PL226548B1

PL226548B1 - Urządzenie pochłaniające energię uderzeń wagonów kolejowych

Info

Publication number: PL226548B1
Application number: PL410337A
Authority: PL
Inventors: Jan Kukulski; Leszek Wasilewski
Original assignee: Axtone Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2017-08-31
Also published as: EP3227158A1; US10994755B2; RU2684246C2; RU2017123151A3; US10252734B2; AU2015356676A1; AU2015356676B2; US20190225244A1; CN107107925A; KR102338794B1; RU2017123151A; EP3227158B1; CN107107925B; US20170361855A1; CA2969305A1; KR20170088404A; WO2016088012A1; PL410337A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie pochłaniające energię uderzeń wagonów kolejowych, mające zastosowanie w szczególności w kolejowych sprzęgach centralnych.

Znane jest z opisu patentowego nr PL 202 114 urządzenie pochłaniające energię uderzeń, zawierające jednoczłonowy 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 nr 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 o wysokiej energii kinetycznej.

Znane urządzenia dobrze spełniają swoje zadanie w typowych warunkach zderzeń, jednak w przypadku wystąpienia zwiększonych odchyleń kątowych pomiędzy uderzającymi w siebie wagonami następują niekontrolowane przemieszczenia pomiędzy korpusową tuleją z narzędziami skrawającymi i skrawanym drągiem. Takie przemieszczenie powoduje deformację współpracujących ze sobą elementów, co w konsekwencji uniemożliwia dalsze skuteczne pochłanianie energii.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia pochłaniającego energię uderzeń o zwiększonej odporności na działanie sił bocznych, które przy swej prostej konstrukcji byłoby zdolne do pochłaniania dużych energii w sytuacjach nadzwyczajnych, takich jak zderzenia wagonów kolejowych i do zabezpieczania tych wagonów przed zniszczeniem, w szczególności przy zwiększonych odchyleniach kątowych występujących pomiędzy uderzającymi w siebie wagonami.

Urządzenie według wynalazku zawiera jednoczłonowy drąg, którego część nadaje się do skrawania za pomocą otaczających go narzędzi tnących zamocowanych w korpusowej tulei i skierowanych do wnętrza tej tulei. Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że jednoczłonowy drąg ma kątową część naprowadzającą przechodzącą w część nadającą się do skrawania i jest zamocowany przegubowo w podporze, przy czym korpusowa tuleja z zamocowanymi narzędziami tnącymi jest połączona z podporą za pomocą zrywalnych elementów.

Korzystnie, kątowa część naprowadzająca jednoczłonowego drąga jest połączona z uchem osadzonym w otworach podpory za pomocą osi prostopadłej do osi jednoczłonowego drąga.

Korzystnie, zrywalne elementy stanowią śruby o określonej wytrzymałości.

Korzystnie, powierzchnia kątowej części naprowadzającej jest pochylona pod kątem w granicach 7° do 30° względem osi jednoczłonowego drąga, korzystniej w granicach 11° do 23°, jeszcze bardziej korzystnie w granicach 12° do 18°.

Korzystnie, kątowa część naprowadzająca ma kształt stożkowy.

Korzystnie, jednoczłonowy drąg ma postać tulei.

Korzystnie, jednoczłonowy drąg ma zwiększającą się grubość ścianki w kątowej części naprowadzającej.

Korzystnie, ucho osadzone w otworach podpory ma walcową część przeznaczoną do osadzenia w gnieździe wykonanym w kątowej części naprowadzającej jednoczłonowego drąga.

Korzystnie, twardość warstwy wierzchniej początkowego obszaru powierzchni kątowej części naprowadzającej jest większa od granicy skrawalności, przy czym w miarę zbliżania się do części jednoczłonowego drąga nadającej się do skrawania twardość warstwy wierzchniej kątowej części naprowadzającej maleje poniżej granicy skrawalności.

Przegubowe zamocowanie jednoczłonowego drąga w podporze oraz zastosowanie zrywalnych elementów łączących korpusową tuleję z podporą, umożliwia łatwiejsze osiowanie się jednoczłonowego drąga przy kontakcie jego kątowej części naprowadzającej z narzędziami tnącymi zamocowanymi w korpusowej tulei.

Przez połączenie kątowej części naprowadzającej jednoczłonowego drąga z uchem osadzonym wahliwie w otworach podpory uzyskano proste przegubowe połączenie, zapewniające obrót jednoczłonowego drąga względem korpusowej tulei wyposażonej w narzędzia tnące.

Zastosowanie śrub o określonej wytrzymałości zrywalnych elementów upraszcza konstrukcję, ponieważ śruby te są wykorzystywane w urządzeniu według wynalazku jednocześnie jako elementy

PL 226 548 B1 złączne i elementy bezpiecznikowe, określające granicę siły naporu wagonów na siebie, przy której następuje zainicjowanie pochłaniania energii poprzez skrawanie.

Pochylenie powierzchni części naprowadzającej pod kątem w granicach 7° do 30° względem osi jednoczłonowego drąga umożliwia sprawne osiowanie tego jednoczłonowego drąga względem korpusowej tulei z narzędziami tnącymi. Zwiększenie pochylenia powyżej granicy 30° mogłoby powodować wbijanie się narzędzi tnących w początkowy obszar powierzchni kątowej części naprowadzającej i jego deformację, a przez to uniemożliwiać przemieszczanie się korpusowej tulei z narzędziami tnącymi w obszar jednoczłonowego drąga przeznaczony do skrawania.

Powiększenie grubości ścianek kątowej części naprowadzającej w kierunku części nadającej się do skrawania ma na celu zwiększenie sztywności postaciowej i zapobieżenie deformacji w tym obszarze.

Walcowa część ucha umożliwia jego dokładne osiowe osadzenie względem osi jednoczłonowego drąga.

Utwardzenie warstwy zewnętrznej początkowego obszaru powierzchni kątowej części naprowadzającej ma na celu spowodowanie ślizgowego kontaktu narzędzi skrawających z tym początkowym obszarem i zapewnienie w ten sposób lepszego naprowadzania dalszej części jednoczłonowego drąga nadającej się do skrawania względem korpusowej tulei z narzędziami skrawającymi, a przez to bardziej skuteczne osiowanie tego jednoczłonowego drąga względem wymienionej korpusowej tulei.

Przedmiot wynalazku został zilustrowany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie pochłaniające energię uderzeń wagonów kolejowych według wynalazku w stanie spoczynkowym, przed uderzeniem, w widoku z góry z częściowym przekrojem osiowym, fig. 2 - urządzenie pochłaniające energię w stanie spoczynkowym, w widoku z boku z częściowym przekrojem osiowym, fig. 3 - urządzenie pochłaniające energię w widoku z przodu, fig. 4 - urządzenie pochłaniające energię w widoku aksonometrycznym, fig. 5 - urządzenie według wynalazku w widoku z góry, takim jak na fig. 1, w pierwszym etapie naprowadzania, fig. 6 - urządzenie według wynalazku w końcowym etapie naprowadzania, zaś fig. 7 - urządzenie według wynalazku w etapie pracy.

Jak przedstawiono w przykładzie wykonania na fig. 1 i fig. 2, urządzenie pochłaniające energię uderzeń wagonów kolejowych według wynalazku zawiera stalowy jednoczłonowy drąg 1 z częścią 2 nadającą się do skrawania oraz z kątową częścią naprowadzającą 3 o powierzchni nachylonej względem osi jednoczłonowego drąga 1 pod kątem a = 15°. Jednoczłonowy drąg 1 ma postać tulei o zasadniczo stałej grubości w części 2 nadającej się do skrawania, a w części naprowadzającej 3 postać stożka ściętego. Ponadto, końcowy obszar części naprowadzającej 3 pełni funkcję obszaru przeznaczonego zarówno do naprowadzania, jak i do początkowego skrawania. W części naprowadzającej 3 jest wykonane cylindryczne, osiowe gniazdo 4, w którym jest osadzona walcowa część 5 ucha 6. Ta walcowa część 5 jest ponadto przyspawana do powierzchni czołowej kątowej części naprowadzającej 3. Wykonanie kątowej części naprowadzającej 3 w postaci stożka ściętego z cylindrycznym gniazdem 4 pozwala na uzyskanie zwiększającej się grubości tej części w miarę zbliżania się do nadającej się do skrawania części 2. W otworze 7 ucha 6 oraz w otworach 8 podpory 9 jest umieszczona oś 10, prostopadła do osi 11 jednoczłonowego drąga 1, umożliwiająca wahliwe zamocowanie ucha 6, a wraz z nim wahliwe zamocowanie całego jednoczłonowego drąga 1.

Podpora 9 jest przytwierdzona do korpusowej tulei 12 zrywalnymi elementami 13 w postaci śrub o określonej wytrzymałości na zrywanie. Odpowiedni dobór liczby, średnicy i wytrzymałości materiału śrub pozwala na ustalenie granicy, przy której następuje oderwanie się korpusowej tulei 12 od podpory 9, a zatem pozwala na określenie granicznej siły występującej pomiędzy uderzającymi w siebie wagonami kolejowymi, przy której zostaje zapoczątkowany etap pochłaniania energii kinetycznej poprzez skrawanie. W tym celu korpusowa tuleja 12 jest wyposażona w narzędzia tnące 14 rozmieszczone obwodowo i zamocowane na swej części czołowej.

Narzędzia tnące 14 są skierowane do wnętrza korpusowej tulei 12, a wierzchołki 15 ostrzy tych narzędzi tnących 14 są rozmieszczone na mniejszej średnicy niż średnica walcowej części 2 jednoczłonowego drąga 1.

W przedstawionym przykładzie wykonania jednoczłonowy drąg 1 ma utwardzony początkowy obszar powierzchni kątowej części naprowadzającej 3 do wartości w granicach 45-55 HRC przy twardości ostrzy narzędzi tnących w granicach 58-63 HRC. Jako początkowy obszar powierzchni kątowej części naprowadzającej 3 dla potrzeb interpretacji przykładu wykonania wynalazku przyjęto powierzchnię boczną stożka ściętego rozpoczynającą się od jego najmniejszej średnicy i rozciągającą się do połowy jego wysokości. Pozostały obszar kątowej części naprowadzającej 3 ma twardość male4

PL 226 548 B1 jącą w miarę zbliżania się do największej średnicy, przy czym od średnicy stożka odpowiadającej średnicy rozmieszczenia wierzchołków 15 ostrzy narzędzi tnących 14 twardość powierzchni kątowej jest najmniejsza i przyjmuje wartość w granicach 27-30 HRC, taką twardość ma także cała tulejowa część 2 nadająca się do skrawania.

W innym przykładzie wykonania, w celu zwiększenia progresywności przejmowania energii kinetycznej zderzenia wagonów kolejowych, twardość tulejowej części 2 nadającej się do skrawania rośnie w kierunku przemieszczania się narzędzi tnących od twardości w granicach 27-30 HRC aż do granicy skrawalności to jest do 38-43 HRC, przy twardości ostrzy narzędzi tnących w granicach 58-63 HRC. Jako granicę skrawalności przyjęto różnicę twardości ostrza narzędzia tnącego i twardości części skrawanej wynoszącą 20 HRC, zatem przy twardości ostrza 58 HRC, graniczna twardość warstwy wierzchniej części nadającej się do skrawania wynosi 38 HRC.

Podobny efekt zwiększenia progresywności przejmowania energii może zostać uzyskany w rozwiązaniu według wynalazku, nie przedstawionym na rysunku, poprzez zwiększanie grubości warstwy skrawanej wzdłuż drogi skrawania, co jest możliwe do uzyskania przez zastosowanie tulejowej części 2 o zwiększającej się średnicy zewnętrznej w kierunku przesuwu narzędzi tnących 14. Powierzchnia kątowej części naprowadzającej 3 może być pochylona względem osi 11 jednoczłonowego drąga 1 pod kątem a w granicach od 7° do 30°, jednak najlepsze warunki pracy urządzenia w większości przypadków uderzeń wagonów kolejowych zapewnia kąt a = 15°.

W innym przykładzie wykonania, nie przedstawionym na rysunku, kątowa część naprowadzająca 3 ma kształt ostrosłupa ściętego o podstawie kwadratowej i przechodzi w część 2 nadającą się do skrawania w postaci tulei o przekroju kwadratowym, przy czym w takim przypadku również korpusowa tuleja 12 ma kwadratowy otwór wewnętrzny umożliwiający luźne przemieszczanie się kątowej części naprowadzającej 3 jednoczłonowego drąga 1 wzdłuż osi tulei.

Jak przedstawiono na fig. 3, urządzenie według wynalazku ma sześć narzędzi tnących 14 rozmieszczonych w równych odstępach kątowych i zamocowanych za pomocą śrub 16 we wgłębieniach utworzonych w części czołowej korpusowej tulei 12. Otwory 17 wykonane symetrycznie pomiędzy narzędziami tnącymi 14 są przeznaczone do mocowania korpusowej tulei 12 do czołowej ściany wagonu kolejowego.

Jak przedstawiono na fig. 4, narzędzia tnące 14 mają postać noży przeznaczonych do skrawania, skierowanych promieniowo do środka korpusowej tulei 12. Ponadto, w końcowej części tulejowego jednoczłonowego drąga 1 ukształtowany jest wewnętrzny pierścień 18, zwiększający sztywność konstrukcji, a jednocześnie stanowiący element ułatwiający osadzenie i mocowanie tego jednoczłonowego drąga 1 w konstrukcji sprzęgu kolejowego.

Figura 5 przedstawia pierwszy etap kątowego naprowadzania jednoczłonowego drąga 1 względem korpusowej tulei 12 z narzędziami tnącymi 14. Po przekroczeniu granicznych sił naporu połączonych ze sobą wagonów kolejowych następuje zerwanie zrywalnych elementów 13 mających postać śrub o określonej wytrzymałości tak, że łeb śruby 13a z częścią jej trzpienia pozostaje w przemieszczanej podporze 9, a pozostała część gwintowanego trzpienia 13b pozostaje w korpusowej tulei 12 przytwierdzonej do czołowej ściany wagonu, nie pokazanej na rysunku. W tym etapie narzędzia tnące 14 napierają na jedną stronę kątowej części naprowadzającej 3, wywołując wstępną siłę naprowadzającą jednoczłonowy drąg 1 na pozycję osiową względem korpusowej tulei 12.

Figura 6 przedstawia końcowy etap kątowego naprowadzania jednoczłonowego drąga 1 względem korpusowej tulei 12 z narzędziami tnącymi 14. W tym etapie wszystkie narzędzia tnące 14 pozostają w kontakcie z kątową częścią naprowadzającą 3, ale jej skrawanie następuje po jednej stronie, co zwiększa siłę powodującą moment prostujący, naprowadzającą jednoczłonowy drąg 1 na pozycję osiową względem korpusowej tulei 12.

Figura 7 przedstawia urządzenie według wynalazku w etapie pracy. W tym etapie są niwelowane ewentualne małe odchylenia kątowe jednoczłonowego drąga 1 względem korpusowej tulei 12. W tym etapie wszystkie narzędzia tnące 14 biorą udział w procesie skrawania i zasadniczego pochłaniania energii kinetycznej zderzenia wagonów kolejowych. W przypadku wystąpienia nie osiowego przemieszczenia jednoczłonowego drąga 1 względem korpusowej tulei 12, zwiększone siły skrawania, wywołane większym zagłębieniem się narzędzi skrawających 14 w warstwę wierzchnią części 2 jednoczłonowego drąga 1 nadającej się do skrawania, powodują napór tych bardziej zagłębionych narzędzi skrawających 14 na jednoczłonowy drąg 1 i przez to wytwarzają dalszy moment prostujący wpływający na dokładne osiowanie tych napierających na siebie elementów.

PL 226 548 B1

Wykaz odnośników

- jednoczłonowy drąg,

- część jednoczłonowego drąga nadająca się do skrawania,

- kątowa część naprowadzająca,

- gniazdo,

- walcowa część ucha,

- ucho,

- otwór ucha,

- otwór podpory,

- podpora,

- oś,

- oś jednoczłonowego drąga,

- korpusowa tuleja,

- zrywalny element,

- narzędzie tnące,

- wierzchołki ostrzy narzędzi tnących,

- śruba mocująca narzędzie tnące,

- otwory do mocowania korpusowej tulei do czołowej ściany wagonu kolejowego,

- wewnętrzny pierścień, a - kąt pochylenia powierzchni kątowej części naprowadzającej względem osi jednoczłonowego drąga.

Claims

1. Urządzenie pochłaniające energię uderzeń wagonów kolejowych, zawierające jednoczłonowy drąg, którego część nadaje się do skrawania za pomocą otaczających go narzędzi tnących zamocowanych w korpusowej tulei i skierowanych do jej wnętrza, znamienne tym, że jednoczłonowy drąg (1) ma kątową część naprowadzającą (3) przechodzącą w część (2) nadającą się do skrawania i jest zamocowany przegubowo w podporze (9), przy czym korpusowa tuleja (12) z zamocowanymi narzędziami tnącymi (14) jest połączona z podporą (9) za pomocą zrywalnych elementów (13).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że kątowa część naprowadzająca (3) jednoczłonowego drąga (1) jest połączona z uchem (6) osadzonym w otworach (8) podpory (9) za pomocą osi (10) usytuowanej prostopadle do osi (11) jednoczłonowego drąga (1).

3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że zrywalne elementy (13) stanowią śruby o określonej wytrzymałości.

4. Urządzenie według zastrz. 1 do 3, znamienne tym, że powierzchnia kątowej części naprowadzającej (3) jest pochylona pod kątem (a) w granicach 7° do 30° względem osi jednoczłonowego drąga (1).

5. Urządzenie według zastrz. 1 do 4, znamienne tym, że powierzchnia kątowej części naprowadzającej (3) jest pochylona pod kątem (a) w granicach 11° do 23° względem osi jednoczłonowego drąga (1).

6. Urządzenie według zastrz. 1 do 5, znamienne tym, że powierzchnia kątowej części naprowadzającej (3) jest pochylona pod kątem (a) w granicach 12° do 18° względem osi jednoczłonowego drąga (1).

7. Urządzenie według zastrz. 1 do 6, znamienne tym, że kątowa część naprowadzająca (3) ma kształt stożkowy.

8. Urządzenie według zastrz. 1 do 7, znamienne tym, że jednoczłonowy drąg (1) ma postać tulei.

9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że jednoczłonowy drąg (1) ma zwiększającą się grubość ścianki w kątowej części naprowadzającej (3) .

10. Urządzenie według zastrz. 2 do 9, znamienne tym, że ucho (6) ma walcową część (5) przeznaczoną do osadzenia w gnieździe (4) wykonanym w kątowej części naprowadzającej (3) jednoczłonowego drąga (1).

PL 226 548 B1

11. Urządzenie według zastrz. 1 do 10, znamienne tym, że twardość warstwy wierzchniej początkowego obszaru powierzchni kątowej części naprowadzającej (3) jest większa od granicy skrawalności, przy czym w miarę zbliżania się do części (2) nadającej się do skrawania twardość warstwy wierzchniej kątowej części naprowadzającej (3) maleje poniżej granicy skrawalności.