Поглощающий аппарат автосцепки и способ его изготовления

Поглощающий аппарат автосцепки и способ его изготовления

Реферат

Заявляемая группа изобретений относится к железнодорожному транспорту, а именно к средствам восприятия и гашения продольных сил, возникающих при маневровых соударениях подвижного состава и при различных режимах его движения.

Известен поглощающий аппарат автосцепки [Пат. РФ №2115578, B 61 G 9/08, опубл. 20.07.98, бюл. №20], содержащий корпус и плунжер с полым штоком. Корпус аппарата выполнен за одно целое с тяговым хомутом автосцепного устройства и снабжен камерой, размещенной между задними упорами автосцепного устройства, заполненной эластомером и сообщенной с полостью штока. На конце штока размещен поршень, обеспечивающий перетекание объемно-сжимаемого рабочего тела из одной полости рабочей камеры в другую через дроссельные отверстия.

Недостатком данной конструкции является ее сложность, наличие большого количества разъемных соединений, работающих под высоким давлением. Из-за этого необходимо постоянно контролировать герметичность аппарата, а рабочая камера расположена в недоступном месте для визуального осмотра. Вместе с этим, циркулирование эластомерной массы в рабочей камере через дроссельные отверстия и через полость штока не обеспечивает плавности восприятия нагрузки эластомером, что приводит к резкому воздействию нагрузки на корпус аппарата. В результате чего его необходимо усиливать и, как следствие, увеличивать массу.

Прототипом для первого аспекта заявляемой группы изобретений выбрана конструкция поглощающего аппарата [Пат. РФ № 2078706, B 61 G 11/12, 11/16, опубл. 10.05.97, бюл. № 13], содержащего цилиндр, в котором с возможностью перетекания рабочей жидкости установлен поршень, рабочую камеру, отделенную от основной гайкой с уплотнением. Все уплотнения выполнены в виде колец, имеющих коническую поверхность с одной стороны, а с другой - плоское основание, к которому примыкают две шайбы, контактирующие с основанием другого кольца, которое опирается на коническую поверхность сопрягаемой детали.

Данный аппарат достаточно трудоемок в изготовлении из-за наличия сферической внутренней поверхности в глухой трубе (заготовке). Вместе с этим, разделение аппарата на две камеры ставит срок его безремонтной эксплуатации в зависимость от состояния уплотнений, разделяющих камеры. А срок службы уплотнений ограничен, особенно в условиях больших перепадов температур и давлений. Состояние данных уплотнений невозможно проверить без разборки аппарата. Следовательно, при нарушении герметичности внутренних уплотнений эффективность работы аппарата снижается и ударная нагрузка передается на раму вагона, что может привести к ее повреждению.

Вместе с этим, наличие постоянного зазора между поршнем и корпусом аппарата также не обеспечивает необходимой плавности восприятия энергии удара, что приводит к передаче ее на раму вагона.

В результате разницы полей допусков при изготовлении и монтаже деталей автосцепного устройства с поглощающим аппаратом 73ZW между упорами и упорной плитой или корпусом аппарата возникают зазоры, суммарная величина которых не должна превышать 3 мм. [“Инструкция по ремонту и обслуживанию автосцепного устройства подвижного состава железных дорог”, М., Транспорт, 1997, стр.61]. Но при наличии даже такого зазора контактирующие поверхности разбиваются в результате действия продольных нагрузок при маневровых соударениях и различных режимах движения подвижного состава.

Прототипом для второго аспекта заявляемого изобретения выбрано ударопоглощающее устройство автосцепки железнодорожного транспортного средства, состоящее из эластомерного поглощающего аппарата, установленного в проеме заднего упора хребтовой балки рамы вагона и упряжного устройства автосцепки, расположенного на расстоянии от опорной поверхности поглощающего аппарата [Пат. Германии № 3035922, B 61 G 09/08 от 24.09.80].

При соударениях вагонов расстояние между упряжным устройством и опорной поверхностью поглощающего аппарата выбирается, а энергия удара частично гасится с помощью фрикционных колец. Данные фрикционные кольца воспринимают удар последовательно, что приведет к большему износу передних колец по сравнению с задними, что может вызвать их заклинивание, а следовательно нарушение условий работы поглощающего аппарата. Вместе с этим, наличие большого количества фрикционных поверхностей вызывает необходимость их частой замены, что приводит к снижению межремонтного срока службы вагона в целом.

Задачей, на решение которой направлен первый аспект заявляемого изобретения, является обеспечение плавности восприятия нагрузки аппаратом при сохранении простоты конструкции.

Поставленная задача решается следующим образом. На средней части внутренней поверхности корпуса поглощающего аппарата выполнен кольцеобразный выступ на ширину, превышающую толщину поршня. При этом между поршнем и выступом образуется зазор, обеспечивающий рабочее перетекание объемно-сжимаемого рабочего тела (рабочий зазор), а между поршнем и корпусом аппарата создается зазор, обеспечивающий холостое перетекание объемно-сжимаемого рабочего тела (холостой зазор).

Задачей второго аспекта заявляемого изобретения является обеспечение беззазорной установки самого аппарата в проем тягового хомута путем увеличения длины штока на суммарную величину полей допусков деталей, лимитирующих положение аппарата внутри рамы вагона при одновременном снижении давления закачки объемно-сжимаемого рабочего тела на величину, компенсирующую ход поршня, равного суммарной величине полей допусков деталей, лимитирующих положение аппарата внутри рамы вагона.

Сущность по первому аспекту заявляемого изобретения заключается в том, что поглощающий аппарат автосцепки состоит из корпуса с дном передним, через которое проходит пустотелый шток, взаимодействующий своей внутренней поверхностью с направляющей осью, на конце которого выполнен поршень, разделяющий рабочую камеру на две полости с возможностью перетекания объемно-сжимаемого рабочего тела из одной полости в другую, и дна заднего, образующих в целом емкость. На средней части внутренней поверхности корпуса выполнен кольцеобразный выступ на ширину, превышающую толщину поршня. При этом между поршнем и кольцеобразным выступом образуется зазор рабочего перетекания объемно-сжимаемого рабочего тела.

По второму аспекту, сущность состоит в том, что при изготовлении поглощающего аппарата, заключающемся в сборке корпуса с дном задним, на котором закреплена направляющая ось, входящая во внутреннюю полость штока с выполненным на его конце поршнем, и дном передним, длину штока увеличивают на суммарную величину полей допусков деталей, лимитирующих положение поглощающего аппарата внутри рамы вагона, а объемно-сжимаемое рабочее тело закачивают во внутреннюю полость аппарата с давлением, меньшим на величину, компенсирующую ход поршня, равного суммарной величине полей допусков деталей, лимитирующих положение поглощающего аппарата внутри рамы вагона.

Вместе с этим, корпус аппарата выполняется таким образом, что при сборке аппарата поршень устанавливают в начало кольцеобразного выступа.

Сущность заявляемой группы изобретений поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид поглощающего аппарата в разрезе.

Поглощающий аппарат автосцепки состоит из корпуса 1 с установленным дном передним 2 и дном задним 3, образующих в целом емкость, заполненную объемно-сжимаемым рабочим телом 4. Через дно переднее 2 проходит пустотелый шток 5, взаимодействующий своей поверхностью 6 с направляющей осью 7, закрепленной на дне заднем 3. На конце штока 5 выполнен поршень 8, который разделяет рабочую камеру на две полости с возможностью перетекания объемно-сжимаемого рабочего тела 4 посредством щели, образующейся с корпусом аппарата. В средней части корпуса аппарата выполнен кольцеобразный выступ 9. При этом кольцеобразным выступом 9 и поршнем 8 образуется зазор “Р” рабочего перетекания объемно-сжимаемого рабочего тела 4, а между поршнем и внутренней поверхностью корпуса аппарата, расположенной вне кольцеобразного выступа, образуется зазор “Н” холостого перетекания объемно-сжимаемого рабочего тела.

При сборке аппарата поршень 8 устанавливают в начало кольцеобразного выступа 9, через клапан 10, на дне заднем 3, во внутреннюю полость аппарата закачивают объемно-сжимаемое рабочее тело.

Аппарат работает следующим образом.

В свободном положении между корпусом и поршнем образуются минимальный по длине зазор “Р” и максимальный по длине зазор “Н”. Скорость перетекания объемно-сжимаемого рабочего тела из одной полости рабочей камеры в другую зависит от геометрических параметров зазора (длины и ширины). При приложении нагрузки на шток поршень перемещается по направляющей, при этом увеличивается по длине зазор “Р” и уменьшается зазор “Н”, тем самым скорость перетекания единицы объема объемно-сжимаемого рабочего тела (эластомерной массы) уменьшается, а давление в одной полости камеры увеличивается по отношению к другой. При продолжении движения штока зазор “Р” увеличивается по длине до величины, равной ширине поршня. В данном положении скорость перетекания является минимальной, а давление объемно-сжимаемого рабочего тела увеличивается с максимальной скоростью. При выходе поршня из области кольцеобразного выступа скорость перетекания рабочего тела увеличивается, предотвращая создание недопустимого для корпуса аппарата давления. При использовании эластомерной массы с различными характеристиками кольцеобразный выступ может быть выполнен коническим, с вершиной в средней части.

При установке аппарата его поджимают струбциной и устанавливают в проем тягового хомута. При этом шток, увеличенный на суммарную величину полей допусков, позволяет выбрать все зазоры, а сниженное давление рабочего тела в полости аппарата обеспечивает заданные параметры при минимальном выполнении допусков.

Технический результат от использования заявляемой конструкции по первому аспекту заявляемого изобретения заключается в обеспечении плавности восприятия нагрузки, при сохранении простоты конструкции, путем выполнения кольцеобразного выступа, геометрические параметры которого функционально зависят от геометрических параметров поршня и корпуса аппарата, физических свойств объемно-сжимаемого рабочего тела и максимальной прикладываемой нагрузки.

Технический результат от использования второго аспекта заявляемой группы изобретений заключается в обеспечении беззазорной установки аппарата, при сохранении заданной энергоемкости, путем выполнения штока поршня увеличенным на величину полей допусков деталей, лимитирующих положение поглощающего аппарата, а закачка объемно-сжимаемого рабочего тела производится с давлением, меньшим на величину, компенсирующую ход поршня, равного суммарной величине полей допусков деталей, лимитирующих положение аппарата.

Таким образом, при прохождении поршнем длины, равной разнице максимально допустимых размеров и действительно установленных размеров деталей, лимитирующих положение поглощающего аппарата внутри рамы вагона, давление объемно-сжимаемого рабочего тела достигает заданной нормы, обеспечивающей необходимую энергоемкость аппарата.

В настоящее время изготовлены опытные образцы поглощающих аппаратов и проводятся их испытания.

1. Поглощающий аппарат автосцепки, состоящий из корпуса с дном передним, через которое проходит пустотелый шток, взаимодействующий своей внутренней поверхностью с направляющей осью, на конце которого выполнен поршень, разделяющий рабочую камеру на две полости с возможностью перетекания объемно-сжимаемого рабочего тела из одной полости в другую, и дна заднего, образующих в целом емкость, отличающийся тем, что на средней части внутренней поверхности корпуса выполнен кольцеобразный выступ на ширину, превышающую толщину поршня, и образующий зазор с поршнем, обеспечивающий рабочее перетекание объемно-сжимаемого рабочего тела.

2. Способ изготовления поглощающего аппарата, заключающийся в сборке корпуса аппарата с дном задним, на котором закреплена направляющая ось, входящая во внутреннюю полость штока с выполненным на его конце поршнем, и дном передним с последующей закачкой объемно-сжимаемого рабочего тела во внутреннюю полость аппарата, отличающийся тем, что длину штока увеличивают на суммарную величину полей допусков деталей, лимитирующих положение поглощающего аппарата внутри рамы вагона, а объемно-сжимаемое рабочее тело закачивают во внутреннюю полость аппарата с давлением, меньшим на величину, компенсирующую ход поршня, равный суммарной величине полей допусков деталей, лимитирующих положение поглощающего аппарата внутри рамы вагона.

3. Способ изготовления поглощающего аппарата по п.2, отличающийся тем, что в свободном положении аппарата поршень устанавливают в начало кольцеобразного выступа со стороны дна переднего, при этом выступ расположен на средней части внутренней поверхности корпуса.