АВАРИЙНОЕ ТОРМОЗНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2006 года по МПК B60T1/14 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано для быстрого гашения скорости автотранспортного средства в аварийных ситуациях.

Известно аварийное тормозное устройство автотранспортного средства, содержащее замкнутую тормозную ленту, опорные ролики и телескопический откидной рычаг, подвешенные к раме транспортного средства и вводимые в контакт с колесом и дорожным полотном, а также систему систему силового привода для приведения рычага в рабочее и транспортное положения /см. а.с. СССР №1301738, кл. В 60 Т 1/14, 1985 [1]/.

Недостатками известного устройства являются значительная сложность конструкции, а главное - низкая эффективность торможения и большой тормозной путь вследствие значительно растянутого во времени процесса преобразования кинетической энергии движения транспортного средства в работу тормозных сил.

Известно также аварийное тормозное устройство, содержащее подвешенный к кузову тормозной башмак и закрепленный на днище кузова силовой гидравлический механизм подъема и опускания башмака, включающий гидроцилиндр со штоком, возвратную пружину и поворотный рычаг управления /см. патент США №3994369, кл. 188-5, 1976 [2].

Недостатками известного устройства являются низкая эффективность торможения и сравнительно большой тормозной путь, что объясняется малой интенсивностью рассеивания кинетической энергии движения транспортного средства при трении башмака с шинами о дорожное полотно, необходимости значительного времени протекания данного процесса и большого тормозного пути для полного гашения кинетической энергии движущегося автотранспорта.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению является аварийное тормозное устройство автотранспортного средства, содержащее установленные на раме автотранспортного средства тормозной механизм, вводимый в контакт с дорожным полотном, и систему гидравлического силового привода тормозного механизма, включающую гидроцилиндр со штоком и механизмом его вертикального перемещения, возвратную пружину и поворотный рычаг управления /см. а.с. СССР №1366436, кл. В 60 Т 1/14, 1986 [3]/, и принятое за прототип.

Недостатками устройства-прототипа являются низкая эффективность торможения и большой тормозной путь при одновременно сложной конструкции устройства, наличие значительного числа контактирующих гидромеханических узлов.

Сущность изобретения связана с изменением самого принципа действия известных устройств. Во всех известных тормозных устройствах для аварийных ситуаций качественно сохранен принцип действия обычных тормозных устройств, а дополнительное преобразование кинетической энергии в работу тормозных сил осуществлено только за счет увеличения контактирующих зон и изменения характера контакта: башмака с шипами с дорожным полотном, тормозной ленты с колесами и с дорожным полотном и т.д. Это обуславливает в самом принципе замедленный процесс гашения кинетической энергии, низкую эффективность торможения, значительный тормозной путь. В предлагаемом аварийном тормозном устройстве реализован процесс практически мгновенного торможения с жесткой фиксацией транспортного средства относительно дорожного полотна, сопровождающийся импульсным высокоинтенсивным преобразованием кинетической энергии автотранспортного средства в энергию вязкоупругого деформирования путем введения в его конструкцию специального энергопоглощающего устройства повышенной эффективности, упруго и пластически деформируемого вплоть до разрушения в процессе торможения, но не влияющего на живучесть автомобиля. Принцип действия такого устройства подобен устройствам для защиты транспортных средств при ударных столкновениях, предусматривающих введение в конструкцию транспортного средства специальных энергопоглощающих пластически деформируемых и разрушаемых элементов и узлов: корпусов, рам, бамперов, стоек и т.д., не подлежащих в большинстве своем восстановлению, однако сохраняющих жизнь пассажирам. В предлагаемом устройстве такой энергопоглощающий узел, отличаясь принципиально новой конструкцией, выполняет совершенно другие функции: он поглощает не кинетическую энергию соударения транспортного средства с препятствием, а кинетическую энергию практически мгновенно тормозящего транспортного средства за счет жесткого контакта с дорожным полотном, превращая ее в энергию упругопластического деформирования элементов энергопоглощающего узла.

Технический результат - повышение эффективности торможения и упрощение конструкции устройства.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном тормозном аварийном устройстве автотранспортного средства, содержащем установленные на раме автотранспортного средства тормозной механизм, вводимый в контакт с дорожным полотном, и систему силового привода тормозного механизма, особенность заключается в том, что тормозное устройство снабжено системой поглощения кинетической энергии автотранспортного средства, выполненной в виде жестко прикрепленной к раме поперечной оси с наружной резьбой и навернутыми на нее двумя катушками с противоположными направлениями линейного перемещения по резьбе и намотанными на них тросами, наборов тарельчатых дисков из вязкопластичного материала, свободно надетых на ось между наружними торцами катушек и упорами для крепления концов оси к раме и введенных в контакт друг с другом идентичными торцевыми поверхностями, выполненными шероховатыми, а также соединяющей внутренние, обращенные друг к другу торцы катушек и свободно надетой на ось трубки из упругопластичного материала, имеющей щелевые чередующиеся прорези, ориентированные перпендикулярно продольной оси трубки, система силового привода тормозного механизма выполнена в виде установленного на раме автотранспортного средства с наклоном в направлении его движения и позади оси с катушками корпуса с встроенным в него пиропатроном, снабженным электрозапалом, а тормозной механизм представляет собой шток, один конец которого введен внутрь корпуса силового привода до контакта с пиропатроном, другой конец снабжен клином для внедрения штока в материал дорожного полотна, а средняя часть штока снабжена вилкой для соединения штока со свободными концами намотанных на катушки тросов. При этом на каждой из половин оси резьба может быть выполнена с противоположными направлениями нарезки, а тросы могут быть намотаны на катушки в противоположных направлениях.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено предлагаемое тормозное устройство, общий вид; на фиг.2 - вид А /снизу/ на систему поглощения кинетической энергии.

Аварийное тормозное устройство автотранспортного средства содержит установленный на раме 1 /днище кузова/ автотранспортного средства тормозной механизм, вводимый в контакт с дорожным полотном 2, и систему силового привода тормозного механизма, при этом тормозное устройство снабжено системой поглощения кинетической энергии автотранспортного средства, выполненной в виде жестко прикрепленной к раме 1 с помощью упоров 3 с гайками 3 поперечной оси 4 с наружной резьбой и навернутыми на нее двумя катушками 5, 6 с противоположными направлениями линейного перемещения при вращении по резьбе оси 4 и намотанными на них тросами 7, 8, наборов тарельчатых дисков 9 из вязкопластичного материала, свободно надетых на ось 4 между наружными торцами катушек 5, 6 и плоскими упорами 3 для крепления концов оси 4 к раме 1 и введенных в контакт друг с другом идентичными торцевыми поверхностями, выполненными шероховатыми, а также соединяющей внутренние, обращенные друг к другу торцы катушек 5, 6 и свободно надетой на ось 4 трубки 10 из упругопластического материала, имеющей щелевые чередующиеся прорези 11, ориентированные перпендикулярно продольной оси трубки 10, система силового привода тормозного механизма выполнена в виде установленного на раме 1 автотранспортного средства с наклоном в сторону направления его движения и позади оси 4 с катушками 5, 6 корпуса 12 с встроенным в него пиропатроном, снабженным электрозапалом, а тормозной механизм представляет собой шток 13, один конец которого введен внутрь корпуса 12 силового привода до контакта с пиропатроном, другой конец снабжен клином 14 для внедрения штока 13 в материал дорожного полотна 2, а средняя часть штока 13 снабжена вилкой 15 для соединения штока 13 со свободными концами намотанных на катушки 5, 6 тросов 7, 8. При этом противоположные направления линейного перемещения катушек 5, 6 по резьбе оси 4 обеспечиваются либо за счет выполнения на каждой из половин оси 4 в зонах перемещения катушек 5, 6 наручней резьбы с противоположными направлениями нарезки, либо за счет намотки тросов 7, 8 соответственно на катушки 5, 6 в противоположных направлениях. В качестве упругопластического материала для выполнения трубки 10 со щелевыми прорезями 11 использован алюминиевый сплав, а в качестве вязкопластичного материала для тарельчатых дисков 9 применен фторопласт, причем значительная шероховатость контактирующих торцевых поверхностей дисков 9 достигнута за счет специальной глубокой сетчатой накатки. Клин 14 выполнен из закаленной стали высокой прочности для его надежного внедрения при выстреле в материал дорожного полотна 2. Система поглощения кинетической энергии в виде поперечной оси 4 с катушками 5, 6, трубкой 10, дисками 9 должна быть установлена на раме 1 автомобиля спереди по ходу автомобиля по отношению к тормозному механизму и системе его силового привода. При этом жесткость крепления оси 4 к раме 1 с помощью упоров 3 с гайками 3 должна быть значительной, а именно: усилие сопротивления по отрыву этого блока должно значительно превышать усилие сопротивления, оказываемое трубкой 10 и дисками 9 при их пластическом, соответственно, растяжении-скручивании с дальнейшим деформированием смятия и разрывом и сухом трении шероховатых поверхностей при значительных нормальных давлениях с дальнейшим скручиванием, истиранием и разрушением. Поэтому в рамных конструкциях автомобиля концы оси 4 крепятся непосредственно к раме 1, а в безрамных конструкциях - к днищу кузова в специальных местах с усиленной прочностью и жесткостью. Кнопка включения аварийного тормозного устройства выведена непосредственно на пульт управления автомобилем. В частных случаях срабатывание аварийного тормозного устройства можно легко обеспечить либо более резким, либо более глубоким нажатием педали основного тормозного устройства.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

При возникновении критической аварийной ситуации аварийное тормозное устройство приводится в действие одновременно с действием основной тормозной системы. При этом срабатывает электрозапал пиропатрона, производится выстрел, шток 13 с клином 14 внедряется в материал дорожного полотна 2. Естественно, шток 13 остается на месте зафиксированным в дорожном полотне, а автомобиль вместе с осью 4 с катушками 5, 6, соединенными тросами 7, 8 со штоком 13, продолжает движение вправо по ходу на фиг.1. Так как тросы 7, 8 намотаны на катушки 5, 6 в противоположных направлениях /на фиг.2 свободный конец троса 7, прикрепленный к вилке 15, сходит с катушки 5 сверху между осью 4 и рамой 1, а свободный конец троса 8 сходит с катушки 6 снизу между осью 4 и дорожным полотном 2/, то резное импульсное натяжение свободные концов тросов 7, 8, соединенных со штоком 13, приведет к интенсивному вращению катушек 5, 6 по резьбе оси 4 в противоположные стороны с одновременным линейным удалением вдоль оси 4 по резьбе друг от друга в сторону упоров 3. Такое движение катушек 5, 6 приведет, с одной стороны /в прямом и переносном смыслах/, к возникновению значительных упругопластических деформаций растяжения со смятием и скручивания, вплоть до разрыва перфорированной трубки 10, когда ее щелевидные отверстия 11 сначала превратятся в ромбические, произойдет закручивание, выпучивание с последующим разрывом перегородок между отверстиями и т.д., а с другой стороны - одновременное относительное прокручивание и сжатие вязкопластических шероховатых тарельчатых дисков 9 /сухое трение шероховатых поверхностей при огромных нормальных давлениях/. При этом за счет одновременного поворота и линейного смещения катушек 5, 6 диски 9, при одновременном провороте плотно прижатых друг к другу шероховатых поверхностей, деформируются, приобретая из тарельчатой плоскую форму, после чего начинают интенсивно истираться и вязкопластически разрушаться. В другом варианте тросы 7, 8 намотаны на катушки 5, 6 в одну сторону, однако на двух половинах оси 4 в зоне движения катушек 5, 6 резьба выполнена с противоположными направлениями нарезки, причем так, чтобы катушки 5, 6 уже при их вращении в одном направлении также линейно уходили друг от друга, разрывая трубку 10 и сжимая диски 9. Очевидно, что описанная выше конструкция системы поглощения кинетической энергии обладает значительной энергоемкостью /способностью энергопоглощения/, что обуславливает предельно высокую эффективность гашения кинетической энергии автотранспортного средства, резкое снижение его скорости, уменьшение тормозного пути. В предлагаемой системе энергопоглощение осуществляется как за счет сухого трения значительного числа контактирующих поверхностей с большими коэффициентами трения и огромными нормальными давлениями, так и за счет вязкоупругих и пластических деформаций элементов и узлов вплоть до их окончательного разрушения, не влияющего на живучесть транспортного средства. При этом предлагаемая аварийная и основная тормозные системы работают одновременно и независимо друг от друга, что позволяет добиться максимально возможного эффекта. Путем подбора геометрических и механических характеристик всей системы поглощения кинетической энергии можно добиться заранее заданной эффективности торможения предлагаемым устройством, допустимой величины тормозного пути при заданной скорости транспортного средства и т.п.

По мнению заявителей предлагаемое устройство довольно эффективно, имеет сравнительно простую конструкцию, значительные конструктивно-технологические возможности для варьирования с целые получения различных тактико-технических параметров, расширения функциональных возможностей, областей применения, вследствие чего может найти практическое применение.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к тормозным устройствам. Устройство содержит установленные на раме тормозной механизм, вводимый в контакт с дорожным полотном, и систему силового привода тормозного механизма. Устройство снабжено системой поглощения кинетической энергии автотранспортного средства. Система выполнена в виде жестко прикрепленной к раме поперечной оси с наружной резьбой и навернутыми на нее двумя катушками с противоположными направлениями линейного перемещения по резьбе и намотанными на них тросами, наборов тарельчатых дисков из вязкопластичного материала, свободно надетых на ось между наружными торцами катушек и упорами для крепления концов оси к раме и введенных в контакт друг с другом идентичными торцевыми поверхностями, выполненными шероховатыми, а также соединяющей внутренние, обращенные друг к другу торцы катушек и свободно надетой на ось трубки из упругопластичного материала. Трубка имеет щелевые чередующиеся прорези, ориентированные перпендикулярно продольной оси трубки. Система силового привода тормозного механизма выполнена в виде установленного на раме автотранспортного средства с наклоном в направлении его движения и позади оси с катушками корпуса с встроенным в него пиропатроном, снабженным электрозапалом. Тормозной механизм представляет собой шток, один конец которого введен внутрь корпуса силового привода до контакта с пиропатроном, другой конец снабжен клином для внедрения штока в материал дорожного полотна, а средняя часть штока снабжена вилкой для соединения штока со свободными концами намотанных на катушки тросов. Техническим результатом является повышение эффективности торможения и упрощение конструкции устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Аварийное тормозное устройство автотранспортного средства, содержащее установленные на раме тормозной механизм, вводимый в контакт с дорожным полотном, и систему силового привода тормозного механизма, отличающееся тем, что тормозное устройство снабжено системой поглощения кинетической энергии автотранспортного средства, выполненной в виде жестко прикрепленной к раме поперечной оси с наружной резьбой и навернутыми на нее двумя катушками с противоположными направлениями линейного перемещения по резьбе и намотанными на них тросами, наборов тарельчатых дисков из вязкопластичного материала, свободно надетых на ось между наружными торцами катушек и упорами для крепления концов оси к раме и введенных в контакт друг с другом идентичными торцевыми поверхностями, выполненными шероховатыми, а также соединяющей внутренние, обращенные друг к другу торцы катушек и свободно надетой на ось трубки из упругопластичного материала, имеющей щелевые чередующиеся прорези, ориентированные перпендикулярно продольной оси трубки, система силового привода тормозного механизма выполнена в виде установленного на раме автотранспортного средства с наклоном в направлении его движения и позади оси с катушками корпуса с встроенным в него пиропатроном, снабженным электрозапалом, а тормозной механизм представляет собой шток, один конец которого введен внутрь корпуса силового привода до контакта с пиропатроном, другой конец снабжен клином для внедрения штока в материал дорожного полотна, а средняя часть штока снабжена вилкой для соединения штока со свободными концами намотанных на катушки тросов.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на каждой из половин оси резьба выполнена с противоположными направлениями нарезки.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тросы намотаны на катушки в противоположных направлениях.