CN101186272A - 用于平衡机构的能量吸收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种与平衡机构一起使用的能量吸收装置，用于相对无害地吸收在平衡机构的构件失效时可能释放的能量。框架加装到平衡机构的一部分，并支撑冲击接收元件和多个可变形支撑元件。在平衡机构失效的情况下，平衡机构的一部分撞击冲击接收元件的表面。可变形支撑元件加装到冲击接收元件的相反表面并由于冲击而变形，因此吸收由冲击传递的能量。可变形支撑元件和冲击接收元件是可容易更换的。

Description

用于平衡机构的能量吸收装置

技术领域

本发明涉及平衡机构，尤其涉及一种用于安全地吸收这种平衡机构的一部分失效时意外释放的能量的装置。

背景技术

平衡机构已长期用于使得可通过提供与重物重力相反的力提升该重物。平衡机构提供的力通常略小于期望平衡的负载，从而平衡机构支撑大部分静态负载。与在没有平衡机构的情况下移动负载所需的力相比，这种配置可通过施加小的附加力容易地移动负载。

平衡机构已经广泛应用于多种机械装置中，包括升降吊桥等。一种这样的应用是在具有能够运输货物的多个平台的铁路货车中。美国专利No.5743192、5794537和5979335公开了一种在多层平台上运输汽车的多单元铁路货车。在所公开的每个货车中，多个汽车可以支撑在高度可调节的平台上。货车的每个单元中的中间层平台的每个端部在它的内端安装在枢轴线上，从而，位于汽车单元的端部处的平台外端部分可以被升降，以便于装载和卸载最低层的汽车。

在其说明书通过引用并于此的美国专利No.7055441中，平衡机构使得这种铁路货车的中间层平台的枢转端部可轻易地被操作人员升降。平衡机构具有与平台的铰接端部连接的细长张力承受元件，该细长张力承受元件应用弹簧的提升力，以使人们仅使用手的力量就能提升平台的铰接端部。由平衡设备提供的提升力通过在铰接端部的升降位置之间承载铰接端部的大部分重量来帮助操作人员升高平台的铰接端部。

这种平衡机构存在危险：张力承受缆的失效会释放强有力的弹簧或大的配重，从而损坏平衡机构并可能对操作人员造成伤害。在张力承受元件失效的情况下，平衡机构可释放大小与支撑平衡对象的力相关的能量，平衡机构的一部分可能被释放出来，会潜在地引起结构损坏和人员伤害。用于铁路货车内的平台的平衡机构可以支撑超过一吨的重量，失效时释放的潜在能量是巨大的。

因此，平衡机构失效可能释放的能量存在损害平衡机构的其他部件和货车关联结构的危险，以及存在伤害附近人员的危险。

因此，需要一种能够在铁路货车中的平衡机构出现失效的情况下吸收可能释放的大部分能量的能量吸收机构，从而，平衡机构的失效不会导致对铁路车辆的结构损害和对附近人员的伤害。

发明内容

在此公开的机构通过提供一种由权利要求书限定的能量吸收装置满足了上述需求。在一个实施例中，这种装置可与平衡机构关联，以在平衡机构失效的情况下保护铁路车辆和附近人员免受伤害。

在一个实施例中，所公开的装置包括可变形支撑元件，该可变形支撑元件受平衡机构的负载支撑部分失效产生的冲击而退让。能量吸收装置加装到平衡机构的力产生元件的壳体例如弹簧或配重，且通过减缓冲击和吸收力产生元件的大部分能量防止突然释放的力产生元件和力传递元件损害货车结构。

能量吸收装置的一个实施例与平衡机构关联，该平衡机构支撑铁路货车平台的可移动铰接端部。

在公开设备的一个实施例中，能量吸收装置包括安装在多个可变形支撑元件上的阻挡或冲击接收元件。冲击接收元件与加装到平衡机构的可移动部分的壳体的端部的框架连接。在失效的情况下，平衡机构向着阻挡或冲击接收元件移动的释放部分撞击朝向壳体内部的表面上的元件。这种冲击的结果是，可变形支撑元件从它们的原始结构弯曲，从而吸收释放部分的动能。

在一个实施例中，能量吸收装置加装到用于平衡机构的移动部分的壳体，且包括远离壳体端部延伸的加装条。可变形支撑元件可以是“U”形，且位置可使得它们由于平衡机构的释放部分对冲击接收元件的撞击而弯曲，这样它们可吸收平衡机构的一部分的失效释放的移动部分的能量。

在一个实施例中，每个U形可变形支撑元件的一个端部加装到冲击接收元件的一侧，该侧与缆失效时所释放的平衡机构的移动力产生元件将要撞击的面相反。每个U形可变形支撑元件的另一个端部可以通过可拆卸的紧固件例如螺母和螺栓组合连接到加装条。该结构可使得能量吸收装置的变形部分在冲击发生后简单地通过将可变形支撑元件从加装条上拆卸下来进行更换。

在能量吸收装置的一个实施例中，阻挡或冲击接收元件可以是成环形圈形状的板，该环形圈限定出中心开口，加装到平衡机构的端部的结构可配合到该中心开口中。

在能量吸收装置的一个实施例中，加装条具有斜面，以提供附加空间，可变形支撑元件为了吸收平衡机构的移动元件的额外能量而变形进入该附加空间中。

附图说明

考虑到以下结合附图对本发明所作的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将更易于理解。

图1是多单元铁路货车的一个单元的一部分的剖面侧视图，示出了位于向上倾斜位置的汽车承载平台的可移动端部。

图2是内部详细视图，示出了图1所示的铁路货车的单元的本体的一个侧壁的最上部分、示出了处于升起位置的平台的端部、且还示出了配备有能量吸收机构的平衡机构。

图3是图2所示的能量吸收机构的放大等轴测仰视图，还示出了平衡机构的引导管部分的下部。

图4是图3所示的能量吸收机构的等轴测仰视分解图。

图5是沿着图3的线5-5的剖视图，示出了引导管内的轻负载条件下的平衡设备的一部分。

图6是沿着图3的线5-5的剖视图，示出了在撞击能量吸收装置后的平衡设备的一部分，且还示出了处于变形状态下的可变形支撑元件。

图7A是一个可变形支撑元件和加装条的另一可选实施例的组合的剖视图。

图7B是图7A所示的支撑元件和加装条的剖视图，示出了处于变形状态下的可变形支撑元件。

具体实施方式

在此参看构成本公开的一部分的附图，图1示出了构成本发明的实施例的多单元铁路货车的一个车单元的车体10的一部分。货车可包括两个或更多个相邻车单元，每个相应的车单元可包括货井(cargo well)12、中间平台14、和上平台16，用于选择性地以三层配置方式支撑和储存汽车18。每个平台优选具有可足以用于支撑汽车18的强度的形状，同时提供足够的空间来容纳期望运输的各种高度的汽车18。

从图1中可以看到，储存在货车体10的最低层上的汽车18搁置在每个车单元的相应货井12中。为了最大限度地利用上面两个货物层的可用垂直空间，中间平台14被定位成这样：如果不具有在汽车18被装载到货井12中或从货井12卸载时可选择性升高的中间平台14的铰接端部20，中间平台14将阻止从货井12装载或者卸载汽车18。可以理解，每个车单元可具有中间平台14和上平台16，每个车单元中的中间平台14可在任一端或每端包括铰接端部20。

在车单元的每侧设有相应的平衡设备22，以承载铰接端部20的一部分重量，使得在需要时可轻易升起。平衡设备包括能量吸收装置24，以便吸收在平衡设备22出现失效并导致平衡设备22的一部分自由移动时可能释放的能量。能量吸收装置24防止平衡设备的这种自由部分的冲击对平衡设备22、对关联壳体或货车体10的关联支撑结构造成实质损害。此外，能量吸收装置24的一部分可以在冲击后更换，因此可以在平衡设备22失效时减低维修费用。

每个平衡设备22可包括力传递元件，例如缆28或链(未示出)，该力传递元件将诸如铰接端部20的平衡对象和诸如弹簧32或配重(未示出)的力产生元件互连起来并在它们之间传递力。平衡机构22的力产生元件一起可产生提升力，该提升力略小于铰接端部20的重力的作用部分。每个力传递元件可包括可操作地连接到铰接端部20并从铰接端部20向上延伸的第一细长张力承受段34、和可操作地与力产生元件互连的第二细长张力承受段36，从而第一细长张力承受段34中的张力是由第二细长张力承受段36中的张力引起的，第二细长张力承受段36中的张力又由力产生元件引起的。

在简单的平衡机构中，力传递元件可以是缆28，力产生元件可以包括弹簧32。在那种情况下，可能还适宜地包括方向变换力传递装置42或例如双臂曲柄(未示出)的其他机构，该力传递装置42包括一个或多个滑轮44。方向变换力传递装置42可以设置在第一细长张力承受段34和第二细长张力承受段36之间。在更为复杂的平衡机构中，合适的力传递结构可包括齿轮、刚性件、双臂曲柄等。

中间平台14可以采用端对端设置的三部分的形式，中心部分通过螺栓或其他可拆除的、但可靠的紧固件牢固地、紧紧地固定到侧柱40，这样，中间平台14结构上结合到整个车单元中、增加了整个车单元的刚性、且由侧壁46稳固地支撑。

铰链47可枢转地将铰接端部20加装到两个水平支撑梁48，支撑梁48沿着车体10的相反侧壁46在相同的高度上纵向延伸，并通过例如螺栓的紧固件刚性紧固到侧壁46。每个水平支撑梁48从侧壁46向内延伸，从而，当铰接端部20处于下降位置时，铰接端部20沿着它的侧边沿由水平支撑梁48支撑。在这种方式下，水平支撑梁48支撑除平衡设备22支撑的重量以外的铰接端部20以及在铰接端部20上承载的任何汽车18或其他货物的一部分重量。每个水平支撑梁48定位在沿着它的相应侧壁46的垂直高度处，在此，铰接端部20在由铰链47限定的枢转轴线处与中间平台14的固定部分邻接，且铰接端部20的内端通过铰链47加装。铰链可使得中间平台14的铰接端部20的外端50提升到水平支撑梁48上方差不多4英尺的倾斜位置。当中间平台为空置时提升中间平台14的铰接端部20可使得汽车18在货车2的装载和卸载过程中被移动到车体10的转向架(truck)52和车身承梁54上以及移动进入或移出货井12。

参照图2，平衡设备22用于支撑铰接端部20的绝大部分重量，因此，可以轻易地手动升降。平衡设备22通过张力承受元件从力产生元件向铰接端部20的外端50施加提升力，所述张力承受元件例如可以是5/16”直径的柔性钢缆28。钢缆28可操作地将铰接端部20连接到力产生元件并在朝向车体10的中间长度的方向上沿侧壁46向上延伸绕过滑轮44，滑轮44可以安装在固定位置处，例如角柱38和侧柱40之间，所述侧柱40邻近于角柱38。

请再参照图2，总体上成螺旋状的压缩弹簧32或另一个力产生元件可保持在保护壳体例如牢固安装在车体10中的引导管56内，其中压缩弹簧32自由伸缩，或者配重自由上下移动。压缩弹簧32和引导管56也可设置在角柱38与相邻侧柱40之间的内部空间中。采用这样的方法，平衡设备22位于铁路车体10内其他未使用的空间中，且不与车内的其他任何结构或货物干涉。

引导管56包括内衬里套筒58，且与引导管56牢固连接的上端结构60保持着弹簧32的上端并抵抗缆28的力，以压缩弹簧32，从而提供了支撑可移动平台20的一部分重量的力。套筒58可以由一层聚合树脂例如UHMW聚乙稀制成，或至少衬有一层聚合树脂例如UHMW聚乙稀，从而，可以在压缩弹簧32在引导管56内移动时使摩擦和磨损最小化。

上端结构60限定出开口62。缆28延伸通过开口62和压缩弹簧32、通过环绕在缆端结构64的十字销上而被固定到缆端结构64、且通过型锻或铸造缆紧固件66保持。

缆端结构64通过与合适的弹簧限位部件68的配合而连接到弹簧32的端部。弹簧限位部件68可如图所示地成具有合适坚固的环形底板70和环绕着弹簧32下端的向上延伸侧壁72的杯的形式，从而，限位部件68充当用于支撑弹簧32的下端的活塞，并当弹簧32在引导管56内移动时引导弹簧32。端结构64可以具有向上突出部分，该突出部分相配地穿过底板70的中心孔74和径向凸缘76，径向凸缘76在底板70下方延伸，底板70太大而不能穿过开口74。套筒58便于限位部件68在引导管56内移动。因为缆28的配置，铰接端部20的上下移动引起限位部件68在套筒56内相对滑动。随后，限位部件68的移动压缩压缩弹簧32或可使它在上端结构60的下方向下伸展，这取决于限位部件68的移动方向。

缆28的长度以及被压缩的弹簧32的力可使得，当铰接端部20处于下降位置时，压缩弹簧32向铰接端部20施加提升力，该提升力略小于升起铰接端部20的外端50的力。可以理解，当中间平台14的铰接端部20升高或降低时，压缩弹簧32相对于缆28上给定点所要行进的距离长，这样，平衡设备22提供的提升力的幅度在铰接端部20升高或降低的过程中保持在小范围内。因此，中间平台14的铰接端部20可在将汽车18装入货井12的过程中容易被升起，从而，当汽车传送到位于多单元货车的每端处的有轮转向架52上或传送到车单元之间的共用转向架上时，在车身承梁54上方提供足够的顶部余隙。

图2-6示出了能量吸收装置24，该能量吸收装置24用于吸收由于平衡设备22中的失效例如缆28的失效而从弹簧32或力产生元件释放的能量。这种被释放的弹簧32将会导致限位部件68对能量吸收装置24产生冲击。如果缆28失效，弹簧32将会从上端结构60和限位部件68之间的压缩状态迅速伸展、发射自身、弹簧限位部件68、端结构64、和缆28的任何加装部分向下通过引导管56向着能量吸收装置24移动。能量吸收装置24有助于防止对引导管56造成实质损害，且有助于防止可能手动升起中间平台14的铰接端部20的操作人员受伤。能量吸收装置24可以如图所示地构造成包括能量吸收部件，该能量吸收部件在冲击发生后可容易更换。能量吸收装置24的结构通常还使得可进入引导管56的内部，以便对弹簧32或缆28进行维修。

现请参照图3和4，如图所示，能量吸收装置24加装到引导管56的下端，且包括可以成套筒82形式的基部和多个加装条84，所述套筒82可焊接到引导管56，每个加装条通过焊接牢固地加装到套筒82或与套筒82一体形成。在一个实施例中，套筒82焊接或以其他方式固定地加装到导管56；然而，可以理解，套筒82可以是可拆卸的，只要它能够经受平衡机构的释放部分的可能冲击产生的最大预期能量而不从引导管56分离即可。

可变形支撑元件86的第一端或外端通过诸如螺栓和螺母组合88的紧固件可拆卸地连接到每个加装条84。每个可变形支撑元件86是弯成“U”形的金属带，且使带的可能比第一端或外端宽的第二端90加装到冲击接收或阻挡件92，该接收或阻挡件92装配在引导管56的下端内或与该下端对齐，以堵塞或封闭引导管56的端部，从而在缆失效的情况下安全地阻挡弹簧32、弹簧限位部件68和端结构64。

冲击接收元件92和引导管56被类似地成形，且冲击接收元件92的尺寸略小于引导管56的内部，从而它适于装配在引导管56内。如图5和6所示，例如，引导管56和冲击接收元件92可以是圆柱形，在这种情况下，冲击接收元件92的直径93略小于引导管56的内径，且冲击接收元件92可装配在引导管56内，且宽松得足以在被平衡机构的释放部分撞击时不会挤塞在套筒82中。

如图4所示，冲击接收元件92可以是环圈形式的平坦钢板，该环圈限定出中心孔94。冲击接收元件92具有上或第一表面96、和下或第二表面98。中心孔94和外部边沿之间的径向距离设计成给每个可变形支撑元件86的上端90的加装提供了空间。可变形支撑元件86的上端90可以在环绕着中心孔94的均匀间隔开的位置处通过焊接加装到第二表面98。如图3和4所示，一对安装耳部100加装到冲击接收元件92的第二表面98，所述一对安装耳部100沿着圆环形板92的假想直径线在中心孔94的相反侧彼此对齐。在一个实施例中，每个安装耳部100位于两个可变形支撑元件86之间。

止挡条102例如通过螺栓和螺母组合101加装到耳部100，使得沿着冲击接收元件92的直径方向在耳部100之间延伸。因此，图3所示，止挡条102在下表面98下方距离下表面98为小的距离的位置处延伸跨过孔94，从而在限位部件68的底板70接触环形冲击接收元件92时留出空间使缆端结构64伸入到中心孔94。如图3所示，止挡条102的长度略小于引导管56内部的直径，从而止挡条102适于在引导管56内。

可变形支撑元件86可以为任何结构，它能够响应于作用在冲击接收板92上的冲击而弯曲，从而，吸收移动弹簧32或平衡机构的配重的能量。如图3和4所示，可变形支撑元件86可以是被切割成细长平板条形状并弯曲成大致“U”形的钢板，从而，每个可变形支撑元件86包括加装端或上端90、“U”形中央部分104以及可拆卸端106。可变形支撑元件86的U形中央部分104延伸远离阻止件92的第二或下表面98。可变形支撑元件86的可拆卸端106在距离环形冲击接收元件92中的中心孔径向向外较远的位置处平行于加装端90总体上朝向冲击接收元件92的第二表面98延伸，但未延伸到第二表面98。可变形支撑元件86的可拆卸端106限定出孔108，当环形冲击接收元件92装配在套筒82内时，孔108与被限定在加装条84的下部中的孔110对齐。因此，螺栓和螺母组合88将能量吸收组件14的一次性可更换部件可拆卸地加装到套筒82。

图3和4示出了使用四个可变形支撑元件86，但可以理解，可使用任何适当数量的适于从平衡机构吸收预期能量的可变形支撑件86，同时使得与加装条84的数目相同。图3和4示出的实施例具有沿着环圈96的内周边100均匀分布的可变形支撑元件86，使得每个可变形支撑元件86设置成当发生冲击时可吸收大致相等的能量。

再次参照图5和6，能量吸收装置24通过将套筒82邻近于引导管56的下端焊接到引导管56而加装到引导管56的一端，在该处，能量吸收装置可以在平衡设备22失效的情况下阻止例如平衡机构的弹簧32和缆28的释放部分并承受释放部分的冲击。力产生元件安装在弹簧限位部件68内，并驱动弹簧限位部件68通过引导管56。端结构64可小于环形冲击接收元件92中的中心开口94，如果由于缆28失效而使弹簧32释放，则端结构64可以通过中心开口94并驱动限位部件68抵靠着环形冲击接收元件92。端结构64此时可以撞击并可能被止挡条102阻挡。

参照图6，在失效的情况下，被弹簧32驱动的限位部件68冲击环形冲击接收元件92，且端结构64通过限定在环形冲击接收元件92中的中心孔94。作为对冲击的响应，可变形支撑元件86弯曲并塑性变形，以吸收由于冲击而从弹簧32传递的绝大部分能量。制造可变形支撑元件的材料具有的延展性足以通过弯曲、卷辗沿着带状可变形支撑元件86的“U”弯曲部非断裂地吸收这种冲击产生的最大能量。通过冲击接收元件92中的中心开口94的任何部件例如端结构64将会接触止挡条102，从而防止简单自由地被从引导管56传送出。

现参照图7A和7B，每个加装条84的下部分的内表面114可以具有斜面。斜面端114产生了附加空间，可变形支撑元件86可以在冲击发生的情况下变形进入该空间，如图7B所示。在冲击之前的情况下，如图7A所示，可变形支撑元件86的可拆卸端106的一部分不与斜面端114接触。当冲击发生时，与由带有非斜面端的加装条84支撑的可变形元件86相比，可变形支撑元件86可以在径向上弯曲变形更大的距离。

已在前述说明书中使用的术语和表述在此仅作为描述目的而非限制目的，没有意图表明使用这样的术语和表述排除了所示的和所述的特征或特征的多个部分的等同替换，可以认为，本发明的范围仅由权利要求书限定和限制。

Claims (10)

1.一种用于与平衡设备一起使用的能量吸收装置，包括：

(a)基部；

(b)具有第一表面和相反的第二表面的冲击接收元件，所述冲击接收元件被支撑在邻近于所述基部的位置处；以及

(c)多个可变形支撑元件，每个所述可变形支撑元件加装到所述冲击接收元件并与所述基部互连，所述可变形支撑元件设置成由作用在所述第一表面上的冲击引起变形，从而吸收作用在所述冲击接收元件的所述第一表面上的冲击的能量。

2.如权利要求1所述的能量吸收装置，其特征在于，所述可变形支撑元件当吸收所述冲击的所述能量时发生塑性变形。

3.如权利要求1所述的能量吸收装置，其特征在于，所述基部包括限定出内部空间的套筒，所述冲击接收元件在接收冲击之前被所述可变形支撑元件保持在所述内部空间内。

4.如权利要求1所述的能量吸收装置，其特征在于，所述可变形支撑元件是U形。

5.如权利要求1所述的能量吸收装置，其特征在于，所述多个可变形支撑元件在多个间隔开的位置处加装到所述冲击接收元件。

6.如权利要求1所述的能量吸收装置，其特征在于，所述可变形支撑元件可拆卸地加装到所述基部。

7.如权利要求1所述的能量吸收装置，其特征在于，所述可变形支撑元件固定地加装到所述冲击接收元件。

8.如权利要求1所述的能量吸收装置，其特征在于，所述平衡设备包括弹簧和设置用于给所述弹簧加载的缆，且所述冲击接收元件位于当所述缆在负载下失效时所述弹簧的可能路径上。

9.一种平衡设备，包括：

(a)力产生元件和张力承受元件，所述力产生元件与所述张力承受元件互连；

(b)引导管，所述引导管至少部分地环绕所述力产生元件的一部分和所述张力承受元件的一部分；

(c)安装在所述引导管的一个端部上的套筒；

(d)冲击接收元件，所述冲击接收元件邻近所述引导管的所述端部安装，且具有朝向所述力产生元件的第一表面、和相反的第二表面；以及

(e)多个可变形支撑元件，所述多个可变形支撑元件加装到所述冲击接收元件的所述第二表面并与所述套筒互连，所述可变形支撑元件设置成吸收所述力产生元件作用在所述冲击接收元件的所述第一表面上的冲击的能量，从而由于所述冲击而变形，使得在所述张力承受元件失效的情况下避免损坏所述平衡设备的其他部分。

10.如权利要求9所述的平衡设备，其特征在于，所述冲击接收元件和所述可变形支撑元件通过紧固件与所述套筒互连，从而所述可变形支撑元件是可更换的。

Images