Пристрій для поглинання енергії удару

1. Пристрій для поглинання енергії удару, що містить корпус, в якому розміщено один або декілька шарів стільникових блоків, які можуть деформуватися, та виконані зі з'єднаних між собою пластин, що утворюють стільникові чарунки, при цьому стільникові блоки встановлено з зазором між ними і розділено по довжині корпусу перегородками, а корпус оснащено кришкою з однієї сторони і фланцем для кріплення пристрою з іншої, який відрізняється тим, що пластини, які утворюють стільникові чарунки, виконано різної висоти. U 2 (19) 1 3 міщено стільникові блоки [3]. Стільникові блоки встановлено з зазором між ними і розділено по довжині корпусу перегородками, а корпус споряджено кришкою з однієї сторони корпусу і фланцем для кріплення пристрою з іншої. Недоліком відомого пристрою є те, що максимальна сила, яку він витримує до втрати стійкості, значно перевищує силу, при якій здійснюється його пластичне деформування після втрати стійкості. Ця максимальна сила повинна бути меншою за нормативну силу, що визначена для цього транспортного засобу. Наявність великого пікового значення сили на початку деформування цього пристрою зменшує ефективність його роботи при поглинанні енергії удару. В даній корисній моделі поставлена технічна задача підвищення експлуатаційних характеристик пристрою для поглинання енергії удару, ефективності його роботи, а саме підвищення енергії, що поглинається в результаті пластичного деформування пристрою, та одночасного зменшення його конструктивної жорсткості. Суттєвими ознаками пристрою для поглинання енергії удару загальними для прототипу і запропонованого є наявність корпусу, в якому розміщено один або декілька шарів стільникових блоків, що можуть деформуватися, виготовлених зі з'єднаних між собою пластин, які утворюють стільникові чарунки, при цьому стільникові блоки встановлено з зазором між ними і розділено по довжині корпусу перегородками, а корпус оснащено кришкою з однієї сторони та фланцем для кріплення пристрою з іншої. Суттєвими відмінними ознаками запропонованого технічного рішення є те, що пластини, які утворюють стільникові чарунки, виконано різної висоти. Другою суттєвою відмінністю є те, що висоти низьких і високих пластин у стільниковому блоці відрізняються між собою не менше ніж на 2-3 відсотка. Крім того, співвідношення кількості високих пластин до загальної кількості пластин у стільниковому блоці складає 0,4-0,65. Крім того, стільникові блоки закріплено на перегородках, які в свою чергу закріплено до корпусу таким чином, щоб між стільниковими блоками і сусідніми перегородками, а також кришкою залишався зазор. Один із варіантів виконання пристрою полягає в тому, що пластини, які утворюють чарунки стільникового блока, жорстко з'єднані з корпусом. При цьому корпус виконано з окремих пластин, які зварено з зовнішніми краями пластин, що утворюють чарунки стільникового блока. Суть запропонованого технічного рішення пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображено поперечний розріз пристрою для поглинання енергії удару з корпусом у вигляді прямокутного паралелепіпеда; на фіг. 2 зображено цей пристрій в ізометрії. На фіг. 3 та 4 показано відповідно поперечний розріз та ізометрію варіанта виконання пристрою з корпусом у вигляді усіченої піраміди. На фіг. 5 зображено пластини, що утворюють шестигранні стільникові чарунки. На фіг. 6 і 7 наведено 64978 4 ізометрію та поперечний розріз пристрою з тригранними стільниковими чарунками, а на фіг. 8 схему, яка пояснює послідовність збирання даної модифікації пристрою. На фіг. 9 зображено стільниковий блок, що використовувався як модель при дослідженні його пластичного деформування. На фіг. 10 показано силові характеристики, отримані при моделюванні пластичного деформування стільникового блока, зображеного на фіг. 9, а на фіг. 11 - силові характеристики пристрою, зображеного на фіг. 1 і 2. Пристрій для поглинання енергії удару складається (див. фіг. 1-4) з корпусу 1, в якому розміщено декілька шарів стільникових блоків 2. В корпусі 1 розміщено перегородки 3, на яких закріплено стільникові блоки 2. Пристрій обладнано кришкою 4 з однієї сторони корпусу 1 і фланцем для кріплення 5 з іншої. На фіг. 2 і 4 фланець 5 та кришку 4 умовно не показано. Також на фіг. 2 не показано частину корпусу 1. Стільникові блоки 2 встановлено в корпусі 1 з зазором між ними. Пластини 6 на фіг. 5, що утворюють стільникові чарунки, виконано різної висоти. Для пристроїв, що показані на фіг. 1-4, високі пластини розташовані в центральних частинах стільникових блоків 2. При цьому висоти низьких і високих пластин 6 у стільниковому блоці відрізняються між собою не менше, ніж на 2-3 відсотка. Така різниця у висотах пластин 6 достатня для того, щоб при ударному навантаженні чарунки, утворені високими пластинами, першими втратили стійкість і почали пластично деформуватись, а низькі чарунки залишалися не деформованими. Далі втрачають стійкість чарунки, утворені низькими пластинами, і весь стільниковий блок 2 починає пластично деформуватися. Варіант виконання конструкції пристрою для поглинання енергії удару, приведений на фіг. 6-8 (на фіг. 6 кришку 4 умовно не показано), відрізняється тим, що чарунки в ньому зроблено тригранними (або з іншою кількістю граней), а корпус виконано з окремих пластин 7, які зварено з зовнішніми краями пластин 8 і 9, що утворюють чарунки стільникового блоку 2. Збирання цієї модифікації пристрою здійснюється у такій послідовності (фіг. 8): кутові пластини 8 зварюються з пластинами 9, потім зварюються вершини кутових пластин 8, і в останню чергу вварюються пластини 7. Заявлені співвідношення кількості високих пластин nвис до загальної кількості пластин n у стільниковому блоці k = nвис/n = 0,40,65 отримані шляхом математичного моделювання пружно пластичного деформування стільникового блоку при його ударному навантаженні. Для цього використовувалась модель стільникового блока, яку показано на фіг. 9. При моделюванні стільниковий блок розташовувався між жорсткою нерухомою плитою і рухомим бойком. Бойок, що представляв собою тверде тіло з масою, яка значно більша маси стільникового блока 2, рухався з заданою швидкістю. Швидкість бойка задавалася такою, щоб його кінетична енергія була суттєво більшою енергії пластичної деформації стільникового блока. 5 Результати моделювання для різних значень k відображено силовими характеристиками, показаними на фіг. 10. Аналіз силової характеристики стільникового блока при k = 0 показує, що при однаковій висоті пластин на початку деформації має місце пік сили, значення якого вдвічі перевищує значення сили, при якій відбувається пластична деформація стільникового блока. Пікові значення сили на початку силової характеристики, отриманої при деформуванні стільникових блоків, виготовлених з співвідношенням к в діапазоні від 0,4 до 0,65, значно менші. На фіг. 10 показані силові характеристики стільникового блока для крайніх значень k = 0,4 та k = 0,65, а також для k = 0,54. Вибором співвідношення к в діапазоні, що заявляється, можливо задавати той чи інший вид силової характеристики стільникового блока. Слід зауважити, що для кількох послідовно з'єднаних стільникових блоків при ударі завдяки перерозподілу навантажень (найслабша ланка деформується першою) зазначені пікові значення сили ще більше нівелюються. Пристрій для поглинання енергії удару працює наступним чином. Пристроями для поглинання енергії удару обладнуються транспортні засоби для їх захисту від наднормативних ударних навантажень при аварійних зіткненнях з перешкодою. Пристрої розташовуються таким чином, щоб при ударі вони першими вступали у взаємодію з перешкодою. Внаслідок удару відбувається пружно-пластичне деформування захисного пристрою, при цьому частина кінетичної енергії зіткнення переходить в енергію деформації пристрою. Як приклад, на фіг. 11 наведено силову характеристику деформації пристрою, показаного на фіг. 1 і 2. З цієї характеристики видно, що на початку деформації втрачає стійкість корпус 1 (ділянка А). Параметри конструкції корпусу 1 вибираються такими, щоб не виникали значні сили на початку деформації пристрою. Далі на графіку маємо зменшення сили, що відпо 64978 6 відає пластичній деформації корпусу (ділянка Б). Після цього деформуються стільникові блоки (ділянка В). Силова характеристика на цій ділянці майже горизонтальна без значних коливань сили деформування пристрою. Таким чином, наведений приклад та виконані розрахунки різних інших варіантів конструкції пристрою, що заявляється, свідчать про високу ефективність його роботи. Питома енергоємність (відношення енергії, що поглинається, до маси пристрою) пристрою для поглинання енергії удару, виготовленого з маловуглецевої пластичної сталі, наприклад 08Ю, складає -10 кДж/кг. Це є достатньо високий показник для таких пристроїв. Таким чином запропонований пристрій для поглинання енергії удару в тих або інших варіантах виконання може бути використаним при розробці та модернізації залізничного рухомого складу або в інших машинобудівних галузях, де є потреба захисту конструкцій при аварійних ударах або зіткненнях. Джерела інформації: 1. Пат. JP2005075256 Японія, МПК B61F 1/10, B61D 17/10. SHOCK-ABSORBING STRUCTURE FOR ROLLING STOCK / Kawasaki Takeshi, Nakamura Hideyuki ; заявник і патентоволодар HITACHI LTD. - 2003-310948 ; заявл. 03.09.2003 опубл. 24.03.2005; 2. Пат. WO2008046873 Німеччина, МПК B61D15/06; B61G11/16. SHOCK-ABSORBING STRUCTURE FOR ROLLING STOCK / Jaede Eckart; заявник і патентоволодар VOITH AG. WO2007EP61114; заявл. 17.10.2007; опубл 24.04.2008; 3. Пат. ЕР0831005 Німеччина, МПК B61F19/04; B61G11/16. Under frame front part and deformation element on vehicles, especially rail vehicles / Erdmann Marc; Heidgen Karsten DIPL ING; Scharf Steffen DIPL ING; заявник і патентоволодар DEUTSCHE WAGGONBAU AG. - EP19970250196; заявл. 26.06.1997; опубл 25.03.1998. 7 64978 8 9 64978 10 11 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 64978 Підписне 12 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601