АППАРАТ ПОГЛОЩАЮЩИЙ Российский патент 2023 года по МПК B61G11/14 F16F7/08 

Заявляемое изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается устройств, предназначенных для поглощения энергии взаимодействия единиц подвижного состава.

Известна конструкция аппарата поглощающего ПМКП-110 [«Сцепные и автосцепные устройства железнодорожного подвижного состава», В.И. Беляев, Д.А. Ступин, - М.: Трансинфо, 2012 г., стр. 137], содержащего прямоугольный корпус, два фрикционных клина, нажимной конус, две пластины неподвижные с металлокерамическими элементами, две пластины подвижные, пластину опорную, комплект упругих элементов с промежуточными пластинами и болт стяжной с гайкой. Каждая неподвижная пластина выполнена L-образной формы, при этом нижним выступом неподвижная пластина входит в сквозное отверстие в корпусе, тем самым ограничивая передвижение неподвижной пластины.

Недостатком данной конструкции является нестабильное положение неподвижных пластин. При таком закреплении неподвижных пластин возможно изменение их угла направленности относительно продольной оси поглощающего аппарата, что может привести к нарушению стабильности работы аппарата и сокращению срока эксплуатации. Кроме того, при таком расположении крепежных отверстий для неподвижных пластин, состояние нижней части неподвижных пластин отслеживать в процессе эксплуатации невозможно, так как при установке поглощающего аппарата внутри хребтовой балки вагона крепежные отверстия располагаются напротив стенок хребтовой балки, то есть визуальный контроль таким образом исключается.

Также известна конструкция фрикционного амортизатора [Патент на полезную модель RU 191209, опубликовано 29.07.2019 г.], содержащая корпус с сопряженными между собой стенками и с днищем, и с установленным в корпусе вдоль центральной оси пакетом упруго-эластичных элементов, перемеженных пластинами. Фрикционный амортизатор также включает фрикционный узел, состоящий из нажимной плиты, нажимного клина и направляющих пластин (неподвижных пластин), контактирующих своими поверхностями с поверхностями распорных клиньев и поверхностями подвижных пластин. Подвижные пластины расположены своими другими поверхностями в контакте с поверхностями продольных к ним стенок корпуса и снабжены боковыми выступами, контактирующими с нажимной плитой. При этом обеспечен взаимный контакт поверхностями нажимного клина и распорных клиньев, а на днище корпуса выполнена выступающая внутрь него бонка с отверстием, в котором расположен один конец стержня, пропущенного сквозь пакет упруго-эластичных элементов и нажимной клин, на котором другой конец стержня зафиксирован гайкой. Также в корпусе в местах сопряжения его стенок выполнены Г-образные уступы с обеспечением возможности их контакта с направляющими пластинами (неподвижными пластинами), причем со стороны фрикционного узла обеспечена возможность контакта Г-образных уступов с направляющими пластинами, выполненными с Т-образными зацепами. Во фрикционном амортизаторе обеспечено смазывание вставками твердой смазки направляющих пластин со стороны взаимного контакта поверхностями с распорными клиньями. Вместе с этим, в нажимном клине выполнены выступы, ориентированные в направлении днища и стенок корпуса, не контактирующих с подвижными пластинами фрикционного узла, причем часть выступов расположена в корпусе, а на распорных клиньях со стороны стержня образованы выборки.

В данной конструкции недостатком является нестабильное положение направляющей пластины (неподвижных пластин). Направляющие пластины имеют возможность смещаться внутри фрикционного амортизатора и незначительно изменяют угол направленности относительно продольной оси поглощающего аппарата.

Вместе с этим, известна конструкция аппарата поглощающего [Патент на изобретение RU 2773964, опубл. 01.02.2021 г.], содержащая полый корпус, упругую систему, нажимной элемент и фрикционную систему, расположенную в открытой части корпуса. Упругая система образована упругим элементом, расположенным в закрытой части корпуса на направляющем стержне. Направляющий стержень выполнен с головкой для его установки в углублении, выполненном в нижней части корпуса для центрирования относительно главной оси. Нажимной элемент выполнен с плоской внутренней горизонтальной поверхностью с возможностью взаимодействия с упругим элементом. В центре нажимного элемента выполнено отверстие для центрирования посредством размещения в нем участка направляющего стержня. Упругий элемент образован блоком эластомерных элементов, разделенных между собой пластинами, установленными на направляющем стержне. Рабочий ход поглощающего аппарата составляет от 110 до 120 мм. Фрикционная система включает фрикционный клин, расположенный на главной оси корпуса, один конец которого выходит из открытой концевой части корпуса, а второй конец расположен вверху открытой части корпуса, первый и второй фрикционные башмаки, расположенные по обе стороны от фрикционного клина. Также фрикционная система включает первую и вторую барьерные пластины (неподвижные пластины), причем первая барьерная пластина расположена со стороны первого фрикционного башмака, а вторая барьерная пластина - со стороны второго фрикционного башмака.

В предпочтительном варианте исполнения каждая барьерная пластина (неподвижная пластина) выполнена на противоположных сторонах с боковыми выступами в нижней части, причем каждый боковой выступ пластины барьерной выполнен с нижней горизонтальной плоской или выпуклой поверхностью, верхней горизонтальной плоской или выпуклой поверхностью, боковой вертикальной поверхностью, корпус выполнен с размещенными на противоположных сторонах нижней части С-образными противоположно направленными выступами, причем каждый С-образный выступ выполнен с нижней горизонтальной плоской или вогнутой поверхностью, верхней горизонтальной плоской или вогнутой поверхностью, боковой вертикальной поверхностью. Каждый боковой выступ каждой барьерной пластины расположен внутри соответствующего С-образного выступа на противоположных сторонах нижней части корпуса таким образом, что нижняя горизонтальная плоская или вогнутая поверхность каждого С-образного выступа корпуса в нижней части взаимодействует с нижней горизонтальной плоской или выпуклой поверхностью соответствующего бокового выступа барьерной пластины, верхняя горизонтальная плоская или вогнутая поверхность каждого С-образного выступа корпуса в нижней части расположена с технологическим зазором от верхней горизонтальной плоской или выпуклой поверхности соответствующего бокового выступа барьерной пластины, боковая вертикальная поверхность каждого С-образного выступа корпуса в нижней части расположена с технологическим зазором от боковой вертикальной поверхности соответствующего бокового выступа барьерной пластины.

Недостатком вышеописанной конструкции также является нестабильное положение барьерных пластин (неподвижных пластин), что в процессе эксплуатации приводит к горизонтальному перемещению нижней части каждой барьерной пластины, в результате чего изменяется угол направленности относительно продольной оси поглощающего аппарата, что приводит к нарушению стабильности работы аппарата и сокращению срока эксплуатации. Особенно данный недостаток будет проявляться при износе деталей поглощающего аппарата, что приводит к снижению эксплуатационной надежности и срок службы поглощающего аппарата.

Кроме того, барьерные пластины расположены внутри корпуса, соответственно состояние нижней части барьерных пластин (неподвижных пластин) отслеживать в процессе эксплуатации невозможно, что не позволяет вовремя диагностировать аварийное состояние поглощающего аппарата и тем самым увеличивают трудозатраты при ремонте вагона.

Также недостатком данной конструкции является то, что барьерные пластины (неподвижные пластины) внутри корпуса закреплены только выступами, а средняя часть нижней поверхности барьерной пластины опоры не имеет, данный факт отрицательно сказывается на долговечности поглощающего аппарата.

Кроме того, известна конструкция аппарата поглощающего [Патент на изобретение RU 2761676, опубликовано 13.12.2021 г.], содержащая корпус, который имеет дно, боковую стенку и опорные полки. Дно и боковая стенка ограничивают внутреннее пространство корпуса, которое открыто с одной стороны. В корпусе традиционным образом установлен комплект отдельных упругих элементов, который с одной стороны опирается на дно корпуса, а другой стороны - на опорную плиту. Также в корпусе предусмотрен фрикционный узел, который включает в себя нажимной конус, фрикционные клинья, неподвижные пластины и подвижные пластины. Неподвижные пластины имеют Т-образный профиль с симметричными выступами, которые установлены в приемных окнах боковой стенки корпуса, при этом одна из сторон каждого приемного окна выполнена на одном уровне с опорной поверхностью опорных полок.

Данная конструкция выбрана в качестве прототипа для заявляемого изобретения.

Недостатком данной конструкции, является то, что в неподвижной пластине нижняя торцевая поверхность выполнена общей для основной части неподвижной пластины и для выступов, а нижняя поверхность приемочного окна и опорная поверхность опорной полки выполнены на одном уровне. В процессе эксплуатации каждая неподвижная пластина центральную часть опорной поверхности опорной полки будет деформировать больше, чем участок, расположенный ближе к приемным окнам. В результате выступы начнут воспринимать ударные нагрузки в большей степени, особенно радиус перехода верхней поверхности выступа в боковую поверхность неподвижной пластины, как при соударении, так и при обратном ходе, что приведет к возникновению усталостных трещин и излому неподвижных пластин. Расчет показывает, что при сжатии аппарата (прямой ход) в радиусе перехода верхней поверхности выступа в боковую поверхность неподвижной пластины, напряжение неподвижной пластины составляет 668,37 МПа, при этом предел текучести материала, из которого выполнена неподвижная пластина, составляет 735 МПа, то есть разность возникающих напряжений и предела текучести неподвижной пластины составляет всего 9%.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании конструкции, позволяющей повысить эксплуатационную надежность, увеличить срок службы аппарата поглощающего, снизить материальные затраты на ремонт аппарата, а также для расширения арсенала технических средств указанного назначения.

Поставленная задача решается за счет того, что в конструкции аппарата поглощающего на каждой боковой поверхности неподвижной пластины в нижней части выполнены выступы в виде прямоугольной трапеции, которые установлены в соответствующие сквозные отверстия, выполненные в стенках корпуса. Наклонная сторона каждого выступа соединена с нижней торцевой поверхностью неподвижной пластины. Внутри корпуса ниже уровня нижней поверхности сквозного отверстия выполненного в стенке корпуса, расположена полка, с которой взаимодействует нижняя торцевая поверхность неподвижной пластины.

Сущность изобретения заключается в том, что аппарат поглощающий содержит корпус со стенками и днищем, с установленным в корпусе вдоль центральной оси возвратно-подпорным устройством, а также фрикционный узел, включающий нажимной конус, опорную пластину, фрикционные клинья и подвижные пластины, между которыми установлены неподвижные пластины, при этом внутри корпуса установлен стержень, кроме того, на каждой боковой поверхности неподвижной пластины в нижней части выполнены выступы, в виде прямоугольной трапеции, которые установлены в соответствующие сквозные отверстия, выполненные в стенках корпуса, при этом наклонная сторона каждого выступа соединена с нижней торцевой поверхностью неподвижной пластины, вместе с этим, внутри корпуса ниже уровня нижней поверхности сквозного отверстия выполненного в стенке корпуса, расположена полка, с которой взаимодействует нижняя торцевая поверхность неподвижной пластины.

Высота каждого выступа у основания, измеряемая от нижней торцевой поверхности неподвижной пластины до верхней поверхности выступа, составляет не менее 33 мм, а толщина выступа составляет не менее 21 мм.

Ширина неподвижной пластины по верхней торцевой поверхности составляет диапазон от 193 мм до 197 мм, а ширина неподвижной пластины по выступам составляет диапазон от 216 мм до 218 мм.

Радиус перехода от верхней поверхности выступа неподвижной пластины в боковую поверхность неподвижной пластины составляет не менее 2 мм.

На полке, которая взаимодействует с нижней торцевой поверхностью неподвижной пластины, выполнена наплавка более прочного металла по сравнению с металлом, из которого изготовлен корпус. Причем наплавка выполнена в полке на двух участках, которые расположены напротив переходов нижней торцевой поверхности неподвижной пластины в наклонные стороны выступов.

Также наклонная сторона каждого выступа расположена под углом, обеспечивающим зазор между нижней поверхностью сквозного отверстия и наклонной стороной выступа.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:

Фиг. 1 – аппарат поглощающий, главный вид;

Фиг. 2 – аппарат поглощающий, разрез вдоль центральной оси;

Фиг. 3 – аппарат поглощающий (разрез А-А, фиг. 1);

Фиг. 4 – неподвижная пластина, главный вид;

Фиг. 5 – неподвижная пластина, нагрузки, возникающие при воздействии ударных нагрузок.

Аппарат поглощающий, содержит корпус 1 со стенками 2 и днищем 3 в виде прямоугольного стакана 4, с установленным в корпусе 1 вдоль центральной оси 5 возвратно-подпорным устройством 6, а также фрикционный узел 7, включающий нажимной конус 8, опорную пластину 9, фрикционные клинья 10 и подвижные пластины 11. Между фрикционными клиньями 10 и подвижными пластинами 11 установлены неподвижные пластины 12. Внутри корпуса 1 установлен стержень 13, пропущенный сквозь возвратно-подпорное устройство 6, опорную пластину 9 и нажимной конус 8.

На каждой боковой поверхности 14 неподвижной пластины 12 в нижней части выполнены выступы 15 в виде прямоугольной трапеции, которые установлены в соответствующие сквозные отверстия 16, выполненные в стенках 2 корпуса 1. Наклонная сторона 17 каждого выступа 15 соединена с нижней торцевой поверхностью 18 неподвижной пластины 12. Внутри корпуса 1 ниже уровня нижней поверхности 19 сквозного отверстия 16 выполненного в стенке 2 корпуса 1, расположена полка 20, с которой взаимодействует нижняя торцевая поверхность 18 неподвижной пластины 12.

Высота (а) каждого выступа 15 у основания, измеряемая от нижней торцевой поверхности 18 неподвижной пластины 12 до верхней поверхности 21 выступа 15, составляет не менее 33 мм, а толщина (b) выступа 14 составляет не менее 21 мм.

Ширина (с) неподвижной пластины 12 по верхней торцевой поверхности составляет диапазон от 193 мм до 197 мм, а ширина (d) неподвижной пластины 12 по выступам 15 составляет диапазон от 216 мм до 218 мм.

Радиус 22 перехода от верхней поверхности 21 выступа 15 неподвижной пластины 12 в боковую поверхность 14 неподвижной пластины 12 составляет не менее 2 мм.

На полке 20, взаимодействующей с нижней торцевой поверхностью 18 неподвижной пластины 12, выполнена наплавка 23 более прочного металла по сравнению с металлом, из которого изготовлен корпус 1. Причем наплавка выполнена в полке 20 на двух участках, которые расположены напротив переходов нижней торцевой поверхности 18 неподвижной пластины 12 в наклонные стороны 17 выступов 15.

Кроме того, наклонная сторона 17 каждого выступа 15 расположена под углом, обеспечивающим зазор (е) между нижней поверхности 19 сквозного отверстия 16 и наклонной стороной 16 выступа 15.

Технический результат от заявляемого изобретения заключается в том, что наличие на каждой боковой поверхности неподвижной пластины в нижней части выступа в виде прямоугольной трапеции, каждый из которого установлен в соответствующее сквозное отверстие, выполненное в стенках корпуса, а наклонная сторона каждого выступа соединена с нижней торцевой поверхностью неподвижной пластины, причем внутри корпуса ниже уровня нижней поверхности сквозного отверстия, выполненного в стенке корпуса, расположена полка, с которой взаимодействует нижняя торцевая поверхность неподвижной пластины, позволяет создать конструкцию поглощающего аппарата, обеспечивающую эксплуатационную надежность и энергоемкость, а также позволяющую увеличить срок службы аппарата, за счет уменьшения напряжений в нижней части неподвижной пластины и уменьшения вероятность возникновения усталостных трещин в неподвижной пластине путем увеличения площади контакта нижней торцевой поверхности неподвижной пластины с опорной полкой внутри корпуса и площадь вертикального сечения выступа неподвижной пластины.

Расчет предлагаемого технического решения поглощающего аппарата показывает, что при сжатии аппарата (прямой ход) в радиусе перехода верхней поверхности выступа в боковую поверхность неподвижной пластины напряжение неподвижной пластины составляет 411,22 МПа, при этом предел текучести материала, из которого выполнена неподвижная пластина, составляет 735 МПа, то есть разность возникающих напряжений и предела текучести неподвижной пластины составляет 44%. Таким образом, можно подытожить, что запас прочности, заложенный в конструкцию, приближен к половине от предела прочности.

Также выполнение сквозных отверстий в стенках корпуса обеспечивает надежное крепление неподвижных пластин и способствует уменьшению трудозатрат при диагностике повреждения неподвижных пластин, поскольку выполнение сквозных отверстий позволяет без разборки поглощающего аппарата зрительно зафиксировать поломку выступов неподвижных пластин.

Выполнение высоты каждого выступа у основания, измеряемой от нижней торцевой поверхности неподвижной пластины до верхней поверхности выступа, составляет не менее 33 мм, а толщина выступа составляет не менее
21 мм, обеспечивает минимальный результат по увеличению запаса прочности неподвижных пластин. Увеличение заданных размеров позволит ещё более увеличить запас прочности.

Выполнение ширины неподвижной пластины по верхней торцевой поверхности в диапазоне от 193 мм до 197 мм, а также ширины неподвижной пластины по выступам в диапазоне от 216 мм до 218 мм, обеспечивает беспрепятственную установку неподвижных пластин в корпус поглощающего аппарата и удержание их в необходимом положении, для обеспечения работоспособности поглощающего аппарата.

Выполнение радиуса перехода от верхней поверхности выступа неподвижной пластины в боковую поверхность неподвижной пластины размером не менее 2 мм, способствует плавному распределению возникающих нагрузок, что увеличивает эксплуатационную надежность.

Выполнение на полке корпуса, взаимодействующего с нижней торцевой поверхностью, неподвижной пластины, наплавки более прочного металла по сравнению с металлом, из которого изготовлен корпус, обеспечивает износостойкость опорной поверхности полки.

При выполнении наплавки, выполненной в полке на двух участках, которые расположены напротив переходов нижней торцевой поверхности неподвижной пластины в наклонные стороны выступов, уменьшает трудоемкость при ремонте поглощающего аппарата.

Расположение наклонной стороны каждого выступа под углом, обеспечивающим зазор между нижней поверхностью сквозного отверстия и наклонной стороной выступа, позволяет исключить контакт наклонной стороны выступа с нижней поверхностью сквозного отверстия корпуса, что исключает всплеск напряжения в выступах при прямом ходе аппарата.

В настоящее время на заявляемое изобретение разработана конструкторская документация и ведутся всесторонние испытания опытных образцов.

Изобретение относится к области железнодорожного подвижного состава, в частности, к устройствам поглощения энергии взаимодействия единиц подвижного состава. Поглощающий аппарат содержит корпус со стенками и днищем. Возвратно-подпорное устройство установлено в корпусе вдоль центральной оси. Фрикционный узел содержит нажимной конус, опорную пластину, фрикционные клинья и подвижные пластины, между которыми установлены неподвижные пластины. В нижней части каждой боковой поверхности неподвижной пластины выполнены выступы в виде прямоугольной трапеции, установленные в сквозные отверстия в стенках корпуса. Наклонная сторона каждого выступа соединена с нижней торцевой поверхностью неподвижной пластины. Внутри корпуса ниже уровня нижней поверхности сквозного отверстия, выполненного в стенке корпуса, расположена полка, с которой взаимодействует нижняя торцевая поверхность неподвижной пластины. Увеличивается срок службы поглощающего аппарата. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Аппарат поглощающий, содержащий корпус со стенками и днищем, с установленным в корпусе вдоль центральной оси возвратно-подпорным устройством, а также фрикционный узел, включающий нажимной конус, опорную пластину, фрикционные клинья и подвижные пластины, между которыми установлены неподвижные пластины, при этом внутри корпуса установлен стержень, отличающийся тем, что на каждой боковой поверхности неподвижной пластины в нижней части выполнены выступы в виде прямоугольной трапеции, которые установлены в соответствующие сквозные отверстия, выполненные в стенках корпуса, при этом наклонная сторона каждого выступа соединена с нижней торцевой поверхностью неподвижной пластины, вместе с этим, внутри корпуса ниже уровня нижней поверхности сквозного отверстия, выполненного в стенке корпуса, расположена полка, с которой взаимодействует нижняя торцевая поверхность неподвижной пластины.

2. Аппарат поглощающий по п. 1, отличающийся тем, что высота каждого выступа у основания, измеряемая от нижней торцевой поверхности неподвижной пластины до верхней поверхности выступа, составляет не менее 33 мм, а толщина выступа составляет не менее 21 мм.

3. Аппарат поглощающий по п. 1, отличающийся тем, что ширина неподвижной пластины по верхней торцевой поверхности составляет диапазон от 193 мм до 197 мм, а ширина неподвижной пластины по выступам составляет диапазон от 216 мм до 218 мм.

4. Аппарат поглощающий по п. 1, отличающийся тем, что радиус перехода от верхней поверхности выступа неподвижной пластины в боковую поверхность неподвижной пластины составляет не менее 2 мм.

5. Аппарат поглощающий по п. 1, отличающийся тем, что на полке, которая взаимодействует с нижней торцевой поверхностью неподвижной пластины, выполнена наплавка более прочного металла по сравнению с металлом, из которого изготовлен корпус.

6. Аппарат поглощающий по п. 5, отличающийся тем, что наплавка выполнена в полке на двух участках, которые расположены напротив переходов нижней торцевой поверхности неподвижной пластины в наклонные стороны выступов.

7. Аппарат поглощающий по п. 1, отличающийся тем, что наклонная сторона каждого выступа расположена под углом, обеспечивающим зазор между нижней поверхностью сквозного отверстия и наклонной стороной выступа.
2