CN102501875B - 一种阶跃式多级气体压缩吸能机车车辆抗撞装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阶跃式多级气体压缩吸能机车车辆抗撞装置，由串联设置的至少两个以上缸体压缩气缸-活塞对与附加气瓶构成；活塞杆上的多个活塞沿多缸气缸中心轴线设置，各活塞与相应气缸构成一对气缸-活塞机构；所述各活塞上设置有一覆盖有爆破膜的常闭通孔，覆盖在不同位置上各活塞上通孔的爆破膜具有递增的抗压强度，靠近活塞杆底端的活塞通孔的爆破膜抗压强度最高；所述附加气瓶与各气缸底部附近的缸体侧壁气路相通。本发明将机车车辆的碰撞冲击破坏过程转化为压缩气体贮能与压缩气体爆破释能的过程，从而有效地保护机车车辆在发生碰撞时所造成的危害，实现了对碰撞冲击能量的定量转换与释放。
Description
技术领域
本发明涉及轨道车辆技术领域，特别涉及机车车辆碰撞吸能与有效释能的保护装置。
背景技术
机车车辆碰撞事故是机车车辆运行中最为严重的事故之一。尽管提高机车车辆主动安全防护措施可以降低事故的发生率，但机车车辆的碰撞事故还是不可避免，因此，被动安全防护技术越来越受到研究人员的重视。高速机车车辆采用了被动防护技术来保护旅客生命的安全，减少事故的损失。从技术层面上来讲，为了提高车辆的耐撞性，必须使车辆在发生碰撞事故时能按照人为的意志使次要的部位首先产生塑性大变形，而在载客区或设备区仅产生小的弹性变形。为了减少冲击和二次伤害，在司机室前端一般安装吸能装置，使之在发生碰撞事故时可以通过塑性变形吸收巨大的撞击能量。目前相关的研究侧重于薄壁结构吸能特性。
发明内容
鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是提供一种基于机车车辆碰撞能量吸收释放而提高机车车辆的碰撞吸能性能的装置。
本发明的目的是通过如下手段实现的：
一种阶跃式多级气体压缩吸能机车车辆抗撞装置，由串联设置的至少两个以上缸体压缩气缸-活塞对与附加气瓶构成；活塞杆上的多个活塞沿多缸气缸中心轴线设置，各活塞与相应气缸构成一对气缸-活塞机构；所述各活塞上设置有一覆盖有爆破膜的常闭通孔，覆盖在不同位置上各活塞上通孔的爆破膜具有递增的抗压强度，靠近活塞杆底端的活塞通孔的爆破膜抗压强度最高；所述附加气瓶与各气缸底部附近的缸体侧壁气路相通，气路上设置有气阀。
采用本发明装置将机车车辆的碰撞冲击破坏过程转化为压缩气体贮能与压缩气体爆破释能的过程，从而有效地保护机车车辆在发生碰撞时所造成的危害，实现了对碰撞冲击能量的定量转换与释放，以克服现有机车车辆的破坏性碰撞，保证机车车辆的安全运营。同时，多级爆破膜破裂后，可重新安装爆破膜使气缸、活塞等所构成的碰撞系统再用，属于非破坏柔性碰撞保护系统。
附图说明如下：
图1是应用本发明阶跃式多级气体压缩吸能机车车辆抗撞装置的结构示意图。
图2为图1中I部局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
结合图1和图2可看出，本发明包括装置包括：气缸6、气缸盖3、活塞杆2，活塞16、20、23装套在活塞杆2之上，然后整个活塞(包括活塞杆)装配在气缸6内，气缸盖3与气缸6之间加设密封片5，并通过固定螺栓4连接。活塞能在气缸内左右自由滑动。活塞16、20、23上设有通孔，通孔一侧安装了爆破膜17、19、21，爆破膜周边与活塞通过压紧环24和紧固螺栓组件22紧压于活塞之上。气缸端部设有缓冲垫14，在一级气缸、二级气缸、三级气缸端部设有缓冲垫18。活塞杆端部设有活塞保护橡胶1，气缸外侧设有三个气阀，气阀与预充一定压力不可燃气体(如空气、氮气等)的附加气瓶8相连，打开三个气阀可给气缸三个气室充一定压力的气体，关闭三个阀门，气缸三个气室内气体不能外逸。阀门9、11为附加气瓶8的进出气口。
使用时，整个装置底部13固定在机车车辆头部15上，通过气瓶8的一级进气阀7、二级进气阀10、三级气阀12为一级气缸、二级气缸、三级气缸充一定压力的气体，然后关闭三个气阀。当碰撞物接触活塞保护橡胶1时，冲击力经过缓冲作用在活塞杆2上，活塞杆带动一级活塞23、二级活塞20、三级活塞16压缩气缸内气体，冲击能量由此被传递到气体中。在三个气缸中，气缸压缩区体积缩小，压力增高；气缸非压缩区体积增大，压力减小，冲击得以缓和。同时，随着三个活塞的推进，压缩区压力剧增，温度升高，所设一级活塞23爆破膜21强度较小，二级较大，三级最大。当压力达到一级活塞爆破膜21强度极限时，一级爆破膜21破裂，压缩气体冲破爆破膜，压缩气体能量被快速释放到一级气缸非压缩区，能量得到部分释放；当所剩余撞击能量还较大时，二级活塞20、三级活塞16继续压缩第二气室、第三气室内气体，当压力达到第二级活塞20爆破膜19强度时，二级活塞20爆破膜19破裂，能量被释放到二级气缸非压缩区；当所剩余撞击能量还较大时将继续压缩第三级活塞16，压力过大时，将通过第三级活塞16上的爆破膜17爆破进行能量释放，直至活塞与缓冲垫14相碰。当在一、二、三级压缩过程中，压力达不到使爆破膜破裂时，活塞将在气缸一定位置停止，并随着机车车辆运动状况活塞有一定左右位移。
通过上述环节的能量吸收与能量释放过程，本发明将机车车辆的碰撞冲击破坏过程转化为压缩气体贮能与压缩气体爆破释能的过程，从而有效地保护机车车辆在发生碰撞时所造成的危害，实现了对碰撞冲击能量的定量转换与释放。同时，多级爆破膜破裂后，可重新安装爆破膜使气缸、活塞等所构成的碰撞系统再用。
本发明之方法完全改变了现行通过其它破坏性吸能结构元件所带来的不可重复使用，而且可在上述三级气缸的基础之上，结合机车车辆的结构调整气缸的级数与活塞爆破膜的强度指标，实现系列能级的碰撞吸能与能量释放。
本发明的气体压缩吸能与爆破释能的柔性抗撞装置除用于机车车辆端部外，也可应用于车箱端部的碰撞系统，还可应用于一般道路车辆的碰撞系统。
以上叙述力图显示和描述本发明的主要特征、发明实质、基本原理、技术优点以及具体实施方式，本领域的技术人员将会意识到，这里所述的实施方式是为了帮助读者理解本发明的原理，在不脱离本发明思想和范围的前提下，本发明还会有其他各种变化和改进，应被理解为本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种阶跃式多级气体压缩吸能机车车辆抗撞装置，其特征在于，由串联设置的至少两个以上缸体压缩气缸-活塞对与附加气瓶构成；活塞杆上的多个活塞沿多缸气缸中心轴线设置，各活塞与相应气缸构成一对气缸-活塞机构；所述各活塞上设置有一覆盖有爆破膜的常闭通孔，覆盖在不同位置上各活塞上通孔的爆破膜具有递增的抗压强度，靠近活塞杆底端的活塞通孔的爆破膜抗压强度最高；所述附加气瓶与各气缸底部附近的缸体侧壁气路相通；气路上设置有气阀。
2.根据权利要求1所述之一种阶跃式多级气体压缩吸能机车车辆抗撞装置，其特征在于，所述活塞杆顶端设置有保护橡胶。
3.根据权利要求1所述之一种阶跃式多级气体压缩吸能机车车辆抗撞装置，其特征在于，所述抗撞装置由三个缸体压缩气缸-活塞对与一个附加气瓶构成。
4.根据权利要求1所述之一种阶跃式多级气体压缩吸能机车车辆抗撞装置，其特征在于，各气缸端部设置有缓冲垫。
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