Торсионное энергопоглощающее устройство аварийной остановки транспортных средств
Торсионное энергопоглощающее устройство аварийной остановки транспортных средств относится к средствам пассивной безопасности транспортных средств и может найти применение для оснащения опасных участков дорог или мест, предназначенных для аварийной остановки транспортных средств (в том числе и железнодорожных). Торсионное энергопоглощающее устройство аварийной остановки транспортных состоит из расположенных в определенном порядке амортизаторов, в которых рассеивание кинетической энергии транспортных средств осуществляется за счет пластического кручения металлических стержней (торсионов). В состав амортизатора входят два торсиона, узлы их крепления и телескопический рычаг, состоящий из трубчатого элемента и втулки. Высота амортизатора регулируется взаимным расположением трубчатого элемента и втулки. Предлагаемая конструкция может неоднократно использоваться после срабатывания с восстановлением заданных демпфирующих характеристик при проведении несложных ремонтных операций.
Предполагаемая полезная модель относится к средствам пассивной безопасности транспортных средств и может найти применение для оснащения опасных мест или строений, расположенных в непосредственной близости с дорожным полотном (проезжей частью), а также участков дорог, предназначенных для аварийной остановки транспортных средств (в том числе и железнодорожных).
Известны многочисленные типы ограждений, включающие основания с закрепленными на них (непосредственно или через узлы крепления) ограничительными элементами, исполненные из профилированных металлических полос или тросов, главной задачей которых является препятствование движению транспортных средств в запрещенных (опасных) направлениях, а также рассеивание энергии удара при столкновении транспортного средства с ограждением [1]. Рассеивание энергии удара происходит за счет деформирования ограничительных элементов, узлов их крепления и элементов транспортного средства, а также за счет трения, возникающего между элементами транспортного средства и дорожным ограждением. Указанные конструкции обладают высокой прочностью, но низкой энергоемкостью в связи с чем, при столкновении транспортного средства с дорожным ограждением действующие на людей и грузы перегрузки могут превысить допустимые, а транспортному средству нанесен значительный ущерб. Известны конструкции демпфирующих устройств, принцип действия которых основан на рассеивании энергии воздействия за счет пластического кручения металлических стержней, обладающие достаточно высокой энергоемкостью и стабильностью характеристик амортизации, однако, в силу своего конструктивного исполнения не приемлемые для оснащения ими устройств аварийной остановки [2, 3, 4 и др.].
Задача, на решение которой направлено предлагаемое устройство, заключается в повышение безопасности пассажиров и перевозимых грузов при
остановке транспортного средства предлагаемым устройством, а также снижение причиняемого транспортному средству ущерба, за счет обеспечения высокой энергопоглощающей способности и оптимальной силы сопротивления.
Технический результат заключается также в том, что кроме указанных достоинств обеспечивается возможность многоразового использования устройства аварийной остановки, восстановление заданных демпфирующих характеристик после срабатывания, при проведении несложных ремонтных операций.
Указанные технические результаты достигаются тем, что конструкция устройства аварийной остановки состоит из расположенных в определенном порядке амортизаторов, использующих в качестве демпферов торсионные энергопоглощающие элементы, рассеивающих кинетическую энергию транспортных средств за счет упругопластического кручения.
Сущность предлагаемой конструкции поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено торсионное энергопоглощающее устройство аварийной остановки транспортных средств; на фиг.2 представлен торсионный амортизатор; на фиг.3 представлены торсионные энергопоглощающие элементы амортизатора; на фиг.4, 5 представлены узлы крепления торсионных энергопоглощающих элементов к основанию устройства; на фиг.6 представлен узел крепления торсионных энергопоглощающих элементов в амортизаторе; на фиг.7 представлена схема работы амортизатора при наезде транспортного средства; на фиг.8 представлен порядок работы с амортизаторами после остановки транспортного средства.
Конструкция торсионного энергопоглощающего устройства аварийной остановки транспортных средств (см. фиг.1) включает основание 1 и расположенные в определенном порядке амортизаторы 2. Для защиты устройства от погодных условий дополнительно может применяться кожух из мягких материалов (например, из полиэтилена), который одновременно при соответствующей раскраске, может служить визуальным ориентиром для водителей. В состав амортизатора входят (см. фиг.2) два энергопоглощающих
торсиона 4, являющиеся зеркальным отображением друг друга, два узла крепления 3 торсионных элементов к основанию устройства, телескопический рычаг, состоящий из трубчатого элемента 5 и втулки 6. На втулке 6 расположен П-образный кронштейн 8, на оси которого с возможностью вращения расположен диск 9. Высота амортизатора регулируется взаимным расположением трубчатого элемента 5 и втулки 6, которая фиксируется в необходимом положении шпилькой 7, входящей в отверстия трубчатого элемента и втулки. Энергопоглощающие торсионы 4, выполняются из отрезка металлического прута (см. фиг.3), участки которого последовательно изогнуты таким образом, что в каждом торсионном элементе имеется рабочая часть (пластический торсион) 12 и два рычага 11, 13, которые располагаются под требуемым углом относительно рабочей части. На фиг.4, 5 представлены некоторые из вариантов исполнения узлов крепления торсионных энергопоглащающих элементов к основанию устройства. Торсионные энергопоглощающие элементы 4 могут крепиться к основанию устройства посредством трубки 10, соединенной с основанием узла крепления 3 сварочным швом 14 (см. фиг.4) или посредством профилированного элемента 15 (см. фиг.5). На фиг.6 представлен узел крепления торсионных энергопоглощающих элементов 4 к трубчатому элементу 5 телескопического рычага амортизатора.
Изготовление и сборка предлагаемой конструкции просты и выполняются обычными известными методами. Торсионные энергопоглощающие элементы могут изготовляться из прутков малоуглеродистых, среднеуглеродистых и легированных сталей имеющих заданные размеры и определенный диаметр, путем последовательного изгиба во взаимно перпендикулярных плоскостях под заданными углами с последующей термообработкой (для придания элементам требуемых характеристик) или без нее.
В случае столкновения транспортного средства с торсионным энергопоглощающим устройством аварийной остановки происходит поворот телескопических рычагов амортизаторов первого ряда, который вызывает скручивание энергопоглощающих торсионов и тем самым рассеяние кинетической энергии транспортного средства. По мере продвижения транспортного
средства в работу будут включаться следующие за первым рядом амортизаторы.
На фиг.7 представлена работа торсионного амортизатора. Исходное состояние транспортного средства 14 и амортизатора в момент столкновения представлено на фиг.7а (стрелкой показано направление движения транспортного средства). Воздействие внешней нагрузки, величина которой превышает суммарную силу сопротивления скручиванию рабочих частей 4, вызывает поворот телескопического рычага амортизатора 5 на угол 
, что обуславливает пластическое скручивание рабочих частей 4 на этот же угол и, соответственно, поглощение энергии воздействующей нагрузки (см. фиг.7б). При этом диск 9 амортизатора обкатывает элементы конструкции транспортного средства, что обеспечивает минимальные повреждения последнему.
После остановки транспортного средства устройством часть амортизаторов, вследствие особенностей конструкции, а также некоторого разворота амортизаторов в обратном направлении, обусловленного упругой разгрузкой торсионных энергопоглащающих элементов, будет препятствовать эвакуации транспортного средства с устройства аварийной установки (см. фиг.8а). С целью исключения сопротивления амортизаторов при эвакуации транспортного средства необходимо провести работы по уменьшению длины амортизаторов. Это достигается извлечением из телескопического рычага фиксатора 7 (см. фиг.8б), при этом втулка 6 входит в трубчатый элемент 5, тем самым уменьшая длину телескопического рычага.
Общая величина энергопоглощения торсионного энергопоглощающего устройства аварийной остановки транспортных средств складывается из величин энергопоглощения амортизаторов, на которые непосредственно пришлось соударение. Общая величина энергопоглощения и ход амортизации могут быть заданы в широких пределах путем изменения количества амортизаторов и композиции их установки на основании устройства, путем задания определенных размеров (длин и диаметров) рабочих частей 4, а также путем выбора материала торсионного энергопоглощающего элемента механической
и термической обработки [5]. Силовая характеристика устройства аварийной остановки будет также зависеть от этих параметров. Например, увеличивая от первого ряда к последующим количество амортизаторов, или не изменяя количества амортизаторов, а, повышая диаметр торсионных рабочих элементов можно достичь нарастающего сопротивления устройства и тем самым оптимальной силовой характеристики устройства аварийной остановки транспортных средств. Минимальная начальная сила сопротивления устройства может соответствовать максимальной силе воздействия легкового автомобиля при которой он не получает повреждений. Высота амортизаторов в устройстве может также возрастать от первого ряда к последующим, для исключения участия в работе остановки грузовых транспортных средств первых «слабых» рядов амортизаторов.
Следует отметить, что торсионное энергопоглощающее устройство аварийной остановки транспортных средств обладает высокой удельной энергоемкостью и стабильностью характеристик амортизации, которые присущи амортизирующим устройствам, принцип действия которых основан на рассеивании энергия воздействия за счет пластического кручения металлических стержней.
Торсионное энергопоглощающее устройство аварийной остановки транспортных средств обладает и другим положительным качеством, заключающемся в том, что частично или полностью сработавшие амортизаторы могут быть вновь и многократно приведены в исходное положение, а их энергопоглощающая способность восстановлена. Это обеспечивается путем проведения определенных ремонтных работ, причем без замены каких-либо элементов. При этом необходимо применение силовых устройств (гидроцилиндров с выдвижным штоком или домкратов) которые посредством воздействия создаваемой ими нагрузки подвергают торсионные энергопоглощающие элементы медленному принудительному деформированию в обратном направлении. Количество циклов «деформирование под воздействием ударной нагрузки - обратное принудительное деформирование» может составлять от десятков до сотен циклов без изменения заданных исходных характеристик.
Указанные ремонтные операции можно проводить и без отсоединения амортизаторов от основания устройства.
Предполагаемая полезная модель проста и технологична, не требует регулярного технического обслуживания, обладает высокой удельной энергоемкостью, оптимальной и стабильной силовой характеристикой, независящей от условий внешней среды и параметров внешнего воздействия
ЛИТЕРАТУРА:
1. Бабков В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения. - М.: Транспорт, 1982. - 288 с.
2. АС СССР №1390966 от 14.07.1986 г., В 64 С 3/26 «Многослойная амортизационная оболочка».
3. Патент РФ №2207261 от 13.12.2001 г., В 60 R 19/56, «Энергопоглощающий буфер грузового автомобиля».
4. Патент РФ на полезную модель №51632, «Торсионный энергопоглощающий элемент дорожного ограждения».
5. Тихомиров А.Г. Использование предварительного наклепа торсионных рабочих элементов в упругопластических системах противоударной защиты. - М.: «Машиностроитель», №1, 2004. - 6 с.
Торсионное энергопоглощающее устройство аварийной остановки транспортных средств, включающее основание и расположенные на нем в определенном порядке, определяющим силовую характеристику устройства, амортизаторы, состоящие из пластических торсионов, рассеивающих энергию ударного воздействия за счет пластического кручения и рычагов, отличающееся тем, что рычаги, состоящие из трубчатого элемента и втулки, на конце которой расположен П-образный кронштейн, на оси которого с возможностью вращения расположен диск, обкатывающий элементы конструкции транспортного средства при наезде, путем изменения взаимного расположения трубчатого элемента и втулки, фиксирующегося в необходимом положении шпилькой, входящей в отверстия трубчатого элемента и втулки, имеют изменяемую высоту.
