ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩИЙ БУФЕР С ОГРАЖДЕНИЕМ ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ Российский патент 2006 года по МПК B60R19/18 B60R19/36 F16F7/12 

Предлагаемое изобретение относится к средствам пассивной безопасности транспортных средств при столкновениях, включающим комбинацию амортизирующих средств различных типов, и предназначено для защиты легковых автомобилей, микроавтобусов, внедорожников и других автомобилей при столкновении с другими автомобилями и препятствиями, обладает высокой энергопоглощающей способностью, стабильностью характеристик амортизации и может найти применение в качестве передних и задних бамперов автомобилей различных типов.

Известны многочисленные конструкции энергопоглощающих бамперов, включающие жесткие опорные поверхности, наружные обшивки и расположенные между ними амортизирующие устройства и элементы различных видов; однако, они не обладают высокой энергопоглощающей способностью и не обладают возможностью многоразового применения после выполнения определенных ремонтных операций.

Известны многочисленные конструкции предохранительного ограждения для автомобиля, выполненного в виде решетки различных форм и размеров из соединенных между собой вертикальных и горизонтальных, а также наклонных трубчатых элементов, расположенного перед бампером, причем с зазором или без него, и жестко присоединенного снизу к несущей конструкции автомобиля; однако, данное предохранительное ограждение, именуемое, в частности, «кенгурин», не может обеспечить эффективную защиту при столкновении, так как обладает незначительным ходом амортизации и невысокой энергопоглощающей способностью при деформировании (пластическом изгибе и смятии) тонкостенных трубчатых элементов.

Известны конструкции многослойных амортизационных панелей и оболочек [1, 2 и др.], включающие несущие слои и соединенный с ними заполнитель в виде структуры армирующих элементов, каждый из которых выполнен в виде чередующихся поперечных один относительно другого участков - основания и полураскоса, расположенных в отстоящих одна относительно другой нормальных к несущим листам плоскостях и соединенных между собой перемычками, а с несущими листами - основаниями через перемычки, при этом ряды армирующих элементов соединены один с другим поочередно соответствующими основаниями и полураскосами, а в полостях между рядами армирующих элементов и оснований расположены соединенные с ними фигурные профили, углы которых выполнены в виде пластинчатых пружин. Указанные устройства обладают достаточно высокой энергоемкостью и стабильностью характеристик амортизации, однако, в силу своего конструктивного исполнения не могут быть применены для защиты транспортных средств при столкновениях.

Наиболее близким - по совокупности признаков - аналогом является «Энергопоглощающий буфер грузового автомобиля» [3], включающий наружную обшивку, бампер П-образного сечения, присоединенный к несущей конструкции автомобиля, расположенные между ними и равномерно расположенные по длине бампера на расстоянии друг от друга энергопоглощающие устройства, присоединенные к наружной поверхности бампера, и другие вспомогательные элементы. Каждое энергопоглощающее устройство включает определенное количество, а именно два прилегающих друг к другу энергопоглощающих элемента, каждый из которых является зеркальным отображением соседнего, изготовлен за одно целое из отрезка круглого, выполненного, в частности, из материала, обладающего эффектом «памяти формы», металлического прута, участки которого последовательно изогнуты во взаимно перпендикулярных плоскостях, и соответственно включает вертикальное основание, верхнюю горизонтальную перемычку, основной раскос, нижнюю горизонтальную перемычку и дополнительный раскос, длина которого меньше длины основного раскоса. Основания всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства по всей своей длине присоединены к наружной поверхности бампера, верхние перемычки соответственно расположены соосно друг другу и взаимодействуют своей боковой поверхностью с наружной поверхностью бампера, а нижние перемычки также соосны друг другу и взаимодействуют своей боковой поверхностью с опорной пластиной. Прилегающие друг к другу основные раскосы расположены в одной плоскости, соединены между собой по всей своей длине и направлены наружу относительно бампера, при этом каждое энергопоглощающее устройство снабжено подвижным основанием в виде жесткой пластины, присоединенной к дополнительным раскосам и выполненной за одно целое с тремя боковыми выступами, и пластинчатыми пружинами, присоединенными к тыльной поверхности подвижного основания и выполненными, в частности, из материала, обладающего эффектом «памяти формы».

Данное устройство отличается высокой энергоемкостью, стабильностью характеристик амортизации и возможностью многоразового использования, соответственно после выполнения ряда несложных ремонтных операций и замены наружной обшивки и других элементов.

К числу недостатков данного устройства необходимо отнести определенную сложность конструкции, а также то, что в силу своего конструктивного исполнения оно не может быть эффективно использовано для защиты легковых автомобилей и микроавтобусов.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое устройство, заключается в обеспечении защиты автомобиля при столкновении с преградой или с другим автомобилем, причем защиты, обладающей высокой энергопоглощающей способностью, значительным ходом и стабильностью характеристик амортизации, а также возможностью упругого деформирования в определенных пределах.

Технический результат заключается в том, что, кроме указанных выше достоинств и преимуществ, обеспечено упрощение конструкции энергопоглощающего буфера и обеспечена возможность многоразового использования секций энергопоглощающего буфера и полного восстановления заданных характеристик амортизации после деформации вследствие воздействия ударных нагрузок и соответственно после проведения несложных ремонтных операций и замены обшивки.

Указанные технические результаты достигаются тем, что энергопоглощающий буфер, включающий эластично-упругие элементы, наружную обшивку, выполненную с вертикальными и горизонтальными утонениями, опорную поверхность в виде профиля Г-образного сечения, присоединенного к несущей конструкции автомобиля, и энергопоглощающие устройства, расположенные по длине опорной поверхности, присоединенные к наружной поверхности профиля Г-образного сечения и включающие каждое два прилегающих друг к другу энергопоглощающих элемента, каждый из которых является зеркальным отображением соседнего, изготовлен за одно целое из отрезка круглого, выполненного, в частности, из материала, обладающего эффектом «памяти формы», металлического прута, участки которого последовательно изогнуты во взаимно перпендикулярных плоскостях, и соответственно включает вертикальное основание, ближнюю горизонтальную перемычку, основной раскос, дополнительную горизонтальную перемычку и дополнительный раскос, причем основания всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства по всей своей длине присоединены к наружной поверхности профиля Г-образного сечения, ближние горизонтальные перемычки соответственно расположены соосно друг другу и взаимодействуют своей боковой поверхностью с наружной поверхностью стенки профиля Г-образного сечения, прилегающие друг к другу основные раскосы расположены в одной плоскости, соединены между собой по всей своей длине и направлены наружу относительно профиля Г-образного сечения, дополнительные горизонтальные перемычки соответственно расположены соосно друг другу, дополнительные раскосы также расположены в одной плоскости и направлены наружу относительно профиля Г-образного сечения, при этом основные и соответственно дополнительные раскосы энергопоглощающих устройств расположены ниже опорной поверхности, соединены между собой по всей своей длине и подкреплены присоединенными к их поверхности жесткими несущими элементами в виде пластин, а также включающий пластинчатые пружины, присоединенные одним своим концом к несущей конструкции автомобиля и выполненные, в частности, из материала, обладающего эффектом «памяти формы», дополнительно выполнен следующим образом: каждый энергопоглощающий элемент снабжен выполненными с ним за одно целое и примыкающими к дополнительному раскосу дальней перемычкой, расположенной горизонтально, и дополнительным основанием, расположенным вертикально, причем основные и дополнительные раскосы энергопоглощающих элементов выполнены с одинаковой длиной, энергопоглощающие устройства объединены в две секции, расположенные на расстоянии друг от друга, причем энергопоглощающие устройства в составе каждой секции расположены встык друг к другу, и прилегающие друг к другу основания и дополнительные основания, основные и дополнительные раскосы всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства соединены между собой по всей своей длине, каждая секция энергопоглощающих устройств буфера снабжена предохранительным ограждением в виде решетки, выполненной из соединенных между собой горизонтальных и вертикальных трубчатых элементов, причем дополнительные основания энергопоглощающих устройств пропущены через вырезы, выполненные в нижнем горизонтальном трубчатом элементе, введены снизу в вертикальные трубчатые элементы решетки и соединены с ними, пластинчатые пружины попарно объединены в амортизирующие устройства, в составе каждого из которых одна пластинчатая пружина является зеркальным отображением другой, и две пластинчатые пружины каждого амортизирующего устройства выполнены за одно целое и дополнительно присоединены к вертикальным трубчатым элементам решетки, а эластично-упругие элементы выполнены в виде сплошных цилиндров с центральным внутренним каналом и трапециевидным вырезом вдоль образующей, расположены вокруг вертикальных трубчатых элементов решетки и соединены с ними; кроме этого, горизонтальная полка Г-образного профиля опорной поверхности обращена наружу и снабжена вырезами, расположенными соответственно по месту нахождения основных раскосов энергопоглощающих устройств, а ближние перемычки энергопоглощающих устройств дополнительно взаимодействуют своей боковой поверхностью с поверхностью полки Г-образного профиля, при этом каждая пара соединенных между собой дополнительных оснований энергопоглощающих устройств снабжена присоединенным к ним вкладышем, выполненным, например, из металлического прута; помимо этого, каждое предохранительное ограждение секции снабжено изогнутой пластиной, эквидистантной нижнему горизонтальному трубчатому элементу, равной ему по длине и присоединенной снаружи к нижней части нижнего горизонтального трубчатого элемента, и может быть снабжено выполненным с ним за одно целое дополнительным боковым сегментом, включающим вертикальный и горизонтальные трубчатые элементы, причем горизонтальные трубчатые элементы бокового сегмента, в частности, могут быть выполнены полого изогнутыми.

Сущность предлагаемой конструкции поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено увеличенное изображение - поперечный разрез энергопоглощающего буфера; на фиг.2 представлен продольный разрез конструкции буфера - вид сверху (причем нижние горизонтальные трубчатые элементы ограждений для удобства восприятия конструкции секций энергопоглощающих устройств условно показаны пунктиром); на фиг.3 соответственно показаны: сечение - вид а и вид сверху - вид б секций энергопоглощающего буфера; на фиг.4 представлено увеличенное изображение энергопоглощающего устройства соответственно вид сверху - вид а и разрез - вид б; на фиг.5 показано увеличенное изображение - вид спереди одного из двух (левого) предохранительных ограждений энергопоглощающего буфера; а на фиг.6 представлено увеличенное изображение - сечение амортизирующего устройства конструкции буфера.

Конструкция энергопоглощающего буфера с ограждением (см.фиг.1, 3) присоединена к несущей конструкции автомобиля, в частности раме, выполненной из П-образного профиля 1 и включающей, при необходимости, дополнительные боковые участки 2 аналогичного П-образного профиля, присоединенные по бокам к раме 1 и подкрепленные, например, косынками. Конструкция энергопоглощающего буфера включает опорную поверхность 3, выполненную в виде Г-образного профиля 3, непрерывного по всей своей длине, присоединенного снизу к П-образному профилю 1, например, с помощью сварки и подкрепленного косынками, равномерно расположенными по его длине. Горизонтальная полка Г-образного профиля 3 обращена наружу относительно рамы 1 и выполнена (см.фиг.1, 4) с вырезами 4, которые соответственно расположены по месту нахождения основных раскосов энергопоглощающих устройств буфера, причем наружная кромка горизонтальной полки Г-образного профиля 3 расположена заподлицо с наружной поверхностью П-образного профиля 1.

К обращенной наружу поверхности Г-образного профиля 3 (см. фиг.1, 2) присоединены энергопоглощающие устройства 5, которые объединены в две секции, расположенные на расстоянии друг от друга, причем в составе каждой секции энергопоглощающие устройства 5 прилегают друг к другу и соединены между собой по определенным участкам.

Каждое энергопоглощающее устройство 5 (см.фиг.1, 2, 4) выполнено из двух присоединенных друг к другу определенными участками энергопоглощающих элементов 6 и 7, каждый из которых является зеркальным отображением другого и выполнен за одно целое из отрезка круглого, выполненного, в частности, из материала, обладающего эффектом «памяти формы», металлического прута, участки которого последовательно изогнуты во взаимно перпендикулярных плоскостях. Каждый энергопоглощающий элемент 6, 7 соответственно включает вертикальное основание 8, ближнюю горизонтальную перемычку 9, основной раскос 10, дополнительную горизонтальную перемычку 11, дополнительный раскос 12, дальнюю горизонтальную перемычку 13 и дополнительное вертикальное основание 14, причем оси ближней горизонтальной перемычки 9 и дальней горизонтальной перемычки 13 расположены в одной горизонтальной плоскости, а основной 10 и дополнительный 12 раскосы выполнены с одинаковой длиной.

В составе каждого энергопоглощающего устройства 5 (см.фиг.4) определенные участки энергопоглощающих элементов 6, 7 жестко соединены друг с другом: во-первых, прилегающие друг к другу основные раскосы 10 по всей своей длине соединены между собой посредством сварочного шва 15, а, во-вторых, прилегающие друг к другу дополнительные основания 14 также соединены между собой по всей своей длине посредством сварочного шва 15, при этом каждый сварочный шов 15 не только соединяет указанные элементы между собой, но и значительно повышает прочность и жесткость данных опорного и направляющего узлов каждого энергопоглощающего устройства 5.

Следует отметить, что непосредственно рабочими, т.е. деформируемыми и энергопоглощающими при деформировании устройства 5, участками каждого энергопоглощающего устройства 5 являются ближние 9, дополнительные 11 и дальние 13, симметрично расположенные в составе энергопоглощающего устройства 5 горизонтальные перемычки, представляющие собой пластические торсионы 9, 11 и 13, а основные 10 и дополнительные 12 раскосы являются рычагами, которые под воздействием нагрузки, величина которой превышает силу сопротивления торсионов скручиванию, поворачиваются на угол ϕ, обусловленный величиной воздействующей нагрузки, и обеспечивают пластическое скручивание торсионов 9, 11 и 13 и, тем самым, поглощение энергии воздействующей нагрузки. Предельные или максимальные углы поворота раскосов представлены на фиг.4 (где направления воздействия нагрузки и поворота раскосов условно показаны стрелками), причем, если углы ϕ₁ и ϕ₃ - предельные углы поворота основных 10 и дополнительных 12 раскосов относительно основания 8 и соответственно дополнительного основания 14 заданы исходным углом между ними равны между собой и ограничены каждый по своей величине конструктивным выполнением устройства, то угол ϕ₂ - предельный угол поворота основных 10 и дополнительных 12 раскосов друг относительно друга задан их исходным положением в пространстве.

В составе каждой секции энергопоглощающего буфера объединены, по меньшей мере, три энергопоглощающих устройства 5, но, исходя из условий применения, возможны варианты, когда в составе секций могут быть объединены и четыре энергопоглощающих устройства 5. Все энергопоглощающие устройства 5 каждой секции буфера (см.фиг.1, 2, 4) расположены встык друг к другу и присоединены своими основаниями 8, причем с обоих сторон и по всей своей длине, к наружной поверхности Г-образного профиля 3 посредством сварочных швов 15; прилегающие друг к другу основные раскосы 10 и дополнительные раскосы 12 энергопоглощающих устройств 5, которые расположены соответственно ниже П-образного профиля 1 и наклонены под заданными углами наружу относительно П-образного профиля 1, также соединены между собой посредством сварочных швов 15 по всей своей длине и прилегающие друг к другу дополнительные основания 14 также соединены между собой посредством сварочных швов 15 по всей своей длине. При этом ближние горизонтальные перемычки 9 энергопоглощающих устройств 5 взаимодействуют (см.фиг.1, 4) своей боковой поверхностью с наружными поверхностями стенки и полки Г-образного профиля 3, а основные раскосы 10 пропущены через вырезы 4, выполненные в горизонтальной полке Г-образного профиля 3.

В составе каждой секции все основные раскосы 10 и соответственно все дополнительные раскосы 12 всех энергопоглощающих устройств 5 объединены между собой жесткими пластинами 16 и 17, с которыми они соединены посредством сварочных швов 15 (см.фиг.1, вид II и фиг.2) по всей своей длине, что обеспечивает общую заданную жесткость данных узлов энергопоглощающих устройств каждой секции. Кроме этого, попарно соединенные между собой дополнительные основания 14 энергопоглощающих устройств 5 (см.фиг.1, вид I и фиг.2) снабжены присоединенными к ним посредством сварочных швов 15 вкладышами 18, выполненными, например, из отрезка металлического прута или трубы, длина которого равна длине или не меньше длины дополнительных оснований 14. Данные вкладыши необходимы для обеспечения качественного соединения дополнительных оснований 14 энергопоглощающих устройств 5 с предохранительными ограждениями каждой секции буфера.

Каждая секция энергопоглощающего буфера с ограждением (см.фиг.1, 2, 3, 5) также включает предохранительное ограждение 19 в виде решетки, выполненной из соединенных между собой вертикальных 20 и горизонтальных 21 трубчатых элементов, причем в нижней части нижнего горизонтального трубчатого элемента 21 каждой секции выполнены вырезы, соосные вертикальным трубчатым элементам 20 и соответственно равные по своему диаметру - внутреннему диаметру вертикального трубчатого элемента 20. Через данные вырезы пропущены дополнительные основания 14 энергопоглощающих устройств 5, соединенные с вкладышами 18, которые, в свою очередь, введены снизу в вертикальные трубчатые элементы 20 и соединены с ними (см.фиг.1 вид I и фиг.2) тугой посадкой с натягом. Кроме этого, в нижней части тыльной поверхности нижнего горизонтального трубчатого элемента 21 каждой секции может быть выполнен и продольный (по всей его длине) вырез, через который во внутреннюю полость данного элемента могут быть введены (см.фиг.1) дальние перемычки-торсионы 13 энергопоглощающих устройств 5, одной секции; такая компоновка обеспечивает то преимущество, что нижний горизонтальный трубчатый элемент 21 каждой секции закрывает собой с фронтальной стороны расположенные внутри него дальние перемычки-торсионы 13 энергопоглощающих устройств 5 одной секции. При этом нижний горизонтальный трубчатый элемент 21 предохранительного ограждения 19 каждой секции снабжен плоскими (или сферическими) торцевыми заглушками и снабжен изогнутой пластиной 22, выполненной эквидистантной нижнему горизонтальному трубчатому элементу 21, равной ему по длине и присоединенной к нему снаружи в нижней его части. Данная изогнутая пластина 22 (см.фиг.1, 5) закрывает собой с фронтальной стороны вырезы, выполненные для введения через них дополнительных оснований 14 энергопоглощающих устройств 5, но, самое главное, обеспечивает подкрепление (или усиление) частично ослабленного вырезами нижнего горизонтального трубчатого элемента 21. Кроме этого, предохранительное ограждение 19 каждой секции, помимо верхнего и нижнего горизонтальных трубчатых элементов 21, может быть снабжено для повышения прочности и дополнительными - промежуточными горизонтальными трубчатыми элементами 21, расположенными между вертикальными трубчатыми элементами 20 приблизительно на уровне верхнего края профиля 1 или немного выше него (см.фиг.1, 5, где они условно показаны пунктиром); при этом ограждение 19 каждой секции может быть также снабжено (см.фиг.3, 5) выполненным с ним за одно целое дополнительным боковым сегментом 23, включающим соединенные между собой аналогичные вертикальный и горизонтальные трубчатые элементы и расположенным соответственно слева или справа определенной левой или правой секции, причем горизонтальные трубчатые элементы бокового сегмента 23, в частности, могут быть выполнены полого изогнутыми.

Каждая секция энергопоглощающего буфера с ограждением (см.фиг.1, 3, 6) также включает два или три амортизирующих устройства 24, каждое из которых выполнено за одно целое из двух обладающих заданной жесткостью пластинчатых пружин 25 и 26, каждая из которых является зеркальным отображением другой, причем пластинчатые пружины могут быть, в частности, выполнены (как и в конструкции прототипа) из материала, обладающего эффектом «памяти формы» [4]. Амортизирующие устройства 24 расположены соосно вертикальным трубчатым элементам 20 решетки ограждения 19 и соединены с ними, например, с помощью разъемных соединений, равномерно расположенных по высоте устройства, а свободные концы пластинчатых пружин 25 и 26 также с помощью равномерно расположенных разъемных соединений присоединены к П-образному профилю 1.

Кроме этого, каждая секция энергопоглощающего буфера (см.фиг.1, 3, 5, 6) включает эластично-упругие элементы 27, которые выполнены в виде сплошных цилиндров с центральным внутренним каналом и трапециевидным вырезом вдоль образующей, расположены вокруг вертикальных трубчатых элементов 20, к которым присоединены амортизирующие устройства 24, и соединены с ними, например, с помощью клеевого соединения.

Конструкция энергопоглощающего буфера с ограждением также включает (см.фиг.1, 3, 5, 6) наружную обшивку 28, выполненную в виде короба с вертикальными, прилегающими к краям секций и горизонтальными утонениями 29 и вертикальными вырезами 30, расположенными соответственно по месту расположения амортизирующих устройств 24 и эластично-упругих цилиндров 27. Наружная обшивка 28 включает изогнутые боковые участки и присоединена к П-образному профилю 1, например, с помощью разъемных соединений, а верхний участок обшивки 28 может быть горизонтальным или наклонным (условно показано пунктиром на фиг.1).

Изготовление и сборка предлагаемой конструкции очень просты и выполняются обычными известными методами. Большинство конструктивных элементов изготавливается из обычных сталей и сплавов; обычными методами выполняются Г-образный профиль, трубчатые секции ограждения, обшивка с вырезами и эластично-упругие элементы в виде цилиндров. И только к изготовлению энергопоглощающих элементов, которые, в частности, могут быть выполнены из различных сталей - Ст.20, Ст.40Х и других, а также в полном соответствии с конструкцией прототипа [3] и с целью упрощения и ускорения ремонтных работ из материала, обладающего эффектом «памяти формы» [4], например никелида титана, предъявляются определенные требования; в последнем случае амортизирующие устройства, изготавливаемые обычными методами и выполняемые каждое за одно целое из двух пластинчатых пружин, также целесообразно изготовить из материала, обладающего эффектом «памяти формы». Каждый отрезок металлического прута заготовки энергопоглощающего элемента (см.фиг.1, 4), имеющего соответственно заданные размеры и определенный диаметр, последовательно изгибают во взаимно перпендикулярных плоскостях соответственно под заданными углами, причем в случае изготовления энергопоглощающего элемента из материала, обладающего эффектом «памяти формы», гибку заготовки осуществляют при температуре задания «памяти формы». Изготовленные энергопоглощающие элементы каждой секции соединяют друг с другом по месту прилегания их оснований, раскосов и дополнительных оснований с помощью сварочных швов, затем присоединяют их основания к наружной поверхности Г-образного профиля также с помощью сварочных швов, после чего аналогичным образом присоединяют жесткие пластины к основным и дополнительным раскосам секций энергопоглощающих устройств и вкладыши к дополнительным основаниям энергопоглощающих устройств. После этого опорную поверхность с уже частично собранными секциями энергопоглощающих устройств буфера присоединяют по месту к несущей конструкции автомобиля.

Затем трубчатые секции ограждения присоединяют к дополнительным основаниям энергопоглощающих устройств, после чего к вертикальным трубчатым элементам и несущей конструкции автомобиля присоединяют амортизирующие устройства, присоединяют эластично-упругие элементы в виде цилиндров, а в последнюю очередь устанавливают и с помощью разъемных соединений присоединяют обшивку к несущей конструкции автомобиля.

При столкновении автомобиля с преградой или другим автомобилем конструкция энергопоглощающего буфера работает следующим образом. В зависимости от вида столкновения воздействию ударной нагрузки подвергаются либо обе секции, либо одну секцию буфера. В первую очередь (см.фиг.1, 5, 6) упруго деформируются эластично-упругие элементы 27 в виде цилиндров, являющиеся амортизирующими «подушками», а затем, в зависимости от скорости и величины энергии соударения, происходит деформирование энергопоглощающих устройств 5 и амортизирующих устройств 24 секции буфера. Воздействие нагрузки, величина которой превышает силу сопротивления скручиванию горизонтальных перемычек 9, 11, 13 энергопоглощающих устройств 5, являющихся торсионами, и жесткость пластинчатых пружин 25, 26 амортизирующих устройств 24, непосредственно на трубчатые секции ограждения 19 вызывает одновременное деформирование указанных устройств. При этом происходит поворачивание основных 10 и дополнительных 12 раскосов друг относительно друга и соответственно относительно оснований 8 и 14, что обуславливает пластическое скручивание горизонтальных ближних 9, дополнительных 11 и дальних 13 перемычек энергопоглощающих устройств 5, являющихся торсионами, и, соответственно, поглощение энергии воздействующей нагрузки. Одновременно с этим происходит разрушение всей обшивки 28 или ее определенного участка (см.фиг.3, 5) около одной секции - по месту взаимно пересекающихся вертикальных и горизонтальных утонений 29, прилегающих к зоне воздействия ударной нагрузки, и деформирование пластинчатых пружин 25 и 26, обладающих заданной жесткостью и также обеспечивающих поглощение энергии воздействующей нагрузки. Поворачивание основных 10 и дополнительных 12 раскосов, скручивание перемычек-торсионов 9, 11, 13 и сжатие пластинчатых пружин 25, 26 происходит либо до прекращения воздействия нагрузки и тогда указанные элементы энергопоглощающих 5 и амортизирующих 24 устройств остаются в каком-то промежуточном деформированном положении, обусловленном величиной воздействующей нагрузки, либо продолжается до тех пор, пока ход амортизации и энергопоглощающая способность указанных устройств секций буфера не будут полностью исчерпаны. В последнем случае (см.фиг.4) основные 10 и дополнительные 12 раскосы будут повернуты на угол ϕ₂ друг относительно друга и соответственно будут повернуты на угол ϕ₁ относительно оснований 8 и на угол ϕ₃ относительно дополнительных оснований 14; соответственно на угол ϕ₂ будут скручены дополнительные перемычки-торсионы 11, при этом ближние 9 и дальние 13 перемычки-торсионы энергопоглощающих устройств 5 будут скручены, в свою очередь, на угол ϕ₁ и на угол ϕ₃ соответственно.

Необходимо отметить, что после этого возможна и еще одна стадия деформирования секций данного энергопоглощающего буфера, когда, после исчерпания хода амортизации энергопоглощающих 5 и амортизирующих 24 устройств, тыльные поверхности полых вертикальных трубчатых элементов 20 секции ограждения 19 упрутся в наружную поверхность профиля 1 несущей конструкции автомобиля. В этом случае, при продолжающемся воздействии ударной нагрузки, полые трубчатые элементы секций 19 ограждения, имеющие значительный диаметр, заданную толщину стенки и обладающие, следовательно, определенными жесткостью и ходом амортизации, также могут быть пластически деформированы, а именно в той или иной степени сдавлены и в пределе полностью смяты.

Следует отметить, что энергопоглощающие устройства 5 обладают высокой энергоемкостью и стабильностью характеристик амортизации, которые присущи устройствам, включающим пластические торсионы [1, 3 и др.], подвергаемые кручению, и, тем более, торсионы, подкрепленные деформирующимися одновременно с ними пластинчатыми пружинами 25 и 26 амортизирующих устройств 24, обладающих заданной жесткостью. При этом энергопоглощающие устройства 5 и амортизирующие устройства 24 могут быть, в частности, выполнены из материала, обладающего эффектом «памяти формы», и в этом случае они являются пластическими амортизирующими элементами, необратимо деформирующимися при воздействии нагрузки. В том случае, когда указанные выше амортизирующие элементы энергопоглощающих устройств 5 выполнены из обычных сталей и сплавов, перемычки (торсионы) также являются пластическими амортизирующими элементами, а пластинчатые пружины амортизирующих устройств 24 могут быть и упругими, и пластическими амортизирующими элементами, причем во всех указанных выше случаях совокупная жесткость пластинчатых пружин амортизирующих устройств данной секции может быть задана меньше усилия сопротивления пластических торсионов всех энергопоглощающих устройств данной секции скручиванию, равной ему или наоборот, соответственно таким же образом, как и в известных аналогах [1, 2, 3 и др.].

Следует подчеркнуть, что общая величина энергопоглощения и ход амортизации энергопоглощающих устройств 5 могут быть заданы в широких пределах путем увеличения или уменьшения величины углов ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ между раскосами и основаниями, определяющих ход амортизации и предельную величину скручивания перемычек-торсионов энергопоглощающих элементов, путем задания определенных размеров и соотношений размеров -длин и диаметров перемычек-торсионов 9, 11, 13 энергопоглощающих элементов 6 и 7, а также длин раскосов 10 и 12, являющихся рычагами, и, тем самым, задания различных величин усилий их сопротивления деформированию, а также путем задания определенных сочетаний характеристик энергопоглощающих элементов и пластинчатых пружин амортизирующих устройств 24, деформирующихся совместно.

Энергопоглощающие устройства данной конструкции, в полном соответствии с конструкцией прототипа [3], обладают и другим положительным качеством, заключающемся в том, что частично или полностью деформированное устройство может быть вновь и многократно приведено в исходное положение, а его энергопоглощающая способность восстановлена, что обеспечивается путем проведения определенных ремонтных работ, причем без замены каких-либо элементов.

В том случае, когда энергопоглощающие элементы и пластинчатые пружины выполнены из материала, обладающего эффектом «памяти формы» [4], например никелида титана, для этого достаточно одновременно нагреть указанные элементы данной секции буфера нагревательным устройством, например паяльной лампой, до температуры восстановления «памяти формы», после чего эти элементы сами вернутся в исходную заданную форму, соединенные с ними элементы также вернутся в исходное положение, а конструкция секции буфера и ее энергопоглощающая способность будут полностью восстановлены.

В том случае, когда энергопоглощающие элементы и пластинчатые пружины выполнены из обычных сталей и сплавов, необходимо применение силовых устройств, например гидроцилиндров с выдвижным штоком или домкратов, попарно присоединяемых к соответствующим элементам одной секции буфера (например, участку профиля 1 и к вертикальным трубчатым элементам 20) и, посредством воздействия создаваемой ими параллельно нагрузки, подвергающих данные элементы медленному принудительному деформированию в обратном направлении. Возможен и такой вариант, когда предварительно отсоединяют пластинчатые пружины амортизирующих устройств и сначала подвергают принудительному обратному деформированию только энергопоглощающие устройства данной секции, а уже затем подвергают принудительному обратному деформированию пластинчатые пружины амортизирующих устройств или заменяют их новыми. Указанную выше совокупность ремонтных операций можно проводить и без отсоединения конструкции буфера от несущей конструкции автомобиля, а количество циклов «деформирование под воздействием ударной нагрузки - обратное принудительное деформирование» составляет, как минимум, несколько сотен циклов, в зависимости от материала, из которого изготовлены энергопоглощающие элементы и пластинчатые пружины энергопоглощающих устройств, и соотношения размеров - длин и диаметров перемычек-торсионов энергопоглощающих элементов. После того, как все деформированные ранее энергопоглощающие устройства секций приведены в исходное положение и заменены обшивка и, при необходимости, эластично-упругие элементы в виде цилиндров, конструкция буфера вновь готова к восприятию ударных нагрузок, а его энергопоглощающая способность восстановлена.

Таким образом, можно сделать вывод, что конструкция энергопоглощающего буфера, включающая две секции, способные деформироваться порознь или совместно, обладающая высокой энергопоглощающей способностью, значительным ходом и стабильностью характеристик амортизации, обеспечивает эффективную защиту автомобиля при различных видах столкновений. Данный энергопоглощающий буфер с ограждением каждой секции отличается простотой конструкции и невысокими массовыми характеристиками, простотой изготовления и проведения ремонтно-восстановительных работ, которые возможно производить, при необходимости, и многократно. Конструкция каждой секции буфера, включающая энергопоглощающие устройства в сочетании с амортизирующими устройствами, включающими каждое две выполненные за одно целое пластинчатые пружины, позволяет в широких пределах задавать общую величину энергоемкости и ход амортизации путем задания определенных углов между основаниями и соответствующими раскосами энергопоглощающих элементов, путем задания определенных размеров и соотношений размеров - длин и диаметров торсионов и длин раскосов, а также путем задания определенных сочетаний характеристик энергопоглощающих элементов и пластинчатых пружин, деформирующихся совместно. Кроме этого, каждое энергопоглощающее устройство, по сравнению с конструкцией прототипа и при прочих равных условиях, отличается более высокой энергоемкостью, т.к. каждый энергопоглощающий элемент каждого устройства снабжен дополнительными дальней перемычкой-торсионом и основанием; при этом сплошные эластично-упругие цилиндры, расположенные вокруг вертикальных трубчатых элементов ограждений, обеспечивают дополнительную защиту секций буфера при столкновении и определенное поглощение энергии посредством своего упругого деформирования.

Данный энергопоглощающий буфер может найти применение для защиты различных легковых автомобилей, а также микроавтобусов, внедорожников и других транспортных средств при столкновениях.

ЛИТЕРАТУРА

1. АС СССР №854751 от 27.07.1979 г., В 32 В 3/08 «Многослойная амортизационная панель».

2. АС СССР №1390966 от 14.07.1986 г., В 64 С 3/26 «Многослойная амортизационная оболочка».

3. Патент РФ №2207261 от 13.12.2001 г., В 60 R 19/56 «Энергопоглощающий буфер грузового автомобиля».

4. Тихонов А.С. и др. «Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении» М., Машиностроение, 1981 г.

5. Патент РФ по заявке №2003119280/11 от 25.06.2003, В 60 R 19/18 «Энергопоглощающий буфер легкового автомобиля».

6. Патент РФ по заявке №2003124320/11 от 04.08.2003, В 60 R 19/42 «Боковой энергопоглощающий буфер легкового автомобиля».

Энергопоглощающий буфер с ограждением для автомобиля относится к средствам защиты транспортных средств. Конструкция буфера, присоединенного к несущей конструкции автомобиля, включает две секции, которые расположены на расстоянии друг от друга, и каждая из них включает энергопоглощающие устройства, прилегающие друг к другу. Каждое энергопоглощающее устройство выполнено их двух соединенных друг с другом энергопоглощающих элементов, каждый из которых является зеркальным отображением другого, выполнен за одно целое из отрезка круглого металлического прута и включает основание, дополнительное основание, ближнюю, дополнительную и дальнюю перемычки, соединенные между собой основным и дополнительным раскосами и расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях. Основания энергопоглощающих элементов расположены вертикально и присоединены к опорной поверхности, перемычки энергопоглощающих элементов расположены горизонтально и соосно друг другу, при этом основные и соответственно дополнительные раскосы энергопоглощающих устройств каждой секции расположены ниже опорной поверхности и соединены между собой жесткими пластинами. Каждая секция буфера снабжена защитным ограждением, выполненным из соединенных между собой вертикальных и горизонтальных трубчатых элементов, присоединенных к дополнительным основаниям энергопоглощающих устройств, а также амортизирующими устройствами, присоединенными к трубчатым элементам ограждения и несущей конструкции автомобиля и выполненными каждое за одно целое из двух пластинчатых пружин. Конструкция буфера включает наружную обшивку, которая снабжена утонениями, что обеспечивает упорядоченное разрушение ее в заданных местах, и эластично-упругие элементы в виде цилиндров, присоединенных к трубчатым элементам ограждения. Технический результат заключается в упрощении конструкции, высокой энергопоглощающей способности и стабильности характеристик амортизации, а также в возможности многоразового использования конструкции. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Энергопоглощающий буфер с ограждением для автомобиля, включающий эластично-упругие элементы, наружную обшивку, выполненную с вертикальными и горизонтальными утонениями, опорную поверхность в виде профиля Г-образного сечения, присоединенного к несущей конструкции автомобиля, и энергопоглощающие устройства, расположенные по длине опорной поверхности, присоединенные к наружной поверхности профиля Г-образного сечения и включающие каждое два прилегающих друг к другу энергопоглощающих элемента, каждый из которых является зеркальным отображением соседнего, изготовлен за одно целое из отрезка круглого, выполненного, в частности, из материала, обладающего эффектом «памяти формы», металлического прута, участки которого последовательно изогнуты во взаимно перпендикулярных плоскостях, и соответственно включает вертикальное основание, ближнюю горизонтальную перемычку, основной раскос, дополнительную горизонтальную перемычку и дополнительный раскос, причем основания всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства по всей своей длине присоединены к наружной поверхности профиля Г-образного сечения, ближние горизонтальные перемычки соответственно расположены соосно друг с другом и взаимодействуют своей боковой поверхностью с наружной поверхностью стенки профиля Г-образного сечения, прилегающие друг к другу основные раскосы расположены в одной плоскости, соединены между собой по всей своей длине и направлены наружу относительно профиля Г-образного сечения, дополнительные горизонтальные перемычки соответственно расположены соосно друг с другом, дополнительные раскосы также расположены в одной плоскости и направлены наружу относительно профиля Г-образного сечения, при этом основные и, соответственно, дополнительные раскосы энергопоглощающих устройств расположены ниже опорной поверхности, соединены между собой по всей своей длине и подкреплены присоединенными к их поверхности жесткими несущими элементами в виде пластин, а также включающий пластинчатые пружины, присоединенные одним своим концом к несущей конструкции автомобиля и выполненные, в частности, из материала, обладающего эффектом «памяти формы», отличающийся тем, что каждый энергопоглощающий элемент снабжен выполненными с ним за одно целое и примыкающими к дополнительному раскосу дальней перемычкой, расположенной горизонтально, и дополнительным основанием, расположенным вертикально, причем основные и дополнительные раскосы энергопоглощающих элементов выполнены одинаковой длины, энергопоглощающие устройства объединены в две секции, расположенные на расстоянии друг от друга, причем энергопоглощающие устройства в составе каждой секции расположены встык друг к другу и прилегающие друг к другу основания и дополнительные основания, основные и дополнительные раскосы всех энергопоглощающих элементов каждого энергопоглощающего устройства соединены между собой по всей своей длине, каждая секция энергопоглощающих устройств буфера снабжена предохранительным ограждением в виде решетки, выполненной из соединенных между собой горизонтальных и вертикальных трубчатых элементов, причем дополнительные основания энергопоглощающих устройств пропущены через вырезы, выполненные в нижнем горизонтальном трубчатом элементе, введены снизу в вертикальные трубчатые элементы решетки и соединены с ними, пластинчатые пружины попарно объединены в амортизирующие устройства, в составе каждого из которых одна пластинчатая пружина является зеркальным отображением другой, и две пластинчатые пружины каждого амортизирующего устройства выполнены за одно целое и дополнительно присоединены к вертикальным трубчатым элементам решетки, эластично-упругие элементы выполнены в виде сплошных цилиндров с центральным внутренним каналом и трапециевидным вырезом вдоль образующей, расположены вокруг тех вертикальных трубчатых элементов решетки, с которыми соединены амортизирующие устройства, и соединены с ними, а наружная обшивка снабжена вертикальными вырезами, выполненными соответственно по месту расположения амортизирующих устройств и эластично-упругих цилиндров.2. Энергопоглощающий буфер с ограждением для автомобиля по п.1, отличающийся тем, что горизонтальная полка Г-образного профиля опорной поверхности обращена наружу и снабжена вырезами, выполненными соответственно по месту расположения основных раскосов энергопоглощающих устройств, и ближние перемычки энергопоглощающих устройств дополнительно взаимодействуют своей боковой поверхностью с поверхностью полки Г-образного профиля, при этом каждая пара соединенных между собой дополнительных оснований энергопоглощающих устройств снабжена присоединенным к ним вкладышем, выполненным, например, из металлического прута.3. Энергопоглощающий буфер с ограждением для автомобиля по п.1, отличающийся тем, что каждое предохранительное ограждение секции снабжено изогнутой пластиной, эквидистантной нижнему горизонтальному трубчатому элементу, равной ему по длине и присоединенной снаружи к нижней части нижнего горизонтального трубчатого элемента, при этом каждое предохранительное ограждение снабжено выполненным с ним за одно целое дополнительным боковым сегментом, включающим вертикальный и горизонтальные трубчатые элементы, причем горизонтальные трубчатые элементы бокового сегмента, в частности, выполнены полого изогнутыми.