PL229944B1 - Urządzenie pochłaniające energię uderzeń - Google Patents

Abstract

Urządzenie zawiera element pochłaniający energię (1) w postaci zespołu co najmniej dwóch oddalonych od siebie równoległych drągów (2), nadających się do skrawania oraz co najmniej jeden element oporowy (16), przeznaczony do przenoszenia siły pociągowej pomiędzy zespołem skrawającym (6) a drągami (2). Urządzenie ma także narzędziową płytę montażową (7), stanowiącą część zespołu skrawającego (6), która jest osadzona na drągach (2), poprzez otwory prowadzące (19) oraz płytę montażową (3) zamocowaną na drągach (2), oddaloną od narzędziowej płyty montażowej (7).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie pochłaniające energię uderzeń w zespołach konstrukcyjnych łączących pojazdy szynowe.

Znane jest z opisu patentowego PL 202 114 urządzenie pochłaniające energię uderzeń, zawierające drąg nadający się do skrawania za pomocą otaczających go narzędzi tnących umieszczonych równomiernie w korpusowej tulei. W celu zapewnienia właściwego prowadzenia narzędzi tnących, ostrza tych narzędzi są umieszczone w prowadnicach ukształtowanych na zewnętrznej powierzchni drąga.

Znane jest także z opisu patentowego PL 211 405 urządzenie pochłaniające energię uderzeń zawierające drąg, o płynnie zmieniającej się średnicy, nadający się do skrawania za pomocą narzędzi tnących. W szczególności drąg ten przyjmuje postać stożkową, ostrosłupową lub inną postać krzywoliniową, aby zapewnić zwiększoną zdolność pochłaniania energii w przypadku wystąpienia zderzeń wysokiej energii kinetycznej.

Znane urządzenia dobrze spełniają swoje zadanie jako urządzenia pochłaniające energię kinetyczną zderzeń, nie nadają się one jednak do bezpośredniego stosowania jako urządzenia przenoszące siły osiowe, na przemian ściskające i rozciągające.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia pochłaniającego energię uderzeń poprzez skrawanie, które posiada zwiększoną sztywność postaciową, przenoszącego siły pociągowe, siły zderzenia oraz zwiększone siły boczne, a jednocześnie posiadającego prostą budowę.

Zgodnie z wynalazkiem, urządzenie pochłaniające energię uderzeń w zespołach konstrukcyjnych łączących pojazdy szynowe, urządzenie zawiera:

element pochłaniający energię, którego określone części nadają się do skrawania, narzędzia tnące otaczające element pochłaniający energię, zamocowane w zespole skrawającym przemieszczalnym równolegle do osi określonych części elementu pochłaniającego energię, oraz co najmniej jeden bezpiecznikowy element pośredni zapewniający integralność połączenia pomiędzy elementem pochłaniającym energię i zespołem skrawającym do ustalonej granicznej wartości siły uderzenia, i umożliwiający osiowy przesuw tego zespołu skrawającego względem elementu pochłaniającego energię po przekroczeniu ustalonej granicznej wartości siły uderzenia.

Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że zawiera:

element pochłaniający energię, stanowiący zespół co najmniej dwóch oddalonych od siebie równoległych drągów nadających się do skrawania, co najmniej jeden element oporowy przenoszący siłę pociągową pomiędzy zespołem skrawającym a drągami, narzędziową płytę montażową stanowiąca część zespołu skrawającego, osadzoną na drągach poprzez otwory prowadzące, oraz płytę montażową zamocowaną na drągach, oddaloną od narzędziowej płyty montażowej.

Korzystnie, element oporowy ma postać pierścienia oporowego zamocowanego do końcowej części drąga.

Korzystnie, pierścień oporowy jest zespolony z bezpiecznikowym elementem pośrednim sprzężonym z zespołem skrawającym, przy czym bezpiecznikowy element pośredni ma postać gwintowanej tulei.

Korzystnie, zespół skrawający ma tulejową część prowadzącą zintegrowaną z narzędziową płytą montażową.

Korzystnie, bezpiecznikowy element pośredni jest połączony gwintowo z końcową częścią tulejowej części prowadzącej zespołu skrawającego.

Korzystnie, pomiędzy pierścieniem oporowym a bezpiecznikowym elementem pośrednim znajduje się pierścieniowe podcięcie.

Korzystnie, pierścień oporowy ma na swym obwodzie co najmniej jedno wgłębienie.

Korzystnie, pierścień oporowy jest połączony nierozłącznie z końcową częścią drąga.

Korzystnie, płyta montażowa jest usytuowana równolegle do narzędziowej płyty montażowej, przy czym obydwie płyty montażowe są osadzone na przeciwnych końcach drągów.

Korzystnie, płyta montażowa jest osadzona na drągu poprzez połączenie gwintowe.

Korzystnie, drągi są osadzone prostopadle do płyty montażowej i narzędziowej płyty montażowej.

Korzystnie, płyta montażowa jest połączona z przegubem wózka wspierającego dwa sąsiednie wagony, a narzędziowa płyta montażowa jest połączona z konstrukcją nośną pudła wagonu.

PL 229 944 B1

Korzystnie, płyta montażowa i narzędziowa płyta montażowa mają zasadniczo prostokątny kształt.

Wykonanie elementu pochłaniającego energię w postaci zespołu oddalonych od siebie równoległych drągów połączonych z oddalonymi od siebie płytami montażowymi pozwala na utworzenie konstrukcji o zwiększonej sztywności postaciowej, która umożliwia przenoszenie zwiększonych sił bocznych działających w ekstremalnych warunkach pracy urządzenia. Takie rozwiązanie umożliwia prostopadłe przemieszczanie się narzędziowej płyty montażowej względem drągów, wpływając na równomierną pracę narzędzi tnących.

Zastosowanie elementu oporowego pomiędzy zespołem skrawającym a drągami, przenoszącego siłę pociągową, umożliwia wykorzystanie urządzenia według wynalazku również w funkcji pociągowego zespołu sprzęgowego. W tym celu urządzenie zawiera także narzędziową płytę montażową ułatwiającą zamocowanie urządzenia według wynalazku do współpracujących, sąsiednich elementów wagonu kolejowego po jednej stronie drąga. Po drugiej stronie drąga montaż urządzenia według wynalazku do współpracujących, sąsiednich elementów wagonu kolejowego jest realizowany poprzez drugą płytę montażową zamocowaną w oddaleniu od narzędziowej płyty montażowej. Zamocowanie obydwu płyt na drągach, w oddaleniu od siebie, pozwala na ich przemieszczanie się w kierunku do siebie po przekroczeniu z góry ustalonej granicznej siły zderzenia.

Wykonanie elementu oporowego w formie pierścienia oporowego zamocowanego w końcowej części drąga ułatwia montaż urządzenia według wynalazku. Taka konstrukcja upraszcza także wykonanie jednego zespolonego elementu, w którym element oporowy jest sprzężony z bezpiecznikowym elementem pośrednim.

Tulejowa część prowadząca zapewnia osiowe prowadzenie narzędziowej płyty montażowej z narzędziami tnącymi po drągach, po zerwaniu bezpiecznikowego elementu pośredniego.

Pierścieniowe podcięcie znajdujące się w miejscu łączenia pierścienia oporowego z bezpiecznikowym elementem pośrednim wyznacza miejsce, w którym następuje oderwanie się bezpiecznikowego elementu pośredniego od pierścienia oporowego przy osiągnięciu ustalonej granicznej wartości siły uderzenia.

Przedmiot wynalazku został zilustrowany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie pochłaniające energię uderzeń według wynalazku w stanie spoczynkowym przed uderzeniem, w przekroju osiowym, fig. 2 - urządzenie pochłaniające energię w widoku od strony narzędziowej płyty montażowej, fig. 3 - urządzenie pochłaniające energię w widoku aksonometrycznym, fig. 4 - powiększony szczegół konstrukcyjny połączenia drąga z tulejową częścią prowadzącą, fig. 5 - pierścień oporowy z bezpiecznikowym elementem pośrednim w półwidoku-półprzekroju, fig. 6a - przyłączenie urządzenia według wynalazku do zespołów konstrukcyjnych wagonów kolejowych w schematycznym widoku z góry, fig. 6b - przyłączenie urządzenia według wynalazku do zespołów konstrukcyjnych wagonów kolejowych w schematycznym widoku z boku, a fig. 7 - urządzenie pochłaniające energię uderzenia w etapie pracy.

Jak przedstawiono w przykładzie wykonania na fig. 1 i fig. 2, urządzenie pochłaniające energię uderzeń w zespołach konstrukcyjnych łączących wagony kolejowe według wynalazku zawiera element pochłaniający energię 1 stanowiący zespół dwóch stalowych drągów 2 wykonanych w pos taci tulei lub prętów nadających się do skrawania. Na jednym końcu każdego z drągów 2 jest zamocowana płyta montażowa 3 ze śrubami 4, łącząca urządzenie według wynalazku z zespołami konstrukcyjnymi łączącymi wagony kolejowe.

Połączenie płyty montażowej 3 z drągami 2 jest wykonane jako mocne połączenie gwintowe 5 zapewniające przenoszenie zarówno siły pociągowej jak i siły uderzenia. Połączenie to ma nie dopuścić do przemieszczania się płyty montażowej 3 względem drąga 2 w każdych warunkach obciążenia. W pobliżu drugiego końca każdego z drągów 2 jest umieszczony zespół skrawający 6 w postaci narzędziowej płyty montażowej 7 z narzędziami tnącymi 8, umieszczonymi we wgłębieniach i dociśniętymi śrubami 9 poprzez elementy dociskowe 10. Narzędziowa płyta montażowa 7 jest zamocowana do drągów 2 poprzez tulejową część prowadzącą 11 za pomocą bezpiecznikowych elementów pośrednich 12, nadających się do zrywania przy zadziałaniu wcześniej ustalonej siły uderzenia. Narzędziowa płyta montażowa 7 jest przystosowana do połączenia z zespołem konstrukcyjnym wagonu kolejowego za pomocą śrub 13. Bezpiecznikowe elementy pośrednie 12 mają kształt tulei luźno otaczających powierzchnię drągów 2, przy czym każdy z tych bezpiecznikowych elementów pośrednich 12 jest zespolony z pierścieniem oporowym 14, trwale połączonym poprzez spaw 15 z końcową powierzchnią drąga 2.

PL 229 944 B1

Pierścień oporowy 14 połączony spawem 15 z drągiem 2 stanowi element oporowy 16. Zadaniem tego elementu oporowego 16 jest przenoszenie naporu tulejowej części prowadzącej 11 wywołanego siłą pociągową. Element oporowy 16 nie powinien również ulegać zniszczeniu przy działaniu jakiejkolwiek siły uderzenia. W przypadku osiągnięcia granicznej wartości siły uderzenia, warunkującej rozpoczęcie pochłaniania energii kinetycznej przez urządzenie według wynalazku, uszkodzeniu ulega bezpiecznikowy element pośredni 12. W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 1 uszkodzenie bezpiecznikowego elementu pośredniego 12, w postaci zerwania połączenia pomiędzy drągiem 2 i tulejową częścią prowadzącą 11 zespołu skrawającego 6, może polegać na zerwaniu tulejowej części prowadzącej 11 w pobliżu pierścienia oporowego 14 w takim miejscu, w którym ten bezpiecznikowy element pośredni 12 ma najmniejszą wytrzymałość na zrywanie, co w praktyce wiąże się z miejscem o najmniejszym przekroju poprzecznym. W innym alternatywnym rozwiązaniu granicę integralności połączenia drąga 2 z zespołem skrawającym 6 może wyznaczać wytrzymałość na ścinanie gwintu 17 bezpiecznikowego elementu pośredniego 12. Przed zerwaniem bezpiecznikowego elementu pośredniego 12 ostrza narzędzi tnących 8 są umieszczone w ustalonym położeniu w podcięciach prowadzących 18, ukształtowanych na powierzchni bocznej drąga 2. Część drągów 2, zawarta pomiędzy podcięciami prowadzącymi 18 a płytą montażową 3, ma odpowiednio dobraną twardość nadającą się do skrawania za pomocą narzędzi tnących 8 i zapewniającą zoptymalizowane pochłanianie energii kinetycznej zderzenia. Podczas skrawania narzędzia tnące 8 są prowadzone równolegle do osi określonych części drągów 2.

Narzędziowa płyta montażowa 7 jest równoległa do płyty montażowej 3 zarówno w położeniu przed zerwaniem bezpiecznikowego elementu pośredniego 12 jak i po jego zerwaniu. Równoległe prowadzenie narzędziowej płyty montażowej 7, po zerwaniu bezpiecznikowego elementu pośredniego 12, wynika z suwliwego osadzenia prostopadłych drągów 2 w otworach prowadzących 19 narzędziowej płyty montażowej 7.

Jak pokazano na fig. 3, płyta montażowa 3 i narzędziowa płyta montażowa 7 są osadzone na dwóch walcowych drągach 2 oddalonych od siebie. Drągi 2 są umieszczone równolegle względem siebie, przy czym po zamontowaniu do współpracujących zespołów konstrukcyjnych wagonów kolejowych osie tych drągów 2 leżą w płaszczyźnie poziomej. Takie połączenie płyt montażowych 3, 7 i drągów 2 tworzy konstrukcję ramową o dużej sztywności postaciowej. Wytrzymałość na zginanie w płaszczyźnie poziomej takiego zespołu jest zależna od wytrzymałości na zginanie każdego z drągów 2, ale w szczególności od odległości pomiędzy tymi drągami.

Większą sztywność postaciową całego urządzenia można uzyskać przez zwiększenie ilości drągów 2 i ich rozmieszczenie pomiędzy płytami montażowymi 3, 7 w wielu płaszczyznach.

Fig. 4 przedstawia szczegół konstrukcyjny połączenia drąga 2 z tulejową częścią prowadzącą 11. Drąg 2 jest osadzony z luzem w otworze 19 tulejowej części prowadzącej 11, a jednocześnie drąg ten jest zabezpieczony przed przesuwem osiowym względem tej tulejowej części prowadzącej 11 poprzez bezpiecznikowy element pośredni 12, połączony na stałe z drągiem 2. Bezpiecznikowy element pośredni 12 ma postać tulei z gwintem zewnętrznym, wkręconym w wewnętrzny gwint zakończenia tulejowej części prowadzącej 11. Ponadto, ten bezpiecznikowy element pośredni 12 jest zespolony z elementem oporowym 16 w postaci pierścienia oporowego 14 przyspawanego do końcowej części drąga 2. Przy wystąpieniu granicznej siły uderzenia, powodującej zrywanie bezpiecznikowych elementów pośrednich 12, rozpoczyna się pochłanianie energii kinetycznej przez skrawanie drąga 2. Ta graniczna siła uderzenia jest zatem funkcją wytrzymałości na zrywanie i najmniejszego pola przekroju poprzecznego bezpiecznikowego elementu pośredniego 12. W celu dokładnego określenia tej granicznej siły, pomiędzy bezpiecznikowym elementem pośrednim 12 a pierścieniem oporowym 14 jest ukształtowane pierścieniowe podcięcie 20. Konstrukcję elementu oporowego 16 jako części składowej, przed zamontowaniem w urządzeniu według wynalazku, dokładniej przestawia fig. 5. Jak pokazano na fig. 4 i fig. 5, pierścień oporowy 14 jest połączony poprzez pierścieniowe podcięcie 20 z bezpiecznikowym elementem pośrednim 12. Wgłębienie 21 na obwodzie pierścienia oporowego służy do przenoszenia momentu obrotowego podczas montażu elementu oporowego 16 w tulejowej części prowadzącej 11. Grubość spawu 15 łączącego na stałe pierścień oporowy 14 z końcową częścią drąga 2 jest tak dobrana, aby przenieść wszelkie możliwe siły działające na urządzenie według wynalazku, to znaczy siły występujące podczas zderzeń, ściskające drąg 2, jak i dynamiczne siły pociągowe rozciągające drąg 2. Wewnętrzny otwór 22 elementu oporowego 16 jest przeznaczony do osadzenia na powierzchni drąga 2, a zatem średnica tego otworu jest taka sama jak średnica otworu prowadzącego 19 narzędziowej płyty montażowej. Średnica zewnętrzna bezpiecznikowego elementu pośredniego 12 jest odpowiednio mniejsza od średnicy zewnętrznej pierścienia oporowego 14, tak aby zapewnić wystarczającą powierzchnię styku 23 tego pierścienia z czołem tulejowej części prowadzącej 11.

PL 229 944 B1

Jak pokazano na fig. 6a i fig. 6b, płyta montażowa 3 jest połączona za pomocą śrub 4 z przegubem 24 wózka Jacobsa 25, a narzędziowa płyta montażowa łączy się poprzez śruby 13 z konstrukcją nośną pudła wagonu 26. Jako element pochłaniający energię 1 zostały wykorzystane dwa oddalone od siebie równoległe drągi 2, przenoszące naprężenia rozciągające wnikające z działania siły pociągowej, a jednocześnie zdolne do pochłaniania energii uderzeń.

Fig. 7 przedstawia urządzenie według wynalazku w etapie pochłaniania energii kinetycznej uderzenia. W przypadku wystąpienia granicznej siły działającej na narzędziową płytę montażową 7 i napierającej na drąg 2, następuje oderwanie bezpiecznikowego elementu pośredniego 12, w miejscu o najmniejszym przekroju poprzecznym, od przyspawanego pierścienia oporowego 14.

Uwolniony w ten sposób zespół skrawający 6 przemieszcza się wzdłuż osi drąga 2 w kierunku do płyty montażowej 3, a narzędzia tnące 8 skrawają powierzchnię drąga 2 pochłaniając w ten sposób energię kinetyczną zderzenia. Równoległe prowadzenie narzędziowej płyty montażowej 7 względem płyty montażowej 3 zapewnione jest przez zastosowanie tulejowej części prowadzącej 11 osadzonej suwliwie na drągu 2.

Claims (14)

1. Urządzenie pochłaniające energię uderzeń w zespołach konstrukcyjnych łączących pojazdy szynowe, które to urządzenie zawiera:

element pochłaniający energię (1), którego określone części nadają się do skrawania, narzędzia tnące (8) otaczające element pochłaniający energię (1), zamocowane w zespole skrawającym (6) przemieszczalnym równolegle do osi określonych części elementu pochłaniającego energię (1 ), oraz co najmniej jeden bezpiecznikowy element pośredni (12) zapewniający integralność połączenia pomiędzy elementem pochłaniającym energię (1) i zespołem skrawającym (6) do ustalonej granicznej wartości siły uderzenia, i umożliwiający osiowy przesuw tego zespołu skrawającego (6) względem elementu pochłaniającego energię (1) po przekroczeniu ustalonej granicznej wartości siły uderzenia, znamienne tym, że zawiera:

element pochłaniający energię (1), stanowiący zespół co najmniej dwóch oddalonych od siebie równoległych drągów (2) nadających się do skrawania, co najmniej jeden element oporowy (16) przenoszący siłę pociągową pomiędzy zespołem skrawającym (6) a drągami (2), narzędziową płytę montażową (7) stanowiąca część zespołu skrawającego (6), osadzoną na drągach (2) poprzez otwory prowadzące (19), oraz płytę montażową (3) zamocowaną na drągach (2), oddaloną od narzędziowej płyty montażowej (7).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element oporowy (16) ma postać pierścienia oporowego (14) zamocowanego do końcowej części drąga (2).

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że pierścień oporowy (14) jest zespolony z bezpiecznikowym elementem pośrednim (12) sprzężonym z zespołem skrawającym (6).

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że bezpiecznikowy element pośredni (12) ma postać gwintowanej tulei.

5. Urządzenie według zastrz. 1 albo 3, znamienne tym, że zespół skrawający (6) ma tulejową część prowadzącą (11) zintegrowaną z narzędziową płytą montażową (7).

6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że bezpiecznikowy element pośredni (12) jest połączony gwintowo z końcową częścią tulejowej części prowadzącej (11) zespołu skrawającego (6).

7. Urządzenie według zastrz. 3 albo 4 albo 6, znamienne tym, że pomiędzy pierścieniem oporowym (14) a bezpiecznikowym elementem pośrednim (12) znajduje się pierścieniowe podcięcie (20).

8. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, albo 7, znamienne tym, że pierścień oporowy (14) ma na swym obwodzie co najmniej jedno wgłębienie (21).

9. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, albo 7, albo 8, znamienne tym, że pierścień oporowy (14) jest połączony nierozłącznie z końcową częścią drąga (2).

PL 229 944 Β1

10. Urządzenie według zastrz. 1 albo 5, znamienne tym, że płyta montażowa (3) jest usytuowana równolegle do narzędziowej płyty montażowej (7), przy czym obydwie płyty montażowe (3, 7) są osadzone na przeciwnych końcach drągów (2).

11. Urządzenie według zastrz. 1 albo 10, znamienne tym, że płyta montażowa (3) jest osadzona na drągu (2) poprzez połączenie gwintowe.

12. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 9, albo 10, albo 11, znamienne tym, że drągi (2) są osadzone prostopadle do płyty montażowej (3) i narzędziowej płyty montażowej (7).

13. Urządzenie według zastrz. 1 albo 5, albo 10, albo 11, albo 12 , znamienne tym, że płyta montażowa (3) jest połączona z przegubem (24) wózka wspierającego dwa sąsiednie wagony, a narzędziowa płyta montażowa (7) jest połączona z konstrukcją nośną pudła wagonu (26).

14. Urządzenie według zastrz. 1 albo 5, albo 10, albo 11, albo 12, albo 13, znamienne tym, że płyta montażowa (3) i narzędziowa płyta montażowa (7) mają zasadniczo prostokątny kształt.