ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩИЙ БУФЕР ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к автомобильному транспорту, а именно к буферам автомобилей, обладающим способностью поглощать энергию удара при столкновениях, и может найти применение в конструкциях автомобилей в качестве переднего и заднего буферов.
Преимущественное использование полезной модели предполагается в несущих конструкциях автомобилей.
Известен бампер транспортного средства (Патент SU А.С. №1162641, 1984 г.), содержащий смонтированные на передней части кузова подвижную энергопоглощающую ударную пластину и неподвижное основание, связанные между собой винтовыми пружинами сжатия.
Недостатками данного устройства является низкая эффективность поглощения энергии удара при столкновении транспортного средства с препятствием, что объясняется малой степенью энергопоглощения конструкцией, практическим отсутствием в конструкции элементов, обладающих свойством поглощения кинетической энергии удара, преобразования ее в другие виды энергии.
Наиболее близким техническим решением, которое может быть принято в качестве прототипа, является буфер для транспортных средств (Патент US №3656792, 1971 г.), содержащий бампер и телескопические цилиндрические устройства, состоящие из подвижного и неподвижного звеньев, скрепленных соответственно с внутренней поверхностью бампера и несущей конструкцией транспортного средства, внутри которых размещены деформируемые устройства, выполненные в виде упругих пружин сжатия.
Основным недостатком такого буфера является то, что упругие пружины обладают относительно низкой энергоемкостью, и при этом не поглощают, а накапливают энергию ударного воздействия, что приводит к эффекту обратной отдачи при столкновении автомобиля с преградой.
Кроме того, низкая удельная энергоемкость - отношение накопленной при полном сжатии пружины энергии к ее массе - упругих пружин приводит к увеличению веса буфера, а, следовательно, и веса транспортного средства в целом.
Это говорит о низкой эффективности применения упругих пружин для гашения ударных нагрузок в целом и, в частности, в конструкциях буферов транспортных средств.
Полезная модель направлена на решение технической задачи по разработке высокоэффективного энергопоглощающего буфера для автомобилей (преимущественно рамных) с высокой удельной энергоемкостью на основе использования для поглощения энергии удара пластической деформации металла, обеспечивающего:
- повышение эффективности защиты автомобиля и пассажиров при столкновениях;
- сокращение затрат при восстановлении работоспособности энергопоглощающего буфера после полного исчерпания ресурса деформируемой пластичной трубы энергопоглощающих элементов под действием ударной нагрузки, возникающей при столкновениях;
- возможность защиты при повторном столкновении без замены деформируемых металлических элементов;
- исключение эффекта обратной отдачи при срабатывании энергопоглощающего элемента;
- минимальное время для перевода бампера в исходное положение после срабатывания.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции, снижение ее металлоемкости и габаритов.
Основной технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, состоит в повышении удельной энергоемкости буфера, повышении надежности работы буфера при воздействии несимметричной относительно продольной оси автомобиля ударной нагрузки, возникающей при столкновении, снижении веса буфера, исключении локальных ударных нагрузок при возврате бампера в рабочее положение, повышении стабильности силовой характеристики буфера, снижении затрат на восстановление работоспособности буфера.
Техническое решение поставленной задачи достигается тем, что энергопоглощающий буфер для автомобиля, содержащий бампер и телескопические цилиндрические устройства, состоящие из подвижного и неподвижного звеньев, скрепленных соответственно с внутренней поверхностью бампера и несущей конструкцией транспортного средства, внутри которых размещены деформируемые устройства с энергопоглощающими элементами, выполненными по схеме «дорн-трубка: состоят из подвижных и неподвижных элементов, причем подвижный элемент, выполненный в виде стержня, на конце которого жестко закреплен конический дорн, а неподвижный элемент выполнен в виде деформируемой пластичной трубы, конический дорн установлен в деформируемой пластичной трубе 6 по прессовой посадке, размер конического дорна превышает внутренний размер деформируемой пластичной трубы.
Предложенное исполнение энергопоглощающего элемента обеспечивает высокую удельную энергоемкость буфера, так как полное пластическое деформирование трубы, коническим дорном при осевом сжатии характеризуется высокой энергоемкостью, обусловленной пластическим деформированием трубы при ее внутреннем нагружении, приводящим к пластической деформации растяжения металла трубы, возникают окружные деформации, а при пластическом изгибе происходит изгиб по образующей, т.е. изменения ее размеров и формы.
Высокая удельная энергоемкость деформируемых труб позволяет создавать конструкцию буферов для автомобилей, характеризующихся компактностью и малым весом. Это повышает стабильность их силовой характеристики.
Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что заявляемая конструкция бампера транспортного средства не была описана в литературе и содержит отличительные признаки по сравнению с известными аналогами, следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.
На фиг. 1 показано размещение энергопоглощающего буфера на автомобиле, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - энергопоглощающий элемент, продольный разрез.
Энергопоглощающий буфер для автомобиля состоит из бампера 1 и телескопических цилиндрических устройств 2, состоящих из подвижного 3 и неподвижного звеньев 4, скрепленных соответственно с внутренней поверхностью бампера 1 и несущей конструкцией транспортного средства, внутри телескопических цилиндрических устройств 2 размещены деформируемые устройства с энергопоглощающими элементами, выполненными по схеме «дорн-трубка», подвижный элемент 3, выполненный в виде стержня, на конце которого жестко закреплен конический дорн 5, а неподвижный элемент выполнен в виде деформируемой пластичной трубы 6, конический дорн 5 установлен в деформируемой пластичной трубе 6 по прессовой посадке, размер конического дорна 5 превышает внутренний размер деформируемой пластичной трубы 6.
Для обеспечения возврата в исходное положение бампера 1 после срабатывания буфера при столкновении автомобиля с преградой, а также для поддержания работоспособного состояния энергопоглощающего элемента 2, подвижные элементы 6 удерживаются предварительно сжатой пружиной 7, размещенной на центральном стержне 8, жестко крепящемся к бамперу 1 и к корпусу неподвижного элемента 4.
Центральный стержень 8, закрепленный на бампере 1, размещенный параллельно подвижному элементу 3, проходит сквозь пружину 7 и на свободном конце имеет резьбу 9 (условно не показана). При этом гайка 10 навернута на центральный стержень 8 с наружной стороны неподвижного элемента 4.
Подвижный элемент 3 скреплен одним концом при помощи узлов крепления 7 с внутренней поверхностью бампера 1, а вторым концом, с жестко закрепленным коническим дорном 5, по прессовой посадке размещенным в деформируемой пластичной трубе 6, скрепленной при помощи узлов крепления 9 с элементами 10 несущей конструкции автомобиля.
Работа энергопоглощающего элемента 2 для автомобиля осуществляется следующим образом.
При столкновении движущегося автомобиля с преградой бампер 1 практически мгновенно затормаживается, вступая первым во взаимодействие с преградой. Автомобиль, продолжая движение, приводит к перемещению неподвижных элементов 4, скрепленных с элементами 10 несущей конструкции движущегося автомобиля посредством узлов крепления 9, относительно подвижных элементов 3, скрепленных посредством узлов крепления 7 с внутренней поверхностью заторможенного о преграду бампера 1.
В результате этого от преграды через бампер 1, узлы крепления 7 и подвижный элемент 3 усилие предается на жестко закрепленный конический дорн 5 и размещенный в деформируемой пластичной трубе 6. Так как размер конического дорна 5 превышает внутренний размер деформируемой пластичной трубы 6, то происходит пластическая деформация трубы 6, т.е. изменение ее размеров и формы. В результате пластического деформирования пластичной трубы 8 поглощается кинетическая энергия движущегося автомобиля и осуществляется его торможение с расчетным усилием, обеспечивающим допустимые перегрузки на пассажиров. Таким образом, вступает в работу энергопоглощающий элемент 2, выполненный по схеме «дорн-трубка».
Это усилие носит ударный характер, т.е. достаточно быстро, практически мгновенно, возрастает от "нуля" до величины, соответствующей расчетному усилию пластического деформирования пластичной трубы 6, расчетное усилие выбирается из условия обеспечения допустимых перегрузок на пассажиров при торможении автомобиля в результате столкновения. При достижении ударной нагрузкой, передаваемой на подвижный элемент 3, величины расчетного усилия начинается пластическое деформирование пластичной трубы 6.
Если кинетическая энергия автомобиля не превышает энергоемкости энергопоглощающего элемента 2, то усилие торможения /вплоть до полной остановки автомобиля/ не превысит расчетного значения.
Так как энергопоглощающий элемент 2 автомобиля снабжен предварительно сжатыми пружинами 7, то после столкновения автомобиля и срабатывания схемы «дорн-трубка» обеспечивается возврат в исходное положение бампера 1 за счет сил упругости предварительно сжатых пружин 7. При этом гайка 10, навернутая на центральный стержень 8 с наружной стороны неподвижного элемента 4, обеспечивает коррекцию требуемого положения бампера 1 и не допускает выхода подвижного элемента 3 из соприкосновения с неподвижным элементом 4. Кроме того, гайка 10 обеспечивает возможность предварительного сжатия деформируемого устройства в зоне упругих деформаций, что повышает надежность работы энергопоглощающего элемента 2.
Предлагаемая конструкция бампера транспортного средства позволяет упростить его конструкцию, снизить его металлоемкость и габариты, что в свою очередь позволяет снизить стоимость бампера, кроме того, предлагаемая конструкция бампера проста в обслуживании.
Достигается эффективное использование для поглощения энергии удара пластической деформации металла, обеспечивающего:
- повышение эффективности защиты автомобиля и пассажиров при столкновениях;
- сокращение затрат при восстановлении работоспособности энергопоглощающего буфера после полного исчерпания ресурса деформируемой пластичной трубы энергопоглощающих элементов под действием ударной нагрузки, возникающей при столкновениях;
- возможность защиты при повторном столкновении без замены деформируемых металлических элементов;
- исключение эффекта обратной отдачи при срабатывании энергопоглощающего элемента;
- минимальное время для перевода бампера в исходное положение после срабатывания.
Технический результат заключается в повышении степени энергопоглощения и упрощении конструкции бампера транспортного средства.