CN105317014A - 一种利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置。该装置由废旧轮胎(5)、支撑结构(1、2等)、轴向钢管(6)、框架钢管(8、9、10)、连接件和固定铰链(7)组成。该装置结合废旧轮胎,利用与固定铰链组成的、可向上滑动的矩形结构,在撞击中可形变为平行四边形的特征,及各构件的组合,完成吸收撞击力的过程。本装置的构件,具备可拆卸、替换的特征,弥补了其他类型装置施工复杂的缺陷。本装置可应对一定速度的机动车撞击过程:在反恐安保设施中,可在建筑入口的外围设置,抵御恶意冲撞;在停车场边界、地下车库坡道尽头等处,也可考虑设置;在山地下坡、冰雪路段等处,也可考虑固定本装置、用作防护设施。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸收撞击力的应急安全装置,具体是指利用废旧轮胎和其他构造的组合装置。该装置的构件具备可拆卸、替换的特征,可较灵活的放置、使用;将废旧轮胎合理再利用的同时,可应对具有一定速度的机动车撞击过程,尤其适用于重要建筑入口的外围防护、山地下坡路段、多冰雪路段等情况。
背景技术
随着我国城市化进程的加快,居民的机动车保有量也日益攀升。在机动车、尤其是私人汽车数量迅速增加的同时,由汽车维修保养产生的废旧轮胎增多的问题也日益突出。由于信息、资源的滞后,许多废旧轮胎得不到有效回收利用。在处理大量废旧轮胎的过程中,形成了四种模式:研磨再利用、能源回收利用、直接掩埋和原型利用。
由于废旧轮胎的再加工、降解过程需要一定的技术、成本,且无法保证再加工产品的销量,故而直接掩埋的方式,被许多西方国家(如英、美、意等国)所采用。据统计,约有超过六成的废旧轮胎采用这种处理方式。但这种方式产生的弊端也是显而易见的:占用土地资源、污染土壤水体等。在土地资源有限、用地紧张的我国,应拓展对废旧轮胎的再利用途径,而非采取此类消极的处理模式。本专利设计即采用了原型利用的方式,对废旧轮胎的加工再利用提出了新思路。
在机动车交通得到普及、道路网日益扩展的今天,与机动车数量、道路长度等数值相比,防撞阻停等提升交通安全的设施数量却显得微不足道。在特殊条件下,如某路段进行维修时、在禁止通行的道路端头,混凝土墩及其他形式的防撞墙体,在阻碍机动车行进的同时,会对机动车造成较大损伤。在此类条件下,缺乏相应的软性防撞阻停设施,产生一定的安全隐患。
现有的固定式防护隔离设施,或放置于道路中央、或两侧,但并不能有效缓解汽车碰撞的撞击力。如传统的高速公路隔离带,以焊接的钢带起主要作用,但并未有效阻止车辆冲出隔离带,较易对事故车辆造成如割裂、穿入等二次伤害。
同时,在山地道路、危险多发路段中,坡度大、陡坡长的路段较多;在机动车行驶过程中,很容易出现因刹车片过热而导致控制失灵的状况。根据现状调查,现有的做法是,在山地道路的缓冲区设置一定深度的水槽、用于对刹车设备降温,或者在导出的尽端道路设置简易的软性防撞设施(如捆绑一定数量的废旧轮胎)等。这类简易设施虽在很大程度上缓解了一些交通安全问题,但在可靠性、耐久性方面仍存在较大隐患。
固定式抗撞装置中,传统的地下隐蔽安装,施工量大、耗时长,且不便拆除、缺乏机动性;浅地表安装则需要大型机械设备配合,且需在道路表面打入地脚螺栓。同时,在道路岔道等处设置的缓冲防撞设施,很难在有效距离内起作用,同时不可避免的对碰撞车体本身造成较大损害。传统的硬性防撞墙体对于提高机动车交通的安全性起了很大作用,但仍缺少能快速缓解碰撞、且对车体造成伤害较小的吸收撞击力的应急安全装置。
在当今社会状况更加复杂,突发治安事件(如自杀式暴恐活动、成规模的群体性事件等)增加的情况下,对能够快速、多手段控制交通,且造成较小伤害的需求有所增加。针对现有固定式抗撞装置的不足,多位置、多形式设置软性障碍,对减少冲突和伤亡、控制车辆强行冲撞、减少机动车事故将起到显著作用。
本发明提出的利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置,即是一种软性防撞阻停设施,可较好的应对具有一定速度的机动车冲撞。在该装置的限值以内,在阻停不利的机动车交通的同时,尽可能减少对机动车造成的二次伤害。在反恐安保设施中,可在重要建筑的入口外围布设,以抵御机动车恶意冲撞;但在布设时,应在基础部分施加一定的荷载或固定措施。在停车场边界、地下车库坡道尽头等处,也可考虑设置,以应对初速不高的机动车冲撞。在山地下坡、冰雪路段等情况,也可考虑固定本装置、用作道路防护设施,以应对刹车失灵及其他情况下发生的不利碰撞。
本发明提出的应急安全装置,是一种可灵活替换、多用途组装的防撞阻停设施,适用于阻停多种程度的撞击活动。通过对支撑结构的不同加固方式,可以便捷适应多种条件,快速安装。本装置利用了废旧轮胎作为重要构件,在废物利用的同时,提升了传统山地路段防撞设施的安全性、可靠性。但本发明作为一类软性防撞阻停设施,在实际利用时仍存在一些不足,如在抵御较强程度的撞击时、效果不佳;在承受侧向撞击力为主的情况时,存在较大的局限性;在提升本装置的防火性能方面,仍有较多细节亟待改进。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,立足于基本的几何构造和传力特性,本发明提供了一种利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置。
本发明的设计思路是,吸收、消解撞击力的过程,分别对应本装置的三个组成部分,包括初期过程的第一横列轮胎,中期过程的钢管框架和第二横列轮胎,和最终过程对应的钢筋混凝土支撑结构。本装置的核心是钢管框架构成的联动构架,起到对撞击力的分解作用。在撞击过程中,利用框架可由矩形变形为平行四边形的特性,通过各种传力方式消解撞击力。在消解撞击力的过程中,包括通过固定铰链传递到支撑结构,利用第二横列轮胎与支撑墙面的接触、与第一横列轮胎之间的接触、与承压斜墙之间的接触,以及各部分连接件之间对撞击力的消耗等部分。
本发明的传力方式采用如下技术方案:提供一种吸收撞击力的应急安全装置,将其包括的三个组成部分,废旧轮胎、钢管框架和支撑结构进行组合。该装置充分利用废旧轮胎的弹性,利用第一横列轮胎、消解在撞击初期的部分冲击力;撞击过程的剩余冲击力,由与轮胎相连的轴向钢管传至由钢管组成的框架结构;利用框架结构与固定铰链组成的、可向上滑动的平行四边形结构,和第一横列轮胎与第二横列轮胎、第二横列轮胎与支撑结构之间的弹力,以及支撑结构的作用,消解撞击过程的剩余冲击力。
需要说明的是,在本装置未使用状态时,第二横列轮胎不与支撑墙体接触;当钢管框架和废旧轮胎组成的结构发生形变、矩形结构变形为平行四边形时,二者才发生接触,并产生作用力。
第一横列轮胎在接触撞击力时,利用轮胎自身的弹性形变能力消解、吸收部分撞击力,同时将力传至第一横列的轴向钢管(6)和第二横列轮胎。由轴向钢管承受的撞击力,传递至各横向钢管。横向且固定的框架钢管(10)将一部分撞击力充分消化于第一、第二横列轮胎之间。横向且与铰链相连的框架钢管(8),将撞击力传至固定铰链(7)和承压斜墙(4)处,进而将力传递至支撑结构的同时,将一部分横向的力通过承压斜墙及地面转化为竖向的力,竖向的力推动钢管框架整体发生形变,进而将撞击力的消解过程更加多样化。
传递至支撑结构的撞击力,首先通过固定铰链(7)传至支撑墙体(1)上,进而通过斜撑构件(2)将力传至基座(3),撞击力的消解过程结束。根据不同的撞击情况、在本装置可承受的最大撞击力限值内,在撞击力消解过程结束后,轮胎、钢管框架等发生形变的部分将恢复至初始状态,利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置完成了对撞击力的消解、吸收过程。
本应急安全装置在方案设计时,主要针对具备一定速度的正面撞击过程。故而在装置中、轮胎和钢管框架的两侧设计了可上下铰动的联动设计,通过联动杆——竖向框架钢管(9)来实现。在道路中,可用于道路尽端、道路分隔岛前段、端头等处,但对护栏边缘等处、以侧向撞击为主的情况,有较大的局限性。如需适用于此类侧向撞击过程,则应相应加固联动杆处的设计,同时应对支撑结构的传力方式进行较大调整,有待本发明的后续改进。
为实现上述的设计思路,本发明的利用废旧轮胎吸收撞击力装置,采用如下技术方案:废旧轮胎(5)通过轴向钢管(6)相连,根据与支撑墙体的相对位置分为第一横列(前)、第二横列(后)。两个横列的轮胎及轴向钢管(6),通过钢管框架与支撑结构发生联系,因此形成的组合装置对消解、吸收撞击力起到协同作用。
其中,钢管框架包括轴向钢管(6)、竖向框架钢管(9)、横向且与铰链相连的框架钢管(8)、横向且固定的框架钢管(10)、钢管间的连接件和支撑墙体上的固定铰链(7)。钢管间的连接件,分为固定式和铰接两种,分别对钢管框架起到加固和带动联动的作用。钢管框架形成的整体,在接受撞击力时发生变形、联动,因此起到分解、弱化撞击力的作用。
支撑墙体(1)承担来自固定铰链(7)和第二横列轮胎的作用力。斜撑构件(2)用于加固支承墙体,基座为整个支撑结构的基础、并承担部分来自承压斜墙(4)的作用力。
附图说明
图1是根据本发明实施方案,该装置的构件示意图。
图2是根据本发明实施方案,处于结合状态的利用废旧轮胎吸收撞击力装置的轴测图。
图3是根据本发明实施方案,轮胎与其他构件分离的装置轴测图(方向规定:竖向、轴向、横向;轮胎横列标示:第一横列轮胎、第二横列轮胎)。
图4是根据本发明实施方案,轴向钢管、框架钢管、钢管间的连接件、固定铰链和支撑结构的轴测图(附图图示:1、支撑墙体;2、斜撑构件;3、基座;4、承压斜墙;5、废旧轮胎;6、轴向钢管;7、固定铰链;8、横向且与铰链相连的框架钢管;9、竖向框架钢管;10、横向且固定的框架钢管;11、固定连接件;12、铰链连接件)。
图5是将图3所示的利用废旧轮胎吸收撞击力装置中,主要连接件节点的详图1、2。
图6是根据本发明实施方案,处于结合状态的利用废旧轮胎吸收撞击力装置的正视图(附图图示:1、支撑墙体;2、斜撑构件;3、基座;4、承压斜墙;5、废旧轮胎;6、轴向钢管;7、固定铰链;8、横向且与铰链相连的框架钢管;9、竖向框架钢管;11、固定连接件;12、铰链连接件)。
图7是根据本发明实施方案,处于结合状态的利用废旧轮胎吸收撞击力装置的右视图(附图图示:1、支撑墙体;4、承压斜墙;5、废旧轮胎;6、轴向钢管;9、竖向框架钢管;10、横向且固定的框架钢管;11、固定连接件;12、铰链连接件)。
图8是根据本发明实施方案,处于转动、变形状态(第二横列轮胎与支撑墙体接触)的装置图:1、正视图,2、右视图,3、顶视图,4、透视图。
图9是根据本发明实施方案,进行改动的拓展方案示例。
图10是根据实施方案,对支撑结构进行的改进措施(至上而下为:在装置基座上增加荷载;增加基座面积,并附加荷载;扩展承压斜墙并增加基座面积,另外加铆钉锚固)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步详细描述。
结合图2和图4所示内容,该利用轮胎吸收撞击力的应急安全装置,由废旧轮胎、钢管框架及各连接件和支撑结构组成。该装置实施例中涉及到的构件参数和基本尺寸,在以下各部分进行说明。但需要注意的是,本装置是根据中小型机动车的条件而设计,装置整体的宽度不小于3.5m,高度不小于1.5m,应根据不同的使用条件变动构件,但本装置整体构架的构成形式不应有太大变化。本装置对可承受的撞击力有限值,应根据不同的设置条件进行改动,并进行相应的测试;对于超过限制而造成装置破坏的情况,应及时调整结构薄弱点。
废旧轮胎和钢管框架、各连接件部分,由多个基本单元连接而成。连接方式由固定和铰接两种方式,其中固定部分主要涉及到与轴向钢管的连接,铰接的方式分为两种,主要涉及到钢管框架中各端头处。
废旧轮胎由两组横列共90个废旧轮胎构成,每组横列分为3层,每层分为3个小组,每小组由5个轮胎通过轴向钢管相连,每小组的5个并置轮胎即组成了废旧轮胎的基本单元。需要说明的是,本实施例中采用的轮胎为同规格小型机动车的废旧轮胎;在拓展例及其他实施条件中,应至少保证每组横列内的轮胎为统一尺寸。每小组内轮胎的个数,由所采用的轮胎型号不同而相应调整,本实施例中采用的轮胎是标准小轿车的轮胎尺寸。在本实施例中,第一、二横列相对应的轮胎处于相同的水平位置;在后面提及的拓展例中,可根据不同实施条件而相应调整。废旧轮胎与轴向钢管之间应为固定式连接,具体的连接方式根据不同的轮胎型号而定,但应采取相同的固定连接方式。
钢管框架部分,具体参照图4进行说明。在本实施例中,连接废旧轮胎的6个轴向钢管并列,分为前后两组。根据每小组5个并置轮胎的尺寸,将每层的轴向钢管分为三段,共4根横向钢管。横向钢管采用同一型号,管径小于轴向钢管,结合两种不同的连接件进行固定连接和铰接。
每层的中间两根横向钢管为固定的框架钢管(10),通过连接件(11)固定每层的前后两根轴向钢管。横向钢管(10)通过螺纹连接,与连接件(11)进行固定;轴向钢管通过连接件(11)和螺钉、螺栓进行锚固,与横向钢管进行固定。每层两端的两根横向钢管是与铰链相连的框架钢管(8),与每层的前后两根轴向钢管有两种不同的连接方式;并在支撑墙体处,通过固定铰链(7)与其相连。通过连接件(12)与第一横列的轴向钢管连接,连接方式为铰接:横向钢管(8)通过通过螺纹连接,与连接件(12)的端口进行固定;连接件(12)的端口可围绕第一横列的轴向钢管转动。横向钢管(8)通过连接件(11)与第二横列的轴向钢管连接,为固定的连接方式。至此,每层的横向钢管(8、10)可围绕固定铰链(7)进行上下转动。
2根竖向框架钢管(9)位于第一横列轮胎的两端,起到联动三层轮胎(5)、轴向钢管(6)和横向钢管(8、10)的作用。竖向框架钢管(9)与分列三层的轴向钢管(6)进行连接,通过固定和铰接的方式连接。竖向框架钢管(9)的两端,通过连接件(12)与轴向钢管(6)铰接;竖向框架钢管(9)的中部,通过连接件(11)与第二层的轴向钢管(6)固定连接。至此,整个钢管框架可围绕固定铰链(7)进行上下转动,并使上下3层、前后横列进行联动。
支撑结构部分为钢筋混凝土制成,通过斜撑构件(2)的支撑,形成较稳定的传力体系。支撑墙体(1)、斜撑构件(2)、基座(3)和承压斜墙(4)组成的支撑结构,通过固定铰链(7)和承压斜墙(4)与上述体系发生关联,在稳定整个装置的同时,起到最终消解、吸收撞击力的作用。
另外参见图10,可通过对支撑结构的加固、改造以适应多用途的使用条件。对基座(1)本体的加固措施,可以是示例(一)中的增加移动荷载,也可以结合示例(三)中的利用铆钉与地面锚固(如利用铆钉加固,需首先对基底以下的地面进行处理)。示例(一)中对基座的加固,主要用于撞击力较小的实例。示例(二)是通过扩展基底的面积,并与基座本体相连,在已拓展的基底上增加更多的移动荷载。示例(三)是扩展承压斜墙的面积,以增加斜向支撑的力度,同时提出可利用铆钉与地面锚固。以上三个示例都是对支撑结构进行的加固,如需进一步增加该装置可接受的撞击力限制,应进行更专业的力学分析,以确定可与本装置结合的最佳固定方式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并非用以限定本发明的申请专利范围,因此凡其他未脱离本发明所揭示的理念下完成的等效改变或修饰,均应包含于本发明案的申请专利范围内。本发明的适用范围,包括普通公路、山地下坡路段等,也可用于部队工事及其他用途。
拓展案例是在本实施例的基础上进行的改动,其实质是因轮胎尺寸不同而对装置进行的调整。第一、第二横列轮胎的组合方式,也可进行调整。但应遵循的原则是,尽量采用同一规格的废旧轮胎进行组合;应避免因轮胎规格不同,而使撞击对装置造成损坏。同时也可根据装置的安放位置,对装置的倾斜角度及钢管框架的位置、尺寸进行调整。
Claims (10)
1.一种利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置,其特征在于,通过钢管框架连接废旧轮胎与支撑结构、可接受局部变形的吸收撞击力的应急安全装置;该装置的支撑结构,包括支撑墙体(1)、斜撑构件(2)、基座(3)和承压斜墙(4)四部分;通过支撑结构与废旧轮胎(5)、钢管框架组成的多层承压结构,实现吸收撞击力的功能。
2.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置,其特征在于,废旧轮胎(5)通过轴向钢管(6)相连,根据与支撑墙体的相对位置分为第一横列(前)、第二横列(后);在轴向分为3组,每组5个同型号轮胎;在竖向分为3层,每层15个同型号轮胎。
3.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置,其特征在于,支撑结构各部分(1~4)为钢筋混凝土材料浇筑而成,在装置中起到基础的承压作用;支撑墙体(1)承担来自固定铰链(7)和第二横列轮胎的作用力;斜撑构件(2)用于加固支承墙体;基座(3)为整个支撑结构的基础、并承担部分来自承压斜墙(4)的作用力;承压斜墙(4)为基座(3)的延伸,并承担来自第二横列轮胎的作用力。
4.根据权利要求1、3所述的利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置,其特征在于基座(3)的固定方式根据不同用途而定;当撞击力不大、用于临时安放时,在基座上放置相应的荷载即可;用作道路防护设施时,需进行特殊加固,开挖路面、安装特定的固定装置等措施。
5.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置,其特征在于,钢管框架包括轴向钢管(6)、竖向框架钢管(9)、横向且与铰链相连的框架钢管(8)、横向且固定的框架钢管(10)、钢管间的连接件和支撑墙体上的固定铰链(7)。
6.根据权利要求5所述的利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置,其特征在于,竖向框架钢管(9)与第一横列的轴向钢管(6)相连;两种钢管之间的连接件,包括位于中部的固定连接件(11)和位于两端的铰接连接件(12)。
7.根据权利要求6所述的利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置,其特征在于,横向且固定的框架钢管(10)与第一、第二横列的轴向钢管相连,采用固定连接件(11)。
8.根据权利要求5、6所述的利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置,其特征在于,位于竖向框架钢管中部的固定连接件(11)为固定连接件,将中间层的轴向钢管与竖向框架钢管(9)固定;竖向框架钢管(9)通过钢管上的螺纹与固定连接件(11)进行组合,中间层的轴向钢管与固定连接件(11)通过螺钉、螺栓固定。
9.根据权利要求5、6所述的利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置,其特征在于,位于竖向框架钢管两端的铰接连接件(12);竖向框架钢管(9)通过钢管上的螺纹与铰接连接件(12)进行组合;铰接连接件(12)套于轴向钢管上,可以轴向钢管(9)发生铰接转动。
10.根据权利要求5、6所述的利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置,其特征在于,横向且与铰链相连的框架钢管(8)与第一、第二横列的轴向钢管(6)相连;其中,与第一横列轴向钢管的连接,采用铰接连接件(12);与第二横列轴向钢管的连接,采用固定连接件(11);连接件的特征及组合方法,参见权利要求6、8。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180413 Termination date: 20191202 |
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |