RU2549426C2

RU2549426C2 - Friction polymeric shock-absorber

Info

Publication number: RU2549426C2
Application number: RU2013137352/11A
Authority: RU
Inventors: Павел Дмитриевич Жиров; Алексей Петрович Болдырев
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2015-04-27
Also published as: RU2013137352A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: friction-polymeric shock-absorber for the automatic coupler equipment comprises the housing (1), where a pressure cone, frictional wedges located in contact with spring-loaded package of elastic polymeric elements, moving friction plates and fixed friction plates incorporating anti-friction elements are placed. The shock-absorber is fitted with mechatronic module designed as electromagnets, built-in in the housing of the device along the side of contact of moving friction plates with the shock-absorber housing, motion and force sensors, and microcontroller, which on the basis of readings of sensors forms the holding force.

EFFECT: stability of force characteristics, increase of energy content, reliability and longevity of the device.

1 dwg

Description

Изобретение относится преимущественно к железнодорожному транспорту и касается фрикционных поглощающих аппаратов автосцепки железнодорожных транспортных средств.The invention relates mainly to railway transport and relates to friction absorbing devices for automatic coupling of railway vehicles.

Из существующего уровня техники известен пружинно-фрикционный амортизатор (Авт. св. №906762), содержащий корпус, в котором размещены нажимной клин, фрикционные клинья, расположенные в контакте с поджатой пружинами опорой, пружинный комплект, подвижные фрикционные пластины и неподвижные фрикционные пластины с разгружающими выступами, между которыми закреплены износоустойчивые металлокерамические элементы.From the current level of technology, a spring-friction shock absorber is known (Aut. St. No. 906762), comprising a housing in which a pressure wedge is placed, friction wedges located in contact with a spring supported by a support, a spring set, movable friction plates and fixed friction plates with unloading protrusions between which wear-resistant cermet elements are fixed.

Недостатком этого амортизатора является пониженная эффективность, обусловленная нестабильностью силовой характеристики амортизатора, проявляющейся в форме скачкообразного характера изменения силы при ударном сжатии и связанной с фрикционными автоколебаниями при скольжении, этому способствуют и большие углы наклона поверхностей нажимного клина, которые необходимо задавать при использовании малоэнергоемкого пружинного комплекса.The disadvantage of this shock absorber is the reduced efficiency due to the instability of the power characteristic of the shock absorber, which manifests itself in the form of an abrupt nature of the force change during shock compression and associated with frictional self-oscillations during sliding, which is also facilitated by the large angles of inclination of the surfaces of the pressure wedge, which must be set when using a low-energy spring complex.

Известен фрикционно-полимерный поглощающий аппарат автосцепки (патент RU №2397896), содержащий корпус, внутри которого размещены подвижные и неподвижные фрикционные пластины, выполненные с уклонами, и распорный блок, который поджат полимерными упругими элементами и заполнен объемно-сжимаемым эластомером.Known friction-polymer absorbing automatic coupling device (patent RU No. 2397896), comprising a housing inside which are movable and fixed friction plates made with slopes, and a spacer block, which is preloaded by polymer elastic elements and filled with a volume-compressible elastomer.

Этому аппарату свойственна сложность конструкции уплотнений распорного блока, используемых для поддержания его работоспособности в условиях высоких давлений, что усложняет процесс изготовления. При ударном сжатии при отсутствии герметичности распорного блока произойдет вытекание из него объемно-сжимаемого эластомера и последующее существенное снижение давления в рабочей камере блока. Это повлияет на стабильность показателей энергоемкости аппарата.This apparatus is characterized by the complexity of the design of the spacer block seals used to maintain its performance under high pressures, which complicates the manufacturing process. During shock compression in the absence of tightness of the spacer block, a volume-compressible elastomer will leak out of it and a subsequent significant pressure drop in the working chamber of the block will occur. This will affect the stability of the energy intensity of the device.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является фрикционно-полимерный амортизатор (патент RU № 2128301), содержащий корпус в виде стакана, в котором размещены нажимной усеченный конус, фрикционные клинья с опорной плитой, подвижные и неподвижные фрикционные пластины, снабженные износоустойчивыми металлокерамическими элементами, а также возвратно-подпорное устройство в виде пакета упругих элементов из полимера (термоэластопласта), разделенных между собой пластинами. Пакет полимерных элементов расположен совместно с опорной плитой и клиньями между нажимным конусом и днищем корпуса и стянут болтом через имеющиеся в элементах центральные отверстия.Closest to the technical nature of the claimed invention is a friction-polymer shock absorber (patent RU No. 2128301), comprising a housing in the form of a glass, in which a truncated pressure cone, friction wedges with a support plate, movable and fixed friction plates equipped with wear-resistant ceramic-metal elements are placed, and also a back-retaining device in the form of a package of elastic elements made of polymer (thermoplastic elastomer), separated by plates. The package of polymer elements is located together with the base plate and the wedges between the pressure cone and the bottom of the housing and is pulled together with a bolt through the central holes in the elements.

Недостатками этого амортизатора является зависимость от подпорного усилия, вогнутый вид силовых характеристик возвратно-подпорного устройства и поглощающего аппарата в целом, обусловленный несовершенной формой применяемых упругих элементов, что ограничивает значения показателей энергоемкости поглощающего аппарата на уровне, соответствующем классу Т1, а также низкая надежность пакета упругих элементов при высоких скоростях соударения вагонов и низкой температуры окружающей среды.The disadvantages of this shock absorber are the dependence on the retaining force, the concave form of the power characteristics of the reciprocating device and the absorbing apparatus as a whole, due to the imperfect shape of the applied elastic elements, which limits the values of the energy consumption of the absorbing apparatus at a level corresponding to class T1, as well as the low reliability of the elastic package elements at high collision speeds of cars and low ambient temperature.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы амортизатора за счет повышения стабильности его силовых характеристик путем устранения фрикционных автоколебаний и, соответственно, скачкообразного характера изменения силы при ударном сжатии, а также сравнительно простую конструкцию.The objective of the invention is to increase the efficiency of the shock absorber by increasing the stability of its power characteristics by eliminating frictional self-oscillations and, accordingly, the spasmodic nature of the change in force under shock compression, as well as a relatively simple design.

Указанная задача достигается во фрикционно-полимерном амортизаторе удара, содержащем корпус, в котором размещены нажимной конус, фрикционные клинья, расположенные в контакте с опорной плитой, опирающейся на упругий массив, подвижные фрикционные пластины, неподвижные фрикционные пластины с износоустойчивыми металлокерамическими элементами, мехатронный модуль в виде блоков электромагнитов, датчики движения и усилия и блок управления мехатронным модулем на основе запрограммированного микроконтроллера с элементами питания. Упругий массив выполнен в виде нескольких последовательно расположенных блоков, разделенных между собой центрирующими металлическими пластинами. Новым в заявленном изобретении является наличие мехатронного модуля в виде управляемых электромагнитов, встроенного в корпус аппарата по стороне контакта подвижных пластин с корпусом амортизатора. Управление силой удерживания электромагнитов и, как следствие, силой на аппарате, осуществляется запрограммированным микроконтроллером, который на основе датчиков движения и усилия формирует наиболее подходящую силу.This task is achieved in a friction-polymer shock absorber containing a housing in which a pressure cone is placed, friction wedges located in contact with a support plate resting on an elastic array, movable friction plates, stationary friction plates with wear-resistant cermet elements, a mechatronic module in the form electromagnet blocks, motion and force sensors, and a mechatronic module control unit based on a programmed microcontroller with batteries. The elastic array is made in the form of several consecutively arranged blocks separated by centering metal plates. New in the claimed invention is the presence of a mechatronic module in the form of controlled electromagnets integrated in the apparatus housing on the contact side of the movable plates with the shock absorber housing. The holding force of the electromagnets and, as a consequence, the force on the device are controlled by a programmed microcontroller, which forms the most suitable force on the basis of motion and force sensors.

Применение во фрикционно-полимерном амортизаторе мехатронного модуля в виде управляемых электромагнитов повышает стабильность силовых характеристик и энергоемкость аппарата: во-первых, за счет управляемого усилия прижатия фрикционных пластин к корпусу увеличивается сила трения и существенно увеличивается энергоемкость аппарата, и, во-вторых, за счет увеличения нагрузки на фрикционную часть аппарата существенно снижается нагрузка на упругий массив, что повышает надежность конструкции.The use of a mechatronic module in the form of controlled electromagnets in the friction-polymer shock absorber increases the stability of the power characteristics and the energy intensity of the apparatus: firstly, due to the controlled force of pressing the friction plates against the housing, the friction force increases and the energy intensity of the apparatus increases significantly, and secondly, due to increasing the load on the friction part of the apparatus significantly reduces the load on the elastic array, which increases the reliability of the design.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид фрикционно-полимерного амортизатора удара.The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the friction-polymer shock absorber.

Фрикционно-полимерный амортизатор удара содержит полый четырехгранный корпус 1, в котором расположены подвижные фрикционные пластины 2, нажимной конус 3, фрикционные клинья 4, контактирующие с опорной плитой 5, неподвижные фрикционные пластины 6 с износоустойчивыми металлокерамическими элементами 7. Плита 5 опирается на комплект упругих полимерных элементов 8, разделенных между собой центрирующим пластинами 9. Комплект полимерных элементов 8 совместно с опорной плитой 5, клиньями 4, нажимным конусом 3 и днищем корпуса 1 стянут болтом 10 через имеющиеся в элементах 8, опорной плите 5 и нажимном конусе 3 центральные отверстия. В корпус 1 встроен блок электромагнитов 11, управляемых блоком управления на основе микрокотроллера с элементами питания 12. Для определения параметров работы мехатронного модуля в поглощающий аппарат встраиваются датчики движения и усилия 13, фиксирующие текущее состояние поглощающего аппарата.Friction-polymer shock absorber contains a hollow tetrahedral housing 1, in which there are movable friction plates 2, pressure cone 3, friction wedges 4 in contact with the base plate 5, stationary friction plates 6 with wear-resistant cermet elements 7. Plate 5 is based on a set of elastic polymer elements 8 separated by centering plates 9. A set of polymer elements 8 together with a base plate 5, wedges 4, a pressure cone 3 and the bottom of the housing 1 are pulled together by a bolt 10 through and central openings located in the elements 8, the base plate 5 and the pressure cone 3. A block of electromagnets 11 is mounted in the housing 1, which are controlled by a control unit based on a microcotroller with batteries 12. To determine the operation parameters of the mechatronic module, motion sensors and forces 13 are integrated into the absorbing device, which record the current state of the absorbing device.

Фрикционный амортизатор работает следующим образом. Под действием сжимающей нагрузки и подпорного усилия со стороны упругого комплекта 8 фрикционные клинья 4 создают давление на основных поверхностях трения (поверхностях контакта подвижных 2 и неподвижных 6 фрикционных пластин и корпуса 1). Также дополнительное давление на поверхностях контакта подвижных пластин 2 и корпуса 1 создает мехатронный модуль в виде блоков электромагнитов 11, который обеспечивают заданный блоком управления 12 уровень силы удерживания. После прекращения действия силы удара, фрикционные подвижные пластины 2 выталкиваются в первоначальное положение подпорным комплектом полимерных элементов 8. Основная часть энергии удара поглощается на основных поверхностях трения (поверхностях контакта подвижных 2 и неподвижных 6 фрикционных пластин и корпуса 1). Частично энергия поглощается на вспомогательных поверхностях трения (поверхностях контакта нажимного конуса 3 и фрикционных клиньев 4, поверхностях контакта опорной плиты 5 и фрикционных клиньев 4). Часть энергии воспринимается подпорным комплектом полимерных элементов 8.Friction shock absorber works as follows. Under the action of the compressive load and the retaining force from the side of the elastic set 8, the friction wedges 4 create pressure on the main friction surfaces (contact surfaces of the movable 2 and the stationary 6 friction plates and the housing 1). Also, additional pressure on the contact surfaces of the movable plates 2 and the housing 1 creates a mechatronic module in the form of blocks of electromagnets 11, which provide the level of holding force specified by the control unit 12. After the termination of the impact force, the friction movable plates 2 are pushed into the initial position by the retaining set of polymer elements 8. The main part of the impact energy is absorbed on the main friction surfaces (contact surfaces of the movable 2 and stationary 6 friction plates and the housing 1). Partially, the energy is absorbed on the auxiliary friction surfaces (contact surfaces of the pressure cone 3 and friction wedges 4, contact surfaces of the base plate 5 and friction wedges 4). Part of the energy is perceived by a retaining set of polymer elements 8.

Claims

Friction-polymer shock absorber for an automatic coupler of railway vehicles, comprising a housing in which a pressure cone is placed, friction wedges located in contact with a preloaded set of elastic polymer elements, movable friction plates and stationary friction plates with wear-resistant elements, characterized in that the shock absorber equipped with a mechatronic module in the form of blocks of controlled electromagnets built into the apparatus body on the contact side of the movable plates with the body with a mustache of a shock absorber, motion and force sensors and a programmed microcontroller, which, based on the readings of the sensors, forms a holding force.