CN101832353A - 一种复合气垫式气缸缓冲消能器 - Google Patents

一种复合气垫式气缸缓冲消能器 Download PDF

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Abstract

一种复合气垫式气缸缓冲消能器，其包括气缸、一级缓冲活塞体、万向传导碰撞钢球，所述气缸固定于碰撞受力支座上，一级缓冲活塞体后端置于气缸中，前端伸出气缸外，万向传导碰撞钢球设于一级缓冲活塞体前端端部，一级缓冲活塞体两侧设有一级活塞复位弹簧，气缸底部设有复位气门；所述一级缓冲活塞体、万向传导碰撞钢球、一级活塞复位弹簧组成受力部，设有复位气门的气缸、碰撞受力支座构成缓冲部。本发明通过延长刚体机械碰撞的接触时间，将刚性机械碰撞变成以气体为碰撞界面的柔性减速消能碰撞，从而减小对机械碰撞事故的损害程度。

Description

一种复合气垫式气缸缓冲消能器
技术领域
本发明涉及一种缓冲消能器，尤其是涉及一种复合气垫式气缸缓冲消能器。
背景技术
在人们的社会生活中，有着许许多多难以避免的机械碰撞现象发生，每年给社会和人类造成了巨大的经济损失。为了减小碰撞带来的伤害，现有各种设备上一般都自带有缓冲器。但是，现有缓冲器大多采用弹簧、弹簧矩阵或橡胶构件。这类缓冲器的缓冲能力是在设计生产时就已经确定了的一个参量，消能性能差。然而，现实生活中所发生的机械碰撞力量具有不确定性的特点，若缓冲器的能力参量取值较大，则对于碰撞力量较小的机械碰撞，就可近似于刚性碰撞。若缓冲器的能力参量取值较小，则对于碰撞力量较大的机械碰撞，超出能力参量后的刚性碰撞部分仍可造成较大的损害。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种消能性能更好的复合气垫式气缸缓冲消能器。
本发明的技术方案是：其包括气缸、一级缓冲活塞体、万向传导碰撞钢球，所述气缸固定于碰撞受力支座上，一级缓冲活塞体后端置于气缸中，前端伸出气缸外，万向传导碰撞钢球设于一级缓冲活塞体前端端部，一级缓冲活塞体两侧设有一级活塞复位弹簧，气缸底部设有复位气门；所述一级缓冲活塞体、万向传导碰撞钢球、一级活塞复位弹簧组成受力部，设有复位气门的气缸、碰撞受力支座构成缓冲部。
以下为进一步改进的优选方案：所述气缸内还设有二级缓冲活塞体，二级缓冲活塞体与气缸底部之间设有固定于气缸内壁上的二级活塞复位弹簧。
当万向传导碰撞钢球受到迎面不同角度的碰撞后，万向传导碰撞钢球在一级缓冲活塞体端头内转动，以此来消除侧向的剪切力，同时，将碰撞动量直接传导到一级缓冲活塞体上；此时，一级缓冲活塞体开始向气缸内运动，压缩气缸内气体，气缸内气体体积逐渐减小，压强逐渐增加，即对抗碰撞动量的后作用力逐渐增大，以此完成一次以气体为碰撞界面的消能减速运动。
当气缸的气体被压缩时，气缸底部的活塞复位气门在气压的作用下被封堵，当机械碰撞完成后，气缸缸体内呈现负压状态，复位气门开启，外界空气进入气缸内，在一级活塞复位弹簧的作用下，一级缓冲活塞体与气缸完成相对位置的复原。
本发明的工作原理是：在两个刚体的机械碰撞过程中，刚体的弹性模量越大，则两刚体在碰撞时的弹性变形越小，碰撞接触的时间就越短，由运动平衡方程式（Vt―Vo=F×t，其中Vo为运动初速度，Vt为运动末速度，F为运动力，t为运动时间）可知，接触时间越短，所受到的碰撞力就越大。相反，当两物体的弹性模量越小，在机械碰撞时的弹性变形就越大，碰撞接触时间就越长，则所受到的碰撞力就越小。
本发明就是根据上述原理，采用了体积压缩比较大的空气，作为刚性机械碰撞的受力界面，由平衡方程式Ft=P×S（其中，S为气缸截面积，P为气缸内气体压强）可知，气体的压强P随碰撞冲量的变化而变化，碰撞力F随碰撞接触的时间t增大而减小；另外，气缸的气体增压的过程是气体压缩变形的过程，也是一个消能减速的过程。
综上所述，将刚体的机械碰撞转变成以气体为碰撞接触的受力界面的消能减速运动的复合气垫式气缸缓冲消能器完全符合力学原理，并适用于任何的机械运动的刚性碰撞的缓冲消能之用。
本发明通过延长刚体机械碰撞的接触时间，将刚性机械碰撞变成以气体为碰撞界面的柔性减速消能碰撞，从而减小对机械碰撞事故的损害程度。并且由于一级缓冲活塞体前端设有万向传导碰撞钢球，对迎面不同角度的碰撞都可以起到缓冲消能的作用，避免被撞物体侧滑、侧翻。
附图说明
图1为本发明实施例结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本实施例包括气缸3、一级缓冲活塞体2、万向传导碰撞钢球1，所述气缸3固定于碰撞受力支座6上，一级缓冲活塞体2后端置于气缸3中，前端伸出气缸3外，万向传导碰撞钢球1设于一级缓冲活塞体2前端端部，一级缓冲活塞体2两侧设有一级活塞复位弹簧5，气缸3底部设有复位气门7；所述一级缓冲活塞体2、万向传导碰撞钢球1、一级活塞复位弹簧5组成受力部，设有复位气门7的气缸3、碰撞受力支座6构成缓冲部。
所述气缸3内还设有二级缓冲活塞体4，二级缓冲活塞体4与气缸3底部之间设有固定于气缸3内壁上的二级活塞复位弹簧8。
应用实施例1：将本发明复合气垫式气缸缓冲消能器安装在汽车的两根纵向大梁与前横梁的交接部，其中的碰撞受力支座6固定在纵向大梁上，一级缓冲活塞体2伸出横梁与汽车的保险杠无连接接触。当发生机械碰撞时，保险杠将碰撞力传导给万向传导碰撞钢球1，万向传导钢球1在一级缓冲活塞体2端头内转动，将横向受力转化为保险杠的横向位移，纵向受力传导至一级缓冲活塞体2，一级缓冲活塞体2迅速向气缸3内运动，压缩气缸3内气体，气体体积逐渐减小，气体压强逐渐增大，对抗碰撞动量的反作用力也就逐渐增大，同时，将气体压力传导到碰撞受力支座6，在空气被压缩的过程中，延长了碰撞的接触时间，削弱了原有的碰撞冲量，最终变成一次减速消能的制动。
应用实施例2：将本发明复合气垫式气缸缓冲消能器垂直安装于电梯井底部对称于轿箱骨架四角的受力架上。倘若电梯发生坠落事故，轿箱接触万向传导碰撞钢球1的同时，一级缓冲活塞体2压缩气缸体内气体，气体体积逐渐减小，气体压强逐渐增大，对抗碰撞动量的反作用力也就逐渐增大，最终减小接触冲量对轿箱和人员的伤害。

Claims (2)

1.一种复合气垫式气缸缓冲消能器，其特征在于，包括气缸、一级缓冲活塞体、万向传导碰撞钢球，所述气缸固定于碰撞受力支座上，一级缓冲活塞体后端置于气缸中，前端伸出气缸外，万向传导碰撞钢球设于一级缓冲活塞体前端端部，一级缓冲活塞体两侧设有一级活塞复位弹簧，气缸底部设有复位气门；所述一级缓冲活塞体、万向传导碰撞钢球、一级活塞复位弹簧组成受力部，设有复位气门的气缸、碰撞受力支座构成缓冲部。
2.根据权利要求1所述的复合气垫式气缸缓冲消能器，其特征在于，所述气缸内还设有二级缓冲活塞体，二级缓冲活塞体与气缸底部之间设有固定于气缸内壁上的二级活塞复位弹簧。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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