ПОГЛОЩАЮЩИЙ АППАРАТ
ABSORBING DEVICE

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к автосцепным устройствам, обеспечивающим соединение вагонов и головных вагонов (локомотивов) железнодорожных транспортных средств, и предназначено для обеспечения эффективной защиты конструкции вагона и перевозимого в нем груза от действия продольных нагрузок, возникающих при маневровых работах на сортировочных горках и в переходных режимах ведения поезда.
Из уровня техники известен гидрогазовый поглощающий аппарат автосцепки (см. авт. свидет. СССР №525581, МПК B21G 11/12, опубл. 17.11.1976), который содержит цилиндр с крышкой, разделенный на две части перегородкой с образованием газовой и гидравлической камер. С одной стороны перегородки размещен поршень со штоком, а с другой - плавающий поршень. В конструкции аппарата использованы уплотнения. Недостатком аппарата по указанному техническому решению является его значительная металлоемкость, а также сложность используемых уплотнений для поддержания работоспособности конструкции в условиях высоких давлений.
Известен также фрикционно-полимерный поглощающий аппарат автосцепки (см. патент РФ №2397896, МПК B61G 11/00, опубл. 27.08.2010), содержащий корпус, внутри которого размещены подвижные и неподвижные фрикционные пластины и распорный блок, поджатый полимерными упругими элементами, заполненный объемно сжимаемым эластомером, а подвижные и неподвижные фрикционные пластины выполнены с уклонами.
Недостатком известного поглощающего аппарата автосцепки является невозможность обеспечения сохранности распорного блока, так как продольное усилие от автосцепки через упорную плиту напрямую передается на распорный блок. Кроме того, к недостаткам относится и то, что пространство между фрикционными пластинами, в котором размещается распорный блок, ограничено и поместить распорный блок необходимых размеров, обеспечивающих условия прочности, крайне затруднительно. Имеет место пониженная надежность конструкции за счет возможности заклинивания при восстановлении при его работе в автосцепке.
Наиболее близким по технической сущности является поглощающий аппарат (см. патент РФ №2446068, МПК B61G 11/12, опубл. 27.03.2012), содержащий цилиндр, выполненный с двумя сообщающимися между собой полостями, заполненными вязкопластичной жидкостью, в одной из которых установлено донышко цилиндра, шток с поршнем, выполненный с возможностью обеспечения перетекания рабочей жидкости, при этом в одной из полостей цилиндра установлены соосно с корпусом упругие элементы, выполненные из упругопластичного материала и разделенные сепараторами, расположенными соосно с корпусом и имеющими проточки по периметру, отверстия и центральные каналы для обеспечения перетекания вязкопластичной жидкости между полостями.
Конструкция известного поглощающего аппарата позволяет уменьшить давление вязкопластичной жидкости в аппарате на 25…30%.
Для повышения эксплуатационных характеристик предлагается установка, по меньшей мере, одного дополнительного упругого элемента, выполненного из упругопластического материала и установленного на донышке цилиндра соосно со штоком, а также наличие в штоке центральной камеры, а в поршне и сепараторах дополнительных каналов для обеспечения более стабильного перетекания вязкопластичной жидкости между полостями, что обеспечит повышение энергоемкости аппарата, улучшит его диссипативные характеристики и повысит надежность в эксплуатации.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание поглощающего аппарата повышенной энергоемкости, улучшенных диссипативных свойств, а также более высокой надежностью в эксплуатации.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в увеличении энергоемкости аппарата, улучшении диссипативных свойств, повышении надежности.
Задача, положенная в основу настоящего изобретения, решается тем, что в поглощающем аппарате, содержащем цилиндр, выполненный с двумя сообщающимися между собой полостями, заполненными вязкопластичной жидкостью, в одной из которых установлено донышко, шток с поршнем, выполненным с возможностью обеспечения перетекания рабочей жидкости, при этом в одной из полостей цилиндра установлены соосно с последним упругие элементы, выполненные из упругопластичного материала и разделенные соосно расположенными сепараторами, имеющими проточки по периметру с установленными в них опорно-направляющими кольцами, отверстия и центральные каналы для обеспечения перетекания вязкопластичной жидкости между полостями, на донышке соосно со штоком установлен, по меньшей мере, один упругий элемент, поршень выполнен в виде двух цилиндрических поверхностей с центральным каналом, разделенных пазом, причем первая поверхность выполнена с проточкой и установленным в последней опорно-направляющим кольцом, а вторая - с возможностью образования калиброванного зазора между поршнем и полостью цилиндра.
Кроме того, поршень выполнен с центральным каналом, соединенным наклонными каналами с запоршневой гидравлической полостью, первая цилиндрическая поверхность поршня выполнена ступенчатой с периферийными каналами, а в донной части паза размещены поперечные каналы, соединяющие центральный канал с подпоршневой гидравлической полостью.
Кроме того, в сепараторах выполнены центральный, периферийные и поперечные каналы, соединяющие центральный канал с подпоршневой гидравлической полостью.
Кроме того, вторая цилиндрическая поверхность поршня снабжена периферийными каналами с размещенными в них клапанами обратного хода.
Установка на донышке цилиндра соосно со штоком, по меньшей мере, одного упругого элемента в совокупности с упругими элементами, расположенными в подпоршневой гидравлической полости, а также выполнение поршня с центральной полостью в виде двух цилиндрических поверхностей, разделенных пазом, одна из которых выполнена с проточкой и установленным в последней опорно-направляющим кольцом поршня, а другая - с возможностью образования калиброванного зазора между поршнем и внутренней стенкой цилиндра, позволяют уменьшить давление в цилиндре поглощающего аппарата, при этом внешняя воспринимаемая аппаратом нагрузка на штоке определяется как сумма трех нагрузок:
ЭЛ 9
- F - нагрузка, воспринимаемая упругими элементами, расположенными внутри цилиндра;
ЭЛ 15
- F - нагрузка, воспринимаемая упругими элементами, расположенными снаружи аппарата на штоке;
ДАВЛ
- F - нагрузка на шток аппарата, создаваемая давлением вязкопластичной жидкостью.
Отсюда следует, что, при восприятии одинаковой максимальной нагрузки, у поглощающего аппарата предлагаемой конструкции максимальное давление вязкопластичной жидкости в аппарате ниже, чем у прототипа.
Перечисленные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения указанного технического результата.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста в области автосцепных устройств грузовых вагонов, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления поглощающего аппарата можно сделать вывод о его соответствии критериям патентоспособности.
Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого изобретения на указанный заявителем технический результат, следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».
Предпочтительный вариант выполнения поглощающего аппарата проиллюстрирован на чертеже, где показан общий вид предложенного поглощающего аппарата в разрезе.
На чертеже соответствующие конструктивные элементы поглощающего аппарата обозначены следующими позициями:
1 - шток;
2 - опорно-направляющее кольцо штока;
3 - донышко;
4 - уплотнение шток-донышко;
5 - центральный канал штока;
6 - уплотнение донышко-корпус;
7 - запоршневая гидравлическая полость;
8 - наклонный канал поршня;
9 - периферийный канал с клапаном обратного хода;
10 - калиброванный зазор;
11 - поршень;
12 - паз поршня с поперечным каналом;
13 - опорно-направляющее кольцо поршня;
14 - периферийный канал для перетекания в поршне;
15 - внутренний упругий элемент;
16 - подпоршневая гидравлическая полость;
17 - опорно-направляющее кольцо сепаратора;
18 - периферийный канал для перетекания в сепараторе;
19 - поперечный канал в сепараторе;
20 - плита упорная;
21 - стяжной болт;
22 - наружный упругий элемент;
23 - дистанционная втулка;
24 - узел крепления стяжного болта;
25 - корпус (цилиндр);
26 - гидравлическая полость упругопластичных элементов;
27 - центральный канал для перетекания в сепараторе;
28 - сепаратор;
29 - опорная плита;
30 - промежуточная плита.
Поглощающий аппарат содержит цилиндрический корпус 25, опорную плиту 29 и упорную плиту 20, соединенную с корпусом с помощью узла крепления 24 стяжных болтов 21. Корпус (цилиндр) 25 выполнен с двумя сообщающимися между собой гидравлическими полостями 7 и 16, заполненными вязкопластичной жидкостью, в одной из которых (7) установлено донышко 3, шток 1 с поршнем 11, выполненным с возможностью обеспечения перетекания рабочей жидкости, при этом в другой полости 16 цилиндра 25 установлены соосно с ним упругие элементы 15, выполненные из упругопластичного материала и разделенные сепараторами 28, расположенными соосно с цилиндром 25 и имеющими проточки по периметру для установки опорно-направляющих колец сепаратора, отверстия и центральные каналы для обеспечения перетекания вязкопластичной жидкости между полостями. На донышке 3 соосно со штоком 1 установлен, по меньшей мере, один упругий элемент 22, поршень 11 выполнен в виде двух цилиндрических поверхностей с центральным каналом 5, разделенных пазом, причем первая поверхность выполнена с проточкой и установленным в последней опорно-направляющим кольцом 13, а вторая - с возможностью образования калиброванного зазора 10 между поршнем 11 и внутренней стенкой цилиндра 25. Поршень 11 выполнен с центральным каналом 5, соединенным наклонными каналами 8 с запоршневой гидравлической полостью 7, при этом первая цилиндрическая поверхность поршня выполнена ступенчатой с периферийными каналами 14, а в донной части паза размещены поперечные каналы 12, соединяющие центральный канал 5 с подпоршневой гидравлической полостью 16. В сепараторах 28 выполнены центральный 27, периферийные 18 и поперечные 19 каналы, соединяющие центральную полость 26 упругопластичных элементов 15 с подпоршневой 16 гидравлической полостью. Вторая поверхность поршня 11 снабжена периферийными каналами 9 с размещенными в них клапанами обратного хода.
Поглощающий аппарат при квазистатическом обжатии работает следующим образом.
Под действием сжимающей нагрузки шток 1 с поршнем 11 перемещаются внутрь гидравлической полости 16, за счет чего происходит сжатие внутренних упругих элементов 15, уменьшение объема гидравлических полостей 16, 26 и повышение в них давления. При этом возникает усилие, препятствующее обжатию поглощающего аппарата, состоящее из усилия сжатия внутренних упругих элементов и действия давления на шток с поршнем вязкопластичной жидкости.
При достижении обжатия штока примерно 60…70% от полного обжатия происходит сжатие наружного упругопластического элемента 22, расположенного соосно со штоком 1 на донышке 3, за счет чего возникает дополнительное усилие, препятствующее обжатию аппарата.
При динамическом обжатии аппарата вязкопластичная жидкость из подпоршневой гидравлической полости 16 перетекает через калиброванный зазор 10 между поршнем и цилиндром в запоршневую гидравлическую полость 7, создается перепад давления между подпоршневой гидравлической полостью и запоршневой гидравлической полостью, что создает дополнительное усилие, препятствующее обжатию поглощающего аппарата.
При прямом ходе штока 1 с поршнем 11 клапана 9, расположенные по окружности поршня, закрыты и препятствуют перетеканию вязкопластичной жидкости из гидравлических полостей 16 и 26 в запоршневую гидравлическую полость 7.
Также при динамическом обжатии аппарата вязкопластичная жидкость, находящаяся в гидравлической полости 26 внутренних упругих элементов 15, вытесняется через центральные каналы 27, поперечные каналы 19 и периферийные каналы 18 в подпоршневую гидравлическую полость 16, а через центральный канал 5 штока, поперечные каналы 12 и наклонные каналы 8 в поршне в запоршневую гидравлическую полость 7.
Диссипация поглощенной энергии происходит в основном за счет перехода в тепло энергии гидравлического сопротивления перетекания в калибровочный зазор вязкопластичной жидкости, заполняющей гидравлические полости.
Возврат штока с поршнем при обратном ходе происходит за счет усилия сжатых внутренних упругих элементов 15 и давления в гидравлических полостях 16 и 26. При обратном ходе штока с поршнем клапана 9 обратного хода открываются, обеспечивая минимальное сопротивление выходу штока с поршнем.
По установочным размерам предлагаемый поглощающий аппарат полностью взаимозаменяем с поглощающими аппаратами пружинно-фрикционного типа и устанавливается в тяговый хомут автосцепного устройства по технологии установки этих аппаратов.
Предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить давление вязкопластичной жидкости в поглощающем аппарате на 50…55%.
Образец предлагаемого поглощающего аппарата был разработан на основе детальных экспериментальных исследований параметров конструкции аппарата и процесса его работы и предназначен для установки на газовые цистерны, а также грузовые вагоны, перевозящие особо опасные грузы (ВВ, ОВ и т.п.).
Конструкция поглощающего аппарата проста в изготовлении, не требует разработки нового оборудования и переоснащения существующих производств, а используемые средства широко применяются в железнодорожном транспорте, что подтверждает возможность практической реализации и достижения технического результата.