Торсионное демпфирующее устройство
Торсионное демпфирующее устройство относится к средствам пассивной безопасности транспортных средств и может найти применение для оснащения опасных мест и строений, расположенных в непосредственной близости с дорожным полотном (проезжей частью), участков дорог, предназначенных для аварийной остановки транспортных средств и др. Торсионное демпфирующее устройство состоит из корпуса и расположенных в нем упругих торсионов, одним концом соединенных с корпусом, другим концом, снабженным рычагом, взаимодействующих со штоком, воспринимающим ударную нагрузку, имеющим цилиндрические кулачки. Рассеяние кинетической энергии транспортного средства осуществляется за счет чередующихся процессов упругого кручения рабочих частей торсионных элементов и самопроизвольного восстановления их формы, осуществляющихся при воздействии цилиндрических кулачков штока на рычаги торсионов, расположенных по группам в определенном порядке, обеспечивающим последовательное включение их в работу. Предлагаемая конструкция может неоднократно использоваться после срабатывания с восстановлением заданных демпфирующих характеристик при проведении несложных операций.
Предполагаемая полезная модель относится к средствам пассивной безопасности транспортных средств и может найти применение для оснащения опасных мест и строений, расположенных в непосредственной близости с дорожным полотном (проезжей частью), участков дорог, предназначенных для аварийной остановки транспортных средств и др.
Известны многочисленные типы ограждений, включающие основания и ограничительные элементы, исполненные из профилированных металлических полос или тросов, 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. Данные конструкции обладают высокой прочностью, но низкой энергоемкостью. Известны конструкции демпфирующих устройств, принцип действия которых основан на рассеивании энергии воздействия за счет пластического кручения металлических стержней [2, 3, 4 и др.]. Указанные конструкции обладают достаточно высокой энергоемкостью, но имеют ограниченный ресурс работы, вследствие
происходящих текстурных изменений в материале рабочих элементов, что обуславливает низкую надежность работы при повторном использовании.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое устройство, заключается в повышение безопасности пассажиров и перевозимых грузов при остановке транспортного средства предлагаемым устройством, за счет обеспечения высокой надежности работы и стабильности характеристик амортизации. Технический результат заключается также в том, что обеспечивается возможность неограниченного использования устройства, без изменения заданных демпфирующих характеристик после срабатывания, при проведении несложных восстановительных операций.
Указанные технические результаты достигаются тем, что конструкция торсионного демпфирующего устройства состоит из корпуса и расположенных в нем в определенном порядке упругих торсионов одним концом соединенных с корпусом, другим концом, снабженным рычагом, взаимодействующие со штоком, воспринимающим ударную нагрузку. Рассеивание кинетической энергии транспортных средств осуществляется за счет упругого скручивания материала торсионов при воздействии цилиндрических кулачков штока, при котором происходит переход кинетической энергии транспортного средства в потенциальную энергию упругой деформации и ее рассеивание (после освобождения рычага при прохождении кулачка штока в корпусе) за счет совершаемой работы восстановления исходной формы торсионов.
Сущность предлагаемой конструкции поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено торсионное демпфирующее устройство; на фиг.2 представлено торсионное демпфирующее устройство в разрезе; на фиг.3 представлен рабочий элемент торсионного демпфирующего устройства; на фиг.4 представлен шток торсионного демпфирующего устройства; на фиг.5 представлен корпус торсионного демпфирующего устройства; на фиг.6 представлена силовая характеристика торсионного демпфирующего устройства.
Конструкция торсионного демпфирующего устройства (см. фиг.1, 2) включает корпус 1, расположенные в определенном порядке торсионные рабочие элементы 3, одним концом крепящиеся к корпусу гайками 4, вторым концом взаимодействующие со штоком 2 и фиксаторы 5, препятствующие изгибу торсионов, крепящиеся к корпусу винтами 6. Торсионные рабочие элементы 3, выполняются из отрезка металлического прута (см. фиг.3), участки которого последовательно изогнуты таким образом, что в каждом торсионном элементе имеется рабочая часть (упругий торсион) 8, рычаг 7, который располагается под требуемым углом относительно рабочей части и узел крепления 9, имеющий резьбу под гайку 4. Диаметр и длина упругого торсиона, а также материал и вид термической обработки выбираются из условия нахождения торсионного рабочего элемента в упругой области при максимальном угле скручивания. Шток (см. фиг.4) представляет собой вал 11 с выполненными заодно цилиндрическими кулачками 10. Корпус устройства (см. фиг.5) выполнен цельным, с двумя торцевыми отверстиями, имеющими диаметр равный диаметру цилиндрических кулачков штока и длину,
обеспечивающую только прямолинейное движение штока. По торцам корпуса выполнены пазы 12, шириной равной диаметру узла крепления торсионного элемента. Пазы располагаются на различном расстоянии друг от друга (см. фиг.1), обеспечивающим определенный порядок работы торсионных элементов, которые разбиты на ячейки I, II...N по три группы торсионных рабочих элементов («а», «б», «в»), состоящих из 4-х торсионных элементов каждая, что обеспечивает последовательное включение торсионов каждой группы в работу. В корпусе (см. фиг.5) симметрично пазам 12 выполнены прорези 13, через которые проходят винты, крепящие фиксаторы торсионов к корпусу устройства. Длина прорезей равна радиусу цилиндрических кулачков штока.
Изготовление и сборка предлагаемой конструкции просты и выполняются обычными известными методами. Торсионные 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 термической обработкой (для придания элементам требуемых характеристик) или без нее.
В случае столкновения транспортного средства с торсионным демпфирующим устройством происходит вход штока в корпус устройства, последовательное воздействие цилиндрических кулачков штока на рычаги торсионов группы «а», «б» и «в», вызывающее скручивание рабочих частей торсионов в упругой области и, соответственно, поглощение энергии воздействующей
нагрузки и, затем, восстановление исходной формы торсионных элементов после высвобождения рычагов, и тем самым рассеяние кинетической энергии транспортного средства. Рассеянная торсионным демпфирующим устройством энергия (см. фиг 6) равна площади под суммарной силовой характеристикой, показанной пилообразной кривой. На фиг.6 символами Ха , Xб, Xв обозначены перемещения цилиндрических кулачков штока от начала скручивания торсионов групп «а», «б» и «в» до их высвобождения.
Общая величина энергопоглощения и ход амортизации могут быть заданы в широких пределах путем изменения количества торсионных элементов и композиции их установки в корпусе устройства, путем задания определенных размеров (длин и диаметров) рабочих частей, а также путем выбора материала торсионного элемента, механической и термической обработки [5]. Силовая характеристика торсионного демпфирующего устройства будет также зависеть от этих параметров.
После срабатывания устройство приводиться в исходное состояние путем сдвига торсионных элементов относительно штока после ослабления гаек 4 и винтов 6, выдвижения штока (при этом рычаги торсионов не препятствуют движению штока) и установки торсионных элементов в исходное состояние с затяжкой креплений.
Предполагаемая полезная модель проста и технологична, не требует регулярного технического обслуживания, обладает высокой удельной энергоемкостью, стабильной силовой характеристикой, независящей от условий внешней среды и параметров ударного 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 демпфирующее устройство, включающее корпус и расположенные в нем торсионы, одним концом соединенные с корпусом, другим концом, снабженным рычагом, взаимодействующие со штоком, воспринимающим ударную нагрузку, отличающееся тем, что рассеяние кинетической энергии транспортного средства осуществляется за счет чередующихся процессов упругого кручения рабочих частей торсионных элементов и самопроизвольного восстановления их формы, осуществляющихся при воздействии цилиндрических кулачков штока на рычаги торсионов, расположенных по группам в определенном порядке, обеспечивающем последовательное включение их в работу.
