CN105818831A - 组合式吸能机构及具有该组合式吸能机构的轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式吸能机构及具有该组合式吸能机构的轨道车辆，组合式吸能机构包括安装主体、冲头和安装于安装主体上的薄壁吸能结构，冲头设置并能滑向薄壁吸能结构以挤压薄壁吸能结构，安装主体上于冲头的滑动方向两侧均安装有多孔隙吸能结构，各多孔隙吸能结构与冲头之间设有在冲头滑动挤压薄壁吸能结构时由冲头驱动动作同步挤压多孔隙吸能结构的冲击力传递机构。轨道车辆安装有上述的组合式吸能机构。本发明具有结构简单紧凑、易于制作、便于安装、变形稳定可控、吸能效果好、比吸能大等优点。

Description

组合式吸能机构及具有该组合式吸能机构的轨道车辆

技术领域

本发明涉及冲撞吸能装备技术领域，具体涉及一种组合式吸能机构及具有该组合式吸能机构的轨道车辆。

背景技术

近年来随着路面有轨车辆的不断兴起，地面碰撞概率大大增加。国内外频繁发生的铁道车辆碰撞事故，给人们带来了沉重和惨痛的教训。铁路作为国民经济重要的基础设施和大众交通工具，应始终把保护旅客和司乘人员的生命财产安全作为轨道交通运行安全的出发点。因此，当列车碰撞事故无法避免时，亟需开展铁道车辆被动安全保护研究。

在车辆碰撞过程中，由于安全防护的需要，碰撞动能要完全被吸收或耗散，因此需要采用专门的元件作为能量吸收结构，以满足车辆结构的耐撞性要求。一个设计良好的耐撞性结构必须以可控制的方式吸收或耗散全部撞击动能，在材料和结构的这些能量吸收机制中，金属薄壁结构和铝蜂窝结构作为一种低成本、高强重比、高吸能效率的吸能结构，得到了广泛的实际应用。

吸能结构分为承载吸能结构和专用吸能结构，所谓承载吸能结构是指：在正常运行条件下，具有良好的传递纵向力性能，在发生撞击事故时产生塑性大变形吸收能量；所谓专用吸能结构是指：不作为结构承载用，仅在发生撞击事故时产生塑性大变形吸收能量，以增加吸能结构的“比吸能”，专用吸能结构在碰撞中失效后可以替换。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单紧凑、易于制作、便于安装、变形稳定可控、吸能效果好、比吸能大的组合式吸能机构，还提供一种具有该组合式吸能机构的轨道车辆。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种组合式吸能机构，包括安装主体、冲头和安装于所述安装主体上的薄壁吸能结构，所述冲头设置并能滑向薄壁吸能结构以挤压薄壁吸能结构，所述安装主体上于所述冲头的滑动方向两侧均安装有多孔隙吸能结构，各多孔隙吸能结构与冲头之间设有在冲头滑动挤压薄壁吸能结构时由冲头驱动动作同步挤压多孔隙吸能结构的冲击力传递机构。

上述的组合式吸能机构，优选的，所述冲击力传递机构包括滑动设置的滑块，所述滑块的滑动方向与冲头的滑动方向垂直，所述冲头设有在冲头滑向薄壁吸能结构时推动滑块滑动挤压多孔隙吸能结构的第一斜面。

上述的组合式吸能机构，优选的，所述滑块设有与所述第一斜面贴合配合的第二斜面。

上述的组合式吸能机构，优选的，所述滑块滑设于一安装于安装主体上的储能箱内，所述多孔隙吸能结构安装所述储能箱内。

上述的组合式吸能机构，优选的，所述滑块的横截面为矩形，所述储能箱具有矩形横截面的管孔，所述管孔的四个内壁上均设有一导向块，所述滑块滑设于所述管孔中，且滑块上对应各导向块均设有一与该导向块滑动配合的导向槽。

上述的组合式吸能机构，优选的，所述多孔隙吸能结构为蜂窝铝、蜂窝钢或泡沫铝；且当多孔隙吸能结构为蜂窝铝或蜂窝钢时，其孔隙方向与滑块的滑动方向一致。

上述的组合式吸能机构，优选的，所述薄壁吸能结构由多组薄壁管构成，薄壁管上设有诱发薄壁吸能结构在冲头滑动方向上发生屈曲变形的诱导槽；所述诱导槽为与冲头滑动方向垂直的凹槽。

上述的组合式吸能机构，优选的，所述冲头远离薄壁吸能结构一端的端面为冲击力承受面，所述冲击力承受面垂直于冲头的滑动方向，所述冲击力承受面上设有若干沿竖直方向间隔设置的防爬齿，各防爬齿为沿水平方向延伸布置的条形凸起；所述冲头挤压薄壁吸能结构的一端设有与薄壁吸能结构面接触的匀力板，所述匀力板与薄壁吸能结构接触面垂直于冲头的滑动方向。

一种轨道车辆，所述轨道车辆安装有一个以上上述的组合式吸能机构。

上述的轨道车辆，优选的，所述组合式吸能机构安装于车辆底架的前端，且所述组合式吸能机构的冲头的滑动方向为轨道车辆前进的方向，所述冲头沿滑动方向伸出车辆底架，所述组合式吸能机构的冲头和两个多孔隙吸能结构位于车辆底架的同一水平面上；所述车辆底架作为所述组合式吸能机构的安装主体。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的组合式吸能机构在发生碰撞事故时能够产生有序可控的塑性大变形来吸收冲击动能，其具有结构简单紧凑、易于制作、便于安装、变形稳定可控、吸能效果好、比吸能大，可广泛应用于铁道车辆的能量耗散装置中，尤其适用于用作铁道车辆头部底架前端的专用吸能结构。本发明的轨道车辆采用本发明的组合式吸能机构后，能够充分利用车辆底架上的安装空间，可将冲头的纵向冲击转换为滑块的横向冲击力，使整个机构分别从纵向和横向挤压吸能结构，从而吸收更多的冲击动能。

附图说明

图1为组合式吸能机构的立体结构示意图。

图2为组合式吸能机构的拆分结构示意图。

图3为组合式吸能机构中冲头的立体结构示意图。

图4为组合式吸能机构中储能箱的立体结构示意图。

图5为组合式吸能机构中滑块的立体结构示意图。

图6为组合式吸能机构中薄壁吸能结构的立体结构示意图。

图7为组合式吸能机构中多孔隙吸能结构的立体结构示意图。

图8为组合式吸能机构安装于车辆底架上的结构示意图。

图例说明：

1、冲头；11、第一斜面；12、防爬齿；13、匀力板；2、薄壁吸能结构；21、诱导槽；3、多孔隙吸能结构；4、滑块；41、第二斜面；42、导向槽；5、储能箱；51、管孔；52、导向块；100、安装主体。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图8所示，本实施例的组合式吸能机构，包括安装主体100、冲头1和安装于安装主体100上的薄壁吸能结构2，冲头1设置并能滑向薄壁吸能结构2以挤压薄壁吸能结构2，安装主体100上于冲头1的滑动方向两侧均安装有多孔隙吸能结构3，各多孔隙吸能结构3与冲头1之间设有在冲头1滑动挤压薄壁吸能结构2时由冲头1驱动动作同步挤压多孔隙吸能结构3的冲击力传递机构。本实施例的冲击力传递机构包括滑动设置的滑块4，滑块4的滑动方向与冲头1的滑动方向垂直，冲头1设有在冲头1滑向薄壁吸能结构2时推动滑块4滑动挤压多孔隙吸能结构3的第一斜面11。制作时，冲头1的主体部分为一棱柱形冲击杆。

本实施例中，滑块4设有与第一斜面11贴合配合的第二斜面41，采用第一斜面11和第二斜面41配合能够提高传动的均衡性和稳定性。

本实施例中，滑块4滑设于一储能箱5内，储能箱5固定安装于安装主体100上，多孔隙吸能结构3安装储能箱5内。具体的，滑块4的横截面为矩形，储能箱5具有矩形横截面的管孔51，多孔隙吸能结构3固定安装于该管孔51内，管孔51的四个内壁上均设有一导向块52，滑块4滑设于管孔51中，且滑块4上对应各导向块52均设有一与该导向块52滑动配合的导向槽42，通过导向块52和导向槽42配合导向作用，能够提高滑块4滑动的稳定性。

本实施例中，多孔隙吸能结构3为蜂窝铝、蜂窝钢或泡沫铝等多孔隙材料；且当多孔隙吸能结构3为蜂窝铝或蜂窝钢时，其孔隙方向与滑块4的滑动方向一致。薄壁吸能结构2由多组薄壁管构成，薄壁管上设有诱发薄壁吸能结构2在冲头1滑动方向上发生屈曲变形的诱导槽21；诱导槽21为与冲头1滑动方向垂直的凹槽。薄壁吸能结构2上设置诱导槽21有两个作用，其一是能够削弱薄壁吸能结构2的初始纵向承载能力，降低初始撞击力峰值，从而降低碰撞初始阶段产生的冲击减速度；其二是能够引导薄壁吸能结构2发生有序塑性变形，能够充分挖掘薄壁吸能结构2吸收冲击动能的能力。

本实施例中，冲头1远离薄壁吸能结构2一端的端面为冲击力承受面，冲击力承受面垂直于冲头1的滑动方向，冲击力承受面上设有若干沿竖直方向间隔设置的防爬齿12，各防爬齿12为沿水平方向延伸布置的条形凸起，该防爬齿12能够抑制冲头的垂向运动和变形；冲头1挤压薄壁吸能结构2的一端设有与薄壁吸能结构2面接触的匀力板13，匀力板13与薄壁吸能结构2接触面垂直于冲头1的滑动方向，设置匀力板13能够将冲头1所受的冲击力均匀传递给薄壁吸能结构2。

本实施例的组合式吸能机构工作原理如下：

如图1所示，当冲头1受到纵向（冲头1的滑动方向）冲击作用时，冲头1以速度v ₁沿着纵向滑动，一方面通过匀力板13挤压后端的薄壁吸能结构2，使薄壁吸能结构2发生纵向屈曲塑性变形来吸收冲击能力；另一方面，通过冲头1上的第一斜面11与滑块4的相互作用，将冲头1的纵向运动转换为滑块4的横向（滑块4的滑动方向）运动，这样分布在冲头1两侧的滑块4分别以速度v ₂和v ₂′来挤压储能箱5中的多孔隙吸能结构3，多孔隙吸能结构3发生塑形变形继而吸收更多的冲击动能。

在正常运行条件下，组合式吸能机构中的冲头1、薄壁吸能结构2、滑块4和储能箱5还具有一定的承载能力，承受一定的纵向和垂向载荷。

该组合式吸能机构在发生碰撞事故时可产生有序可控的塑性大变形来吸收冲击动能。因塑性变形而损耗了的薄壁吸能结构2和多孔隙吸能结构3还可以进行更换，使整个吸能机构又可以重复使用。

如图8所示，一种轨道车辆，轨道车辆安装有两个上述的组合式吸能机构，两组组合式吸能机构沿轨道车辆的车辆底架中性线方向呈对称布置。其中，组合式吸能机构安装于车辆底架的前端，且组合式吸能机构的冲头1的滑动方向为轨道车辆前进的方向，冲头1沿滑动方向伸出车辆底架，组合式吸能机构的冲头1和两个多孔隙吸能结构3位于车辆底架的同一水平面上，也即两个多孔隙吸能结构3在轨道车辆的宽度方向上分设于冲头1的两侧；车辆底架同时作为两个组合式吸能机构的安装主体100。该轨道车辆充分利用车辆底架结构上的安装空间，将冲头1的纵向冲击转换为滑块4的横向冲击力，使整个机构分别从纵向和横向挤压吸能结构，从而吸收更多的冲击动能。

在其他实施例中，轨道车辆上组合式吸能机构的安装数量不仅限于两个，可以根据实际情况选择是一个或三个以上。组合式吸能机构也不仅限于安装在轨道车辆的前端，也可以是后端或两侧等位置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种组合式吸能机构，其特征在于：包括安装主体（100）、冲头（1）和安装于所述安装主体（100）上的薄壁吸能结构（2），所述冲头（1）设置并能滑向薄壁吸能结构（2）以挤压薄壁吸能结构（2），所述安装主体（100）上于所述冲头（1）的滑动方向两侧均安装有多孔隙吸能结构（3），各多孔隙吸能结构（3）与冲头（1）之间设有在冲头（1）滑动挤压薄壁吸能结构（2）时由冲头（1）驱动动作同步挤压多孔隙吸能结构（3）的冲击力传递机构。

2.根据权利要求1所述的组合式吸能机构，其特征在于：所述冲击力传递机构包括滑动设置的滑块（4），所述滑块（4）的滑动方向与冲头（1）的滑动方向垂直，所述冲头（1）设有在冲头（1）滑向薄壁吸能结构（2）时推动滑块（4）滑动挤压多孔隙吸能结构（3）的第一斜面（11）。

3.根据权利要求2所述的组合式吸能机构，其特征在于：所述滑块（4）设有与所述第一斜面（11）贴合配合的第二斜面（41）。

4.根据权利要求2所述的组合式吸能机构，其特征在于：所述滑块（4）滑设于一安装于安装主体（100）上的储能箱（5）内，所述多孔隙吸能结构（3）安装所述储能箱（5）内。

5.根据权利要求4所述的组合式吸能机构，其特征在于：所述滑块（4）的横截面为矩形，所述储能箱（5）具有矩形横截面的管孔（51），所述管孔（51）的四个内壁上均设有一导向块（52），所述滑块（4）滑设于所述管孔（51）中，且滑块（4）上对应各导向块（52）均设有一与该导向块（52）滑动配合的导向槽（42）。

6.根据权利要求2所述的组合式吸能机构，其特征在于：所述多孔隙吸能结构（3）为蜂窝铝、蜂窝钢或泡沫铝；且当多孔隙吸能结构（3）为蜂窝铝或蜂窝钢时，其孔隙方向与滑块（4）的滑动方向一致。

7.根据权利要求1所述的组合式吸能机构，其特征在于：所述薄壁吸能结构（2）由多组薄壁管构成，薄壁管上设有诱发薄壁吸能结构（2）在冲头（1）滑动方向上发生屈曲变形的诱导槽（21）；所述诱导槽（21）为与冲头（1）滑动方向垂直的凹槽。

8.根据权利要求1所述的组合式吸能机构，其特征在于：所述冲头（1）远离薄壁吸能结构（2）一端的端面为冲击力承受面，所述冲击力承受面垂直于冲头（1）的滑动方向，所述冲击力承受面上设有若干沿竖直方向间隔设置的防爬齿（12），各防爬齿（12）为沿水平方向延伸布置的条形凸起；所述冲头（1）挤压薄壁吸能结构（2）的一端设有与薄壁吸能结构（2）面接触的匀力板（13），所述匀力板（13）与薄壁吸能结构（2）接触面垂直于冲头（1）的滑动方向。

9.一种轨道车辆，其特征在于：所述轨道车辆安装有一个以上如权利要求1~8中任一项所述的组合式吸能机构。

10.根据权利要求9所述的轨道车辆，其特征在于：所述组合式吸能机构安装于车辆底架的前端，且所述组合式吸能机构的冲头（1）的滑动方向为轨道车辆前进的方向，所述冲头（1）沿滑动方向伸出车辆底架，所述组合式吸能机构的冲头（1）和两个多孔隙吸能结构（3）位于车辆底架的同一水平面上；所述车辆底架作为所述组合式吸能机构的安装主体（100）。