Поглощающий аппарат железнодорожного вагона, имеющий большой рабочий ход - RU2225306C2
Код документа: RU2225306C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к поглощающим аппаратам и, в частности, к усовершенствованному фрикционно-эластомерному подушечному поглощающему аппарату с увеличенным ходом для поглощения и рассеивания воздействующих сил.
Сцепные системы для современных железнодорожных вагонов обычно в своем составе имеют узел поглощающего аппарата для смягчения и поглощения сил, действующих на систему в процессе эксплуатации вагона. Устройства для смягчения и поглощения таких сил могут содержать пакет эластомерных пружин, спаренных с фрикционным демпфирующим механизмом.
Как на примеры таких устройств, можно сослаться на устройства по патентам США 4556149 и 4591059, переуступленным правопреемнику настоящего изобретения.
Хотя такие поглощающие аппараты обладают высокой амортизирующей способностью, они имеют тенденцию передавать на конструкцию вагона высокую величину силы в течение рабочего цикла.
Недостатки известных устройств преодолены в настоящем изобретении, которое предлагает фрикционно-эластомерный подушечный поглощающий аппарат, который поглощает энергию в течение большего рабочего хода, чем известные устройства, обеспечивая за счет этого передачу меньших значений силы на конструкцию железнодорожного вагона при амортизации заданной величины воздействующей энергии. В соответствии с фрикционно-эластомерными подушечными поглощающими аппаратами настоящее изобретение содержит корпус с закрытой концевой частью и открытой противоположной концевой частью, которая имеет удлиненную сходящуюся на конус внутреннюю фрикционную поверхность. В открытой конечной части корпуса с возможностью осевого перемещения установлен клин, непосредственно воспринимающий тяговые или ударные нагрузки. Внутри корпуса между клином и удлиненной сужающейся внутренней фрикционной поверхностью расположены фрикционные элементы или ступенчатые фрикционные башмаки для поглощения некоторой части ударной нагрузки, возникающей при воздействии усилия на клин. Между фрикционными элементами и пакетом эластомерных подушек расположен пружинный упор. Ступенчатые фрикционные башмаки объединены с пружинным упором с целью увеличения доступного пространства для размещения пакета эластомерных подушек. К закрытой концевой части корпуса прикреплен направляющий стержень, пропущенный через пакет эластомерных подушек, пружинный упор и клин для уменьшения возможного изгиба пакета подушек.
Фрикционные элементы по данному изобретению выполнены в виде размещенных по окружности фрикционных башмаков, имеющих каждый первую плоскость - наклонную внутреннюю поверхность, контактирующую с плоской наклонной внутренней поверхностью клина. Эти наклонные внутренние поверхности расположены относительно главной оси корпуса под первым заданным углом. Каждый фрикционный башмак имеет также вторую плоскость - наклонную наружную поверхность, контактирующую с удлиненной сходящейся на конус внутренней фрикционной поверхностью открытой концевой части корпуса, располагаясь относительно главной оси корпуса под вторым заданным углом. Каждый фрикционный башмак имеет также третью плоскость - плоскую внутреннюю поверхность, контактирующую с плоской наружной поверхностью пружинного упора, причем третья плоская внутренняя поверхность башмака и наружная поверхность пружинного упора расположены относительно главной оси корпуса под третьим заданным углом. Направляющий стержень постоянно закреплен неподвижно посредством его головной части будучи сильно прижатым к задней стенке корпуса за счет предварительной нагрузки, приложенной к пакету эластомерных подушек. Направляющее отверстие, проходящее через центр пружинного упора и центр клина, обеспечивает смещение клина и пружинного упора вовнутрь при сохранении центрального расположения стержня.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения первый заданный угол расположения сопряженных поверхностей фрикционного башмака и клина составляет около (35±3)o. Второй заданный угол расположения сопряженных поверхностей фрикционного башмака и удлиненной сходящейся на конус внутренней фрикционной поверхности составляет около (2,25±0,25)o. Третий заданный угол расположения сопряженных поверхностей фрикционного башмака и пружинного упора составляет около (90±4)o. Пакет эластомерных подушек содержит несколько концентричных пружин, изготовленных согласно патентам США 4198037 и 4566678.
Таким образом, целью данного изобретения является создание поглощающего аппарата, полезный рабочий ход которого, отнесенный к монтажной длине, составляет около 0,21. Отношение полезного хода к монтажной длине современных поглощающих аппаратов находилось до этого в пределах около 0,11-0,16, в подавляющем большинстве около 0,14.
Следующей целью изобретения является создание поглощающего аппарата, в котором используются фрикционно-эластомерные элементы, каждый из которых устанавливается в стандартном стакане и имеет рабочий ход длиной 120 мм. Такое увеличение рабочего хода достигалось ранее только в дорогостоящих гидравлических поглощающих аппаратах.
Дополнительной целью данного изобретения является создание поглощающего аппарата, применяемого в стандартном стакане, имеющего рабочий ход 120 мм, меньший вес и способного поглощать большее количество энергии, чем известный поглощающий аппарат.
Другая цель данного изобретения - создание ступенчатого фрикционного башмака в такой комбинации с пружинным упором, что позволило бы разместить в корпусе поглощающего аппарата более длинный пакет эластомерных пружин.
Другие особенности и
преимущества изобретения станут ясны из последующего описания предпочтительного варианта с учетом прилагаемых чертежей, на которых:
фиг. 1 изображает продольный разрез поглощающего аппарата в
соответствии с изобретением;
фиг.2 - вид спереди изображенного на фиг.1 поглощающего аппарата;
фиг. 3 - вид сверху на внутреннюю поверхность фрикционного башмака для поглощающего
аппарата по фиг.1;
фиг.4 - разрез по линии 4-4 на фиг.3;
фиг.5 - вид сзади фрикционного башмака по фиг.3;
фиг.6 - вид спереди фрикционного башмака по фиг.3;
фиг.7
- вид в аксонометрии фрикционного башмака по фиг.3;
фиг. 8 - вид снаружи на пружинный упор для поглощающего аппарата по фиг. 1;
фиг.9 - разрез по линии 9-9 на фиг.8;
фиг.10
- вид спереди направляющего стержня поглощающего аппарата по фиг. 1;
фиг. 11 - график зависимости силы от хода поглощающего аппарата для известного поглощающего аппарата и поглощающего
аппарата, являющегося предметом изобретения, при одинаковой входной нагрузке в 46 кДж, где по оси ординат отложена сила, кН, а по оси абсцисс - ход поглощающего аппарата, мм;
фиг.12 - вид
изнутри на клин, показанный на фиг.2;
фиг.13 - вид снаружи на клин, показанный на фиг.12.
Как показано на чертежах, фрикционно-эластомерный подушечный поглощающий аппарат 9 (фиг. 1) в соответствии с изобретением содержит аксиально рассверленный корпус или кожух 10 с закрытой концевой частью (далее закрытый конец) и противоположной открытой концевой частью (далее открытый конец), между которыми проходит главная ось 88. Закрытый конец корпуса 10 закрыт неподвижной увеличенной торцевой стенкой или пластиной 12. Часть корпуса 10, смежная с его открытым концом, выполнена в виде толстостенной фрикционной секции 14, имеющей три удлиненные сходящиеся на конус по направлению к закрытому концу корпуса 10 внутренние фрикционные поверхности. Удлиненная сходящаяся на конус внутренняя фрикционная поверхность 28 является одной из таких поверхностей. Расположенная с промежутком от секции 14 часть корпуса 10 выполнена с внутренним отверстием 18, которое оканчивается у торцевой пластины 12, ограничено более тонкой стенкой корпуса и характеризуется в целом цилиндрической формой. Секция 14 и отверстие 18 в целом соединены через переходную секцию 20 корпуса, которая служит для сопряжения секции 14 и выполненной с отверстием 18 секции корпуса друг с другом как внутри, так и снаружи.
Как обычно, в секции 14 в скользящем фрикционном контакте с соответствующими удлиненными коническими внутренними фрикционными поверхностями 28, 30 и 32 секции 14 размещен по окружности, как показано на фиг.2, комплект из трех фрикционных башмаков 22, 24 и 26. Три фрикционных башмака 22, 24 и 26 в собранном, как показано, виде образуют открытую наружу полость для расположения внутренней концевой части 35 (фиг.1) клина 34.
Для увеличения сопротивления, образуемого в секции 14 в процессе перемещения вовнутрь фрикционных башмаков 22, 24 и 26 и клина 34, во внутреннем отверстии 18 корпуса 10 установлен пакет 36 эластомерных подушек из упругого материала. Этот упругий материал, будучи предварительно сжатым при сборке, удерживает клин и фрикционные башмаки в рабочем контакте друг с другом и с корпусом как в процессе работы поглощающего аппарата, так и в его неработающем состоянии. Упругий материал оказывает также сопротивление перемещению фрикционных башмаков 22, 24 и 26 вовнутрь для амортизации некоторой части тяговых усилий, действующих на поглощающий аппарат.
Для удержания клина 34 (фиг.2) и фрикционных башмаков 22, 24 и 26 в открытой концевой части 50 корпуса 10 внутренняя концевая часть 35 клина 34 выполнена с рядом расположенных по окружности и направленных наружу фланцев 38, 40 и 42, а открытая концевая часть 50 корпуса 10 выполнена с соответствующим числом расположенных с промежутками между собой и направленных вовнутрь выступов 44, 46 и 48. При сборке поглощающего аппарата фланцы клина входят в зацепление с выступами корпуса, располагаясь сзади или с внутренней стороны от них, поэтому клин 34 и фрикционные башмаки надежно удерживаются в собранном взаимном положении в корпусе 10 благодаря также отчасти силам предварительного нагружения пакета 36 эластомерных подушек.
Пакет 36 (фиг.1) эластомерных подушек из упругого материала представляет собой ряд концентрично установленных пружин 52, каждая из которых имеет центральное отверстие, а последняя 52' из которых расположена у внутренней поверхности торцевой пластины 12. Отдельные подушки сложены так, что их направляющие отверстия расположены по одной оси с образованием одного центрального направляющего отверстия 53, проходящего через весь пакет подушек. Кроме того, каждая отдельная подушка оснащена металлической пластиной 37 на верхней и нижней поверхностях, как показано на фиг.1. Как будет более подробно объяснено, металлическая пластина 39 помогает закрепить направляющий стержень 62, а металлическая пластина 41 примыкает к пяточной части 73 каждого фрикционного башмака. В предпочтительном варианте выполнения пакет эластомерных подушек изготовлен в соответствии с патентами США 4198037 и 4566678, хотя может быть использован и другой подходящий упругий материал.
В целом плоский и имеющий симметричный контур пружинный упор 54 размещен между наружным концом 56 пакета 36 эластомерных подушек и внутренней поверхностью 70 фрикционных башмаков 22, 24 и 26 с возможностью продольного перемещения в корпусе 10 для сжатия пакета 36 при действии силы на клин 34. Центральное отверстие 60 (фиг.8 и 9) упора 54 размещает в себе и делает устойчивым направляющий стержень 62 и обеспечивает перемещение упора 54 в течение рабочего цикла. Как показано на фиг.8, упор 54 имеет первую, вторую и третью плоскости - наружные поверхности 64, 66 и 68. Например, первая наружная поверхность 64 взаимодействует с третьей плоской внутренней поверхностью 70 фрикционного башмака 22, как показано на фиг.1, образуя третий заданный угол (90±4)o с главной осью 88 поглощающего аппарата 9. Хотя это не показано, плоские наружные поверхности 66 и 68 взаимодействуют с плоскими внутренними поверхностями фрикционных башмаков 24 и 26 (не показано). Как видно из фиг.1, пружинный упор 54 установлен в углублении 71, выполненном в пяточной части 73 фрикционного башмака 22. Хотя это не показано, каждый фрикционный башмак 24 и 26 также имеет подобное углубление или ступеньку в пяточной части. Эта конструкция дает дополнительное пространство во внутренней переходной секции 20 и в секции, выполненной с отверстием 18, для дополнительных эластомерных подушек, давая возможность большему пакету эластичных пружин поглощать больше энергии.
Все фрикционные башмаки 22, 24 и 26 имеют одинаковые размер, форму и назначение, поэтому будет рассмотрен только фрикционный башмак 22, учитывая, что все относящееся к нему применимо также к фрикционным башмакам 24 и 26. Иными словами, фрикционные башмаки 24 и 26 имеют плоские внутренние поверхности, которые соответствуют поверхности 70, а также соответствующие углубления 71 или ступеньки, пяточные части 73 и т.д. Фрикционный башмак 22 имеет первую плоскость - наклонную внутреннюю поверхность 82 (фиг.3-7), вторую плоскость - наклонную наружную поверхность 84 и третью плоскость - внутреннюю поверхность 70.
Клин 34 (фиг.12-13) имеет ряд плоских внутренних поверхностей 76, 78 и 80 одинакового размера, формы и назначения, поэтому будет рассмотрена только плоская внутренняя поверхность 76 (фиг.1) с учетом того, что все относящееся к ней полностью применимо также к плоским внутренним поверхностям 78 и 80. Плоская внутренняя поверхность 76 контактирует с первой плоскостью фрикционного башмака 22 - наклонной внутренней поверхностью 82, образуя с главной осью 88 поглощающего аппарата 9 первый заданный угол (35±3)o.
Как было предварительно отмечено, толстостенная фрикционная секция 14 имеет три удлиненные сходящиеся на конус внутренние фрикционные поверхности одинакового размера, формы и назначения, поэтому будет рассмотрена только удлиненная сходящаяся на конус внутренняя фрикционная поверхность 28 с учетом того, что все относящееся к ней применимо также к двум другим. Удлиненная сходящаяся на конус внутренняя фрикционная поверхность 28 контактирует со второй плоскостью - наклонной наружной поверхностью 84, образуя с главной осью 88 поглощающего аппарата 9 второй заданный угол около 2,25o. Для достижения особо длинного рабочего хода длина удлиненной сходящейся на конус внутренней фрикционной поверхности 28 от торца концевой части 50 корпуса до конца клина 51 составляет около 5,5 дюймов или 140 мм.
Направляющий стержень 62 (фиг.10) постоянно закреплен неподвижно посредством его головной части 86 будучи сильно прижатым к торцевой пластине 12 за счет предварительной нагрузки пакета 36 эластомерных подушек. В течение рабочего цикла направляющее отверстие 53 пакета 36 эластомерных подушек, центральное отверстие 60 пружинного упора 54 и центральный канал 72 клина 34 перемещаются относительно стержня 62, давая возможность клину 34 и упору 54 смещаться вовнутрь. Длина направляющего стержня 62 примерно на 0,25 дюйма (6 мм) меньше длины внутренней части корпуса, позволяя упорному блоку (не показан) натыкаться на концевую часть 50 поглощающего аппарата при полном рабочем ходе без повреждения стержня 62.
Описанный и изображенный здесь поглощающий аппарат 9 также имеет рабочий ход около 116-120 мм. Рабочий ход есть величина хода аппарата 9 и представляет собой расстояние, на которое наружная поверхность 33 клина 34 перемещается относительно конца открытой концевой части 50 в течение рабочего цикла.
Другой характеристикой поглощающего аппарата 9 является величина полезного хода, отнесенного к монтажной длине. Этот термин означает рабочий ход, деленный на расстояние от наружной поверхности 33 клина 34 до наружной поверхности 39' торцевой пластины 12. При расстоянии от наружной поверхности 33 до наружной поверхности 39', равном около 568,4 мм, рабочий ход около 118 мм дает величину полезного хода, отнесенного к монтажной длине, приблизительно 0,21.
Еще одной характеристикой поглощающего аппарата по данному изобретению является его способность смягчать удар и при этом передавать усилие с пониженным уровнем. Из фиг.11 видно, что при ударном воздействии массы, имеющей кинетическую энергию, на известный фрикционно-эластомерный поглощающий аппарат имеет место определенная зависимость 101 силы от хода. При ударном воздействии той же массы с той же кинетической энергией на заявленный поглощающий аппарат результирующая зависимость 103 силы от хода характеризуется в целом более низким уровнем силы, распространяясь по большему диапазону хода.
Как и следовало ожидать, работа, проделанная обоими поглощающими аппаратами по амортизации удара движущейся массы, одна и та же, и это подтверждается равенством площадей, ограниченных верхними ветвями графиков зависимостей силы от хода и осью абсцисс. За счет использования преимущества большей величины рабочего хода поглощающий аппарат по данному изобретению способен при рассеивании одинаковой энергии передавать на конструкцию вагона меньшую силу.
Должно быть понятно, что данное изобретение ограничено лишь рамками формулы изобретения, но не его изображенными и описанными вариантами осуществления. Как будет ясно для специалистов, без выхода за эти рамки и в пределах сущности изобретения возможны различные модификации и изменения.
Реферат
Изобретение относится к поглощающим аппаратам. Сущность изобретения заключается в том, что поглощающий аппарат содержит корпус с закрытой концевой частью и противоположной открытой концевой частью, между которыми проходит главная ось. Открытая концевая часть выполнена со сходящимися на конус внутрь удлиненными внутренними фрикционными поверхностями. В открытой концевой части указанного корпуса с возможностью аксиального перемещения установлен клин, а в корпусе между клином и удлиненными внутренними фрикционными поверхностями размещены фрикционные элементы. На конце пакета эластомерных подушек установлен пружинный упор, прилегающий к фрикционным элементам. Поверхности фрикционных элементов, сопряженные с клином удлиненной сходящейся на конус внутренней фрикционной поверхностью и пружинным упором, расположены относительно главной оси соответственно под первым заданным углом около (35±3)o, под вторым заданным углом около (2,25± 0,25)o и третьим заданным углом около (90±4)o. Техническим результатом является создание поглощающего аппарата, имеющего большой рабочий ход. 3 с. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.
