Энергопоглощающее устройство транспортного средства (варианты) Российский патент 2023 года по МПК B61G11/16 F16F7/12 

Группа изобретений (варианты) относится к области энергопоглощающих устройств или амортизаторов для транспорта, к их использованию в различных транспортных средствах, и к конструктивным элементам агрегатов, деталей, узлов и других комплектующих, обеспечивающих их безопасное крепление в нормальном рабочем положении и при интенсивных механических нагрузках.

Может быть использовано в различных транспортных средствах для управления действующими на конструкцию нагрузками, с целью их поглощения, изменения, перераспределения, и т.д.

В технике используются крепежные элементы для фиксации одних деталей относительно других. Жесткое закрепление элементов крепления зачастую является неблагоприятным, особенно при наличии интенсивных ускорений, которые могут возникать в случае аварийных ситуаций, так, что результирующая сила ускорения передается непосредственно от каркаса транспортного средства через крепежные элементы к закрепленным на борту устройствам и объектам, обладающих своей собственной массой. При аварийных ситуациях со стороны конструкции транспортного средства передаются нагрузки, которые превышают предельные значения и приводят к разрушениям и поломкам агрегатов, узлов, деталей и к травмированию людей внутри транспортных средств. Для избежания этого в местах закрепления и/или между подвижными частями оборудования предусматривается расположение энергопоглощающего механизма, воспринимающего накопленную кинетическую энергию динамически нагруженной подвижной частью оборудования от действия ее скорости и массы, при достижении нагрузки выше действующей расчетной эксплуатационной, и переводящего ее в энергию пластической деформации энергопоглощающего элемента, который осуществляет поглощение, при контролируемом изменении своей формы и свойств, и ограничивая, таким образом, величину такой нагрузки на заданном ходе устройства.

Из литературы также известно о возможности отличия фактических условий, в которых используется энергопоглощающее устройство от расчетных, т.к. существует вариативность условий их применения. Так, например, (Фиг. 1) - в случае применения энергопоглощающего устройства в конструкции кресла - возможны различные массы пассажира для одного и того кресла и соответственно устройства энергопоглощения. В связи с этим уровень нагрузки на позвоночник будет различный для этих случаев.

Из уровня техники известен «Поглотитель энергии и его применение на самолете» (RU 2427739 С2, опублик. 27.08.2011). Изобретения относятся к устройству и способу поглощения энергии на самолете. Поглотитель энергии содержит ряд элементов, предназначенных для поглощения энергии ускорения пластической деформацией, и корпус, в котором происходит пластическая деформация элементов. Первый элемент расположен параллельно второму элементу. Третий элемент примыкает к четвертому элементу. Соответствующие смежные элементы поглотителя энергии примыкают друг к другу при движении качения. Поглотитель энергии имеет регулирующий элемент, который непрерывно изменяет радиус изгиба первого элемента. Способ поглощения энергии с использованием поглотителя энергии указанной конструкции содержит следующие стадии. Выдвижение первого элемента, второго элемента, третьего элемента и четвертого элемента из корпуса. Поглощение энергии ускорения пластической деформацией первого элемента и второго элемента в пределах корпуса в процессе указанного выдвижения элементов. Непрерывное изменение радиуса изгиба первого элемента с помощью регулирующего элемента. Достигается безопасное крепление бортовых устройств самолета. Однако при этом конструкция является усложненной, требующей дополнительных крепежных регулирующих элементов.

Особенностью данного элемента является также реализация преимущественно постоянной или линейно-переменной зависимости «Ход-Усилие».

Конструкцией устройства «поглотителя энергии» предусматривается вариант поглотителя, в котором возможно локальное изменение характеристики «Ход-Усилие» -за счет присутствия подкладки реализующий локальный «горб» или «выпуклость». Однако для данного варианта имеется возможность только увеличения усилия за счет уменьшения радиуса изгиба первого элемента в сравнении с линейной величиной, и не предусматривает ее уменьшения.

Также данное устройство предполагает при высоком уровне заданных усилий энергопоглощения преимущественно только отдельное исполнение, т.к. содержит корпус - устанавливаемый на соответствующем механизме и не предусматривает возможность интеграции его в силовую конструкцию ответной части с целью снижения массы.

Известно устройство с применением энергпоглощающего элемента, -«Энергопоглощающее вертолетное кресло К-1» (RU 2623859 С1 опублик. 29.06.2017).

Из условий применения в котором рассматриваемого энергопоглощающего элемента можно выявить следующие особенности - при необходимости реализации значительного уровня заданных усилий энергопоглощения в условиях глубокой пластической деформации радиусной зоны возникает значительный уровень давления на корпус, что с учетом малых углов под которыми происходит контакт в условиях трения может вызывать задиры и в итоге заклинивание U-образной пластины и, как следствие, стать причиной обрыва деформируемого участка полосы. Что в свою очередь предъявляет дополнительные требования к качеству внешней отделки энергопоглощающего элемента.

Также это вызывает необходимость применения высокопрочных материалов, в упомянутом случае стали ЗОХГСА - что обусловлено неразрывностью деформации всего объема корпуса, высоким уровнем внутренних силовых факторов, возникающем в зонах остоящих от непосредственной зоны давления при одновременном ее перемещении - для обеспечения требуемой прочности корпуса, наружная и внутренняя стенки которого воспринимает сосредоточенные усилия, действующие «в распор» от давления радиусного изгиба постепенно по всей длине корпуса который при этом одновременно должен обеспечивать размещение энергопоглощающего элемента с длинной соответствующей необходимому ходу при энергопоглощении. Необходимость уравновесить действущие в этом случае нагружения - внутренние силовые факторы без разрушения конструкции корпуса - обуславливает необходимость развития толщины стенок по всей длине корпуса-что ведет к росту габаритов и массы корпуса самого энергопоглощающего элемента, а также затрудняет его компоновку в конструкцию кресла с учетом ограниченного пространства для его размещения. Также это усложняет монтаж и контроль состояния энергопоглощающего элемента - т.к. он может быть размещен в закрытом объеме. Необходимость размещения энергопоглощающего элемента в жестком корпусе требуемой длины не менее половины длины хода энергопоглощения также обуславливает - его чувствительность к возможным деформациям основной конструкции кресла,которые должны приниматься во внимание с учетом его назначения. Т.к. в результате возникающих деформаций стойки - возможно деформирование и самого корпуса, при необходимости сохранения параллельности и расстояния между контактных с энергопоглощающим элементом поверхностями (для обеспечения требуемого постоянства усилия энергопоглощения) - это отрицательно сказывается на надежности срабатывания энергопоглощающего элемента в определяемых SAE AS8049 условиях динамического нагружения, или отличных от них.

Из уровня техники известно энергопоглощающее устройство «Деформируемая рулевая колонка» (патент US 3788148 А), состоящее из соосных телескопических участков труб, средняя из которых содержит определенным образом размещенные в ней группы предварительно подобранных по диаметру деформирующих шариков, выступая в роли сепаратора, а во внутренней трубе выполнены отформованные продольные направляющие полусферические пазы для этих шариков, находящихся в кольцевом зазоре между стенками внутренней и наружной труб. Энергопоглощение реализуется за счет возникновения зон линейных продольных пластических деформаций в наружной и внутренней трубах во время их взамного продольного смещения.

Недостатком данного решения является невозможность восприятия быстродействующих нагрузок, когда время их нарастания может быть менее десятой доли секунды. Как показывает опыт, этого времени недостаточно для того, чтобы вывести деформирующие шарики устройства из состояния покоя и, преодолев первоначальное сопротивление деформации деформируемых элементов (наружная и внутренняя трубы), обеспечить далее смятие их поверхностей. При этом не исключено заклинивание деформирующих шариков внутри устройства при несоосном нагружении частей конструкции, в подвижные части которой это энергопоглощающее устройство устанавливается.

Недостатком данного механизма так же является конструктивно заложенная в него реализация двухступенчатой зависимости «ход-усилие», где на первом участке хода выполняется низкий уровень поглощения силы или энергии в рулевой колонке на начальном этапе ее разрушения по линейной зависимости, а на втором устанавливается более высокий уровень поглощения силы или энергии так же по линейной зависимости, без возможности реализации уменьшения нагрузки энергопоглощения.

К недостаткам данного устройства можно так же отнести большие габаритные размеры, высокие затраты на инструментальное производство в целях обеспечения точности допусков сопряжения его частей для исключения углового люфта и обеспечения точности направления продольного смещения, большое количество составных элементов самого устройства, что может быть реализованно только в случае массового производства в целях экономической целесообразности.

Также известно энергопоглощающее устройство транспортного средства (Авторское свидетельство на изобретение SU 1691176 А1). Устройство содержит соосные внутренний и внешний трубчатые элементы с каналами, в которых установлены шарики, а трубчатые элементы закреплены друг относительно друга с помощью болтов и регулируемых гаек между бампером и кронштейном, причем внешний трубчатый элемент выполнен с отверстиями, не меньшими диаметра шариков. Ударная нагрузка через бампер передается на внутренний элемент, который, перемещаясь внутри внешнего элемента, посредством шариков деформирует последний, при этом шарики проходя по каналам, увеличивают их диаметр в пределах пластической деформации внешнего элемента, чем достигается рассеивание энергии удара в результате чего гасится часть энергии удара. Если приложенная ударная нагрузка не привела к выработке рабочей длины внешнего трубчатого элемента, то появившийся люфт выбирается путем вращения гайки по резьбе болта. В случае же выработки всей длины контактные шарики через отверстия извлекаются и вставляются вновь в пазы внутреннего элемента, который в свою очередь вставляется в направляющие каналы нового внешнего элемента. Недостатком данного устройства является необходимость применения в качестве наружного элемента специальных труб с мимнимальными допусками отклонений их исполнительных размеров для обеспечения безлюфтового сопряжения с ответной соосной частью с установленными в нее шариками. Также к недостаткам устройства можно отнести значительные габаритные размеры, массу устройства, способность воспринимать основную нагрузку преимущественно в осевом направлении.

Наиболее близким аналогом того же назначения (прототипом) является «Поглотитель энергии» (патент РФ 2561397 С2, опублик. 27.08.2015), который содержит корпус, энергопоглощающий элемент, выполненный в виде ленты, установленной в прорези корпуса между его внутренними параллельными поверхностями с образованием U-образной конструкции и закрепленной одним концом в корпусе, в то время как другой свободный конец ленты выполнен с участком для приложения нагрузки. Между внутренними поверхностями U-образной конструкции ленты размещен накладной элемент в виде бобышки. Бобышка закреплена на свободном конце ленты и выполнена с зазором относительно поверхности другого конца ленты, не препятствующим работе поглотителя энергии. При приложении нагрузки, превышающей пороговое значение, часть параллельной ветви, нагруженной сжимающей силой и примыкающей к U-образному сгибу, сворачивается, образуя новую часть U-образного сгиба, а часть U-образного сгиба, примыкающая к другой параллельной ветви, нагруженной растягивающей силой, выпрямляется. При этом U-образный сгиб энергопоглощающего элемента сохраняется, но изменяет свое положение относительно корпуса и бобышки, поглощая энергию посредством пластической деформации и трения. Однако при этом устройство не достаточно эффективно в условиях геометрических ограничений в местах его установки в конструкциях транспортных средств.

Особенности данного решения в целом соответствуют вышеописанным для (RU 2427739 С2, опублик. 27.08.2011), при наличии дополнительных, вызванных наличием бобышки, для предотвращения потери устойчивости энергопоглощающего элемента при обусловленном наличии сжимающих усилий в нем при любом направлении действия внешнего усилия энергопоглощения.

Как видно из уже рассматриваемого выше частного случая применения решения «Поглотитель энергии и его применение на самолете» (RU 2427739 С2, опублик. 27.08.2011) в конструкции «Энергопоглощающее вертолетное кресло К-1» (RU 2623859 С1 опублик. 29.06.2017) - существуют компоновочные ограничения на размеры энергопоглощающего механизма, обусловленные габаритными размерами стойки, размеры которой в свою очередь обусловлены требованиями компоновки и расстоянием от точки S сиденья кресла до нижней опорной поверхности стойки. При этом необходимо обеспечение реализации хода энергопоглощения и размещение в корпусе энергопоглощающего элемента требуемой длины с учетом наличия зазора для обеспечения обратного хода. Как видно из текста «Поглотитель энергии» (патент РФ 2561397 С2, опублик. 27.08.2015), для обеспечения заданного уровня поглощения энергии для описанных условий необходим ход энергопоглощающего элемента не менее 276 мм, что, в частности, обуславливает для случая требований SAE AS8049 длину корпуса для размещения энергопоглощающего элемента не менее 138 мм в случае реализации зазора для обеспечения обратного хода. Что с учетом требуемого хода в 138 мм обуславливает габаритный размер необходимого пространства -не менее 276 мм. В условиях как правило имеющихся габаритных ограничений - это условие является труднореализуемым, что и можно наблюдать на примере применения решения RU 2427739, при наличии RU 2623859 т.к. в данном случае заявленная возможность обратного хода не реализована.

Также особенностью данного решения является то, что в отсутствии возможности реализовать требуемый зазор для обратного хода - снижается надежность срабатывания механизма. Это обусловлено предпочтительностью свободного характера формирования U-образной зоны в условиях геометрического ограничения величины радиуса изгиба. Т.к. в условиях глубокой пластической деформации - возникает их значительное влияние на форму «отработавшей» части полосы, форма которой обычно соответствует минимальному значению энергии деформирования и в процессе энергопоглощения приобретает форму, отличную от прямолинейной (Фиг. 2), что при наличии дополнительной вставки может оказывать отрицательное влияние на напряженно-деформированное состояние в зоне перегиба сравнительно со свободным деформированием без наличия вставки, в том числе быть причиной преждевременного разрушения (Фиг. 3) энергопоглощающего элемента в начальный момент срабатывания -когда зазор между бобышкой и U-образным перегибом не достиг безопасного значения (скорость перемещения бобышки в два раза выше скорости перемещения U-образного перегиба). Рассматриваемым же решением предусматривается минимальная величина зазора для случая вытягивания энергопоглощающего элемента - что снижает его надежность в сравнении уже с RU 2427739 С2.

Особенностью данного энергопоглощающего устройства является также то - что энергопоглощающий элемент для упрощения производства, не требующего высокой квалификации и точности технологических процессов, выполняется постоянной ширины и толщины - что делает затруднительным или невозможным реализацию зависимости «Ход-Усилие» - отличную от прямолинейно-горизонтальной, что обусловлено конструкцией и заложенными в нее ограничениями.

Целью данного изобретения является создание энергопоглощающего устройства транспортного средства путем пластической деформации, отличающегося от известных аналогов простотой, надежностью, реализующего переменную зависимость «ход-усилие» заданного характера и ограничивающего действующую нагрузку на уровне порогового значения.

Изобретение основано на принципе конвертации кинетической энергии, возникающей в динамически нагруженных элементах конструкции транспортного средства, под действием массы его отдельных составных частей, например, в условиях аварийной посадки и/или крушения, и перевода ее в энергию локального объемного пластического деформирования в специально для таких случаев предусмотренных и интегрированных в конструкцию самого транспортного средства, его частей и/или оборудования элементов энергопоглощения, обеспечивающих переменную зависимость «ход-усилие» заданного характера, уменьшающих перемещения и не увеличивающих нагрузку.

Сущность настоящего изобретения состоит в принципе конвертации накопленной кинетической энергии в динамически нагруженных элементах конструкции транспортного средства в локальную зону объемной пластической деформации в энергопоглощающем элементе устройства на его рабочем ходе: энергопоглощающий элемент, находящийся между деформирующим элементом и оправкой, претерпевает в зоне своего контакта с деформирующим элементом, имеющим сферическую рабочую поверхность, при их взаимном встречном движении, пластическую деформацию, поглощая таким образом энергию ускорения или силы ускорения (или ограничивая эти силы) за счет пластической деформации, обладая при этом простой, надежной и эффективной конструкцией. Конструктивная реализация устройства может быть выполнена в виде корпусного устройства, благодаря которому пластическая деформация происходит в пределах корпуса, либо (благодаря соответствующей конструкции) отдельный корпус может быть упразднен и элементы энергопоглощающего устройства могут быть интегрированы в геометрию динамически нагруженных элементов конструкции транспортного средства, оборудования, агрегатов, узлов и т.д., обеспечивая при этом компактность устройства.

Техническим результатом является создание надежного энергопоглощающего устройства транспортного средства,

- обеспечивающего направленное поглощение энергии, приложенной к конструкции транспортного средства, за счет локальных сферических зон пластической деформации энергопоглощающего элемента и ограничение действующих нагрузок на уровне порогового значения,

- Реализующего переменное усилия в широких диапазонах энергопоглощения в зависимости от хода энергопоглощающего устройства в условиях геометрических ограничений в местах его установки в конструкциях и узлах транспортных средств

- обладающего при этом простотой и компактностью.

- обладающего малым весом

- сохранение эффективности его работы, в условиях возможных деформаций конструкции, а также снижение чувствительности к точности сборки и условиям эксплуатации.

Представленные ниже на фигурах варианты изобретения являются схематическими, а не масштабными, описания воплощения изобретения представлены для иллюстрации и вариантов его реализации. Они не являются исчерпывающими и не ограничивают изобретение точным описанным видом. Могут быть использованы другие изменения и модификации, приводящие к реализации множества примеров осуществления данного изобретения. Энергопоглощающее устройство в целом может быть использовано как конструктивный элемент в обычных условиях эксплуатации, но который позволяет элементам конструкции транспортного средства взаимное перемещение при нагрузке порогового значения и выше.

Технический результат достигается тем, что, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, энергопоглощающее устройство транспортного средства содержит энергопоглощающий элемент, располагающийся на центральной оправке, выполненный в виде ленты из материала, обладающего способностью пластически деформироваться при достижении порогового значения действующей силы нагружения, при этом форма энергопоглощающего элемента соответствует продольному профилю опорной поверхности центральной оправки по месту своей установки, концы энергопоглощающего элемента в зоне приложения силы нагружения прикреплены к ответным контактным поверхностям центральной оправки, при этом энергопоглощающий элемент с центральной оправкой закреплен на одной части конструкции транспортного средства, а на другой сопряженной части конструкции транспортного средства закреплены сферические деформирующие элементы на фиксированном расстоянии друг над другом и симметрично относительно горизонтальной плоскости симметрии энергопоглощающего элемента с центральной оправкой с возможностью перемещения совместно с центральной оправкой в направлении приложения силы нагружения, причем вдоль центральной оси центральной оправки имеются с двух ее противоположных сторон продольные пазы, поперечные профили которых повторяют профили наружных поверхностей сферических деформирующих элементов и образуют зазор с ними не менее толщины ленты материала энергопоглощающего элемента, при этом на энергопоглощающем элементе располагается «заходная» контактная область для сферических деформирующих элементов, предварительно выполненная формовкой.

Деформирующие элементы при перемещении вдоль ориентирующих поверхностей продольных пазов вступают в контакт с наружной поверхностью энергопоглощающего элемента и локально пластически деформируют ее. При достижении определенного уровня напряжений в зоне контакта, обусловленных характеристиками материала - дальнейшее перемещение деформируемых элементов вдоль направления действия нагрузки происходит без изменения величины нагрузки, при этом происходит преобразование кинетической энергии - в энергию деформирования энергопоглащающего элемента и поглощение части ее в виде энергии пластического деформирования, энергии силы трения и - энергии разрушения, которое в данном случае недопустимо.

Методом компьютерного моделирования для случая заданной скорости это показано на Фиг. 4А, где 1 - энергопоглощающий элемент, 2 - центральная оправка, 3 - сферический деформирующий элемент, и Фиг. 4В, где 6 - зависимость относительно усилия 8 в зависимости от относительного хода 7. Из графика зависимости 6 видно что после входа в контакт деформирующих элементов 3 и энергопоглощающего элемента 1 -усилие деформирования меняется от нулевого значения до максимальной величины, соответствующей началу контакта и далее стабилизируется на постоянном значении -обеспечивая ограничение усилия деформирования на определенном значении.

Таким образом, обеспечивается возможность целевого формирования зависимости «Ход -усилие», которая реализуется методом изменения параметров взаимодействия системы «энергопоглощающий элемент - оправка - деформирующий элемент» в зависимости от положения формообразующего элемента. К таковым могут относится:

1) Зазор или перекрытие между сферическим деформирующим элементом и контактной поверхностью паза оправки.

2) Зазор или перекрытие между сферическим деформирующим элементом и контактной поверхностью энергопоглощающего элемента

3) Радиус сферической поверхности деформирующего элемента

4) Толщина энергопоглощающего элемента.

5) Ширина опорной поверхности энергопоглощающего элемента

6) Поперечная форма и размеры паза оправки - обуславливающие форму, характер взаимодействия (изгиб, смятие, сжатие, растяжение) и величину пластической деформации энергопоглощающего элемента, например

- Количество граней паза (плоская, трегольная, квадратная, пятиугольная, круглая)

- Характерная (максимальная) глубина паза

- Ширина паза (постоянная/переменная)

- Угол наклона граней паза по отношению к плоскости симметрии оправки и между собой.

В данном изобретении предлагается реализация рассматриваемого технического результата, в том числе, изменением вдоль хода сферического деформирующего элемента таких параметров, как:

7) Зазор или перекрытие между сферическим деформирующим элементом и контактной поверхностью паза оправки.

8) Зазор или перекрытие между сферическим деформирующим элементом и контактной поверхностью энергопоглощающего элемента 9) Поперечная форма и размеры паза оправки - обуславливающие форму, характер взаимодействия (изгиб, смятие, сжатие, растяжение) и величину пластической деформации энергопоглощающего элемента, например

- Количество граней паза (плоская, треугольная, квадратная, пятиугольная, круглая)

- Характерная (максимальная) глубина паза

- Ширина паза (постоянная/переменная)

- Угол наклона граней паза по отношению к плоскости симметрии оправки и между собой.

Методом компьютерного моделирования это показано на Фиг. 5А где 1 - энергопоглощающий элемент, 2 - центральная оправка, 3 - сферический деформирующий элемент, 4 - продольные пазы, и Фиг. 5В. где 6 - зависимость относительного усилия 8 в зависимости от величины относительного хода 7. Из графика зависимости 6 видно, что при постоянном начальном перекрытии между сферическом деформирующим элементом и энергопоглощающим элементом, начальном зазоре между энергопоглощающим элементом и поверхностями паза оправки треугольной формы, после входа в контакт деформирующих элементов 3 и энергопоглощающего элемента 1 - усилие энергопоглощения меняется от нулевого значения предшествующего контакту до обусловленного минимальной глубиной паза - максимального значения (А-А), далее, при увеличении глубины паза - усилие энергопоглощения снижается (Б-Б), и далее снова растет до требуемого значения при уменьшении глубины паза (В-В), Обеспечивая поглощение - энергией пластического деформирования 10, как показано на графике зависимости 9.

Таким образом, обеспечение заданного характера зависимости «Ход - Усилие» обеспечивается подбором перечисленных параметров - например глубина паза 4, толщина, материал энергопоглощающего элемента 1, материал центральной оправки 2, Зазор / перекрытие сферического деформирующего элемента 3 с энергопоглощающим элементом 1 и центральной оправкой 2.

Технический результат - обеспечивающий простоту и компактность реализуется за счет:

- Минимально необходимого количества элементов, обеспечивающих функционирование устройства - Для обеспечения компактности устройства при интерграции его в части конструкции 11 и 12 и реализации требуемого уровня поглощения - количество продольных пазов 4 на центральной оправке 2 может быть два или более.

- Для обеспечения компактности устройства при интеграции его в части конструкции 11 и 12 энергопоглощающее устройство может быть исполнено в инверсном варианте.

- Возможности совмещения функции элементов энергопоглощающего устройства. Так, например, как показано на Фиг. 6, сферический деформирующий элемент 3 - может использоваться и как направляющий элемент, обеспечивающий фиксацию подвижной части конструкции 11 в направлении, поперечном продольном оси оправки. Центральная оправка 2 - может быть реализована в виде паза на элементах неподвижной части конструкции 12.

Технический результат - снижение массы реализуется за счет:

- Как показано выше возможности совмещения функции элементов энергопоглощающего устройства. Элементами энергопоглощающего устройства могут являться элементы подвижной или неподвижной части конструкции, выполняющие иные функции. Отсутствует обязательная необходимость применения дополнительных направляющих устройств для обеспечения направленности перемещения подвижной части конструкции, т.к. пазы оправки совместно со сферическим деформирующим элементом - могут полностью или частично реализовывать указанные функции,

- Элементы энергопоглощающего механизма работают в более легких условиях, сравнительно с рассмотренными аналогами. Так, например - отсутствует необходимость наличия корпуса, который испытывает изгиб по всему объему и должен вмещать в себя энергопоглощающий элемент с учетом его хода - что обуславливает его габариты и массу. В отличие от этого - оправка испытывает только сжимающие усилия, которые локализованы только в зоне текущего контакта и не распространяют свое влияние на всю длину соответствующую длине энергопоглощающего элемента.

- В отличие от аналогов - за пределами зоны пластического деформирования - энергопоглощающий элемент воспринимает растягивающие усилия, которые уравновешиваются естественным образом на оправке за счет симметричного положения ветвей ее конструкции. Отсутствует проблема обеспечения потери устойчивости из-за наличия сжимающих усилий в теле энергопоглощающего механизма.

Технический результат - сохранение эффективности его работы, в условиях возможных деформаций конструкции, а также снижение чувствительности к точности сборки и условиям эксплуатации:

- при конструктивной реализации в виде бескорпусного устройства с интеграцией элементов энергопоглощающего устройства в геометрию динамически нагруженных элементов конструкции транспортного средства, когда, например, центральная оправка с энергопоглощающим элементом принадлежит одной части конструкции, а сферические деформирующие элементы интегрируются в другую ее часть, то в случае срабатывания устройства в аварийной ситуации и возникновении нагрузок различной направленности, устройство способно выполнять свою функцию при угловой продольной разности между вектором приложения нагрузки к части конструкции со сферическими деформирующими элементами и продольной оси центральной оправки с энергопоглощающим элементом благодаря сферическим поверхностям деформирующих элементов, которые эту угловую разность компенсируют, выступая в роли сферического шарнира, а так же продольным пазам центральной оправки, выступающих в роли направляющих элементов; таким образом, реализуется возможность сохранения эффективности работы энергопоглощающего устройства в условиях возможных деформаций конструкции (Фиг. 7);

также, как вариант, достигается возможностью применения регулировок положения шариков с помощью регулировочных винтов для компенсации технологических отклонений в процессе сборки и эксплуатации; использование «плавающих» самоцентрирующихся обойм шариков; а для предотвращения заклинивания - поджатием шариков тарированными пружинами сжатия, использованием срезного упорного буртика центрального вкладыша.

В более конкретном случае, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, при котором конструктивная реализация устройства выполнена в виде бескорпусного устройства с интеграцией элементов энергопоглощающего устройства в геометрию динамически нагруженных элементов конструкции транспортного средства (оборудования, агрегатов, узлов и т.д.). Так энергопоглощающее устройство транспортного средства содержит энергопоглощающий элемент, располагающийся на центральной оправке, выполненный в виде ленты из материала, обладающий способностью пластически деформироваться при достижении порогового значения действующей силы нагружения, при этом форма энергопоглощающего элемента соответствует продольному профилю опорной поверхности центральной оправки по месту своей установки, концы энергопоглощающего элемента в зоне приложения силы нагружения прикреплены к ответным контактным поверхностям центральной оправки, при этом энергопоглощающий элемент с центральной оправкой закреплен на одной части конструкции транспортного средства, а на другой сопряженной части конструкции транспортного средства закреплены деформирующие элементы со сферическими рабочими кромками на расстоянии друг от друга и симметрично относительно горизонтальной плоскости симметрии энергопоглощающего элемента с центральной оправкой с возможностью перемещения совместно с центральной оправкой в направлении приложения силы нагружения, причем вдоль центральной оси центральной оправки имеются с двух ее противоположных сторон продольные пазы, поперечные профили которых образуют зазор с профилями наружных поверхностей сферических рабочих кромок деформирующих элементов, при этом на энергопоглощающем элементе располагается «заходная» контактная область для сферических рабочих кромок деформирующих элементов, предварительно выполненная формовкой, либо иным другим известным в технике способом формоизменения.

При этом зазор может быть постоянен по всей длине той части центральной оправки, в пределах которой выполняется максимально возможный рабочий ход энергопоглощающего устройства, и быть не менее толщины полосы материала энергопоглощающего элемента.

При этом зазор может быть изменяемым, как по всей длине той части центральной оправки, в пределах которой выполняется максимально возможный рабочий ход энергопоглощающего устройства, так и на отдельных участках (участке), за счет реализуемого любым известным из уровня техники способа динамического изменения расстояния между деформирующими элементами при постоянном поперечном профиле продольных пазов центральной оправки, и быть на отдельных участках (участке) рабочего хода энергопоглощающего устройства менее толщины ленты материала энергопоглощающего элемента для осуществления дополнительного энергопоглощения в зонах (зоне) пластического деформирования и получения переменной зависимости «ход-усилие» заданного характера.

При этом зазор может быть изменяемым, как по всей длине той части центральной оправки, в пределах которой выполняется максимально возможный рабочий ход энергопоглощающего устройства, так и на отдельных участках (участке), за счет изменения поперечного профиля продольных пазов центральной оправки при фиксированном расстоянии между деформирующими элементами, и быть на отдельных участках (участке) рабочего хода энергопоглощающего устройства менее толщины ленты материала энергопоглощающего элемента для дополнительного энергопоглощения в зонах (зоне) пластического деформирования и получения переменной зависимости «ход-усилие» заданного характера.

При этом зазор может быть изменяемым, как по всей длине той части центральной оправки, в пределах которой выполняется максимально возможный рабочий ход энергопоглощающего устройства, так и на отдельных участках (участке), за счет изменения поперечного профиля продольных пазов центральной оправки и реализуемого любым известным из уровня техники способа динамического изменения расстояния между деформирующими элементами, и быть на отдельных участках (участке) рабочего хода энергопоглощающего устройства менее толщины ленты материала энергопоглощающего элемента для дополнительного энергопоглощения в зонах (зоне) пластического деформирования и получения переменной зависимости «ход-усилие» заданного характера.

При этом форма энергопоглощающего элемента, соответствующая продольному профилю опорной поверхности центральной оправки, и форма продольного профиля опорной поверхности центральной оправки может быть выполнена U-образной.

При этом форма энергопоглощающего элемента, соответствующая продольному профилю опорной поверхности центральной оправки, и форма продольного профиля опорной поверхности центральной оправки может быть выполнена V-образной.

При этом деформирующие элементы, имеющие сферические рабочие кромки, могут быть выполнены любой геометрической формы, а также, например, в виде роликов со сферическими кромками, в виде шариков, полусфер.

При этом количество продольных пазов центральной оправки может быть два или более, в зависимости от геометрических ограничений обусловленных компоновкой энергопоглощающего устройства в существующую конструкцию, а также применяемой номенклатурой размеров, сферического деформирующего элемента, его расчетной нагрузки. Во избежание усложнения конструкции энергопоглощающего устройства -предполагается использование двух, и не более трех продольных пазов.

При этом пороговое значение действующей нагрузки, определяющее срабатывание энергопоглощающего устройства, зависит от размеров и характеристик материала энергопоглощающего элемента, размеров и характеристик материалов сферических рабочих кромок деформирующих элементов, размеров и характеристик материала центральной оправки, размеров и формы «заходной» контактной области, выполненной на энергопоглощающем элементе для сферических рабочих кромок деформирующих элементов.

Технический результат также достигается тем, что, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, энергопоглощающее устройство транспортного средства содержит корпус, в котором с одного его конца установлены друг над другом жесткие оси вращения, на которых на фиксированном расстоянии друг напротив друга и симметрично относительно горизонтальной плоскости симметрии энергопоглощающего элемента с центральной оправкой расположены сферические деформирующие элементы, свободно вращающиеся в вертикальной плоскости симметрии устройства относительно жестких осей вращения, при этом на боковых сторонах корпуса выполнены симметричные друг другу направляющие пазы для свободного перемещения направляющих центральной оправки, при этом на центральной оправке расположен энергопоглощающий элемент, выполненный в виде ленты из материала, обладающего способностью пластически деформироваться при достижении порогового значения действующей силы нагружения, с возможностью перемещения совместно с центральной оправкой относительно корпуса в направлении приложения силы нагружения, при этом форма энергопоглощающего элемента соответствует продольному профилю опорной поверхности центральной оправки по месту своей установки, концы энергопоглощающего элемента в зоне приложения силы нагружения прикреплены к ответным контактным поверхностям центральной оправки, причем вдоль центральной оси центральной оправки имеются с двух ее противоположных сторон продольные пазы, поперечные профили которых образуют зазор с профилями наружных поверхностей сферических рабочих кромок деформирующих элементов, при этом на энергопоглощающем элементе располагается «заходная» контактная область для сферических деформирующих элементов, предварительно выполненная формовкой, либо иным другим известным в технике способом формоизменения.

При этом зазор может быть постоянен по всей длине той части центральной оправки, в пределах которой выполняется максимально возможный рабочий ход энергопоглощающего устройства, и быть не менее толщины полосы материала энергопоглощающего элемента.

При этом зазор может быть постоянен по всей длине той части центральной оправки, в пределах которой выполняется максимально возможный рабочий ход энергопоглощающего устройства, и быть меньше толщины полосы материала энергопоглощающего элемента для дополнительного энергопоглощения в зоне пластического деформирования.

При этом зазор может быть изменяемым, как по всей длине той части центральной оправки, в пределах которой выполняется максимально возможный рабочий ход энергопоглощающего устройства, так и на отдельных участках (участке), за счет изменения поперечного профиля продольных пазов центральной оправки при фиксированном расстоянии между деформирующими элементами, и быть на отдельных участках (участке) рабочего хода энергопоглощающего устройства менее толщины ленты материала энергопоглощающего элемента для дополнительного энергопоглощения в зонах (зоне) пластического деформирования и получения переменной зависимости «ход-усилие» заданного характера.

При этом сферические деформирующие элементы могут быть выполнены в виде роликов шарикового типа.

При этом форма энергопоглощающего элемента, соответствующая продольному профилю опорной поверхности центральной оправки, и форма продольного профиля опорной поверхности центральной оправки может быть выполнена U-образной.

При этом форма энергопоглощающего элемента, соответствующая продольному профилю опорной поверхности центральной оправки, и форма продольного профиля опорной поверхности центральной оправки может быть выполнена V-образной.

При этом пороговое значение действующей нагрузки, определяющее срабатывание энергопоглощающего устройства, зависит от угла наклона профиля опорной поверхности центральной оправки.

При этом пороговое значение действующей нагрузки, определяющее срабатывание энергопоглощающего устройства, зависит от переменного профиля опорной поверхности центральной оправки.

Технический результат также достигается тем, что, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, энергопоглощающее устройство транспортного средства, выполненное в инверсном варианте, содержит энергопоглощающий элемент в виде ленты из материала, обладающего способностью пластически деформироваться при достижении порогового значения действующей силы нагружения, выполненный в виде замкнутого контура О-типа и располагающийся в центральной оправке, при этом форма энергопоглощающего элемента соответствует профилю опорной поверхности центральной оправки по месту своей установки, концы энергопоглощающего элемента в зоне приложения силы нагружения прикреплены к ответным контактным поверхностям центральной оправки, при этом энергопоглощающий элемент закрепляется с помощью ложементов, при этом сферические деформирующие элементы, выполненные в виде шариков, находятся внутри подвижной каретки, расположенной внутри замкнутого контура О-типа энергопоглощающего элемента, при этом в подвижной каретке предусмотрена возможность регулировок положения шариков с помощью регулировочных винтов, и поджатая шариков тарированными пружинами сжатия либо применением срезных упорных буртиков центральных вкладышей каретки.

При этом количество продольных пазов оправки - два.

При этом энергопоглощающее устройство транспортного средства количество продольных пазов центральной оправки может быть более двух, предпочтительно 3, в зависимости от геометрических ограничений, обусловленных компоновкой энергопоглощающего устройства в существующую конструкцию, а также применяемой номенклатурой размеров, сферического деформирующего элемента, его расчетной нагрузки.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где:

Фиг. 1 - Зависимость усилия в позвоночном столбе от параметров антропоморфного манекена (ATD), имитирующего пассажира.

Фиг. 2 - Форма и состояние U-образного энергопоглощающего элемента, в условиях свободного деформирования при геометрических ограничениях обоймы.

Фиг. 3 - Форма и состояние U-образного энергопоглощающего элемента, в условиях ограниченного деформирования при геометрических ограничениях обоймы и наличии внутренней бобышки в начальный период времени.

Фиг. 4А - Реализация функции энергопоглощения энергопоглощающим утсройством.

Фиг. 4В - График относительных величин «Ход-Усилие» при постоянных геометрических параметров продольного паза 4.

Фиг. 5А- Реализация функции энергопоглощения энергопоглощающим устройством.

Фиг. 5В - График относительных величин «Ход-Усилие» при переменных геометрических параметров продольного паза 4. Реализация целевого характера изменения зависимости «Ход-Усилие»

Фиг. 6 - Вариант интеграции элементов энергопоглощающего устройства в окружение существующей конструкции

Фиг. 7 - Реализация самоустанавливаемости при деформации частей конструкции

Фиг. 8 - Первый вариант энергопоглощающего устройства. До срабатывания.

Фиг. 9 - Первый вариант энергопоглощающего устройства. После срабатывания.

Фиг. 10 - Варианты сечений профиля центральной оправки.

Фиг. 11 - Второй вариант энергопоглощающего устройства. До срабатывания

Фиг. 12 - Второй вариант энергопоглощающего устройства. После срабатывания

Фиг. 13 - Варианты сечений профиля центральной оправки.

Фиг. 14 - Третий вариант энергопоглощающего устройства. Общий вид

Фиг. 15 - Третий вариант энергопоглощающего устройства до срабатывания;

Фиг. 16 - Третий вариант энергопоглощающего устройства после срабатывания;

Фиг. 17 - Виды и сечения энергопоглощающего устройства;

Фиг. 18 - Вариант конструкции центральной оправки

Фиг. 19 - Инверсный вариант энергопоглощающего устройства. Общий вид

Фиг. 20 - Варианты сечений профиля центральной оправки инверсного варианта энергопоглощающего устройства.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения (Фиг. 8, Фиг. 9), энергопоглощающее устройство транспортного средства содержит энергопоглощающий элемент 1 U-образной формы, выполненный в виде ленты из материала, обладающего способностью пластически деформироваться, и располагающийся на центральной оправке 2 также U-образной формы, т.е. своей формой соответствующий продольному профилю опорной поверхности оправки 2 по месту своей установки. Концы энергопоглощающего элемента 1 в зоне приложения силы нагружения 5 крепятся к ответным контактным поверхностям оправки 2 любым известным в технике типом закрепления. В обычных условиях эксплуатации энергопоглощающее устройство, согласно данному изобретению, является достаточно жестким и может передавать нагрузку 5 от одной части конструкции с закрепленной любым известным в технике типом закрепления на ней оправкой 2 с энергопоглощающим элементом 1 U-образной формы, к другой сопряженной части конструкции, с закрепленными на ней сферическими деформирующими элементами 3 (варианты - ролики со сферическими кромками, либо шарики). В аварийном случае действующая в конструкции сила 5 может существенно увеличиваться по сравнению с нормальными условиями эксплуатации, что может привести к поломке ее элементов, травмированию или смерти экипажа и пассажиров транспортных средств. В энергопоглощающем устройстве, согласно описанному варианту изобретения, при достижении порогового значения действующей нагрузки (силы) 5 в энергопоглощающем элементе 1 начинает возникать очаг пластической деформации в месте его контакта со сферическими деформирующими элементами 3, благодаря возможности перемещения совместно с оправкой 2 в направлении приложения силы 5. Сферические деформирующие элементы 3 располагаются друг над другом на фиксированном расстоянии и симметрично относительно горизонтальной плоскости энергопоглощающего элемента 1 с оправкой 2. Вдоль центральной оси оправки 2 имеются с двух ее противоположных сторон продольные пазы 4, поперечные профили которых повторяют профили наружных поверхностей сферических деформирующих элементов 3 и образуют зазор с ними не менее толщины ленты материала энергопоглощающего элемента 1. Этот зазор может быть постоянен по всей длине той части оправки 2, в пределах которой выполняется максимально возможный рабочий ход устройства. При дальнейшем приложении силы 5 происходит формирование очага локальной пластической деформации в зонах пятен контакта деформирующих элементов 3 и энергопоглощающего элемента 1 на их встречном перемещении на рабочем ходе устройства. Выполняется, таким образом, направленное поглощение энергии, приложенной к конструкции, за счет локальных сферических зон пластической деформации энергопоглощающего элемента 1 и ограничение действующих нагрузок на уровне порогового значения.

На Фиг. 10 представлены возможные варианты поперечного профиля центральной оправки:

Согласно варианту осуществления изобретения (Фиг. 11, Фиг. 12), энергопоглощающее устройство конструктивно и по принципу работы аналогично описанному выше, за исключением формы энергопоглощающего элемента 1 и центральной оправки 2. Продольный профиль центральной оправки 2 имеет V-образную форму, на оправке располагается энергопоглощающий элемент 1 также V-образной формы с расходящимися от его вершины концами, т.е. своей формой соответствующий продольному профилю опорной поверхности центральной оправки 2 по месту своей установки. Энергопоглощающий элемент 1 выполнен в виде ленты из материала, обладающего способностью пластически деформироваться при достижении порогового значения действующей нагрузки (силы) 5. Концы энергопоглощающего элемента 1 в зоне приложения силы нагружения 5 (Фиг. 11, Фиг. 12) также крепятся к ответным контактным поверхностям оправки 2 любым известным в технике типом закрепления. Вдоль центральной оси оправки 2 имеются с двух ее противоположных сторон продольные пазы 4, поперечные профили которых в данном варианте повторяют профили наружных поверхностей деформирующих сферических элементов 3 (варианты - ролики со сферическими кромками, либо шарики), расположенных на фиксированном расстоянии друг над другом и симметрично относительно горизонтальной плоскости симметрии энергопоглощающего элемента 1 с оправкой 2, и образующих зазор с продольными пазами 4 не менее толщины ленты материала энергопоглощающего элемента 1. Этот зазор может быть постоянен по всей длине той части центральной оправки 2, в пределах которой выполняется максимально возможный рабочий ход устройства. При дальнейшем приложении силы 5 происходит увеличение очага локальной пластической деформации ввиду увеличения пятна контакта в зоне контакта сферических деформирующих элементов 3 и энергопоглощающего элемента 1 из-за расположения концов элемента 1 на поверхности оправки 2 под определенным углом по отношению к направлению приложения силы 5 и соответствующего перемещения оправки 2 относительно элементов 3 вдоль действия силы 5. Происходит последовательное увеличение подачи материала элемента 1 в зону его контакта со сферическими рабочими кромками элементов 3, что соответственно приводит к пропорциональному увеличению локальной сферической зоны пластической деформации от перемещения, и соответственно, к поглощению энергии, приложенной к конструкции, ограничивая действующие нагрузки на уровне порогового значения. В данном примере осуществления изобретения ввиду его конструктивных особенностей обеспечивается получение переменной зависимости «ход-усилие» заданного характера, что может способствовать уменьшению рабочего хода энергопоглощающего устройства в условиях геометрических ограничений в местах его установки в конструкциях и узлах транспортных средств и увеличенной эффективности его работы. Пиковые усилия на сферических деформирующих элементах 3 в начале работы устройства возможно также устранить профилировкой контуров продольных пазов 4 центральной оправки 2, а также предварительной формовкой «заходной» контактной области материала энергопоглощающего элемента 1, находящегося на центральной оправке 2 между сферическими деформирующими элементами 3 в исходном рабочем состоянии устройства. Возможные варианты поперечного профиля центральной оправки 2 могут быть подобными вариантам, показанным на Фиг. 13, а также иметь исполнение в виде многопазного по аналогии с показанными ранее на Фиг. 10, с комбинацией различных типов профилей в пределах одной центральной оправки.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, энергопоглощающее устройство транспортного средства содержит корпус, благодаря которому пластическая деформация происходит в пределах корпуса (Фиг. 14-16).

Как показано на Фиг. 14, согласно данному варианту изобретения, энергопоглощающее устройство транспортного средства имеет корпус 13, в котором с одного его конца на жестких осях вращения 14 расположены на фиксированном расстоянии друг напротив друга и симметрично относительно горизонтальной плоскости симметрии устройства сферические деформирующие элементы 3, в частности, ролики шарикового типа, которые могут свободно вращаться в вертикальной плоскости симметрии устройства относительно жестких осей вращения 14, и в котором также на его боковых сторонах имеются симметричные друг другу направляющие пазы 15 для свободного перемещения направляющих 16 центральной оправки 2. На центральной оправке 2 с продольным профилем U-образной формы располагается энергопоглощающий элемент 1 U-образной формы, т.е. своей формой соответствующий продольному профилю опорной поверхности оправки 2 по месту своей установки. Энергопоглощающий элемент 1 выполнен в виде ленты из материала, обладающего способностью пластически деформироваться при достижении порогового значения действующей нагрузки (силы) 17. Концы энергопоглощающего элемента 1 в зоне приложения силы нагружения 17 (Фиг. 15, Фиг. 16) крепятся к ответным контактным поверхностям оправки 2 любым известным в технике типом закрепления. В обычных условиях эксплуатации энергопоглощающее устройство, согласно данному изобретению, является достаточно жестким и может передавать нагрузку 17 (18) от одной части конструкции, закрепленной к концу 19 центральной оправки 2 любым известным в технике типом закрепления, к другой части конструкции, закрепленной к корпусу 13 около его конца 20, в месте приложения силы 18. В аварийном случае действующая в конструкции сила 17(18) может существенно увеличиваться по сравнению с нормальными условиями эксплуатации, что может привести к поломке ее элементов, травмированию или смерти экипажа и пассажиров транспортных средств. В энергопоглощающем устройстве, согласно описанному изобретению, при достижении порогового значения действующей нагрузки 17(18), в энергопоглощающем элементе 1 начинает возникать очаг пластической деформации в месте его контакта с сферическими деформирующими элементами - роликами 3, благодаря возможности свободного перемещения совместно с оправкой 2 относительно корпуса в направлении приложения силы 17. Вдоль центральной оси оправки 2 с двух ее противоположных сторон имеются продольные пазы 4, профили которых, в рассматриваемом варианте данного устройства, повторяют профили наружных поверхностей роликов 3 и имеющих зазор с ними не менее толщины ленты материала энергопоглощающего элемента 1. Этот зазор постоянен по всей длине той части оправки 2, в пределах которой выполняется максимально возможный рабочий ход устройства. При дальнейшем приложении силы 17 происходит увеличение очага локальной пластической деформации ввиду увеличения пятна контакта роликов 3 и энергопоглощающего элемента 1 по причине расположения концов элемента 1 на поверхности оправки 2 под определенным углом по отношению к направлению приложения силы 17 и соответствующего перемещения оправки 2 относительно роликов 3 вдоль действия силы 17. Происходит последовательное увеличение подачи материала элемента 1 в зону его контакта с роликами 3, что соответственно приводит к пропорциональному увеличению локальной сферической зоны пластической деформации, и соответственно, к поглощению энергии, приложенной к конструкции, ограничивая действующие нагрузки на уровне порогового значения.

Также в варианте энергопоглощающего устройства с энергопоглощающим элементом и деформирующими элементами в корпусном исполнении в качестве деформирующих элементов возможно использование неподвижных деформирующих элементов с полусферической рабочей поверхностью, либо подвижных деформирующих элементов - роликов шарикового типа. В данном примере осуществления изобретения также обеспечивается получение переменной зависимости «ход-усилие» заданного характера, что способствует уменьшению рабочего хода энергопоглощающего устройства в условиях геометрических ограничений в местах его установки в конструкциях и узлах транспортных средств и увеличенной эффективности его работы.

Пороговое значение нагрузки, определяющей срабатывание энергопоглощающего устройства, представленного выше в различных вариантах исполнения, зависит от размеров и характеристик материала энергопоглощающего элемента 1, размеров и характеристик материалов сферических деформирующих элементов 3, размеров и характеристик материала центральной оправки 2, размеров и формы «заходной» контактной области, выполненной на энергопоглощающем элементе для сферических рабочих кромок деформирующих элементов.

Основным требованием к энергопоглощающему элементу 1 является возможность пластически деформироваться без разрушения, то есть материал указанного элемента 1 не должен быть хрупким. Энергопоглощающий элемент 1 может выполняться из однородного материала, из ленты или листа постоянной ширины и толщины, разного размера. В качестве материала элемента 1 также могут быть использованы металлы (легкие стали с повышенной пластичностью, сверхпрочные стали с повышенной пластичностью или стали с двойным увеличением пластичности), а также сплавы (например, алюминиевые), или другие материалы, обладающие способностью пластически деформироваться. Наиболее подходящим материалом в условиях широкого диапазона температур эксплуатации и влияния внешних условий для изготовления энергопоглощающего элемента 1 является металл, обладающий в состоянии поставки значительным располагаемым относительным удлинением при разрушении. Материалами для изготовления сферических деформирующих элементов 3 и центральной оправки 2 могут быть использованы как металлы и их сплавы, так и неметаллические/композитные материалы (полипропилен, полиэтилен, нейлон и др.) и их комбинации, способные сохранять свою геометрическую форму и размеры при действующих эксплуатационных нагрузках, и особенно, при возникновении нагрузок в результате пластического деформирования энергопоглощающего элемента 1 в условиях достижения порогового и превышения порогового значения действующих нагрузок 5, 17, 18 (аварийный случай).

Возможность регулировки порогового значения нагрузки срабатывания устройства, наряду с получением переменного и регулируемого профиля нагрузки от рабочего хода, может быть достигнута также следующим: - разной толщиной и шириной ленты энергопоглощающего элемента 1; - переменными характеристиками материала ленты энергопоглощающего элемента 1, его термообработки и/или упрочнения по длине; -размерами профилей продольных пазов в центральной оправке 2; - углом наклона 21 профиля линейной опорной поверхности оправки 2 (Фиг. 18); - переменным (фигурным) профилем 22 опорной поверхности оправки 2 (Фиг. 18); - изменением радиуса сферической части рабочего участка деформирующих элементов 3, их диаметра; -динамическим изменением расстояния между осями 14 на рабочем участке устройства.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения (Фиг. 19,Фиг. 20), энергопоглощающее устройство по принципу работы аналогично описанным выше, за исключением конструктивных отличий ввиду его исполнения в инверсном варианте, при котором энергопоглощающий элемент 1 выполнен в виде замкнутого контура О-типа и располагается в центральной оправке 2, которая, например, при реализации бескорпусного исполнения может быть частью элемента конструкции транспортного средства, в которое встроено это энергопоглощающее устройство. Энергопоглощающий элемент 1 закрепляется с помощью ложементов 24, деформирующие сферические элементы 3 находятся внутри подвижной каретки 23 в которой предусмотрена возможность регулировок положения шариков, например, с помощью регулировочных винтов (не показаны на фиг. чертежей) для компенсации технологических отклонений в процессе сборки и эксплуатации, а так же использование «плавающих» самоцентрирующихся обойм шариков и т.д. Предотвращение заклинивания достигается использованием поджатая шариков тарированными пружинами сжатия (не показаны на фиг. чертежей), либо применением срезных упорных буртиков центральных вкладышей (не показаны на фиг. чертежей) каретки 23.

При этом для реализации требуемого уровня энергопоглощения в условиях ограниченного пространства и из условий возможностей компоновки возможно применение варианта исполнения с количеством пазов 4 более одного (Фиг. 20).

Система может быть непроницаемой для условий окружающей среды и нечувствительной к диагональному растяжению, которое может возникнуть при аварийной посадке с деформацией несущей конструкции. Энергопоглощающее устройство может также использоваться как поглотитель энергии в так называемых соединительных тягах или растяжках, в качестве держателей или крепежных элементов для удержания и закрепления авиационных бортовых устройств, для предотвращения передачи возникающих чрезмерных сил и ускорений на несущую конструкцию летательного аппарата в чрезвычайной ситуации (шторм, турбулентность, аварийная посадка) и сохранения ее целостности, обеспечивая при этом надежность, компактность и эффективность работы устройства при простой конструкции.

Изобретение относится к области энергопоглощающих устройств. Энергопоглощающее устройство содержит энергопоглощающий элемент, выполненный в виде ленты из материала. Концы энергопоглощающего элемента в зоне приложения силы нагружения прикреплены к ответным контактным поверхностям центральной оправки. Энергопоглощающий элемент с центральной оправкой выполнен с возможностью закрепления на одной части конструкции транспортного средства, а сферические деформирующие элементы выполнены с возможностью закрепления на другой сопряженной части конструкции транспортного средства на фиксированном расстоянии друг над другом и симметрично относительно горизонтальной плоскости симметрии энергопоглощающего элемента с центральной оправкой с возможностью перемещения совместно с центральной оправкой в направлении приложения силы нагружения. Вдоль центральной оси центральной оправки имеются с двух ее противоположных сторон продольные пазы, поперечные профили которых повторяют профили наружных поверхностей сферических деформирующих элементов и образуют зазор с ними не менее толщины ленты материала энергопоглощающего элемента. На энергопоглощающем элементе располагается «заходная» контактная область для сферических деформирующих элементов, предварительно выполненная формовкой. Обеспечивается увеличение эффективности работы поглощающего устройства, повышение его надежности и упрощение конструкции. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Энергопоглощающее устройство транспортного средства, содержащее энергопоглощающий элемент, располагающийся на центральной оправке, выполненный в виде ленты из материала, обладающего способностью пластически деформироваться при достижении порогового значения действующей силы нагружения, при этом форма энергопоглощающего элемента соответствует продольному профилю опорной поверхности центральной оправки по месту своей установки, концы энергопоглощающего элемента в зоне приложения силы нагружения прикреплены к ответным контактным поверхностям центральной оправки, при этом энергопоглощающий элемент с центральной оправкой выполнен с возможностью закрепления на одной части конструкции транспортного средства, а сферические деформирующие элементы выполнены с возможностью закрепления на другой сопряженной части конструкции транспортного средства на фиксированном расстоянии друг над другом и симметрично относительно горизонтальной плоскости симметрии энергопоглощающего элемента с центральной оправкой с возможностью перемещения совместно с центральной оправкой в направлении приложения силы нагружения, причем вдоль центральной оси центральной оправки имеются с двух ее противоположных сторон продольные пазы, поперечные профили которых повторяют профили наружных поверхностей сферических деформирующих элементов и образуют зазор с ними не менее толщины ленты материала энергопоглощающего элемента, при этом на энергопоглощающем элементе располагается «заходная» контактная область для сферических деформирующих элементов, предварительно выполненная формовкой.

2. Энергопоглощающее устройство транспортного средства по п. 1, отличающееся тем, что зазор может быть постоянен по всей длине той части центральной оправки, в пределах которой выполняется максимально возможный рабочий ход энергопоглощающего устройства.

3. Энергопоглощающее устройство транспортного средства по п. 1, отличающееся тем, что форма энергопоглощающего элемента, соответствующая продольному профилю опорной поверхности центральной оправки, и форма продольного профиля опорной поверхности центральной оправки могут быть выполнены U-образной.

4. Энергопоглощающее устройство транспортного средства по п. 1, отличающееся тем, что форма энергопоглощающего элемента, соответствующая продольному профилю опорной поверхности центральной оправки, и форма продольного профиля опорной поверхности центральной оправки могут быть выполнены V-образной.

5. Энергопоглощающее устройство транспортного средства по п. 1, отличающееся тем, что сферические деформирующие элементы могут быть выполнены в виде роликов со сферическими кромками либо в виде шариков.

6. Энергопоглощающее устройство транспортного средства по п. 1, отличающееся тем, что пороговое значение действующей нагрузки, определяющее срабатывание энергопоглощающего устройства, зависит от размеров и характеристик материала энергопоглощающего элемента, размеров и материалов сферических деформирующих элементов, размеров и материала центральной оправки.

7. Энергопоглощающее устройство транспортного средства, содержащее корпус, в котором с одного его конца установлены друг над другом жесткие оси вращения, на которых на фиксированном расстоянии друг напротив друга и симметрично относительно горизонтальной плоскости симметрии энергопоглощающего элемента с центральной оправкой расположены сферические деформирующие элементы, свободно вращающиеся в вертикальной плоскости симметрии устройства относительно жестких осей вращения, при этом на боковых сторонах корпуса выполнены симметричные друг другу направляющие пазы для свободного перемещения направляющих центральной оправки, при этом на центральной оправке расположен энергопоглощающий элемент, выполненный в виде ленты из материала, обладающего способностью пластически деформироваться при достижении порогового значения действующей силы нагружения, с возможностью перемещения совместно с центральной оправкой относительно корпуса в направлении приложения силы нагружения, при этом форма энергопоглощающего элемента соответствует продольному профилю опорной поверхности центральной оправки по месту своей установки, концы энергопоглощающего элемента в зоне приложения силы нагружения прикреплены к ответным контактным поверхностям центральной оправки, причем вдоль центральной оси центральной оправки имеются с двух ее противоположных сторон продольные пазы, поперечные профили которых повторяют профили наружных поверхностей сферических деформирующих элементов и образуют зазор с ними не менее толщины ленты материала энергопоглощающего элемента, при этом на энергопоглощающем элементе располагается «заходная» контактная область для сферических деформирующих элементов, предварительно выполненная формовкой.

8. Энергопоглощающее устройство транспортного средства по п. 7, отличающееся тем, что зазор может быть постоянен по всей длине той части центральной оправки, в пределах которой выполняется максимально возможный рабочий ход энергопоглощающего устройства.

9. Энергопоглощающее устройство транспортного средства по п. 7, отличающееся тем, что сферические деформирующие элементы могут быть выполнены в виде роликов шарикового типа.

10. Энергопоглощающее устройство транспортного средства по п. 7, отличающееся тем, что форма энергопоглощающего элемента, соответствующая продольному профилю опорной поверхности центральной оправки, и форма продольного профиля опорной поверхности центральной оправки могут быть выполнены U-образной.

11. Энергопоглощающее устройство транспортного средства по п. 7, отличающееся тем, что форма энергопоглощающего элемента, соответствующая продольному профилю опорной поверхности центральной оправки, и форма продольного профиля опорной поверхности центральной оправки могут быть выполнены V-образной.

12. Энергопоглощающее устройство транспортного средства по п. 7, отличающееся тем, что пороговое значение действующей нагрузки, определяющее срабатывание энергопоглощающего устройства, зависит от угла наклона профиля опорной поверхности центральной оправки.

13. Энергопоглощающее устройство транспортного средства по п. 7, отличающееся тем, что пороговое значение действующей нагрузки, определяющее срабатывание энергопоглощающего устройства, зависит от переменного профиля опорной поверхности центральной оправки.

14. Энергопоглощающее устройство транспортного средства, выполненное в инверсном варианте, содержащее энергопоглощающий элемент в виде ленты из материала, обладающего способностью пластически деформироваться при достижении порогового значения действующей силы нагружения, выполненный в виде замкнутого контура О-типа и располагающийся в центральной оправке, при этом форма энергопоглощающего элемента соответствует профилю опорной поверхности центральной оправки по месту своей установки, концы энергопоглощающего элемента в зоне приложения силы нагружения прикреплены к ответным контактным поверхностям центральной оправки, при этом энергопоглощающий элемент закрепляется с помощью ложементов, при этом сферические деформирующие элементы, выполненные в виде шариков, находятся внутри подвижной каретки, расположенной внутри замкнутого контура О-типа энергопоглощающего элемента, при этом в подвижной каретке предусмотрена возможность регулировок положения шариков с помощью регулировочных винтов, и поджатия шариков тарированными пружинами сжатия либо применением срезных упорных буртиков центральных вкладышей каретки.

15. Энергопоглощающее устройство транспортного средства по п. 14, отличающееся тем, что количество продольных пазов оправки два.

16. Энергопоглощающее устройство транспортного средства по п. 14, отличающееся тем, что количество продольных пазов центральной оправки может быть более двух, предпочтительно 3, в зависимости от геометрических ограничений, обусловленных компоновкой энергопоглощающего устройства в существующую конструкцию, а также применяемой номенклатурой размеров, сферического деформирующего элемента, его расчетной нагрузки.