ПОГЛОЩАЮЩИЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается железнодорожных составов, в которых применяются аппараты, предназначенные для поглощения энергии ударов между вагонами поезда.
Известен поглощающий аппарат ПМК-110А [1, Автосцепное устройство железнодорожного подвижного состава / Коломийченко В. В., Костина Н.А., Прохоренков В.Д., Беляев В.И. М.Транспорт, 1991, рис. 45], содержащий корпус, расположенные в корпусе фрикционный узел и демпфер в виде упругого комплекта металлических пружин предварительно поджатых через пропущенный сквозь них и днище корпуса стержень.
Использование в таком поглощающем аппарате металлических пружин, имеющих малую относительную рабочую деформацию, ограничивает максимально возможную деформацию аппарата и его энергоемкость.
Известен более совершенный и наиболее близкий по технической сущности к полезной модели поглощающий аппарат RF-4-31-CF [2, Автосцепное устройство железнодорожного подвижного состава / Коломийченко В.В., Костина Н.А., Прохоренков В.Д., Беляев В.И. - М.: Транспорт, 1991, рис. 56]. Он содержит корпус и расположенные в его горловине фрикционный узел, и расположенный на его днище демпфер в виде пакета эластичных элементов, предварительно поджатых через пропущенный сквозь них и днище корпуса стержень. Фрикционный узел в таком поглощающем аппарате состоит из нажимных клиньев, соединенных подвижно с внутренними фрикционными пластинами, которые соединены подвижно с наружными фрикционными пластинами, соединенными подвижно с корпусом.
Однако в аппарате-прототипе комплект эластичных элементов имеет вогнутую силовую характеристику (зависимость силы от деформации пакета), т.е. малую ее полноту, что уменьшает энергоемкость поглощающего аппарата при равных значениях максимальной силы и деформации пакета эластичных элементов.
Кроме того, из-за сильного деформирования эластичных элементов в корпусе поглощающего аппарата в конце хода его заклиненного фрикционного узла в случае соударения вагонов, не обеспечивается необходимая надежность выполнения своих функций поглощающим аппаратом. Это происходит ввиду износа элементов фрикционного узла при длительной эксплуатации поглощающего аппарата. В результате увеличивается ход фрикционного узла и наблюдается чрезмерный рост конечного усилия нагрузки, приходящейся на демпфер, что вызывает расплющивание эластичных элементов и появление отрицательного явления «проседания» поглощающего аппарата.
Задачей полезной модели является достижение технического результата по увеличению энергоемкости и надежности поглощающего аппарата, а также по повышению надежности поглощения им энергии соударения вагонов поезда за счет устранения влияния износа элементов фрикционного узла на увеличение рабочего хода и деформации пакета эластичных элементов поглощающего аппарата.
Поставленная задача решается тем, что поглощающий аппарат, содержащий корпус и расположенный в его горловине фрикционный узел, состоящий из нажимных клиньев, соединенных подвижно с внутренними фрикционными пластинами, которые соединены подвижно с наружными фрикционными пластинами, соединенными подвижно с корпусом, а также содержащий расположенный на днище корпуса демпфер, имеет отличительные признаки: внутренние фрикционные пластины застопорены упором в клиновые поверхности двуклинов, которые расположены ближе к днищу корпуса, снабжены опорными площадками и застопорены упором в клиновые поверхности, выполненными на стенке корпуса, при этом между опорными площадками двуклинов и фрикционным узлом образован зазор.
Стопорение внутренних фрикционных пластин упором в клиновые поверхности двуклинов, которые расположены возле днища корпуса, снабжены опорными площадками и застопорены упором в клиновые поверхности, выполненными на стенке корпуса, позволит обеспечить возможность расклинивания фрикционного узла в конце его перемещения внутри корпуса поглощающего аппарата. Это направлено на ограничение нарастания чрезмерной конечной силы при полном сжатии пакета эластичных элементов, с получением силовой характеристики ступенчатого типа для зависимости силы, противодействующей удару, от рабочего хода пакета эластичных элементов, что позволит устранить расплющивание эластичных элементов, как это происходит при износе фрикционного узла в устройстве по прототипу [3] и устранит отрицательное явление «проседания» поглощающего аппарата.
Образование зазора между опорными площадками двуклинов и торцами наружных фрикционных пластин или торцами нажимных клиньев, позволит обеспечить постоянство заклинивания элементов фрикционного узла при любом износе его элементов и увеличении от этого их начального хода, без изменения величины поджатия пакета эластичных элементов или замены расплющенных эластичных элементов из него. Это направлено на повышение надежности работы поглощающего аппарата, а также будет способствовать увеличению его энергоемкости, что позволит повысить надежность поглощения энергии соударения вагонов поезда, между которыми подобные поглощающие аппарата будут установлены.
Дополнительные отличительные признаки полезной модели:
- зазор между опорными площадками двуклинов и фрикционным узлом образован торцами наружных фрикционных пластин и опорными площадками двуклинов, расположенными ближе к днищу корпуса;
- зазор между опорными площадками двуклинов и фрикционным узлом образован торцами нажимных клиньев и опорными площадками двуклинов, расположенных ближе к горловине корпуса;
- расположенный на днище корпуса демпфер выполнен в виде пакета, состоящего из, как минимум, пяти эластичных элементов;
- эластичные элементы выполнены с, минимум, одной наружной и/или внутренней канавкой;
- расположенный на днище корпуса демпфер выполнен в виде, как минимум, одной металлической пружины.
Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1 показан фрагмент сцепки двух вагонов железнодорожного состава; на фиг. 2 - размещение поглощающего аппарата в автоматическом сцепном устройстве вагона; на фиг. 3 и 4 варианты вида-разреза поглощающего аппарата; на фиг. 5 - вид А по фиг. 3 и 4; на фиг. 6 - схема расположения элементов фрикционного узла поглощающего аппарата в горловине его корпуса; на фиг. 7, 8 и 9, 10 - промежуточное и конечное положение элементов фрикционного узла и пакета эластичных элементов поглощающих аппаратов, соответственно, по фиг. 3 и 4; на фиг. 11 - график силовой характеристики поглощающего аппарата; на фиг. 12 - положение элементов поглощающего аппарата по фиг. 8 в момент обратного хода его пакета эластичных элементов; на фиг. 13 - схема механизма тяги двуклина поглощающего аппарата при обратном ходе его пакета эластичных элементов; на фиг. 14 - фрагмент верхней части поглощающего аппарата по фиг. 3 в случае износа элементов его фрикционного узла; на фиг. 15 - вариант выполнения поглощающего аппарата по фиг. 3 у которого демпфер выполнен в виде металлической пружины. На фиг. 1-15 наименование позиций и индексов соответствует нижеприведенной таблице обозначений элементов железнодорожного состава и поглощающего аппарата.
Вагоны железнодорожного состава соединяются с помощью сцепных головок 1 автосцепных устройств 2 (фиг. 1), в каждом из которых расположен поглощающий аппарат 3. Он установлен (фиг. 2) в тяговом хомуте 4, который через упорный штифт 5 соединен с автосцепным устройством 2 остова вагона 6. Поглощающий аппарат 3 подперт к днищу 7 тягового хомута 4 посредством контакта клина 8 автосцепного устройства 2 с упорной плитой 9, контактирующей, в свою очередь с нажимным конусом 10 поглощающего аппарата 3.
Поглощающий аппарат 3 (фиг. 3, 4), состоит из корпуса 11 и расположенного в его горловине 12 фрикционного узла, состоящего из опирающихся на нажимной конус 10 нажимных клиньев 13, соединенных подвижно с внутренними фрикционными пластинами 14, которые соединены подвижно с наружными фрикционными пластинами 15, соединенными подвижно с корпусом 11. На днище 16 корпуса 11 расположен демпфер в виде пакета перемеженных металлическими пластинами 17 эластичных элементов 18, предварительно поджатых к днищу 16 корпуса 11 и к нажимной пластине 19, контактирующей с нажимными клиньями 13, через пропущенный сквозь них и днище 16 корпуса 11 стержень 20.
Пакет эластичных элементов 18 составлен из, не менее, чем пяти штук таких элементов (на фиг. 3, 4 показано семь). Это позволяет получить значительную высоту такого пакета, выдерживающего большие нагрузки без передеформации эластичных элементов 18, что направлено на увеличение энергоемкости и срока службы поглощающего аппарата 3.
Фиксация пакета эластичных элементов 18 в исходном положении осуществлено гайкой 21, накрученной на стержень 20 и опирающейся своей конусной поверхностью в нажимной конус 10. С обратной стороны стержень 20 упирается своей пяткой 22 в бонку 23 днища 16 корпуса 11, которая охвачена крайним эластичным элементом 18.
Для повышения энергоемкости поглощающего аппарата 3 его пакет эластичных элементов 18 содержит эластичные элементы 18 с, минимум, одной, наружной канавкой 24 и/или внутренней канавкой 25. Например, (фиг. 3 и 4), на двух эластичных элементах 18 возле днища 16 корпуса 11 выполнено по одной внутренней канавке 25, а на остальных пяти эластичных элементах 18 выполнено по одной наружной канавке 24.
Ближе к днищу 16 корпуса 11 расположены двуклины 26 с внутренней и наружной клиновыми поверхностями 27 и 28. Каждая из внутренних фрикционных пластин 14 застопорена упором своей также клиновой поверхности во внутреннюю клиновую поверхность 27 двуклина 26. Каждый двуклин 26 снабжен опорной площадкой 29 и застопорен упором своей наружной клиновой поверхности 28 в аналогичные клиновые поверхности, выполненные на стенке корпуса 11 поглощающего аппарата 3. При этом между опорной площадкой 29 двуклина 26 и фрикционным узлом образован зазор L.
В одном варианте исполнения поглощающего аппарата 3 (фиг. 3) упомянутый зазор L образован торцами наружных фрикционных пластин 15 и расположенными ближе к днищу 16 корпуса 11 опорными площадками 29 двуклинов 26. В другом варианте исполнения поглощающего аппарата 3 (фиг. 4) такой зазор L образован расположенными в отверстиях 30 внутренних фрикционных пластин 14 торцами нажимных клиньев 13 и расположенными ближе к горловине 12 корпуса 11 опорными площадками 29 двуклинов 26.
Боковая поверхность нажимных клиньев 13 выполнена ступенчатой с образованием зацепов 31.
Нажимные клинья 13, соединены подвижно с внутренними фрикционными пластинами 14 по фрикционным поверхностям 32.
Наружные фрикционные пластины 15 снабжены загибами 33, которые опираются на выступы 34 нажимной пластины 19 (см. также фиг. 5 и 6).
Внутренние фрикционные пластины 14 расположены также подвижно на направляющей втулке 35 днища 16 корпуса 11 поглощающего аппарата 3.
Поглощающий аппарат 3 имеет рабочую характеристику, выраженную в виде ломаной линии 36 (фиг. 11) графика зависимости нарастания противодействующей ударной нагрузки суммарной силы F со стороны его элементов фрикционного узла и демпфера от хода H нажимного конуса 10 поглощающего аппарата 3. Ломаная линия 36 данного графика характеризуется точкой излома T, разделяющей ее на два участка 37 и 38. Показан также пунктиром участок 39, характерный аналогичной линии 36 графика для прототипа [3].
Наружные фрикционные пластины 15 снабжены ближе к днищу 16 корпуса тягой 40 (фиг. 13) для захвата ею двуклинов 26 при обратном ходе (фиг. 12) пакета эластичных элементов 18 поглощающего аппарата 3 с возможностью образования пространство V между внутренней клиновой поверхностью 27 двуклинов 26 и соответствующими поверхностями фрикционных пластин 14.
На фиг. 14 показан фрагмент элементов поглощающего аппарата 3 (по фиг. 3) в состоянии утончения его внутренних и наружных фрикционных пластин 14, 15 (фиг. 14) до положения, показанного пунктиром 41, когда происходит интенсивный их износ при длительной эксплуатации поглощающего аппарата 3. При этом, показано также направление а, куда нажимные клинья 13 и внутренние фрикционные пластины 14, в этом случае, расходятся наружу от главной оси поглощающего аппарата 3, и показано направление 6 их диагонального опускания.
Возможен также вариант выполнения поглощающего аппарата по фиг. 3 с применением в качестве демпфера металлической пружины 42 (фиг. 15) или нескольких, вставленных друг в друга пружин (не показано).
Поглощение энергии удара между вагонами железнодорожного состава с помощью поглощающего аппарата 3 происходит следующим образом. Ниже описано это с вариантами выполнения поглощающего аппарата 3 по фиг. 3 и 4. С вариантом же поглощающего аппарата 3, где в качестве демпфера применена металлическая пружина по фиг. 15 - не приводится, так как работа обоих аппаратов (фиг. 3 и 15) аналогична.
Под действием сил (фиг. 1) от соударения сцепленных с помощью сцепных головок 1 вагонов железнодорожного состава, кинетическая энергия передается на автосцепные устройства 2 и далее от их упорной плиты 9 (фиг. 2) на нажимной конус 10 каждого поглощающего аппарата 3.
В начальном положении поглощающего аппарата 3 (фиг. 3 и 4) внутренние фрикционные пластины 14 застопорены упором во внутреннюю клиновую поверхность 27 двуклинов 26, которые лишены возможности двигаться вперед за счет опоры их наружной клиновой поверхности 28 в аналогичную клиновую поверхность стенки корпуса 11. При этом внутренние фрикционные пластины 14 соприкасаются, с одной стороны, с нажимными клиньями 13, а с другой стороны - с наружными  фрикционными пластинами 15, загибы 33 которых (см. также фиг.5 и 6) опираются на выступы 34 нажимных пластин 19.
В начале хода нажимного конуса 10 и на протяжении его некоторого определенного значения, между наружной фрикционной пластиной 15 (фиг. 3) и двуклином 26, или же между расположенными в отверстиях 30 внутренних фрикционных пластин 14 торцами нажимных клиньев 13 и расположенными ближе к горловине 12 корпуса 11 опорными площадками 29 двуклинов 26, присутствует зазор L. То есть, в каждом варианте исполнения поглощающего аппарата (фиг. 3 и 4), наружная фрикционная пластина 15 имеет возможность перемещения на некоторый ход, а двуклин 26 заклинен за счет опоры в клиновую поверхность корпуса 11 и клиновую поверхность внутренней фрикционной пластины 14. На некотором начальном диапазоне хода нажимного конуса 10, равном этому зазору L, работает фрикционный узел каждого поглощающего аппарата 3 с трением между парами его конструктивных элементов: 10-19, 19-14, 3-19, 14-15, 15-11, а также прикладывается противодействующее силе удара S (фиг. 1) усилие сжатия пакета эластичных элементов 18 (фиг. 3, 4).
При дальнейшем перемещении (фиг. 7 и 8) нажимного конуса 10 наружные фрикционные пластины 15 (фиг. 7) начинают (показано стрелкой) сталкивать (выдавливать) двуклины 26 или же это делают зацепы 31 (фиг. 9) нажимных клиньев 13.
Нажимные клинья 13 силой трения на фрикционных поверхностях 32 увлекают за собой внутренние фрикционные пластины 14. Таким образом, фрикционный узел каждого поглощающего аппарата 3 расклинивается, поскольку его двуклины 26 выдавливаются внутренними фрикционными пластинами 14 по направлению стрелки. При этом двуклины 26 и внутренние фрикционные пластины 14 выходят из своего фрикционного зацепления, а остаточный конечный ход поглощающих аппаратов 3 вырабатывается только под противодействием остаточному удару со стороны пакета эластичных элементов 18. Этот факт полезен для ограничения нарастания чрезмерной конечной силы при полном закрытии каждого поглощающего аппарата 3, то есть когда он находится в положении, показанном на фиг. 8 и 10.
В результате, получается рабочая характеристика (фиг. 11) для каждого поглощающего аппарата 3, выраженная в виде ломаной линии 36 графика зависимости нарастания противодействующей ударной нагрузки суммарной силы F со стороны элементов фрикционного узла и демпфера поглощающего аппарата 3, от хода H нажимного конуса 10 поглощающего аппарата 3. Ломаная линия 36 данного графика характеризуется точкой излома T, разделяющей ее на два участка 37 и 38. Показан также пунктиром участок 39, характерный аналогичной линии 36 графика для прототипа [3].
Предварительным регулированием величины упомянутого зазора L (фиг. 3 и 4) можно добиваться корректировки рабочей характеристики (фиг. 11) с различной точкой излома T для каждого поглощающего аппарата 3 без применения трудоемких операций его разборки-сборки для замены эластичных элементов 18 с другими параметрами.
Упомянутое ограничение конечного усилия при полном закрытии каждого поглощающего аппарата 3 полезно для снижения величины распорных усилий в его фрикционном механизме. Это хотя и снижает суммарную энергоемкость поглощающего аппарата 3, однако компенсируется последующим ее повышением за счет полноты рабочей характеристики, полученной самой конструкцией фрикционного узла поглощающего аппарата 3 (излом после точки T участка ломаной линии 36 по фиг. 11).
Таким образом, поглощение энергии удара между вагонами железнодорожного состава заключается в том, что, обеспечивают интенсивное поглощение соударения вагонов с помощью расположенных между ними поглощающих аппаратов 3, у которых при возникновении соударения заклинивается и перемещается их фрикционный узел. Причем в конце упомянутого перемещения фрикционного узла поглощающих аппаратов 3 такой узел расклинивают.
Возврат каждого поглощающего аппарата в исходное положение (после погашения и поглощения энергии удара) происходит под действием остаточной, рекуперированной энергии в пакете эластичных элементов 18. В результате данный пакет разжимается (фиг. 12) и возвращает в исходное положение нажимную пластину 19, расположенные на ней нажимные клинья 13, нажимной конус 10 в направлении стрелки на фиг. 12. Нажимные клинья 13, лежащие на нажимной пластине 19, своими зацепами 31 вытягивают вверх внутренние фрикционные пластины 14, гарантированно освобождая пространство V для свободного движения внутренних фрикционных пластин 15 и двуклина 26. Нажимная пластина 19 своими выступами 34 в определенный момент обратного хода увлекает за собой и выводит в начальное положение внутренние фрикционные пластины 15. При прохождении расстояния, равного сумме величины конечного прямого хода нажимного конуса 10 и величины зазора L (фиг. 2, 3), внутренние фрикционные пластины 15 захватывают тягой 40 двуклин 26 (фиг. 13) и выводят их в начальное положение (фиг. 3, 4).
Положительный эффект конструкции фрикционного узла каждого поглощающего аппарата 3 заключается еще и в том, что при длительном его использования исключается отрицательное явление «проседание» нажимного конуса 10, связанное с недостаточным заклиниваем фрикционного узла в начальном положении.
К примеру, считаем, что износ касается наиболее нагруженных деталей фрикционного узла: нажимных клиньев 13, внутренних и наружных фрикционных пластин 14, 15, и внутренней поверхности корпуса 11. Фрикционные пластины 14, 15 с течением времени утончаются до состояния, показанного пунктиром 41 (фиг. 14), за счет чего нажимные клинья 13 расходятся наружу в направлении а от главной оси поглощающего аппарата 3. При этом за счет наклонной поверхности нажимной пластины 19 они еще и опускаются вниз в направлении 6 на некоторую величину, прямо пропорциональную величине износа. Таким образом, пакет эластичных элементов 18, не испытывающий передеформаций, выводит нажимную пластину 19 на постоянную высоту, однако зацепы 31 на нажимных клиньях 13, связанные с внутренними фрикционными пластинами 14, в результате упомянутого изнашивания по пунктиру 41 (фиг. 14), вытягивают эти пластины на высоту с каждым соударением вагонов подвижного состава все меньшую, чем в изначально установленном (фиг. 3 и 4), не приработанном поглощающем аппарате 3, за счет постепенного опускания нажимных клиньев 13 в направлении 6 (фиг. 14) из-за упомянутого износа. Но, так как нажимная пластина 19 за счет усилия возврата пакета эластичных элементов 18 всегда возвращается на исходную позицию, то и связанные с ней наружные и фрикционные пластины 15 она своими выступами 31 выталкивает в первоначальное положение (фиг. 3, 4), вместе с двуклином 26 посредством тяги 40 (фиг. 13).
Таким образом, внутренние фрикционные пластины 14 с течением времени, по мере износа фрикционного узла поглощающего аппарат 3, постепенно прижимаются к его внутренним фрикционным пластинам 14, опускаясь все ниже и ниже. При этом они постоянно находятся в заклиненном состоянии по внутренним клиновым поверхностям 27 двуклинов 26 (фиг. 3, 4) в исходном их положении.
Этим достигается технический результат по повышению надежности способа поглощения энергии соударения вагонов поезда, а также достигается технический результат по увеличению энергоемкости и надежности поглащающего аппарата 3, применяемого для этого, путем устранения влияния износа его элементов фрикционного узла на увеличение рабочего хода и деформации его пакета эластичных элементов 18.
Положительный эффект от полученных технических результатов усиливается тем, что в поглощающих аппаратах 3 применяется длиннобазный пакет эластичных элементов 18, в которых выполнены наружные и/или внутренние канавки 24 и 25. Это позволяет поглощающим аппаратам 3 выдерживать большие нагрузки без передеформаций их эластичных элементов 18, что увеличивает срок службы данных изделий и их энергоемкость.
Источники информации:
1. Автосцепное устройство железнодорожного подвижного состава / Коломийченко В.В., Костина Н.А., Прохоренков В.Д., Беляев В.И. - М.: Транспорт, 1991, рис. 45.
2. Автосцепное устройство железнодорожного подвижного состава / Коломийченко В. В., Костина Н.А., Прохоренков В.Д., Беляев В.И. - М.: Транспорт, 1991, рис. 56 [прототип].