Устройство для поглощения энергии удара

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ УДАРА(71) Заявитель Головач Руслан Николаевич(72) Автор Головач Руслан Николаевич(73) Патентообладатель Головач Руслан Николаевич(57) 1. Устройство для поглощения энергии удара, состоящее из корпуса с внутренней фрикционной поверхностью, в котором размещены вместе с нажимным клином фрикционные клинья, расположенные на полимерном массиве, составленном из последовательно чередующихся опорных элементов и упругих блоков, отличающееся тем, что, как минимум, один опорный элемент выполнен с удлиненными нижними частями, расположенными между боковыми стенками корпуса и верхней частью полимерного массива. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, по крайней мере, один из упругих блоков выполнен меньшей высоты, чем остальные. 56192009.10.30 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, по крайней мере, один из упругих блоков выполнен с радиальным размером меньшим, чем все остальные. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что внутри, как минимум, одного упругого блока расположены упоры, ограничивающие его сжатие.(56) 1. Патент 2128301. Фрикционный амортизатор, МПК 16 7/08,61 9/02, приоритет 1998.06.02, публикация 1999.03.27. 2. Заявка 2002108920 А 1. Поглощающий аппарат железнодорожного вагона,имеющий большой рабочий ход, МПК 61 9/18, приоритет 2001.05.15, публикация 2003.06.10 (прототип). Полезная модель относится преимущественно к устройствам поглощения энергии удара, устанавливаемым на вагоны и локомотивы с целью снижения продольных усилий,действующих в поезде при соударении вагонов. Известно устройство для поглощения энергии удара 1. Оно состоит из корпуса, в котором расположены нажимной клин и фрикционные клинья. В корпусе фрикционные клинья расположены в контакте с нажимным клином и опорной плитой, опирающейся на упругий полимерный массив, состоящий из нескольких последовательно расположенных самоустанавливающихся упругих блоков. Попарно упругие блоки разделены между собой центрирующими чашеобразными металлическими пластинами, скользящими по выполненным в корпусе продольным центрирующим ребрам. Недостатком аналога 1 является его сложность ввиду особенностей конструкции и наличия центрирующего соединения некоторых его элементов, а также ограниченный(всего в 110 мм) рабочий ход. Известно более простое, эффективное и с увеличенным рабочим ходом устройство для поглощения энергии удара 2, принятое за прототип. Такое устройство состоит из многогранного корпуса, в котором расположены нажимной клин и фрикционные клинья. Фрикционные клинья установлены в контакте с опорной плитой, расположенной на упругом полимерном массиве, состоящем из нескольких последовательно расположенных упругих блоков. Упругие блоки разделены между собой пластинами и вместе с ними пропущены сквозь стержень. Такой аппарат-прототип, в отличие от аналога 1, имеет больший рабочий ход. В нем также отсутствуют промежуточные чашеобразные металлические пластины. Это упрощает конструкцию прототипа 2 с возможностью уменьшения габаритов аппарата и с большим, чем у аналога 1, количеством упругих блоков. Однако ввиду того, что во время восприятия устройством ударной нагрузки, основная часть энергии в таком устройстве поглощается за счет сил трения между фрикционными клиньями и внутренней фрикционной поверхностью корпуса, то в первое время удара основная нагрузка приходится на верхние упругие блоки. В результате они испытывают запредельные нагрузки и подвергаются от этого чрезмерной деформации. Поэтому верхние упругие блоки могут приобрести необратимые изменения своей формы и структуры материала, что ухудшает их упругие характеристики и снижает эффективность работы устройства. Задачей полезной модели является повышение эффективности работы устройства для поглощения энергии удара за счет ограничения степени раздавливания упругих блоков при ударной нагрузке. Поставленная задача решается тем, что устройство для поглощения энергии удара, состоящее из корпуса с внутренней фрикционной поверхностью, в котором размещены вместе с нажимным клином фрикционные клинья, расположенные на полимерном массиве,2 56192009.10.30 составленном из последовательно чередующихся опорных элементов и упругих блоков,имеет отличительные признаки как минимум один опорный элемент выполнен с удлиненными нижними частями, расположенными между боковыми стенками корпуса и верхней частью полимерного массива. Выполнение опорного элемента (или элементов) с удлиненными нижними частями,направлено на обеспечение возможности ограничения перемещения одного из упругих блоков (или некоторых упругих блоков) в радиальном направлении при приложении ударной нагрузки через нажимной клин и фрикционные клинья. В результате данные упругие блоки будут меньше подвержены расплющиванию при значительных ударных нагрузках, что будет способствовать исключению чрезмерной деформации упругих блоков и улучшению поглощения энергии удара последующими упругими блоками. Особенно это актуально производить для верхнего упругого блока, а также для нескольких следующих за ним схожих элементов. Расположение удлиненных нижних частей опорного элемента (или элементов) между боковыми стенками корпуса и верхней частью полимерного массива позволит заключить эти удлиненные части в своеобразные ограничители. Поэтому при приложении ударной нагрузки возникают усилия от воздействия таких деформируемых и ограниченных в своем радиальном перемещении упругих элементов на сами нижние части опорных элементов. В результате уменьшается степень раздавливания верхних упругих блоков при ударной нагрузке. При этом, при небольших ударных нагрузках, воздействие упругих блоков на удлиненные нижние части опорной плиты будет не так значительно, чем при больших ударных нагрузках. Полимерный массив в этом случае будет работать в основном как упругий элемент. То есть ввиду того, что во время удара значительная часть нагрузки приходится на верхние упругие блоки (ближние к опорной плите), испытывающие гораздо более значительные деформации по сравнению с нижними упругими блоками, деформация упругих блоков тем больше, чем ближе они находятся к нажимному клину. Чем сильнее удар, тем больше верхние упругие блоки расширяются в диаметре и тем больше вероятность их чрезмерной деформации. При слабых ударах полимерный массив работает в основном как упругий элемент, практически не воздействуя на удлиненные части опорных элементов. Кроме того, конструктивное выполнение верхних опорных элементов малой высоты,также способствует уменьшению остаточных деформаций за счет более малой миграции материала в этих упругих блоках, при ударных воздействиях. Поэтому вариантом выполнения полезной модели может быть применения одного или некоторых верхних упругих блоковменьшей высоты, чем остальные. Из конструктивных соображений также возможно выполнение, по крайней мере, одного упругого блока с радиальным размером меньшим, чем все остальные. Для ограничения сжатия упругих блоков в конструкции устройства также могут применяться упоры, расположенные внутри, как минимум, одного упругого блока. Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями. На фиг. 1 показан общий вид устройства в исходном положении. На фиг. 2 - разрез АА по фиг. 1, с вариантом выполнения одного из опорных элементов с удлиненными нижними частями. На фиг. 3 - то же, что и на фиг. 2, но с удлиненными нижними частями уже нескольких опорных элементов. На фиг. 4 - общий вид устройства в момент закрытия(сильного удара). На фиг. 5 - то же, что и на фиг. 2, но при промежуточном положении нажимного клина. На фиг. 6 - то же, что и на фиг. 2, но в момент закрытия (сильного удара). На фиг. 7 - то же, что и на фиг. 3, но при промежуточном положении нажимного клина. На фиг. 8 - то же, что и на фиг. 3, но в момент закрытия (сильного удара). На фиг. 9 сборочный стержень для монтажа и демонтажа устройства. 56192009.10.30 Устройство состоит (фиг. 1) из корпуса 1 с боковыми стенками 2 и внутренней фрикционной поверхностью(фиг. 2, 3). В корпусе 1 размещены вместе с нажимным клином 3 фрикционные клинья 4, расположенные на полимерном массиве. Полимерный массив составлен из последовательно чередующихся опорных элементов 5 и упругих блоков 6, пропущенных сквозь стержень 7. Резьба на стержне 7 предназначена для установки поглощающего аппарата в тяговом хомуте (не показан) и для съема с него. Нажимной клин 3 снабжен тремя зацепами 8, поджатыми к верхнему торцу корпуса 1 полимерным массивом упругих блоков 6. Возможно выполнение или одного опорного элемента 5 (как показано на фиг. 2 - верхнего) или некоторых (как показано на фиг. 3 - четырех верхних) с удлиненными нижними частями 9. Возможен вариант, когда опорные элементы выполнены в виде втулок (как показано). Тогда их удлиненные нижние части 9 будут образованы боковыми стенками таких втулок. Также возможны и другие варианты выполнения удлиненных нижних частей 9, например в виде отдельных частей (не показано). В любом случае они охватывают свои упругие блоки 6, располагаясь между ними и стенками 2 корпуса 1 устройства. Каждый из упругих блоков 6 выполнен в виде эластичной втулки, воспринимающей ударные нагрузки, при этом некоторые верхние упругие блоки выполнены меньшей высоты, чем остальные (фиг. 3) или с меньшим радиальным размером (фиг. 2). Эластичная втулка может быть выполнена как из эластомеров (например резин), так и из полимеров (например термоэластопластов), характеризующихся необходимым сочетанием показателей податливости (относительная деформация может достигать 0,5) и диссипативных свойств при высокой технологичности и возможности утилизации эластичных элементов, исчерпавших свой ресурс. Внешняя поверхность втулки упругих блоков 6 может быть выполнена сферической (как показано) или другой формы. Для ограничения сжатия упругих блоков 6 в конструкции устройства также могут применяться упоры (не показано), расположенные внутри, как минимум, одного упругого блока 6. Разнообразие применяемых материалов упругих блоков 6 предопределяет универсальность их применения, в том числе в изделиях, гасящих колебания, поглощающих энергию и в различных демпферах. В наружную поверхность фрикционных клиньев 4 могут быть запрессованы бронзовые вкладыши 10, обеспечивающие твердую смазку и снижающие интенсивность износа поверхностей корпуса 1 и этих клиньев. Для монтажа и демонтажа поглощающего аппарата служит сборочный стержень 11(фиг. 9) с удлиненной резьбовой частью 12 и узкой удлиненной головкой 13. При сборке устройства (не показано) вначале собирают полимерный массив упругих блоков 6 вместе с опорными элементами 5, через которые пропускают сборочный стержень 11, головка 13 которого будет опираться на самый верхний опорный элемент 5. Затем собранный узел устанавливают внутрь поглощающего аппарата таким образом, чтобы конец резьбовой части 12 сборочного стержня 11 выступал наружу. После чего накручивают на него гайку (не показана), стягивая до нужного размера деформаций упругие блоки 6 полимерного массива. Далее на верхний опорный элемент 6 устанавливают фрикционные клинья 4 и нажимной клин 3. Затем отворачивают упомянутую накрученную гайку, обеспечивая тем самым подъем упругих блоков 6 вверх, до упора зацепов 8 нажимного клина 3 в верхний торец корпуса 1. После чего сборочный стержень 11 вынимают из устройства и заменяют его на стержень 7. В результате устройство готово к эксплуатации (фиг. 1, 2, 3) и работает следующим образом. 56192009.10.30 Под действием ударной нагрузки (фиг. 5, 7) нажимной клин 3 смещается, сжимая упругие блоки 6 и прижимая фрикционные клинья 4 к внутренней фрикционной поверхностибоковых стенок 2 корпуса 1 устройства. Сила трения между фрикционными клиньями 4 и боковыми стенками 2 корпуса 1 возрастает до наибольшей величины при полном сжатии (фиг. 8 и 9) упругих блоков 6 полимерного массива (при одинаковых заданных нагрузках и скоростях соударения). При этом работа, затрачиваемая на приведение в действие устройства, расходуется главным образом на преодоление сил трения и полностью поглощается, превращаясь в тепловую энергию. При приложении нагрузки радиальный размер всех упругих блоков 6 полимерного массива увеличивается. При этом, при значительной ударной нагрузке, первыми деформируются верхние упругие блоки 6 полимерного массива, которые расплющиваются. Воздействуя своими боковыми поверхностями на удлиненные части 9 опорных элементов 5, за счет ограничения степени деформации (расплющивания), упругие блоки не приобретают остаточной деформации, чем и достигается положительный эффект. Ограничение перемещения верхнего упругого блока 6 (или нескольких) в радиальном направлении с упором в удлиненные части 9 верхнего опорного элемента 5 (или нескольких) приводит к тому, что верхний (или верхние) упругий блок 6 меньше подвержен расплющиванию при значительных ударных нагрузках. Это будет способствовать улучшению поглощения энергии удара последующими упругими блоками 6. При небольшой или начальной ударной нагрузке (фиг. 5, 7) прижатие верхних упругих блоков 6 к соответствующим удлиненным частям опорных элементов 5 невелико. Поэтому полимерный массив будет работать в основном как упругий элемент. После снятия нагрузки силы, затраченные ранее на сжатие упругих блоков 6, обеспечивают возвращение всех подвижных элементов поглощающего аппарата в исходное положение. Такое выполнение упругих блоков 6 полимерного массива и расположение верхней его части с охватом удлиненными нижними частями 9 опорной плиты 5 повышает энергоемкость устройства и надежность его работы. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7