Результат интеллектуальной деятельности: ПОГЛОЩАЮЩИЙ АППАРАТ

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к фрикционным поглощающим аппаратам автосцепных устройств грузовых вагонов.

Известны фрикционные поглощающие аппараты, в которых функцию подпорно-возвратного устройства выполняют пружины (Никольский Л.Н., Кеглин Б.Г. Амортизаторы удара подвижного состава. М., Машиностроение, 1986 г., стр.53, рис.27), а также устройства в виде пакета упругих элементов из полимеров (патенты RU 61669 U1, В61G 9/08, 10.03.2007; RU 2128301 С1, F16F 7/08, В61G 9/02, 27.07.1999; RU 2145558 C1, B61G 9/06, 20.02.2000; RU 2173273 С2, В61G 9/06, F16F 1/40, F16F 3/00, 10.09.2001; RU 2283791 С1, В61G 9/10, В61G 9/18, 20.09.2006; RU 2380257 С2, В61G 9/18, 20.05.2009; US 6478173 В2, B61G 9/18, 12.11.2002). Применение упругих элементов из полимеров позволило повысить силовые характеристики подпорно-возвратного устройства и тем самым поглощающих аппаратов в целом, а с дополнительным введением регулировочных прокладок по патенту RU 2380257 С2, B61G 9/18, 27.01.2010 - стабилизировать значения показателей энергоемкости поглощающих аппаратов на уровне, соответствующем классу Т1. Однако вогнутый вид полученных силовых характеристик, обусловленный формой применяемых упругих элементов из полимеров, не позволил достичь более высоких значений показателей энергоемкости, соответствующих классам Т2 и Т3, что является основным недостатком таких поглощающих аппаратов.

За прототип принят фрикционно-полимерный поглощающий аппарат ПМКП-110 (см. журнал «Вестник ВНИИЖТ», 2005, №4, УДК 629.4.028.86), содержащий корпус в виде стакана с бобышкой на внутренней стороне днища по продольной оси корпуса, размещенные в корпусе симметрично его внутренним стенкам нажимной конус, пару фрикционных клиньев с опорной плитой, по паре подвижных и неподвижных пластин, а также подпорно-возвратное устройство в виде пакета упругих элементов из полимера (термоэластопласта), расположенных совместно с опорной плитой и клиньями между нажимным конусом и днищем корпуса и стянутых болтом через имеющиеся в них центральные отверстия.

Недостатком данного технического решения является вогнутый вид силовых характеристик подпорно-возвратного устройства и поглощающего аппарата в целом, обусловленный несовершенной формой применяемых упругих элементов, что ограничивает значения показателей энергоемкости поглощающего аппарата на уровне, соответствующем классу Т1.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение значений показателей энергоемкости поглощающего аппарата до более высокого уровня, соответствующего классам Т2, Т3.

Указанный технический результат достигается тем, что в поглощающем аппарате, содержащем корпус в виде стакана с бобышкой на внутренней стороне днища по продольной оси корпуса, размещенные в корпусе симметрично его внутренним стенкам нажимной конус, пару фрикционных клиньев с опорной плитой, по паре подвижных и неподвижных фрикционных пластин, а также подпорно-возвратное устройство в виде пакета полимерных упругих элементов, расположенных совместно с опорной плитой и клиньями между нажимным конусом и днищем корпуса и стянутых по продольной оси болтом через имеющиеся в них центральные отверстия, каждый из полимерных упругих элементов представляет собой тело вращения переменного поперечного сечения со ступенчатым отверстием по оси вращения, при этом сечение с максимальным наружным радиусом расположено между двумя разновеликими торцами указанного тела и разделяет наружную боковую поверхность последнего на две смежные части, а расстояние от указанного сечения до меньшего торца составляет 0,3…0,55 от расстояния до большего торца.

Обе смежные части боковой поверхности каждого упругого элемента подпорно-возвратного устройства являются вогнутыми.

Торцы каждого упругого элемента представляют собой усеченные конические поверхности с углами между образующей и основанием, равными 8…11°, и вершинами, обращенными наружу элемента у большего торца и внутрь - у меньшего.

Подпорно-возвратное устройство поглощающего аппарата состоит из четного количества упругих элементов, образующих одну или несколько пар, при этом смежные элементы каждой пары обращены друг к другу большими торцами.

Подпорно-возвратное устройство поглощающего аппарата состоит из шести упругих элементов.

Все упругие элементы подпорно-возвратного устройства поглощающего аппарата выполнены из одного материала и имеют одинаковые габаритные размеры, при этом первый элемент от днища корпуса аппарата центрируется своим отверстием на выступающей внутрь корпуса бобышке, а каждый из оставшихся элементов снабжен со стороны меньшего торца перемычкой с отверстием для непосредственного центрирования на стяжном болте.

Больший торец каждого упругого элемента подпорно-возвратного устройства поглощающего аппарата снабжен не менее чем двумя парами равномерно расположенных по окружности у края центрального отверстия и чередующихся глухих цилиндрических отверстий и выступов одинакового диаметра для соединения элементов в пары.

Диаметр центрального отверстия со стороны большего торца каждого упругого элемента подпорно-возвратного устройства поглощающего аппарата составляет 0,45…0,65 от наружного диаметра последнего, а длина указанного отверстия - 0,2…0,3 от общей длины элемента.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволило установить наличие отличительных от прототипа признаков, следовательно, данное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен поглощающий аппарат в продольном разрезе, на фиг.2 - главный вид полимерного упругого элемента в свободном состоянии, совмещенный с продольным разрезом, на фиг.3 - вид упругого элемента со стороны большего торца, на фиг.4 - исполнение полимерного упругого элемента с перемычкой в отверстии со стороны меньшего торца, на фиг.5, 6, 7 - подпорно-возвратное устройство в составе трех пар полимерных упругих элементов в свободном, предварительно поджатом и сжатом на полный рабочий ход состояниях соответственно, на фиг.8 - силовая характеристика квазистатического сжатия подпорно-возвратного устройства.

Поглощающий аппарат (см. фиг.1) содержит корпус 1 в виде стакана с бобышкой 2 на внутренней стороне днища 3 по продольной оси корпуса, размещенные в корпусе симметрично его внутренним стенкам нажимной конус 4, контактирующий с фрикционными клиньями 5, опирающимися на опорную плиту 6. Своими боковыми поверхностями 7 фрикционные клинья 5 контактируют с парой неподвижных пластин 8, зафиксированных в окнах 9 корпуса 1. Между наружными поверхностями неподвижных пластин 8 и внутренними стенками корпуса 1 установлена пара подвижных фрикционных пластин 10. Между опорной плитой 6 и днищем 3 корпуса 1 размещено подпорно-возвратное устройство 11 в виде пакета из шести полимерных упругих элементов 12 с регулировочными прокладками 13, которые совместно с опорной плитой 6, нажимным конусом 4 и фрикционными клиньями 5 стянуты болтом 14, заведенным через центральные отверстия в бобышке 2 корпуса 1, упругих элементах 12, регулировочных прокладках 13, опорной плите 6 и нажимном конусе 4.

Каждый из упругих элементов 12 (см. фиг.2, 3, 4) представляет собой тело вращения переменного поперечного сечения со ступенчатым отверстием А по оси вращения, при этом сечение с максимальным наружным диаметром D расположено между двумя разновеликими торцами Б и В указанного тела и разделяет наружную боковую поверхность последнего на две смежные части Г и Д, а расстояние l₂ от указанного сечения до меньшего торца В составляет 0,30…0,55 от расстояния l₁ до большего торца Б. Обе смежные части Д и Е боковой поверхности каждого упругого элемента 10 являются вогнутыми.

Торцы Б и В каждого упругого элемента представляют собой усеченные конические поверхности с углами α и β между образующей и основанием, равными 8…11°, и вершинами, обращенными наружу элемента у большего торца Б и внутрь - у меньшего торца В.

Подпорно-возвратное устройство 11 комплектуется четным количеством упругих элементов 12 для образования одной или нескольких пар. На фиг.1, 5, 6, 7 приведено подпорно-возвратное устройство из шести упругих элементов, которые образуют три пары, при этом смежные элементы каждой пары обращены друг к другу большими торцами Б (см. фиг.5).

Все упругие элементы 12 возвратно-подпорного устройства выполнены из одного материала, например из смеси термоэластопластов хайтрел марок 4556 и 5556 в определенной пропорции, соответствующей требуемым силовым характеристикам, и имеют одинаковые габаритные размеры, при этом первый элемент от днища корпуса 1 аппарата центрируется своим отверстием на выступающей внутрь корпуса бобышке 2, а каждый из оставшихся элементов снабжен со стороны меньшего торца перемычкой 15 с отверстием для непосредственного центрирования на стяжном болте 14. Больший торец Б каждого упругого элемента 12 снабжен двумя парами равномерно расположенных по окружности у края центрального отверстия и чередующихся глухих цилиндрических отверстий 16 и выступов 17 одинакового диаметра для соединения элементов в пары.

Аналогичным образом могут быть выполнены соединения меньших торцев В упругих элементов смежных пар.

Диаметр центрального отверстия D₃ со стороны большего торца Б каждого упругого элемента составляет 0,45…0,65 от наружного диаметра D₁ последнего, а длина l₃ указанного отверстия - 0,2…0,3 от общей длины l элемента.

Улучшенная форма и конкретные размеры упругого элемента 12 в свободном состоянии определены из условий принятия пакетом из шести элементов при сжатии на полный рабочий ход формы, приближенной к цилиндру, вписанному во внутренние габариты корпуса 1 аппарата, а также недопущения относительных местных деформаций сжатия упругих элементов более 10% при предварительном поджатии подпорно-возвратного устройства во избежание больших остаточных деформаций упругих элементов и снижения силы предварительного поджатия.

Искомый технический результат был получен благодаря серии аналитических расчетов силовых характеристик статического сжатия упругих элементов из термоэластопластов хайтрел марок 4556 и 5556 с заданными и уточняемыми в процессе расчетов формой и размерами и динамического сжатия поглощающего аппарата с учетом уточненной зависимости коэффициента передачи (усиления) от рабочего хода, выполненных методом последовательного приближения, и подтвержден реальными силовыми характеристиками сжатия экспериментальных образцов уменьшенных физических моделей упругого элемента, приведенными к натуральному виду с применением теории геометрического подобия.

Сборку поглощающего аппарата можно будет производить без регулировочных прокладок 13, так как ожидаемая полнота и уровень динамической силовой характеристики аппарата с упругими элементами 12 обеспечивают достаточно высокие значения показателей энергоемкости, с запасом свидетельствующие о соответствии аппарата классу Т2. В случае применения регулировочных прокладок 13, позволяющих стабилизировать значения усилий предварительного поджатия и закрытия аппарата на уровнях, близких к максимально допустимым, возможно достижение соответствия аппарата классу Т3.

Становится также осуществимой модернизация пружинно-фрикционных аппаратов ПМК-110А, ПМК-110-К-23 и АПМ-110-К-23 эксплуатационного парка с переводом их из класса Т0 в класс Т2 путем замены пружин подпорно-возвратного устройства на пакет из шести упругих элементов 10.

Использование предлагаемых поглощающих аппаратов классов Т2 и Т3 в автосцепных устройствах грузовых вагонов позволит существенно уменьшить ударные воздействия при эксплуатации вагонов и увеличить срок их безотказной работы.