CN104494629B - 一种压缩式多级吸能器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压缩式多级吸能器，属于轨道交通车辆被动安全技术领域。它能有效地解决车辆碰撞时产生冲击能量吸收的问题。本发明吸能筒材为二级阶梯式空心筒体，其两个阶梯端面均设有环状楔形槽，一级阶梯处设有第一筒圈体，二级阶梯处设有第二筒圈体，所述第一筒圈体的前端面设有与环状楔形槽配合第一环状楔形片，第二筒圈体的前端面设有与环状楔形槽配合第二环状楔形片；第一安装座、第二安装座均开有中心孔，它们分别与吸能筒材的二级阶梯直径配合；第一安装座前端面固结第一导向筒，第一安装座的后端面与第二安装座前端面之间设有第二导向筒。主要用于轨道交通车辆被动安全。

Description

一种压缩式多级吸能器
技术领域
本发明属于轨道交通车辆被动安全技术领域，特别涉及压缩式多级吸能器技术领域。
背景技术
我国幅员辽阔人口众多，发展高速铁路可大大缩短各地区及省市间的旅行时间，是我国铁路可持续发展的必然。然而，高速列车一旦发生碰撞事故，将可能给旅客的生命财产带来极大的破坏。现在“薄壁筒形结构、整体承载”的设计和制造思路在我国铁路高速列车客车上应用比较广泛。车体结构多数采用铝合金的夹层结构材料，这样极大地减轻了车辆的重量，实现了结构的轻量化，但是，其抗碰撞性能会极大地降低，使得车辆发生高速碰撞时会产生较大的塑性变形，容易导致灾难性的后果，因此对高速列车有必要研究该类型车体结构的抗碰撞性能的设计和研究。
为了尽量减小不可避免情况下而引发的车辆碰撞事故造成的人员损伤，有必要开发和研究轨道交通车辆端部吸能装置。目前，大多吸能装置的工作原理如下所述：轨道交通车辆在发生碰撞事故时，当车钩达到吸能容量发生剪断脱落后，安装在车辆端部的吸能器开始接触，中国专利申请号201410093629.5中提出了“用于轨道交通车辆的吸能防爬装置”，该用于轨道交通车辆的吸能防爬装置，包括防爬齿板、抗弯导杆、挤胀压溃管、安装座、切削套、引导板、切削片。该吸能防爬装置中的防爬齿后退的过程中，由于受到车体横向力的影响，挤胀压溃管的中部达不到完全向内翻角的效果，进而引导板无法实现继续向内挤胀吸能的效果。所设置的切削套很薄，因是分层结构受到抗弯导杆的挤压、摩擦后会出现褶皱、破裂，所谓切削片对准的是双层结构中间的缝隙，受力时只是会对该套产生挤涨效果，而无法达到切削效果。又如：中国专利申请号201110341351.5公开了一种“多级浮动式机车车辆抗撞吸能装置”，该申请提供一种基于机车车辆碰撞时对碰撞能量进行分段接触受能与能量分层释放的抗撞保护装置。采用该发明将机车车辆的碰撞冲击破坏过程转化为多级浮动气室压缩气体贮能实现峰值动量缓冲与压缩气体按能级分极波动能量释放和余能变形破坏释放的三级分步的过程，从而有效地保护机车车辆在发生碰撞时所造成的刚性碰撞与峰值冲量危害。但是，该吸能装置结构复杂，在工程应用中较难实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种压缩式多级吸能器，它能有效地吸收车辆碰撞时产生的冲击能量。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种压缩式多级吸能器，包括吸能筒材以及与第一安装座固定的第一筒圈体和与第二安装座固定的第二筒圈体，第一筒圈体(3)前端设有第一环状楔形片(2)。所述吸能筒材为表面设有均布纵向凹槽的二级阶梯式空心筒体，其两个阶梯端面均设有环状楔形槽，第一筒圈体的前端面设有与环状楔形槽配合的第一环状楔形片，第二筒圈体的前端面设有与环状楔形槽配合的第二环状楔形片；第一安装座设有与吸能筒材的第一级阶梯配合的中心孔，第二安装座设有与第二级阶梯直径相同的孔；第一安装座前端面固结第一导向筒，第一安装座的后端面与第二安装座前端面之间设有第二导向筒。
所述第一筒圈体的内径与第一安装座的中心孔的直径相同，第二筒圈体的内径与第二安装座的中心孔的直径相同。
所述第一导向筒、第一筒圈体与第一安装座之间的形成开放式空腔结构。
所述第一安装座后端面与第二安装座前端面之间的第二导向筒形成第二空腔结构。
所述第二环状楔形片的斜面均布尖棱，第一环状楔形片和第二环状楔形片均为硬质合金。
进一步的是，所述吸能筒材的阶梯端面与第一筒圈体、第二筒圈体端面上的环状楔形片接触并且环状楔形片切入吸能筒材的环状楔形槽内。
本发明的有益效果在于：压缩式多级吸能器安装在轨道交通车辆的端部，车辆在撞击过程中，吸能器的吸能筒材接触受力，此时吸能筒材受到沿车体纵向方向的冲击力作用沿车体纵向后退，此时，由于安装在第一筒体、第二筒体端面的第一环状楔形片、第二环状楔形片预先切入在吸能筒材内部，并且环状楔形片以环状分布在筒体断面上，吸能筒材在后退过程中会被第一环状楔形片和第二环状楔形片切削，切削过程产生挤压、摩擦、撕裂破坏的效果，进而稳定快速的吸收冲击动能，实现吸能器的切削吸能；然后产生的切屑体在第一导向筒、第二导向筒的作用下被卷曲起来，卷曲过程产生摩擦、卷曲的效果，实现吸能器的卷曲吸能；当产生的切削卷条在空腔结构中卷曲压缩时时，进而产生压紧、密实、摩擦的效果，实现吸能器的压缩吸能。由两个环状楔形片、安装座、吸能筒材以及导向筒形成两级吸能结构，这种并行多级的吸能方式，使得吸能元件吸能容量呈倍数扩大，可以有效吸收车辆碰撞时产生的冲击能量，进而有效减小车辆发生碰撞事故时带来的危险，同时不会引起过大的峰值力造成乘客区域受到的减速度过大。
附图说明
图1为本发明结构局剖示意图
图2为本发明三维结构的分解图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
包括吸能筒材1以及与第一安装座5固定的第一筒圈体3和与第二安装座9固定的第二筒圈体7，所述吸能筒材1为表面设有均布纵向凹槽的二级阶梯式空心筒体，其两个阶梯端面均设有环状楔形槽，第一筒圈体3的前端面设有与环状楔形槽配合的第一环状楔形片2，第二筒圈体7的前端面设有与环状楔形槽配合的第二环状楔形片6；第一安装座5设有与吸能筒材1的第一级阶梯配合的中心孔，第二安装座9设有与第二级阶梯直径相同的孔；第一安装座5前端面固结第一导向筒4，第一安装座5的后端面与第二安装座9前端面之间设有第二导向筒8。
压缩式多级吸能器安装在轨道交通车辆的大梁端部，车辆在受到撞击过程中，吸能器的吸能筒材1开始接触，此时吸能筒材1受到沿车体纵向方向的冲击力作用沿车体纵向后退，此时，由于安装在第一筒体3、第二筒体7端面的第一环状楔形片2、第二环状楔形片6预先切入在吸能筒材1的环状楔形槽内部，吸能筒材1在后退过程中会被第一环状楔形片2和第二环状楔形片6切削，这个过程产生的切削力会对吸能筒材1挤压、摩擦、撕裂破坏的效果，进而稳定快速的吸收冲击动能，同时产生的切屑体在第一导向筒4、第二导向筒8的作用下被卷曲起来，卷曲过程产生摩擦、卷曲的效果，进一步的稳定快速的吸收冲击动能，当产生的切削卷条在空腔结构中卷曲压缩时，进而产生压紧、密实、摩擦的效果，切屑卷条在此压缩过程中也能起到平稳快速吸能的作用，由两个环状楔形片、安装座、吸能筒材以及导向筒形成两级吸能结构，这种并行多级的吸能方式，使得吸能元件吸能容量呈倍数扩大，可以有效吸收车辆碰撞时产生的冲击能量，进而有效减小车辆发生碰撞事故时带来的危险，同时不会引起过大的峰值力造成乘客区域受到的减速度过大。
在上述实施方式中，为了避免过大的峰值力产生造成第一环状楔形片2和第二环状楔形片6的损坏，进而无法对吸能筒材1进行切削，所述吸能筒材1一端与第一筒圈体3、第二筒圈体7端面上的第一环状楔形片2和第二环状楔形片6接触并且切入吸能筒材1的环状楔形槽内，当吸能筒材1受到外部的冲击时，在纵向力的推动下，第一环状楔形片2切削实心吸能筒材1，同时第二环状楔形片6以同样稳定的形式对吸能筒材1进行切削吸能，切削过程产生挤压、摩擦、撕裂破坏的效果，进而稳定快速的吸收冲击动能，这种接触方式能对从冲击状态跳跃到稳定切削状态起到保护的效果。
进一步的是，由两个环状楔形片2和环状楔形片6，安装座5和安装座9，吸能筒材1以及导向筒4、导向筒8形成两级吸能结构，并且每一级都实现了吸能器的切削吸能、卷曲吸能和压缩吸能的效果，这种并行多级的吸能方式，使得吸能元件吸能容量呈指数扩大，可以有效吸收车辆碰撞时产生的冲击能量。适合在轨道交通车辆被动安全技术领域推广运用。
所述第一安装座5、第二安装座9可根据实际车辆的运行参数及车辆碰撞安全等级的需要在数量上进行相应的变化，实现三级、四级或更多级的吸能效果。

Claims (4)

1.一种压缩式多级吸能器，包括吸能筒材(1)以及与第一安装座(5)固定的第一筒圈体(3)和与第二安装座(9)固定的第二筒圈体(7)，第一筒圈体(3)前端设有第一环状楔形片(2)，其特征在于：所述吸能筒材(1)为表面设有均布纵向凹槽的二级阶梯式空心筒体，其两个阶梯端面均设有环状楔形槽，第一筒圈体(3)的前端面设有与环状楔形槽配合的第一环状楔形片(2)，第二筒圈体(7)的前端面设有与环状楔形槽配合的第二环状楔形片(6)；第一安装座(5)设有与吸能筒材(1)的第一级阶梯配合的中心孔，第二安装座(9)设有与第二级阶梯直径相同的孔；第一安装座(5)前端面固结第一导向筒(4)，第一安装座(5)的后端面与第二安装座(9)前端面之间设有第二导向筒(8)。
2.如权利要求1所述的一种压缩式多级吸能器，其特征在于：所述第一筒圈体(3)的内径与第一安装座(5)的中心孔的直径相同，第二筒圈体(7)的内径与第二安装座(9)的中心孔的直径相同。
3.如权利要求1所述的一种压缩式多级吸能器，其特征在于：所述第一导向筒(4)、第一筒圈体(3)与第一安装座(5)之间形成开放式空腔结构。
4.如权利要求1所述的一种压缩式多级吸能器，其特征在于：所述第二环状楔形片(6)的斜面均布尖棱，第一环状楔形片(2)和第二环状楔形片(6)均为硬质合金。
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