкам 6, а также удержание держателей 3 на стойках 6 даже при отсутствии предварительного натяга за счет вышеуказанных шайб с обеих сторон каждого из держателей 3. Таким образом, путем вращения регулировочных винтов 4 и, соответственно, линейных перемещений вертикальных стоек 3 /их сближения в параллельном состоянии/ создается заданное предварительное сжатие полос 2 критическими силами, обеспечивающее их изгиб по синусоидальным кривым. После регулировки винты 4 фиксируются в отверстиях специальными гайками-фиксаторами 5. Загнутые в форме полого цилиндра концы каждой полосы 2 свободно надеты на пары соседних держателей 3, образуя цилиндрические шарниры. При этом стойки 6 установлены сверху и снизу каждой полосы 2 по ее краям, а регулировочные винты ввернуты по два в каждую стойку 6 с двух ее сторон: один винт 4 предназначен для крепления держателя 3 с одной стороны стойки 6, а другой винт - для держателя с другой стороны стойки 6. Винты 4 одновременно ограничивают осевые смещения полос 2 вдоль держателей 3.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Предварительно кратко остановимся на принципе работы устройства. Впервые вопрос продольной устойчивости стержней и протяженных пластин /полос/ рассмотрел и математически обосновал в 1944 году Л. Эйлер. Он дал общую формулу критической, силы, при сжатии которой стержень или полоса релейно /скачком/ теряют свою продольную устойчивость и прямолинейную форму. Более того, Эйлер показал, что бывает как низшая форма потери устойчивости, когда стержень /полоса/ при сжатии критической силой релейно выпучивается в одну из сторон, так и высшая форма потери устойчивости. При высших формах потери устойчивости стержень /полоса/ при сжатии критической силой высшего порядка принимает форму синусоиды с двумя, тремя и более полуволнами. В случае приложения к одной из полуволн такого предварительно изогнутого по синусоиде стержня /полосы/ достаточной по величине поперечной силы полоса релейно /скачком/ перескакивает из одной формы синусоиды в другую, то есть в новое устойчивое состояние равновесия, при этом полоса изменяет направления выпуклости и вогнутости всех своих полуволн на противоположные. Вышеописанный эффект легко проверит на практике, нажав, например, сверху на выпуклую полуволну предварительно изогнутой по синусоиде упругой стальной полосы действующей на нее продольной сжимающей силой /при сохранении действия этой силы, то есть один человек сжимает полосу, добиваясь создания синусоиды, а другой давит на одну из выпуклостей синусоиды сверху/. При этом полоса "щелчком" перескакивает в новое устойчивое положение, при котором выпуклости и впадины поменяются местами. Согласно данному принципу предварительным плавным заворачиванием регулировочных винтов 4 создают критические продольные сжимающие силы, обеспечивающие искривление всех полос 2 по синусоидам порядка пяти-восьми полуволнами, после чего фиксируют винты 4 в резьбе фиксаторами 5. Крепление концов полос 2 шарнирно позволяет согласно теории Л. Эйлера устойчивости сжатых стержней /полос/ резко уменьшить значение необходимой критической силы, обеспечивающей искривление полос 2 по синусоидам. Например, согласно формуле Л.Эйлера такое шарнирное закрепление концов полос 2 по сравнению с их жесткой заделкой позволяет уменьшить значение критической силы в четыре раза. Выполнение полос 2 с большим количеством полуволн /порядка четырех-восьми и более/, то есть частое чередование выпуклостей и вогнутостей, приводит в к тому, что практически любой удар снаружи в полосу 2 либо при столкновении транспортных средств, либо при столкновении с препятствием обязательно, хотя бы частично, захватит площадь выпуклой наружу полуволны полосы 2. Это приведет к релейному срабатыванию соответствующей полосы 2, ее перескоку в положение с противоположным направлением выпуклостей и вогнутостей. Такой "перескок" в момент удара приведет: во-первых, к тому, что любой удар - прямой или косой - будет трансформироваться в более безопасный для кузова 1 скользящий удар/данный процесс трансформации удара при подвижной поверхности, принимающей удар/, подробно изложен в описании по устройству-прототипу [6]; во-вторых, к перераспределению площади соударяющихся контактирующих при ударе поверхностей за счет введения в контакт с ударяющей поверхностью в момент удара части подвижной вогнутой ударяемой поверхности полосы 2, и, наконец, в-третьих, к тому, что движение вогнутых участков изогнутых поверхностей полос 2 в момент их “перескока”, направленное встречно /противофазно/ движению поверхности ударявшего тела, сопровождающиеся их встречными ударными столкновениями, оказывают обратное динамическое воздействие, то есть приводят к частичному гашению кинетической энергии удара, реализуя тем самым классический вариант активного способа гашения ударов путем встречного /противофазного/ воздействия на источник возмущения. Кроме того, такие противофазные удары вызывают активную диссипацию кинетической энергии в материале полос 2 и ее преобразование в потенциальную энергию упругих сложных изгибных деформаций полос 2.
По мнению заявителя, предложенная конструкция защитного буфера достаточно проста, технологична, незначительно увеличивает вес и габариты транспортного средства и может в тех или иных частных вариантах быть использована практически для любых моделей транспортных средств. Узлы создания продольного сжатия полос 2 /детали 4, 5, 6 и т.п./ могут быть закрыты декоративными панелями, а наличие полос 2 не ухудшает дизайн автомобиля.