АППАРАТ ПОГЛОЩАЮЩИЙ ЭЛАСТОМЕРНЫЙ Российский патент 2015 года по МПК B61G11/12 F16F5/00 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к автосцепным устройствам, обеспечивающим соединение вагонов и головных вагонов (локомотивов) железнодорожных транспортных средств, и предназначено для обеспечения эффективной защиты конструкции вагона и перевозимого в нем груза от действия продольных нагрузок, возникающих при маневровых работах на сортировочных горках и в переходных режимах ведения поезда.

Из уровня техники известно эластомерное амортизирующее устройство (см. патент РФ №2126917, МПК F16F 9/30, опубл. 27.02.99), состоящее из емкости, наполненной сжимаемым, обладающим способностью течения эластомером, и погружаемого в эластомере под действием внешних сил стержня с головкой и плунжером, закрепленного в направляющей емкости и перемещаемого во вспомогательной камере при каждом рабочем ходе, при этом соединенная со стенкой емкости направляющая делит емкости на главную в виде тела вращения с переменным диаметром и вспомогательную камеры, причем плунжер имеет диаметр, меньший диаметра наружной части стержня, а головка имеет проточные каналы с обратным клапаном, которые соединяют разделенные головкой пространства главной камеры.

Недостатками эластомерного амортизирующего устройства являются: сложная конструкция, увеличенные затраты на изготовление устройства, пониженная надежность и усложненная технология заправки устройства.

Известен также поглощающий аппарат (см. патент РФ №2078706, МПК B61G 11/12, B60G 15/12, F16F 5/00, опубл. 10.05.97), содержащий цилиндр, выполненный с двумя сообщающимися между собой полостями, в одной из которых установлено донышко цилиндра, и с возможностью обеспечения перетекания рабочей жидкости поршень, шток которого выполнен двусторонним. Причем между поверхностью одной из полостей и донышком установлено первое уплотнение, а одна сторона штока выполнена большего диаметра, чем другая, расположена в донышке цилиндра и охвачена вторым уплотнением. Одна из полостей цилиндра выполнена цилиндрической, другая - сферической, донышко расположено в цилиндрической полости, между которой и сферической полостью размещена гайка с третьим уплотнением, охватывающим другую сторону штока.

Недостатком известного поглощающего аппарата является высокое давление в рабочих камерах, в связи с этим приходится изготавливать корпус аппарата из дорогостоящего металла, что приводит к увеличению затрат.

Наиболее близким по технической сущности является поглощающий аппарат (см. патент РФ №2446970, МПК В61G 11/12, опубл. 10.04.2012), содержащий цилиндр, выполненный с двумя емкостями, разделенными перегородкой и заполненными вязкопластичной жидкостью, при этом каждая емкость снабжена донышком цилиндра и штоком с поршнем, в штоке выполнены центральные емкости, с наружной стороны каждой емкости установлены соосно с цилиндром упругие элементы, выполненные из упругопластичного материала, в поршне выполнены клапаны обратного хода и калиброванный зазор с возможностью обеспечения перетекания рабочей жидкости.

Конструкция известного поглощающего аппарата позволяет уменьшить давление вязкопластичной жидкости в аппарате на 25…30%.

Для повышения эксплуатационных характеристик предлагается конструкция аппарата поглощающего эластомерного с упругими элементами, расположенными как в гидравлических полостях аппарата, так и снаружи на штоках, с поперечными и центральными каналами, выполненными в сепараторах и поршнях.

Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание аппарата поглощающего эластомерного повышенной энергоемкости, улучшенных диссипативных свойств, а также с более высокой надежностью в эксплуатации.

Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в увеличении энергоемкости аппарата, улучшении диссипативных свойств, повышении надежности.

Задача, положенная в основу настоящего изобретения, решается тем, что в аппарате поглощающем эластомерном, содержащем цилиндр, выполненный с двумя емкостями, разделенными перегородкой и заполненными вязкопластичной жидкостью, при этом каждая емкость снабжена донышком цилиндра и штоком с поршнем, на штоке с наружной стороны цилиндра соосно с последним установлены упругие элементы, выполненные из упругопластичного материала, а поршень выполнен с возможностью обеспечения перетекания рабочей жидкости, в одной из емкостей цилиндра соосно установлены упругие элементы, разделенные сепараторами, расположенными соосно с цилиндром, а в другой - упругий элемент, установленный соосно с цилиндром, при этом поршни в емкостях выполнены в виде двух цилиндрических поверхностей с центральным каналом, разделенных пазом, причем первая поверхность выполнена с проточкой и установленной в последней направляющей поршня, а вторая - с возможностью образования калиброванного зазора между наружной поверхностью поршня и внутренней поверхностью цилиндра.

Кроме того, поршни выполнены с центральным каналом, соединенным наклонными каналами с запоршневой гидравлической полостью, первая цилиндрическая поверхность поршня выполнена ступенчатой с периферийными каналами, а в донной части паза размещены поперечные каналы, соединяющие центральный канал с подпоршневой гидравлической полостью.

Кроме того, в сепараторах выполнены центральный, периферийные и поперечные каналы, соединяющие гидравлическую полость внутренних упругих элементов с подпоршневой гидравлической полостью.

Кроме того, вторая цилиндрическая поверхность поршня снабжена периферийными каналами с размещенными в них клапанами обратного хода.

Наличие в конструкции поглощающего аппарата двух изолированных гидравлических емкостей с установкой в одной из них соосно упругих элементов, разделенных сепараторами, расположенными соосно с цилиндром, а в другой - упругого элемента, установленного соосно с цилиндром, за счет разницы давлений зарядки гидравлических емкостей, а в конечном итоге разницы усилий начальной затяжки (страгивания), позволяет в широких пределах варьировать полноту диаграммы статического обжатия и работоемкость аппарата. Выполнение поршней с центральной полостью в виде двух цилиндрических поверхностей, разделенных пазом, одна из которых выполнена с проточкой и установленным в последней поршневым кольцом, а другая - с возможностью образования калиброванного зазора между наружной поверхностью поршня и внутренней поверхностью цилиндра, позволяет уменьшить давление в цилиндре поглощающего аппарата. Наличие в штоках центральной гидравлической полости, а в поршнях и сепараторах дополнительных каналов обеспечивает более стабильное перетекание вязкопластичной жидкости между полостями.

Перечисленные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения указанного технического результата.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста в области автосцепных устройств грузовых вагонов, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления поглощающего аппарата, можно сделать вывод о его соответствии критериям патентоспособности.

Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого изобретения на указанный заявителем технический результат, следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Предпочтительный вариант выполнения поглощающего аппарата проиллюстрирован на чертеже, где показан общий вид предложенного аппарата поглощающего эластомерного в разрезе.

На чертеже соответствующие конструктивные элементы аппарата поглощающего эластомерного обозначены следующими позициями:

1 - шток;

2 - наружный упругопластический элемент;

3 - опорно-направляющее кольцо штока;

4 - донышко;

5 - уплотнение шток-донышко;

6 - центральный канал штока;

7 - уплотнение донышко-корпус;

8 - запоршневая гидравлическая полость;

9 - клапан обратного хода;

10 - поперечный канал поршня;

11 - периферийный канал для перетекания в поршне;

12 - подпоршневая гидравлическая полость;

13 - периферийный канал для перетекания в сепараторе;

14 - гидравлическая полость упругопластических элементов;

15 - сепаратор;

16 - наклонный канал поршня;

17 - калиброванный зазор;

18 - поршень;

19 - опорно-направляющее кольцо поршня;

20 - внутренний упругопластический элемент;

21 - опорно-направляющее кольцо сепаратора;

22 - поперечный канал в сепараторе;

23 - центральный канал для перетекания в сепараторе;

24 - корпус (цилиндр);

25 - гидравлическая емкость;

26 - гидравлическая емкость.

На чертеже схематично изображен общий вид аппарата поглощающего эластомерного с упругопластическими элементами.

Аппарат поглощающий эластомерный содержит цилиндрический корпус (цилиндр) 24, разделенный на две изолированные друг от друга глухой перегородкой гидравлические емкости 25 и 26, с донышками 4, в которых расположены опорно-направляющие кольца 3 штока 1, уплотнения 5 шток-донышко и уплотнения 7 донышко-корпус. Корпус (цилиндр) 24 выполнен с сообщающимися между собой гидравлическими полостями 8 (запоршневая), 12 (подпоршневая) и 14 (упругопластических элементов 20). На каждом штоке 1 с наружной стороны цилиндра 24 соосно с последним установлены наружные упругие элементы 2, выполненные из упругопластичного материала. В гидравлические емкости 25 и 26 входят штоки 1 с поршнями 18, которые выполнены с возможностью обеспечения перетекания рабочей жидкости через калиброванный зазор 17. В емкости 25 цилиндра 24 соосно установлены внутренние упругие элементы 20, разделенные сепараторами 15, расположенными соосно с цилиндром 24, а в емкости 26 - упругий элемент 20, установленный соосно с цилиндром 24. Поршни 18 выполнены в виде двух цилиндрических поверхностей с центральным каналом, разделенных пазом (позиция на чертеже не указана), причем первая поверхность выполнена с периферийными каналами 11 для перетекания в поршне и проточкой с установленной в последней направляющей поршня (опорно-направляющее кольцо 19), а вторая - с возможностью образования калиброванного зазора 17 между наружной поверхностью поршня 18 и внутренней поверхностью цилиндра 24 и снабжена периферийными каналами с размещенными в них клапанами 9 обратного хода. В сепараторах 15 выполнены центральный 23, периферийные 13 и поперечные 22 каналы, соединяющие гидравлическую полость внутренних упругих элементов 20 с подпоршневой гидравлической полостью 12. Штоки 1 и поршни 18 выполнены с центральным каналом 6, соединенным наклонными каналами 16 с запоршневой гидравлической полостью 8. Первая цилиндрическая поверхность поршня 18 выполнена ступенчатой с периферийными каналами 11, а в донной части паза, разделяющего поршень на две цилиндрические поверхности, размещены поперечные каналы 10, соединяющие центральный канал 6 с подпоршневой гидравлической полостью 12.

Все гидравлические полости поглощающего аппарата заполнены вязкопластической жидкостью.

Работа поглощающего аппарата описана на примере работы его верхней половины, работа нижней половины аналогична работе верхней.

Под действием сжимающей нагрузки, шток 1 с поршнем 18 перемещается внутрь подпоршневой гидравлической полости 12, за счет чего происходит сжатие упругих элементов 20, уменьшение объема гидравлической полости и повышение в ней давления. При этом возникает усилие, препятствующие обжатию аппарата, состоящее из усилия сжатия упругих элементов и действия давления на шток с поршнем вязкопластичной жидкости.

При достижении обжатия штока примерно 60…70% от полного обжатия происходит обжатие наружного упругопластического элемента 2, расположенного соосно со штоком снаружи цилиндра на донышках, за счет чего возникает дополнительное усилие, препятствующие обжатию аппарата.

При динамическом обжатии аппарата вязкопластичная жидкость из подпоршневой гидравлической полости 12 перетекает через калиброванный зазор 17 между поршнем и корпусом в запоршневую гидравлическую полость 8, за счет чего создается перепад давления между подпоршневой и запоршневой гидравлическими полостями, что создает дополнительное усилие, препятствующее обжатию аппарата.

При прямом ходе штока 1 с поршнем 18 клапана обратного хода 9, расположенные по окружности поршни 18 закрыты и препятствуют перетеканию вязкопластичной жидкости из полости 12 в полость 8.

При динамическом обжатии аппарата вязкопластичная жидкость, находящаяся в гидравлической полости 14 упругопластических элементов 20, вытесняется через центральные 23, поперечные 22 и периферийные 13 каналы сепараторов 15 в подпоршневую гидравлическую полость 12, а через каналы 6, 10, 11 в шток и поршни в запоршневую гидравлическую полость 8.

Диссипация поглощенной энергии происходит в основном за счет перехода в тепло энергии гидравлического сопротивления перетекания в калиброванный зазор вязкопластичной жидкости, заполняющей гидравлическую полость.

Возврат штока с поршнем при обратном ходе происходит за счет усилия сжатых упругопластичных элементов 20 и давления в гидравлических полостях 8, 12, 14. При обратном ходе штока с поршнем клапаны 9 открываются и вязкопластичная жидкость перетекает из полости 8 в полости 12, 14, обеспечивая минимальное сопротивление выходу штока с поршнем.

Наличие в конструкции поглощающего аппарата двух изолированных гидравлических емкостей за счет разницы давлений зарядки гидравлических емкостей, диаметров штоков дает возможность в широких пределах варьировать начальные и конечные усилия обжатия аппарата, полноту диаграммы статического обжатия и работоемкость аппарата.

Упругопластические элементы 2 и 20 позволяют уменьшить давление в цилиндре поглощающего аппарата, при этом внешняя воспринимаемая аппаратом нагрузка на штоке определяется как сумма трех нагрузок:

- F_{эл 20} - нагрузка, воспринимаемая упругопластическими элементами, расположенными внутри цилиндра;

- F_{эл 2} - нагрузка, воспринимаемая упругопластическими элементами, расположенными снаружи аппарата на штоке;

- F_давл - нагрузка на шток аппарата, создаваемая давлением вязкопластичной жидкости в гидравлических полостях аппарата.

Отсюда следует, что, при восприятии одинаковой максимальной нагрузки, у поглощающего аппарата, имеющего в конструкции упругопластические элементы, максимальное давление вязкопластичной жидкости в аппарате значительно ниже, чем у аппарата, не имеющего упругопластических элементов.

По установочным размерам предлагаемый поглощающий аппарат полностью взаимозаменяем с поглощающими аппаратами пружинно-фрикционного типа и устанавливается в тяговый хомут автосцепного устройства по технологии установки этих аппаратов.

Предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить давление вязкопластичной жидкости в поглощающем аппарате на 50…55%.

Образец предлагаемого поглощающего аппарата был разработан на основе детальных экспериментальных исследований параметров конструкции аппарата и процесса его работы и предназначен для установки на газовые цистерны, а также грузовые вагоны, перевозящие особо опасные грузы (ВВ, ОВ и т.п.).

Конструкция поглощающего аппарата проста в изготовлении, не требует разработки нового оборудования и переоснащения существующих производств, а используемые средства широко применяются в железнодорожном транспорте, что подтверждает возможность практической реализации и достижения технического результата.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к автосцепным устройствам, и предназначено для обеспечения эффективной защиты конструкции вагона и перевозимого в нем груза от действия продольных нагрузок. Поглощающий аппарат содержит цилиндрический корпус (24), разделенный на две изолированные друг от друга перегородкой гидравлические емкости (25) и (26), донышки (4) и штоки (1) с поршнями (18). В емкостях расположены опорно-направляющие кольца (3) штока (1), уплотнения (5) шток-донышко, уплотнения (7) донышко-корпус и соосно с корпусом установлены упругие элементы (2). В гидравлических емкостях (25) и (26) образованы сообщающиеся между собой гидравлические запоршневая (8), подпоршневая (12) полости и полость (14) упругопластических элементов (20). На каждом штоке (1) соосно с цилиндром (24) на донышках установлены наружные упругие элементы (2). Достигается повышение энергоемкости, надежности в эксплуатации и улучшение диссипативных свойств. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Аппарат поглощающий эластомерный, содержащий цилиндр, выполненный с двумя емкостями, разделенными перегородкой и заполненными вязкопластичной жидкостью, при этом каждая емкость снабжена донышком цилиндра и штоком с поршнем, на штоке с наружной стороны цилиндра соосно с последним установлены упругие элементы, выполненные из упругопластичного материала, а поршень выполнен с возможностью обеспечения перетекания рабочей жидкости, отличающийся тем, что в одной из емкостей цилиндра соосно установлены упругие элементы, разделенные сепараторами, расположенными соосно с цилиндром, а в другой - упругий элемент, установленный соосно с цилиндром, при этом поршни в емкостях выполнены в виде двух цилиндрических поверхностей с центральным каналом, разделенных пазом, причем первая поверхность выполнена с проточкой и установленной в последней направляющей поршня, а вторая - с возможностью образования калиброванного зазора между наружной поверхностью поршня и внутренней поверхностью цилиндра.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что поршни выполнены с центральным каналом, соединенным наклонными каналами с запоршневой гидравлической полостью, первая цилиндрическая поверхность поршня выполнена ступенчатой с периферийными каналами, а в донной части паза размещены поперечные каналы, соединяющие центральный канал с подпоршневой гидравлической полостью.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в сепараторах выполнены центральный, периферийные и поперечные каналы, соединяющие гидравлическую полость внутренних упругих элементов с подпоршневой гидравлической полостью.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что вторая цилиндрическая поверхность поршня снабжена периферийными каналами с размещенными в них клапанами обратного хода.