Тягово-буферное устройство двухстороннего действия

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и касается амортизаторов транспортных средств, преимущественно для тяговых и буферных устройств, устанавливаемых между вагонами железнодорожного состава, а также для амортизаторов подвески тяжелонагруженных грузовиков.
Известно тягово-буферное устройство двухстороннего действия [1, Патент US 742793, МПК В60G 11/22, приоритет 2.10.1901, опубликован 27.10.1903 г.], содержащее размещенные в корпусе демпфирующие пакеты в виде металлических пружин, разграниченные разделителем, обеспечивающим работоспособность устройства в каждую из сторон. Однако для достижения высоких силовых характеристик такого устройства, которое применяется в тяжелонагруженных условиях железнодорожного транспорта, требуется множество пружин, что значительно удорожает изделие. К тому же, металлические пружины имеют свойство охрупчания при критически низких температурах, приводящее к разрушению.
Данная проблема частично устранена в тягово-буферном устройстве двухстороннего действия [2, US 2469126, МПК В60G 11/22, приоритет 16.01.1948, опубликован 03.05.1949 г.], где в качестве демпфирующих пакетов применены резинометаллические элементы, сквозь отверстия в которых пропущен центрирующий стержень. На центрирующем стержне закреплен разделитель, который при сжатии устройства воздействует на один из демпфирующих пакетов, а при растяжении - на другой. Резинометаллические элементы обеспечивают большую жесткость устройства, что позволяет достичь качественных силовых характеристик устройств. Однако резина имеет недостатки, свойственные и металлическим пружинам при критически низких температурах, то есть возможность охрупчания и разрушения. Кроме того, силовые характеристики резинометаллических элементов сильно зависят от температур, а также склонны к быстрому разрушению при частых циклических нагружениях.
Более долговечным и обладающим более стабильными характеристиками является принятое за прототип полезной модели, тягово-буферное устройство двухстороннего действия, примененное в конструкции амортизатора подвески грузовика [3, US 8356807, МПК В60G 11/22, приоритет 26.06.2010, опубликован 22.01.2013 г.]. Такое устройство двухстороннего действия в амортизаторе содержит разграниченные разделителем демпфирующие пакеты предварительно поджатых упруго-эластичных элементов, которые перемежены пластинами, а также центрирующий стержень, пропущенный сквозь отверстия в упруго-эластичных элементах и пластинах, при этом упруго-эластичные элементы собраны в пакеты с возможностью своего поочередного максимального сжатия.
Упруго-эластичные элементы в таком устройстве выполнены из эластомера, обладающего высокой упругостью наряду с эластичностью, низкой остаточной деформацией и высокой морозостойкостью. Однако бочкообразная форма таких элементов при многократном циклическом нагружении способствует проседанию, то есть накоплению остаточных деформаций. Это приводит к снижению жесткости демпфирующих пакетов и ухудшению силовых характеристик устройства и амортизатора в целом. Кроме того, при сжатии упруго-эластичных элементов происходит их значительное увеличение по наружному диаметру, что требует увеличения и габаритов устройств, в которых они применяются. Причем, в прототипе [3] в каждом из пакетов применяется большое количество (более пяти) упруго-эластичных элементов. Тягово-буферное устройство амортизатора заключено в телескопический корпус, что усложняет конструкцию подвески транспортного средства, а также может приводить при тяжелых условиях эксплуатации к потере устойчивости демпфирующих пакетов.
Поэтому задачей полезной модели является упрощение конструкции, уменьшение габаритов и повышение надежности тягово-буферного устройства двухстороннего действия путем устранения вероятности перекашивания его демпфирующих пакетов упруго-эластичных элементов и потери их устойчивости, а также минимизации накопления остаточной деформации в упруго-эластичных элементах при их сжатии.
Поставленная задача решается тем, что в тягово-буферном устройстве двухстороннего действия, содержащем разграниченные разделителем между собой демпфирующие пакеты предварительно поджатых упруго-эластичных элементов, которые перемежены пластинами, а также центрирующий стержень, пропущенный сквозь отверстия в упруго-эластичных элементах и пластинах, при этом упруго-эластичные элементы собраны в демпфирующие пакеты с возможностью своего поочередного максимального сжатия, имеется отличительный признак: в предварительно поджатом состоянии высота h любого упруго-эластичного элемента составляет более 15% от общей высоты Н демпфирующего пакета упруго-эластичных элементов, в котором этот упруго-эластичного элемент расположен.
Такой отличительный признак позволяет устранить вероятность перекашивания демпфирующих пакетов упруго-эластичных элементов и потери их устойчивости, а также минимизировать накопление в них остаточной деформации при сжатии. Кроме того, такое соотношение высот любого упруго-эластичного элемента и демпфирующего пакета, в котором он расположен, позволит уменьшить габариты и упростить конструкцию как тягово-буферного устройства двухстороннего действия, так и изделия, в котором оно расположено, например, амортизатора карьерного самосвала или поглощающего энергию соударения железнодорожных вагонов аппарата.
Дополнительные отличительные признаки полезной модели:
- количество упруго-эластичных элементов в каждом демпфирующем пакете не превышает пяти;
- на наружной поверхности упруго-эластичных элементов выполнена кольцевая канавка;
- применены упруго-эластичные элементы, высота которых в предварительно поджатом своем состоянии составляет не менее 15% их диаметра;
- демпфирующие пакеты предварительно поджатых упруго-эластичных элементов расположены между разделителем и опорными плитами, причем через разделитель и одну из опорных плит пропущена одна направляющая, закрепленная на другой опорной плите, через которую и через разделитель пропущена другая направляющая, закрепленная на упомянутой первой опорной плите, и не направляющих, возле разделителя зафиксированы упоры.
Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1 показано тягово-буферное устройство двухстороннего действия по полезной модели; на фиг. 2 оно показано со сжатием в одну сторону; на фиг. 3-со сжатием в другую сторону; на фиг. 4 показан примерный вид упруго-эластичного элемента с кольцевой канавкой на наружной поверхности; на фиг. 5 элемент по фиг. 4 показан между двумя пластинами при приложении нагрузки.
Тягово-буферное устройство двухстороннего действия содержит (фиг. 1), разделитель 1, опорные плиты 2, 3 и направляющие 4. Одна из направляющих 4 пропущена сквозь разделитель 1 и опорную плиту 2, и закреплена на опорной плите 3, а другая направляющая 4 пропущена сквозь разделитель 1 и опорную плиту 3, и закреплена на опорной плите 2. На направляющих 4, возле разделителя 1, зафиксированы упоры 5. В опорной плите 2 закреплен центрирующий стержень 6, который расположен внутри отверстия 7 опорной плиты 3.
Имеются также упруго-эластичные элементы 8 (фиг. 1 и 4), которые перемежены пластинами 9 (фиг. 1) и собраны в демпфирующие пакеты 10, расположенные по обе стороны от разделителя 1 с упором в него и в опорные плиты 2, 3.
В предварительно поджатом состоянии высота h любого упруго-эластичного элемента 8 составляет более 15% от общей высоты Н демпфирующего пакета 10, в котором этот упруго-эластичного элемент 8 расположен.
При этом рекомендуемая высота h (фиг. 1) расположенных и предварительно поджатых в демпфирующих пакетах 10 упруго-эластичных элементов 8, должна быть не менее 15% их диаметра d1.
По наружной поверхности упруго-эластичных элементов 8 выполнена кольцевая канавка 11 (фиг. 2, 4, 5), по аналогии с упруго-эластичными элементами, выполненными из полиуретана и применяемыми в демпфирующем устройстве одностороннего действия [4, US 3929729 МПК С08G 8/28, приоритет 21.11.1974, опубликован 30.12.1975 г.]. Кольцевая канавка 11 позволяет уменьшить габариты любых демпфирующих устройств, благодаря тому, что кольцевая канавка не позволяет наружному диаметру d2 (фиг. 5) упруго-эластичного элемента 8 значительно возрастать при сжатии после приложения нагрузки Q. Кроме того, применение таких упруго-эластичных элементов 8 значительно снижает накопление остаточных деформаций, вызывающих его проседание.
Однако, в устройстве по аналогу [4] демпфирующее устройство одностороннего действия выполнено без центрирующего стержня, что негативно сказывается как на трудоемкости изготовления таких устройств, так и на их надежности.
Трудоемкость заключается в необходимости центрирования демпфирующего пакета по внутренним стенкам корпуса, что требует точной обработки как самого корпуса, так и промежуточных пластин между упруго-эластичными элементами. Если такую обработку не выполнять, то не исключена высокая вероятность отклонения оси пакета от оси корпуса, что может приводить к выпячиванию материала упруго-эластичных элементов в одну из сторон пакета, его перекашиванию, закусыванию элемента между промежуточной пластиной и корпусом с дальнейшим разрушением элемента, демпфирующего пакета и выходу из строя всего устройства в целом. Особенно часто в подобных устройствах, вне зависимости от формы элемента (бочкообразной, с наружной кольцевой канавкой), такой эффект, вызывающий потерю устойчивости, наблюдается в демпфирующих пакетах, состоящих из более, чем пяти упруго-эластичных элементов.
В устройстве же по полезной модели такой центрирующий стержень 6 имеется, и он пропущен также сквозь отверстия 12 упруго-эластичных элементов 8, которые собраны вместе с пластинами 9 в демпфирующие пакеты 10. Такая конструкция позволяет не выполнять точную обработку центрирующего стержня, внутренней поверхности корпуса, а также применять ее без корпуса вообще.
Разделитель 1 выполнен с возможностью его неподвижного закрепления на основании 13 изделия (не показано), в котором тягово-буферное устройство двухстороннего действия может быть применено. При этом в данном изделии одна из опорных плит 2, 3, или обе одновременно расположены по отношению к разделителю 1 таким образом, что демпфирующие пакеты 10 упруго-эластичных элементов 8 предварительно поджаты.
Опорные плиты 2, 3 могут быть соединены с толкателями (не показаны) изделия, в котором устанавливается тягово-буферное устройство двухстороннего действия для восприятия им внешних сил Q1 и Q2 (фиг. 2, 3).
Центрирующий стержень 6 может быть соединен с тягой (не показана) такого изделия для передачи на тягово-буферное устройство двухстороннего действия усилия F (фиг. 2). Упомянутые внешние силы Q1 и Q2 (фиг. 2, 3) и усилие F (фиг. 2) оказывают на каждый упруго-эластичный элемент 8 (фиг. 5) нагрузку Q.
Принцип действия тягово-буферного устройства двухстороннего действия основан на том, что при воздействии внешней силы Q1 (фиг. 2), прилагаемой к опорной плите 2, или при тянущем усилии F, прилагаемом к центрирующему стержню 6, сжимается контактирующий с опорной плитой 2 демпфирующий пакет 10. При этом центрирующий стержень 6 имеет возможность своим свободным концом выходить за пределы опорной плиты 3 сквозь отверстие 7 в ней, а направляющие 4 имеют возможность выходить за пределы опорных плит 2, 3.
При прекращении воздействия внешней силы Q1, устройство возвращается в исходное положение (фиг. 1).
При воздействии внешней силы Q2 (фиг. 3), прилагаемой к опорной плите 3, сжимается контактирующий с ней демпфирующий пакет 10. При этом центрирующий стержень 6 имеет возможность своим свободным концом выходить за пределы опорной плиты 3 сквозь отверстие 7 в ней, а направляющие 4 имеют возможность выходить за пределы опорных плит 2, 3.
Устройство имеет возможность работать и со сжатием всех демпфирующих пакетов 10, когда на него воздействуют одновременно внешние силы Q1 и Q2 (не показано).
Внешний вид упруго-эластичного элемента 8 по полезной модели представлен на фиг. 4. Он имеет на наружной поверхности кольцевую канавку 11 и отверстие 12. Кольцевая канавка 11 на наружной поверхности упруго-эластичного элемента 8 позволяет устранить накопление остаточной деформации при циклическом приложении к нему нагрузки Q (фиг. 5), а также уменьшить максимальный диаметр d2 при сжатии упруго-эластичного элемента 8. Такой диаметр d2 будет меньше, чем максимальный диаметр при сжатии аналогичного упруго-эластичного элемента, но без кольцевой канавки на наружной поверхности, как у аналога [4].
Таким образом, в сравнении с аналогами [1, 2, 4] и прототипом [3], в полезной модели не более пяти упруго-эластичных элементов 8 с кольцевыми канавками 11, скомпонованные вместе в демпфирующие пакеты 10, обладают лучшей устойчивостью, меньшей способностью к накоплению остаточных деформаций, а также меньшими габаритами при сжатии.
Источники информации:
1. Патент US 742793, МПК В60G 11/22, приоритет 2.10.1901, опубликован 27.10.1903 г.
2. US 2469126, МПК В60G 11/22, приоритет 16.01.1948, опубликован 03.05.1949 г.
3. US8356807, МПК В60G 11/22, приоритет 26.06.2010, опубликован 22.01.2013 г. /прототип/.
4. US 3929729 МПК С08G 8/28, приоритет 21.11.1974, опубликован 30.12.1975 г.