ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА Российский патент 2008 года по МПК B61D1/00 B61F19/04 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к вагоностроению, и может использоваться для защиты пассажиров железнодорожных вагонов в аварийных ситуациях - при столкновении с препятствиями и другими транспортными средствами.

Существующие железнодорожные вагоны оснащаются устанавливаемыми на торцах их рам поглощающими аппаратами для снижения и смягчения ударных нагрузок, возникающих при трогании состава с места, во время движения, при сцеплении вагонов и их соударениях в процессе маневровой работы [1].

Энергоемкость этих поглощающих аппаратов рассчитана из условия восприятия эксплуатационных ударных нагрузок, возникающих при небольших скоростях соударения, не превышающих 12 км/ч.

Известно также оснащение локомотивов (головных вагонов) железнодорожного состава ударными энергопоглащающими элементами, предназначенными для восприятия значительных ударных нагрузок, возникающих в аварийных ситуациях, например при столкновении с другим составом или каким-либо препятствием на пути [2]. Для этого на переднем торце рамы головного вагона (локомотива) устанавливаются сменные энергопоглащающие элементы, обеспечивающие энергопоглащение за счет их пластической деформации при соударении с препятствием.

Однако установка на локомотиве достаточно больших поглащающих элементов, рассчитанных на поглощение нагрузок, возникающих при соударении массы всего состава, движущегося с большой скоростью, не обеспечивает сохранность всех вагонов и безопасность пассажиров, особенно если соударение произошло не с локомотивом, а например, с последним вагоном состава или с отдельно двигающимся вагоном, группой вагонов.

Проблема обеспечения сохранности вагонов и безопасности пассажиров обостряется и в случае использования пассажирских вагонов, содержащих раздельные кузовную и ходовую части [3]. В этих пассажирских вагонах кузов разъемно устанавливается на амортизационной подвеске на раме с тележками.

Наиболее близким к заявляемому является энергопоглащающее устройство железнодорожного вагона, содержащее установленные между рамой и кузовом вагона амортизаторы и воспринимающие горизонтальные ударные нагрузки энергопоглащающие элементы (демпферы), расположенные между закрепленными на раме и кузове вагона упорами [4].

Известное устройство просто в конструктивном отношении, имеет небольшие массу и габаритные размеры и обеспечивает снижение ударных нагрузок за счет фрикционного взаимодействия и деформации резинометаллических элементов, однако оно не достаточно эффективно и рассчитано на восприятие и гашение эксплуатационных нагрузок.

В этом отношении более эффективны устанавливаемые между кузовом и рамой вагона комбинированные демпферы, использующие наряду с упругим деформированием звеньев внешнее и внутреннее трение упругой и вязкой сред [5], [6]. Однако эти устройства сложны, громоздки и не обеспечивают надежного и стабильного функционирования.

Задача данного изобретения заключается в оснащении пассажирских вагонов простыми и недорогими в изготовлении энергопоглащающими элементами, обеспечивающими безопасность пассажиров в аварийной ситуации за счет поглощения энергии удара при столкновении с препятствием как для всего состава, так и отдельного вагона.

Технический результат, который может быть достигнут при использовании изобретения, заключается в упрощении конструкции, повышении эффективности энергопоглащения в аварийной ситуации за счет использования энергопоглащающих элементов из пластично деформируемого материала и повышении безопасности пассажиров в различных аварийных ситуациях.

Для достижения указанного технического результата в энергопоглащающем устройстве пассажирского вагона, содержащем установленные между рамой и кузовом вагона амортизаторы и воспринимающие горизонтальные ударные нагрузки энергопоглащающие элементы, расположенные между закрепленными на раме и кузове вагона упорами, предлагается каждый энергопоглащающий элемент выполнить в виде вставки из пластично деформируемого материала, соединенной с одним из упоров и установленной относительно второго упора с зазорами, обеспечивающими смещение кузова относительно рамы вагона при работе амортизаторов.

Каждая вставка из пластично деформируемого материала может быть выполнена в виде блока сотовой конструкции с ячейками, параллельными продольной оси вагона, или в виде набора последовательно срезаемых (сминаемых) элементов при относительном движении кузова и рамы вагона в аварийной ситуации.

Для упрощения устройства и повышения его компактности вставки из пластично деформируемого материала могут быть сгруппированы попарно и в каждой группе соединены с закрепленными на раме вагона и разнесенными в продольном направлении упорами, а между ними с зазорами, обеспечивающими работу амортизаторов, расположен упор, закрепленный на кузове вагона, при этом для обеспечения надежного и стабильного функционирования вставки в каждой группе могут быть расположены в продольной обойме, внешние торцы которой закрыты закрепленными на раме вагона упорами, а в ее центральной части выполнен проем, в котором установлен контактирующий с торцами вставок толкатель, взаимодействующий с упором, закрепленным на кузове вагона.

Каждый толкатель может быть зафиксирован относительно обоймы с автоматической расфиксацией в аварийной ситуации.

Заявляемое энергопоглащающее устройство не исключает применение поглащающих аппаратов автосцепных устройств вагона, предназначенных для восприятия и смягчения продольных нагрузок, возникающих при трогании состава, его движении и маневровой работе.

Один из вариантов возможного конструктивного выполнения данного изобретения представлен на прилагаемых чертежах.

На фиг.1 показано поперечное сечение вагона.

На фиг.2 - продольное сечение по одной из групп вставок, сечение А-А.

На фиг.3 показано поперечное сечение В-В.

На фиг.4 показано сечение D-D.

На фиг.5 представлено сечение С-С вставки сотовой конструкции.

На фиг.6 показано выполнение вставок из пакета срезаемых (сминаемых) элементов.

Заявляемое энергопоглащающее устройство размещается на пассажирском вагоне, содержащем установленную на тележках 1 раму 2, кузов 3 и расположенные между рамой 2 и кузовом 3 амортизаторы 4, условно показанные на чертежах в виде пружин. Амортизаторы могут располагаться по бокам в торцевых частях вагона, например, в районе шкворневых балок рамы 2 и могут быть выполнены в виде различных пружин и рессор, в том числе резиновых и пневматических, а также их комбинаций.

В местах крепления амортизаторов 4 расположены воспринимающие горизонтально ударные нагрузки, возникающие в аварийных ситуациях, энергопоглащающие элементы 5 (фиг.2), установленные между упорами 6, закрепленными на раме 2, и упорами 7, закрепленными на кузове 3.

Каждый энергопоглащающий элемент 5 выполнен в виде вставки 8 цилиндрической или призматической формы из пластично деформируемого материала.

Каждая вставка 8 соединена с упором 6, закрепленным на раме 2, а относительно упора 7, закрепленного на кузове 3, расположена с зазорами Δ′, Δ′′, Δ′′′, обеспечивающими смещение кузова 3 относительно рамы 2 вагона при штатной работе амортизаторов 4 в процессе эксплуатации пассажирских вагонов.

Вставки 8 из пластично деформируемого материала могут быть сгруппированы попарно и в каждой группе соединены с закрепленными на раме 2 и разнесенными в продольном направлении упорами 6, а между ними с зазорами Δ′, Δ′′, Δ′′′ расположен упор 7, закрепленный на кузове 3. При этом вставки 8 могут располагаться в продольной обойме 9, внешние торцы которой закрыты упорами 6, а в ее центральной части выполнен проем 10, в котором установлен контактирующий с торцами вставок 8 толкатель 11, взаимодействующий с упором 7. Каждый толкатель 11 может быть зафиксирован относительно обоймы 9, например, срезным элементом 12 (фиг.4).

Вставки 8 могут быть выполнены в виде блоков сотовой конструкции 13 (фиг.5) из металла или пластмассы (стеклопластика) с ячейками, параллельными продольной оси вагона, а также в виде набора из последовательно срезаемых элементов 14 или смимаемых элементов 15 при относительном движении кузова 3 и рамы 2 вагона в аварийной ситуации (фиг.6).

В процессе эксплуатации пассажирского вагона действующие на него нагрузки и возмущения от взаимодействия с путем воспринимаются (смягчаются и демпфируются) амортизаторами 4, рессорным подвешиванием на тележках (не показано), а ударные нагрузки в горизонтальной плоскости, возникающие при трогании с места, движении и маневровой работе, смягчаются поглощающими аппаратами ударно-тяговых устройств (не показаны).

В случае возникновения аварийной ситуации (столкновение с препятствием или другим транспортным средством) независимо от направления возникающей ударной нагрузки (спереди или сзади), а также от того находится пассажирский вагон в составе или нет и связан он с локомотивом или нет вступают в работу энергопоглащающие элементы 5. При этом выбирается зазор Δ′ между упором 7 и толкателем 11, толкатель 11 расфиксируется и энергия удара от столкновения поглощается за счет деформирования вставок 8, обеспечивая конструкционную целостность кузова 3 и безопасность пассажиров.

Источники информации

1. Б.К.Спиридонов, И.Ф.Пастухов. "Конструкция и расчет вагонов". М.: Машиностроение, 1980 г., стр.64-68.

2. ЕР №0923481 В1, В61F 19/04, 1998 г.

3. US №4373447, В61Д 1/00, 1983 г.

4. US №2728305, 105-454, 1955 г.

5. US №3082708, 105-392.5, 1963 г.

6. US №3209708, 105-454, 1965 г.

Энергопоглощающее устройство пассажирского вагона содержит установленные между рамой (2) и кузовом (3) вагона амортизаторы (4) и воспринимающие ударные горизонтальные нагрузки энергопоглощающие элементы (5), расположенные между закрепленными на раме и кузове упорами (6) и (7). Каждый энергопоглощающий элемент выполнен в виде вставки (8) из пластично деформируемого материала, соединенной с одним из упоров и установленной относительно второго упора с зазорами, обеспечивающими смещение кузова относительно рамы при работе амортизаторов. Повышается безопасность пассажиров в аварийной ситуации за счет поглощения энергии удара при столкновении с препятствием простыми в изготовлении энергопоглощающими устройствами. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Энергопоглощающее устройство пассажирского вагона, содержащее установленные между рамой и кузовом вагона амортизаторы и воспринимающие горизонтальные ударные нагрузки энергопоглощающие элементы, расположенные между закрепленными на раме и кузове вагона упорами, отличающееся тем, что каждый энергопоглощающий элемент выполнен в виде вставки из пластично деформируемого материала, соединенной с одним из упоров и установленной относительно второго упора с зазорами, обеспечивающими смещение кузова относительно рамы вагона при работе амортизаторов.2. Энергопоглощающее устройство пассажирского вагона по п.1, отличающееся тем, что каждая вставка из пластично деформируемого материала выполнена в виде блока сотовой конструкции с ячейками, параллельными продольной оси вагона.3. Энергопоглощающее устройство пассажирского вагона по п.1, отличающееся тем, что каждая вставка выполнена в виде набора из последовательно срезаемых (сминаемых) элементов при относительном движении кузова и рамы вагона в аварийной ситуации.4. Энергопоглощающее устройство по п.1, отличающееся тем, что вставки из пластично деформируемого материала сгруппированы попарно, при этом вставки в каждой группе соединены с закрепленными на раме вагона и разнесенными в продольном направлении упорами, а между ними с зазорами, обеспечивающими работу амортизаторов, расположен упор, закрепленный на кузове вагона.5. Энергопоглощающее устройство по п.4, отличающееся тем, что вставки в каждой группе расположены в продольной обойме, внешние торцы которой закрыты закрепленными на раме вагона упорами, а в ее центральной части выполнен проем, в котором установлен контактирующий с торцами вставок толкатель, взаимодействующий с упором, закрепленным на кузове вагона.6. Энергопоглощающее устройство по п.5, отличающееся тем, что каждый толкатель зафиксирован относительно обоймы.