Сцепное устройство

 

Изобретение относится к транспортным средствам, в частности к сцепным устройствам. Технический результат - повышение усталостной прочности конструкции за счет снижения концентрации напряжений в зоне крепления и исключения трещинообразования. Устройство содержит головную и хвостовую части, а также элементы крепления. На наружной поверхности хвостовой части выполнены пазы под элементы крепления к транспортному средству. Поверхности пазов и размещенных в них элементов для крепления имеют несколько радиусов перехода. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к транспорту, в частности к сцепным устройствам транспортных средств, и может найти применение в железнодорожном и автомобильном машиностроении.

Известны различные сцепные устройства для крепления различных частей железнодорожного транспорта, в которых в хвостовой части сцепки выполнено сквозное отверстие для размещения в нем скрепляющего стержня (например, GB 1214752, B 61 G 1/28 или US 4081082, B 61 G 1/38).

Наиболее близким к данному изобретению является известное сцепное устройство, содержащее головную часть, хвостовую часть для крепления к деталям транспортного средства и элементы для крепления (RU 2028958 С1, B 61 G 1/28, 20.02.1995). Головная часть служит для зацепления с аналогичной головной частью смежного сцепного устройства, а хвостовая - для крепления к деталям (в зависимости от исполнения - хомуту или поглощающему аппарату), передающим тяговое или ударное усилие на раму (кузов) транспортного средства. В хвостовой части имеется отверстие, в которое вставляется стержень, посредством которого осуществляется крепление к деталям.

Недостатком известных конструкций является образование трещин А и Б (см. фиг. 1), развивающихся от отверстия, являющегося геометрическим концентратором.

Задачей данного изобретения является повышение усталостной прочности конструкции за счет снижения концентрации напряжений в зоне крепления и исключения трещинообразования.

Для решения данной задачи предлагается изменить конструкцию хвостовой части, заменив отверстие вытянутой формы на соответствующие пазы. Т.е. в сцепном устройстве, содержащем головную часть, хвостовую часть для крепления к деталям транспортного средства и элементы для крепления, на наружной поверхности хвостовой части выполнены вытянутые пазы, противоположные друг другу, и в них размещены элементы для крепления к деталям транспортного средства.

Кроме того, поверхности пазов и размещенных в них элементов для крепления выполнены с возможностью обеспечения минимальной концентрации напряжений.

На фиг.1 представлено известное устройство; на фиг.2 - сцепное устройство согласно изобретению; на фиг.3 - один из вариантов выполнения сцепного устройства.

Сцепное устройство содержит головную часть (не показана) и хвостовую часть 1. На наружной поверхности хвостовой части 1 противоположно друг другу выполнены пазы 2, в которые вставлены стержни 3 для крепления с деталью 4 транспортного средства. В детали 4 могут быть выполнены ответные пазы под стержень (фиг. 2). В другом варианте исполнения деталь 4 транспортного средства может быть выполнена за одно целое с элементами крепления (фиг.3).

Поверхность пазов хвостовой части и поверхность элементов крепления выполнена так, чтобы снизить концентрацию напряжений в зонах образования трещин, например, имеет несколько радиусов перехода или набор и сочетание других кривых и прямых.

В известном сцепном устройстве (см. фиг.1) нагрузки передаются следующим образом. Растягивающее усилие передается через стержень на перемычку отверстия хвостовой части, а сжимающее усилие воспринимается торцом хвостовика, взаимодействующим с упорной плитой. Как показывают расчеты напряженного состояния, при действии растягивающего усилия в зоне образования трещины А возникают высокие сжимающие напряжения, причем величина компоненты напряжений в направлении нагружения (развития трещины) примерно в 1,5÷2 раза больше по абсолютной величине, чем в перпендикулярном направлении. В зоне трещины Б возникают растягивающие напряжения, примерно в 2÷2,5 раза меньшие по абсолютной величине, чем сжимающие в направлении нагрузки.

На фиг.4 представлены изополя главных напряжений σ₁ и σ₃, действующие в хвостовой части базовой конструкции автосцепки подвижного состава СА-3, при растяжении (фиг.4,а,б) и сжатии (фиг.4,в,г) нагрузкой 100 тс.

От сжимающего усилия в зоне трещины А возникают высокие растягивающие напряжения, ориентированные на раскрытие трещины, а в зоне трещины Б - сопоставимые по абсолютной величине высокие сжимающие напряжения.

Т. е. за один цикл растяжения-сжатия, при равенстве растягивающей и сжимающей нагрузки, в зоне трещины Б формируется примерно симметричный цикл нагружения, а в зоне трещины А - более сложное нагружение: в направлении развития трещины - почти пульсирующее сжатие, а в перпендикулярном направлении (направлении раскрытия трещины А) - цикл нагружения с максимальной абсолютной величиной сжимающего напряжения, примерно в 1,5 раза большей растягивающего.

Такое напряженное состояние в процессе эксплуатации приводит к образованию соответствующих трещин А и Б и дальнейшему излому конструкции сцепного устройства. Причем, как показывает статистика, наиболее распространенным изломом является излом по трещине А, что и подтверждают большие значения амплитуд напряжений, действующих в этой зоне.

В предлагаемом сцепном устройстве согласно изобретению (см.фиг.2) растягивающее усилие передается через стержень на скругленную часть паза, а сжимающее усилие, как и в известном устройстве, воспринимается торцом хвостовика, взаимодействующим с упорной плитой.

На фиг.5 и 6 представлены изополя главных напряжений σ₁ и σ₃, действующие в хвостовой части вариантов предлагаемой конструкции хвостовой части согласно изобретению, при растяжении (фиг.5,а,б и фиг.6,а,б) и сжатии (фиг. 5,в,г и фиг.6,в,г) нагрузкой 100 тс.

Для разных вариантов исполнения пазов от растягивающего усилия в зоне Б, благодаря сочетанию нескольких радиусов округления и др., происходит снижение главных растягивающих напряжений на 10-12% по сравнению с той же зоной известного устройства с вытянутым отверстием. Зона же А в предлагаемом устройстве фактически отсутствует, хотя в зоне контакта у наружной части паза возникают сжимающие напряжения σ₃, в 1,4÷2 раза меньшие по абсолютной величине, чем в зоне контакта известного устройства.

От сжимающего усилия в зоне Б предлагаемого сцепного устройства возникают невысокие сжимающие напряжения. Т.е. за цикл растяжения-сжатия в этой зоне будет формироваться цикл с амплитудой напряжений, значительно меньшей (примерно в 1,7 раза), чем для сцепного устройства с вытянутым отверстием. Зона же А при сжимающем нагружении также фактически отсутствует.

Поэтому выполнение хвостовой части согласно изобретению исключает основное повреждение хвостовика (зона А фиг.1) и обеспечивает снижение концентрации напряжений в опасных сечениях (зона трещины Б фиг.2), что приводит к увеличению срока службы сцепного устройства и сопряженных элементов.

Формула изобретения

1. Сцепное устройство, содержащее головную часть, хвостовую часть для крепления к деталям транспортного средства и элементы для крепления, отличающееся тем, что на наружной поверхности хвостовой части выполнены пазы, противоположные друг другу, и в них размещены элементы для крепления к деталям транспортного средства, при этом поверхности пазов и размещенных в них элементов для крепления имеют несколько радиусов перехода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что радиусы перехода сочетаются с прямыми.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10