БАМПЕР ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE BUMPER

Изобретение относится к транспортным средствам, частности к устройствам для гашения энергии удара при столкновении транспортных средств с препятствием.
Известны энергопоглощающие бамперы транспортных средств, содержащие закрепленные на опорной панели и раме в передней части кузова ячеистую облицовку из упругопластического материала с ячейками, образованными ребрами, армированными снаружи сеткой и заполненными полимерными пеноматериалами /см. а.c. СССР №965840, кл. B60R 19/08, B62D 25/08, 1980 [1]; а.c. СССР №1500529, кл. B60R 19/03, B62D 25/08, 1987 [2]/.
Недостатком известных устройств является их сравнительно низкая эффективность защиты при серьезных ударных столкновениях транспортного средства с препятствием или другим транспортным средством, характеризующихся малой продолжительностью и значительной кинетической энергией удара.
Известен также бампер транспортного средства, содержащий смонтированные на кузове внешнюю подвижную и внутреннюю неподвижные рамы, обтянутые эластичным покрытием и кинематически связанные между собой посредством фигурных рычагов и упругих элементов, шарнирно соединенных с образованием сложного рычажного механизма в виде прямых и обратных ножниц /см. а.с. СССР №153237, кл. B60R 19/18, E02B 3/22, 1988 [3]/.
Данное устройство, обеспечивая рациональное перераспределение силы удара по площади ударных поверхностей и прогрессирующее поглощение энергии и силы сопротивления удару на конечном участке перемещения, также имеет низкую эффективность защиты транспортного средства при интенсивных ударных столкновениях и не спасает транспортное средство от разрушения.
Кроме того, известен энергопоглощающий бампер транспортного средства, содержащий ударный брус, укрепленный на кузове с помощью боковых направляющих и толкателей, упруго установленных с помощью пакетов деформирующихся элементов в полостях лонжеронов рамы, связанных между собой поперечинами /см. а.с. СССР №664544, кл. B60R 19/08, F16F 13/00, 1972 [4]/.
Недостатками данного устройства является сравнительно низкая эффективность защиты транспортного средства при серьезных ударных столкновениях с препятствием вследствие того, что гашение кинетической энергии удара в данном устройстве обеспечивается только за счет поглощения энергии удара при упругопластических деформациях пакетов элементов и ее ударного рассеяния в материале данных элементов.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является бампер транспортного средства, содержащий смонтированные на кузове наружную подвижную и внутреннюю неподвижную рамы, соединенные цилиндрическими винтовыми пружинами сжатия с устройством для их фиксации в сжатом состоянии /см. а.с. СССР №116264, кл. B60R 19/18, 1984 [5]/, и принятый за прототип.
Недостатком устройства-прототипа, преобразующего кинетическую энергию удара в потенциальную энергию сжатых пружин при их упругопластических деформациях, а также частично рассеивающего энергию удара при послеударных колебаниях пружин, является предельно низкая эффективность защиты транспортного средства при серьезных столкновениях со значительными энергиями ударных взаимодействий, отсутствие принципиальных возможностей гашения таких ударов, приводящих к разрушению транспортного средства.
Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простой и технологичной конструкции бампера, обеспечивающего одновременно как рассеяние энергии ударов при столкновениях малой интенсивности за счет колебательных и виброударных взаимодействий элементов бампера, так и защиту транспортного средства от разрушения при мощных энергоемких столкновениях со значительными ударными нагрузками и гашение силы удара за счет обеспечения бампером возможности перевода в момент удара его направления и энергии на другие наиболее энергопоглощающие и деформируемые элементы транспортного средства, максимально возможно связанные с землей, в частности на передние колеса с одновременным экстренным торможением транспортного средства, и, соответственно, максимального ограничения последствий удара.
Технический результат - повышение эффективности защиты транспортного средства при энергоемких столкновениях со значительными ударными нагрузками.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном бампере транспортного средства, содержащем смонтированные на кузове наружную подвижную и внутреннюю неподвижную рамы, соединенные цилиндрическими винтовыми пружинами сжатия, особенность заключается в том, что на внутренней неподвижной раме напротив каждого из двух передних колес транспортного средства закреплен с помощью осевого фиксатора, разрушаемого при заданной силе удара, болтовой упор, головная часть которого, обращенная к наружной раме и входящая с ней в ударный контакт, введена концентрично внутрь одной из пружин, а концевая резьбовая часть, выходящая из неподвижной рамы внутрь кузова, снабжена накладкой в форме участка боковой поверхности полого цилиндра, входящей при разрушении осевого фиксатора в силовой охватывающий контакт с передней рабочей поверхностью колеса.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на виде сверху схематично изображен предлагаемый бампер с продольным разрезом и примыкающая к бамперу область внутри кузова между его передней частью и передними колесами транспортного средства.
Бампер транспортного средства содержит смонтированные на его кузове 1 стальные наружную подвижную 2 и внутреннюю неподвижную 3 рамы, соединенные цилиндрическими винтовыми пружинами сжатия 4 и прикрепленные к передней части кузова 1 винтами 5. При этом на внутренней неподвижной раме 3 напротив каждого из двух передних колес 6 транспортного средства закреплен с помощью осевого фиксатора, разрушаемого при заранее заданной силе удара при столкновении, стальной болтовой упор 7, головная часть 8 которого, обращенная к наручней раме 2 и входящая с ней в ударный контакт, введена концентрично внутрь одной из пружин 4, а концевая резьбовая часть 9 болтового упора 7, выходящая из неподвижной рамы 3 сквозь отверстие 10 в передней части кузова 1 внутрь него, снабжена стальной накладкой 11 в форме участка боковой поверхности полого цилиндра, прикрепленной к внутреннему торцу болтового упора 7 винтом 12 и входящей при разрушении осевого фиксатора в силовой охватывающий контакт с передней рабочей поверхностью соответствующего из двух колес 6.
Осевой фиксатор болтового упора 7 на внутренней неподвижной раме 3, разрушаемый при заранее заданной силе удара транспортного средства при столкновении, выполнен в виде двух гаек 13, 14, навернутых на каждый из болтовых упоров 7 по обе стороны от неподвижной рамы 3 и зажимающих последнюю с последующей контровкой против отворачивания /на чертеже контровочные шайбы бы не показаны/. При этом гайки 13, 14 выполнены из металла с более низким пределом прочности по сравнению со сталью болтового упора 7 и неподвижной рамы 3, в частности из сплава дуралюминия, причем гайка 14 с внутренней стороны неподвижной рамы 3 свободно проходит через отверстие 10 в передней части кузова 1, концентричное болтовому упору 7. Подбор заранее заданной силы удара, при котором должно происходить разрушение гаек 13, производится либо путем вариации их высоты, либо путем выполнения в гайке 13 сквозных радиальных отверстий 15, либо того и другого одновременно. Выполнение таких отверстий 15 резко уменьшает прочность всей гайки 13 при действии на болтовой упор 7 осевых нагрузок, а также уменьшает рабочую площадь резьбовой поверхности гайки 13, что резко снижает необходимые усилия для сдвига ее резьбы и, соответственно, для проваливания упора 7 внутрь кузова 1 при осевых нагрузках на болтовой упор 7.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
При столкновениях транспортного средства с препятствиями и другими транспортными средствами с малыми ударными нагрузками и, соответственно, малой амплитудой ударных смещений наружной подвижной рамы 2 относительно внутренней неподвижной рамы 3 происходит гашение кинетической энергии удара за счет диссипации энергии в материале пружин 4, ее преобразование в потенциальную энергию упругих и пластических деформаций пружин 4, а также за счет рассеяния кинетической энергии при динамических соударениях наружной подвижной рамы 2 с головными частями 8 болтовых упоров 7, зажатых с помощью разрушаемых осевых фиксаторов 13, 14 на внутренней неподвижной раме 3. При мощном столкновении со значительной ударной нагрузкой вследствие удара внутренней поверхности наружной подвижной рамы 2 в головки 8 болтовых упоров 7 происходит разрушение гаек 13 с наружной стороны внутренней рамы 3, а именно  сдвиговой срыв резьбы на этих гайках, в результате чего болтовые упоры 7 под давлением со стороны подвижной рамы 2 проваливаются через отверстия 10 внутрь кузова 1. При этом происходит силовой охватывающий контакт внутренних поверхностей накладок 11 с передними рабочими поверхностями соответствующих передних колес 6 транспортного средства /длина введенной внутрь пружины 4 головной части 8 болтового упора 7 обеспечивает выполнение такого контакта/. В результате такого контакта осуществляется одновременно резкое аварийное торможение транспортного средства, а также - что самое главное - высокоинтенсивное гашение кинетической энергии удара при столкновении за счет перевода непосредственно в момент удара его направления и энергии в такие наиболее энергопоглощающие и деформируемые элементытранспортного  средства, как колеса 6. При этом последние максимально связаны с землей, то есть поглощение колесами 6 энергии кинетического удара сопровождается как частичным либо полным разрушением колес 6, для которого характерно огромное выделение энергии, так и параллельными отводом части энергии удара в землю и расхода ее на трение между поверхностями колес 6 и накладок 11. При этом предлагаемое устройство независимо от направления внешнего удара и места его приложения к бамперу позволяет увести деформируемую зону транспортного средства, поглощающую энергию удара, с жизненно важного направления, то есть на область расположения водителя и пассажиров, в зону колес 6 и земли. Вышеуказанное аварийное торможение при ударном столкновении за счет силового контакта накладок 11 с колесами 6 либо усиливает эффект торможения, выполняемого водителем перед моментом удара, либо - в случае неожиданного столкновения - является единственным воздействием, гасящим скорость транспортного средства в момент удара, что особенно важно. Возможное разрушение колес 6 при переводе на них ударного взаимодействия, о чем было уже сказано выше, сопровождаемое взрывом с интенсивным рассеянием кинетической энергии удара, особенно эффективно и может помочь сохранить живучесть конструкции транспортного средства в наиболее критических случаях.
Предлагаемое устройство бампера имеет простую и технологичную конструкцию и особенно эффективно при наиболее опасных столкновениях транспортного средства со значительными ударными нагрузками, помогая спасти последнее от разрушения, выжить водителю и пассажирам.