УЗЕЛ ПОГЛОЩАЮЩЕГО АППАРАТА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА

Область техники
Настоящее решение относится к поглощающим аппаратам железнодорожного вагона и представляет собой конструкцию такого аппарата со смазочным элементом для обеспечения низкого коэффициента сцепления между соприкасающимися фрикционными поверхностями фрикционного узла.
Уровень техники
Известны различные конструкции поглощающих аппаратов (в частности, по патентам США №4556149 и №4591059). Ближайшим аналогом является поглощающий аппарат железнодорожного вагона по патенту РФ №2225306, опубликованному 10.03.2004, включающий корпус с закрытой концевой частью и противоположной открытой концевой частью, между которыми проходит ось с размещенным на ней пакетом упругих элементов (эластомерных подушек), пружинным упором, а также размещенный внутри корпуса на оси нажимной клин (конус), опирающийся на фрикционные клинья.
Таким образом, известные поглощающие аппараты характеризуются металлическим корпусом с закрытым задним концом и фрикционным узлом, состоящим из нескольких фрикционных элементов расположенных в направлении открытого конца: клиньев или, говоря по-другому, башмаков.
Во время работы узла поглощающего аппарата и для поглощения удара или тяговых усилий металлические компоненты фрикционного узла поглощающего аппарата работают при значительных усилиях. Из-за относительно высоких нагрузок и коэффициента трения между контактирующими поверхностями компоненты фрикционного узла склонны периодически и временно слипаться друг с другом, испытывая недостаточность смазки, тем самым приводя к нежелательному препятствию или другому затруднению работы поглощающего аппарата. Таким образом, существует потребность в обеспечении смазки между фрикционными трущимися поверхностями фрикционного узла поглощающего аппарата.
Технический результат
При использовании (применении) предлагаемого по настоящей заявке устройства проявляется технический результат, который заключается в смазывании трущихся поверхностей подвижных элементов фрикционного узла и в снижении за счет этого коэффициента трения.
В свою очередь это приводит к такому эффекту, как постоянство эксплуатационных характеристик в течение всего срока службы аппарата, увеличение срока службы, уменьшение риска поломки.
Сущность полезной модели
Поглощающий аппарат, в котором согласно настоящей полезной модели находится узел, имеет полый металлический корпус, открытый с первого конца и закрытый со второго. Корпус имеет продольную ось и несколько продольно вытянутых внутренних поверхностей у первого открытого конца, которые берут свое начало от края корпуса.
В первом (открытом) конце корпуса на равном расстоянии относительно продольной оси расположено несколько металлических фрикционных элементов (часто именуются клиньями, башмаками). Каждый такой фрикционный элемент имеет аксиально-расположенные первый и второй концы и внешнюю поверхность между концами. Внешняя поверхность каждого такого элемента плотно контактирует с одной из названных наклонных продольно вытянутых внутренних поверхностей на корпусе. Эти трущиеся поверхности расположены под предварительно определенным углом относительно продольной оси поглощающего аппарата
Имеется также воспринимающая внешнее усилие металлическая коническая деталь (далее по тексту именуется также - нажимной конус) для аксиальных движений относительно первого конца корпуса. Нажимной конус имеет ряд внешних фрикционных поверхностей, расположенных на равном расстоянии относительно продольной оси. Количество таких поверхностей равно количеству фрикционных элементов.
Нажимной конус плотно контактирует с внутренней наклонной подвижной поверхностью каждого фрикционного элемента, образуя с нею пару трения, и приводит фрикционные элементы в движение аксиально и радиально наружу под действием аксиального движения нажимного конуса внутрь корпуса.
Следует отметить, что нажимной конус выполняется с возможностью его осевого перемещения, что необходимо, в частности, для помещения и фиксации его нижней части внутри корпуса поглощающего аппарата. Так, для удержания нажимного клина и фрикционных элементов в открытой части корпуса внутренняя концевая часть нажимного клина выполняется с рядом расположенных по окружности и выступающих наружу фланцев, как это описано в описании к патенту на ближайший аналог. А открытая часть корпуса выполнена с соответствующим числом расположенных с промежутками между собой и направленных во внутрь выступов. При сборке поглощающего аппарата фланцы нажимного клина входят в зацепление с выступами корпуса, располагаясь сзади или с внутренней стороны от них, поэтому нажимной клин и фрикционные элементы надежно удерживаются в собранном взаимном положении в корпусе поглощающего аппарата, благодаря отчасти также и силам предварительного нагружения пакета упругих элементов, описанных ниже.
Внутри полого корпуса расположена шайба для обеспечения взаимодействия между упругим элементом и фрикционными элементами. Одна поверхность шайбы находится в функциональном взаимодействии со вторым концом каждого фрикционного элемента, а другая - с упругим элементом. Эти взаимодействия происходят непосредственно или через какой-либо дополнительный промежуточный элемент, если он будет предусмотрен при том или ином варианте развития настоящего изобретения.
Упругий элемент (пружина, эластомерные подушки или другой) расположен в внутри полого корпуса между закрытым его концом и второй поверхностью шайбы для сохранения, рассеивания и возвращения энергии, переданной на узел поглощающего аппарата.
Вышеописанная совокупность элементов выполняет функцию поглощения осевых ударов, направленных против одного из концов описываемого узла поглощающего аппарата.
Отличается предлагаемый узел поглощающего аппарата тем, что каждая наклонная фрикционная поверхность нажимного конуса, контактирующая с наклонной поверхностью каждого фрикционного элемента, имеет смазочный компонент, прочно соединенный с ней для обеспечения прогнозируемого и относительно низкого коэффициента трения в области пар трения между поверхностями нажимного конуса и каждого фрикционного элемента.
Смазочный компонент состоит предпочтительно из двух смазочных вставок из металлического смазочного материала (сухая смазка). Допустима и одна вставка.
Форма смазочным вставкам придается предварительно. Каждая вставка вытянута между ее противоположными концами и обычно имеет полусферическую поперечную форму.
В одном из вариантов выполнения настоящей полезной модели вставки обычно располагаются параллельно и радиально по отношению друг к другу и относительно продольной оси узла поглощающего аппарата. Причем в предпочтительном варианте осуществления настоящей полезной модели каждая наклонная подвижная поверхность на нажимном конусе имеет пазы (слоты), располагаемые обычно параллельно и радиально по отношению друг к другу и относительно продольной оси узла поглощающего аппарата. Каждый паз предпочтительно выполнить с возможностью размещения и удержания одной из предпочтительных смазочных вставок.
Предпочтительно, чтобы нажимной конус содержал также осевое отверстие, обычно расположенное коаксиально на продольной оси узла поглощающего аппарата, пронизывающее указанный нажимной конус.
Описание чертежей
На Рис. 1 изображен вертикальный разрез одной формы узла поглощающего аппарата железнодорожного вагона; на Рис. 2 - продольно-поперечный размер узла поглощающего аппарата железнодорожного вагона, показанный на примере по Рис. 1; на Рис. 3 - вид сверху узла поглощающего аппарата железнодорожного вагона, показанный на примере по Рис. 1; на Рис. 4 - увеличенный местный поперечный разрез верхней стороны узла поглощающего аппарата, показанного на Рис. 2; на Рис. 5 - увеличенный вид сбоку конусной детали, включая принципы и идеи изобретения; на Рис. 6 - вид снизу конической детали, показанной на Рис. 5; на Рис. 7 - увеличенный фрагмент поверхности в области пар трения поверхностей нажимного конуса и фрикционного элемента; на Рис. 8 показан вид вдоль 8-8 по Рис. 7; на Рис. 9 - увеличенный местный вид области, обведенной пунктирной линией на Рис.7.
Осуществление полезной модели
С помощью идентификации нижеуказанных конструктивных элементов на прилагаемых рисунках сущность и осуществление (изготовление) полезной модели могут быть пояснены следующим образом.
Узел поглощающего аппарата железнодорожного вагона, указываемый под номером 10, выполнен с возможностью переноса в тяговом хомуте 12, расположенном в рабочем сочетании с хребтовой балкой (не изображена) моторного вагона 14. Узел 10 включает аксиально-удлиненный полый металлический корпус 16, определяющий продольную ось 18 для узла поглощающего аппарата 10. Корпус 10 в одном (22) конце закрыт торцевым элементом 20 (Рис. 2), а в другом, соосно упорядоченным с ним (24), открыт.Корпус 16 имеет полость 30.
Более того, и как указано на Рис.2, корпус 16 имеет несколько (на Рис. 2 указана только одна) равно наклонных, расположенных с промежутками и продольно удлиненных внутренних фрикционных поверхностей 36. Наклонные внутренние фрикционные поверхности 36 на корпусе 16 сходятся в одной точке по направлению к продольной оси 18 и по направлению к закрытому концу 22 корпуса поглощающего аппарата 16. Предпочтительно, чтобы корпус 16 был оснащен тремя продольными удлиненными внутренними наклонными фрикционными поверхностями 36, расположенными на равном расстоянии, но больше наклонных поверхностей могли бы быть установлены в пределах объема изобретения и новой концепции описания изобретения.
В исполнении, представленном на Рис. 2, узел поглощающего аппарата 10 также оснащен фрикционным узлом 40 для поглощения тяговых усилий или ударов, аксиально направленных на узел 10. В исполнении, изображенном на Рис. 2, фрикционный узел 40 включает несколько металлических фрикционных элементов (клиньев, башмаков) 42 (на Рис. 2 изображен только один), расположенных под равным углом по отношению к оси 18 и в рабочем соотношении с открытым концом корпуса поглощающего аппарата 16. Как изображено в качестве примера на Рис. 3, фрикционный узел 40 может быть оснащен тремя равно наклонными фрикционными элементами 42, расположенными на расстоянии друг от друга, но больше фрикционных элементов могли бы быть установлены в пределах объема изобретения и новой концепции его описания. Достаточно сказать, что в исполнении, изображенном на Рис. 1-3, количество фрикционных элементов 42, образующих часть фрикционного узла 40, равно количеству внутренним наклонным фрикционным поверхностым 36 на корпусе 16.
Как видно на Рис.4, каждый фрикционный элемент 42 имеет аксиально или продольно расположенные на расстоянии первый и второй конец 44 и 46 соответственно. Более того, каждый фрикционный элемент 42 имеет внешнюю (она же наружная) наклонная подвижная поверхность 48. Когда фрикционные элементы 42 расположены в рабочем положении с корпусом 16, то каждая внутренняя наклонная фрикционная поверхность 36 на корпусе 16 соединяется с внешней наклонной подвижной поверхностью 48 на каждом фрикционном элементе 42 и создает наклонную фрикционной подвижную поверхность 49 между ними. Такая фрикционная подвижная поверхность 49 расположена под предварительно определенным углом (0) относительно продольной оси 18 узла поглощающего аппарата 10.
В изображенном исполнении фрикционный узел 40 включает нажимной конус 50, используемый для осевого движения относительно открытого конца 24 корпуса 16. Как изображено на Рис.1, 2 и 4, внешний конец 52 нажимного конуса 50 предпочтительно имеет обычно ровную поверхность, которая продлена за пределы открытого конца 24 корпуса 16, и выполнен с возможностью воздействия на обычную пластину (не изображена) железнодорожного тягового оборудования таким образом, что тяговые или ударные силы могут аксиально применяться к узлу поглощающего аппарата 10 во время работы моторного вагона 14. Как известно, нажимной конус 50 находится в рабочем взаимодействии с фрикционными элементами 42. Как показано на Рис.5 и 6, нажимной конус 50 имеет несколько существенно идентичных внешних наклонных фрикционных поверхностей 57. Возвращаясь к Рис.2 и 4, следует отметить, что каждая внешняя наклонная фрикционная поверхность 57 на нажимном конусе 50 расположена в рабочем взаимодействии с фрикционными элементами 42 фрикционного узла 40. Хотя на Рис. 4 только одна внешняя наклонная фрикционная поверхность 57, количество внешних наклонных фрикционных поверхностей 57 на нажимном конусе 50 соответствует количеству фрикционных деталей 42, используемых как часть фрикционного узла 40. Когда поглощающий аппарат 10 собран, то каждая внешняя наклонная фрикционная поверхность 57 на нажимном конусе 50 соединяется с внутренней наклонной подвижной поверхностью 47 на каждом фрикционном элементе 42 для создания второй наклонной фрикционной подвижной поверхности 59 между ними. Вторая фрикционная подвижная поверхность 59 расположена под предварительно определенным углом (β) относительно продольной оси 18 поглощающего аппарата 10.
Нажимной конус 50 изготавливается из любого подходящего металлического материала. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения нажимной конус 50 изготовлен из изотермического высокопрочного чугуна. Некоторые варианты поглощающего аппарата включают центральный вертикальный стержень или вал (не изображены), тянущиеся на всю длину узла поглощающего аппарата 10. Соответственно, как указано на Рис. 1 и 4, нажимной конус 50 чаще всего имеет отверстие 54, обычно расположенное коаксиально с продольной осью 18 узла поглощающего аппарата 10, для размещения и направления такого стержня (вала).
Как изображено на Рис. 3 и 4, на открытом конце 20 корпус 16 имеет ряд радиальных направленных во внутрь опорных выступов 38, которые расположены на расстоянии друг от друга. И, как хорошо известно и изображено на Рис. 5 и 6, в направлении заднего конца коническая деталь 50 включает ряд радиально вывернутых выдающихся фланцев 58, которые расположены на расстоянии друг от друга. При рабочем соединении с корпусом 16 фланцы 58 на механизме расположены между прилегающими фрикционными элементами 42 и конусом 50 в соответствующем положении относительно корпуса 16 и под воздействием упругого элемента, обозначенного на Рис. 1 и 2 номером 70.
Как изображено на Рис. 2, поглощающий аппарат 10 имеет шайбу (или пластин), расположенную в полости 30 корпуса 16, как правило, нормально или перпендикулярно продольной оси 18 узла 10. Шайба 60 выполнена с возможностью возвратно-поступательных продольных или осевых движений в камере 30 и имеет первую поверхность 62, находящуюся в рабочем взаимодействии со вторым (он же задний) концом 46 каждого фрикционного элемента 42. Шайба 60 также имеет вторую, контактирующую с пружиной поверхность 64.
Упругий элемент 70 имеет аксиально вытянутую форму, обычно подвижно расположенную в центре полости 30 корпуса поглощающего узла 16 и образует эластичный столб для сохранения, рассеивания и возвращения энергии, переданной или примененной к свободному концу 52 нажимного конуса 50 во время работы узла поглощающего аппарата 10. Один конец упругого элемента 70 контактирует с торцевым элементом 20 корпуса 16. Второй конец упругого элемента 70 нажат или прижат к поверхности 64 шайбы 60 для противодействия врезной подачи фрикционного элемента 42 и конической детали 50. Как известно, упругий элемент 70 предварительно сжимается при установке поглощающего узла 10 и служит для защиты компонентов фрикционного узла 40, включая фрикционные элементы 42 и нажимной конус 50, в рабочем сочетании относительно друг друга и в рабочем сочетании с корпусом поглощающего аппарата 16 во время работы узла 10 и во время простоя узла 10.
Упругий элемент 70 может иметь огромное количество разных исполнений в пределах объема изобретения и новой концепции описания изобретения. В исполнении, изображенном на Рис. 1 и 2, данный элемент 70 состоит из множества отдельных эластометрических прослоек или пружин 72, расположенных коаксиально ярусами по отношению друг к другу между закрытым концом 22 корпуса 16 и шайбой 60. Предпочтительно, чтобы эластомерные прослойки или пружины 72 были выполнены таким образом, чтобы их радиальное расширение под действием сжимающих нагрузок не приводило к деформации.
Принимая во внимание относительно большие нагрузки и действующие силы между и вдоль составных частей фрикционного узла 40 во время работы узла 10 и высокий коэффициент трения между подвижными металлическими поверхностями на фрикционных элементах 42 и нажимного конуса 50, такие составные части обычно периодически “приклеиваются по посадке скольжения” друг к другу, так как они двигаются во время работы узла поглощающего аппарата 10. Несмотря на периодичность и временность, такое явление в подвижных металлических поверхностях приводит к нежелательным результатам, которые могут значительно помешать или другим образом воспрепятствовать работе узла поглощающего аппарата 10.
Ввиду вышеизложенного и согласно настоящему описанию полезной модели, смазочный компонент, указанный на Рис. 2 и 4-9 под номером 80 предусматривается на каждой внешней наклонной фрикционной поверхности 57 нажимного конуса 50 для обеспечения относительно низкого коэффициента трения между нажимного конуса 50 и соответствующим фрикционным элементом 42, соединенных между собой, тем самым увеличивая производительность и уменьшая скачкообразное движение во время работы узла поглощающего аппарата 10. То есть и во время работы узла поглощающего аппарата 10 смазочный компонент 80, эффективно соединенный с каждой внешней наклонной фрикционной поверхностью 57 на конусе 50, обеспечивает прогнозируемый и относительно низкий коэффициент трения для второй наклонной фрикционной подвижной поверхности 59 между нажимным конусом 50 и каждым фрикционным элементом 42, тем самым увеличивая производительность и уменьшая скачки/прилипание во время работы узла поглощающего аппарата 10. Кроме того, добавление смазочного компонента 80 на каждую внешнюю наклонную фрикционную поверхность 57 на нажимном конусе 50 вызывает постоянное и более равномерное действие между фрикционными элементами 32 и конической деталью 50.
В наиболее предпочтительном исполнении полезной модели смазочный компонент 80 перекрывает примерно 30% площади каждой внешней наклонной фрикционной поверхности 57 на нажимном конусе 50. В одном из вариантов смазочный компонент состоит из пары смазочных вставок 82 и 84. Каждая вставка 82 и 84 вытянута по оси в длину и предпочтительно предварительно изготавливается из металлического смазочного материала. Смазочный материал как бронза, бронзовый сплав, медь, медный сплав дает превосходные качества и результаты. Вставки 82 и 84, эффективно взаимодействующие с каждой внешней наклонной фрикционной поверхностью 57 на нажимном конусе 50, предпочтительно располагаются параллельно и радиально по отношению друг к другу и относительно продольной оси 18 узла поглощающего аппарата 10.
Как изображено на Рис. 9, каждая внешняя наклонная фрикционная поверхность 57 на нажимном конусе 50 содержит пару пазов 92 и 94, расположенных обычно параллельно и радиально на расстоянии по отношению друг к другу и относительно продольной оси 18 узла поглощающего аппарата 10. Каждый паз 92 и 94 выполнен с возможностью размещения и неподвижного удержания одной из смазочных вставок 82 и 84 соответственно. Предпочтительно (что и представлено на Рис.7 и 9), чтобы каждая из вставок 82 и 84 имела полусферическую поперечную форму. Каждый из пазов 92 и 94 имеет поперечную форму, которая дополняет вставки 82 и 84 соответственно таким образом, чтобы, когда вставки 82 и 84 вжаты или иным образом вставлены в соответствующий паз (он же желоб) 92 и 94, они оставались открытыми. Безусловно, когда вставки 82 и 84 вставлены в соответствующий желоб (слоты) 92 и 94, рабочая часть каждой смазочной вставки 82 и 84 продолжается за пределами фрикционной поверхности 57 и располагается в наклонной фрикционной подвижной поверхности 59 между фрикционными деталями 42 и конической деталью 50 во время работы узла 10.
Следует отметить, что множественные изменения и улучшения могут быть внесены и осуществлены в пределах объема полезной модели и новой концепции описания изобретения. Более того, следует понимать, что настоящее описание имеет целью предоставить пояснение примером, который не будет ограничивать описание проиллюстрированным специфическим исполнением. Скорее, настоящее описание предназначено для защиты прилагаемыми пунктами патентной формулы всех таких изменений и улучшений в объеме пунктов.