CN106994982B - 一种充压式吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种充压式吸能装置，属于轨道交通车辆被动安全技术领域。它能有效地解决吸能结构在阻抗力水平与阻抗力平稳性之间存在矛盾的问题。封底安装板为圆周上均布螺栓孔的法兰结构，其几何中心位置设有通孔，该孔中设有恒压阀，内侧靠近螺栓孔边缘处设有圆环凸台，封底安装板通过圆环凸台与约束管的尾端过盈配合固定带有圆弧形预翻卷的诱导结构的尾端与约束管的前端过盈配合固定，承压板的圆周上均布螺栓孔，内侧设有圆环止口，翻卷管的前端与圆环止口配合焊接固定；半球形封顶的外圈与翻卷管内表面贴合，顶端焊接固定；约束管通过内表面与翻卷管的诱导结构配合焊接固定；整体式密封气囊为薄壁橡胶结构。主要用于列车端部被动安全。

Description

一种充压式吸能装置

技术领域

本发明属于轨道交通车辆被动安全技术领域，涉及列车端部的被动安全技术。

背景技术

目前用于轨道交通车辆的吸能装置，其主要功能在于：当车辆发生不可避免的碰撞时，通过车端吸能装置的不可逆变形和破坏来吸收碰撞能量，避免车辆运动形式往更恶劣的方向发展、保护车辆主体结构不发生更大的破坏，最大程度地保护司乘人员和贵重设备的安全，尽可能地减小碰撞事故带来的损失。

现有的轨道交通车辆的吸能装置主要结构形式有压溃结构和翻卷管结构。其中，压溃结构根据压溃介质的不同还可细分为压溃管结构和蜂窝压溃结构。

压溃管结构在吸能过程中阻抗力波动较大，这对保证司乘人员安全和车辆主体结构完整是很不利的；另外一方面，压溃管结构还容易出现变形失稳，导致阻抗力急剧下降，丧失吸能能力。

蜂窝压溃结构虽然阻抗力波动平稳，但存在吸能容量小、参数设计困难等缺点。

翻卷管吸能结构变形吸能过程稳定，设置薄弱环节后的翻卷管吸能结构初始峰值阻抗力小、平稳性好，但其仍无法克服阻抗力水平低、吸能容量小的缺点，这显然严重阻碍了其在吸能装置中的运用。

通过以上分析可以发现，现有吸能结构各有优势和不足，最大的矛盾在于阻抗力水平和阻抗力平稳性的调和。本发明提出一种“充压式吸能装置”，对解决该矛盾很有价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种充压式吸能装置，它能有效地解决吸能结构在阻抗力水平与阻抗力平稳性之间存在矛盾的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种充压式吸能装置，包括承压板、封底安装板和密封气囊，封底安装板为圆周上均布螺栓孔的法兰结构，其几何中心位置设有通孔，该通孔中设有恒压阀，内侧靠近螺栓孔边缘处设有圆环凸台，封底安装板通过圆环凸台与约束管的尾端过盈配合固定，翻卷管为均匀壁厚的圆管，带有圆弧形预翻卷的诱导结构的尾端与约束管的前端过盈配合固定，承压板的圆周上均布螺栓孔，内侧设有圆环止口，翻卷管的前端与圆环止口配合焊接固定；半球形封顶的外圈与翻卷管内表面贴合，顶端焊接固定；约束管为均匀壁厚的圆管，通过内表面与翻卷管的诱导结构配合焊接固定；整体式密封气囊为薄壁橡胶结构，与整个内腔结构贴合设置，通过粘合剂固定。

所述翻卷管为均匀壁厚圆管，带有预翻卷诱导结构。

所述封顶为内凹的半球形结构。

所述约束管为均匀壁厚圆管，壁厚大于翻卷管。

该装置为预充气结构，内部气体压力恒定。

本发明所述的充压式吸能装置为预充气结构，即使用前充入具有一定压力的物化性质稳定的气体。在翻卷管发生翻卷变形的过程中会产生翻卷阻抗力；同时，恒压阀能保证密闭内腔中气压恒定在预设阈值附近，该压力作用于半球形封顶内壁，也会产生相对稳定的阻抗力。所述充压式吸能装置在翻卷吸能阶段通过翻卷管翻卷变形和封闭内腔中的压力气体内能变化来吸收撞击能量在压溃吸能阶段通过翻卷管和约束管的压溃变形来吸收能量。该装置通过设置不同的恒压阀阈值可实现不同的阻抗力水平。

本发明与现有结构和技术相比，其有益效果是：在碰撞过程中的阻抗力水平和吸能容量高；阻抗力变化平稳、峰值小；阻抗力水平和吸能容量简单可调；具有两级吸能特性。有效吸收轨道交通车辆的碰撞能量，并保护司乘人员的安全和车辆主体结构不受破坏。

附图说明

图1为本发明三维视图

图2为本发明正视图

图3为本发明翻卷吸能阶段完成后的剖视图

图4为本发明承压板三维视图

图5为本发明封顶三维视图

图6为本发明封底安装板三维视图

具体实施方式

下面结合附图和一种具体实施方式对本发明作进一步说明：

一种充压式吸能装置，圆盘形承压板1带有圆环止口9，用以与翻卷管2配合安装，承压板1为法兰结构，圆周上均布螺栓孔8，用以通过螺栓与防爬、防偏或其他可能的吸能装置附加结构连接；翻卷管2为均匀壁厚的圆管，翻卷管2带有圆弧形预翻卷的诱导结构10，其目的在于诱导翻卷管2的初始变形，降低初始峰值阻抗力；内凹的半球形封顶5可承受足够大的气压而不至于发生塑性变形，相较于平板结构，半球形封顶5在承受相同气压的前提下可减轻结构重量，提高结构稳定性，封顶5外圈与翻卷管2内表面贴合、顶端对齐安装；约束管3为均匀壁厚的圆管，壁厚应略大于翻卷管2壁厚，保证约束管3在翻卷管2翻卷过程中不发生压溃变形，保证结构的整体稳定，约束管3内表面与翻卷管诱导结构10配合安装；圆形法兰结构的封底安装板4的内侧设有圆环凸台11，用以与约束管3配合安装，封底安装板4圆周上均布螺栓孔12，用以通过螺栓与车体结构连接，封底安装板4几何中心位置开中心圆孔13，用以安装恒压阀7；整体式密封气囊6为薄壁橡胶结构，与整个内腔结构贴合安装，保证内腔结构的气密性；恒压阀7，安装于封底安装板4中心圆孔13位置。

所述充压式吸能装置中，承压板1与翻卷管2、翻卷管2与封顶5、翻卷管2与约束管3、约束管3与封底安装板4均采用焊接固定。

所述承压板1，通过螺栓与防爬、防偏或其他吸能装置附加结构连接。

所述封底安装板4，通过螺栓与车体连接。

所述恒压阀7，可设置一阈值，以封闭内腔中的气体压强为控制量，当封闭内腔中的气体压强大于所设阈值时，恒压阀7能通过控制阀口开度释放压力气体，保证封闭内腔中的压力恒定。

所述密封气囊6与内腔壁通过粘合剂粘合。

所述充压式吸能装置为预充气结构，在使用前首先利用外部高压充气装置，通过恒压阀7向密封内腔充入物化性质稳定的压力气体，密封内腔的气体压强应大于外界环境气压并保证所述充压式吸能装置不发生实质性的塑性变形。

吸能结构在碰撞过程中：撞击力首先作用在承压板1上，并通过承压板1作用于翻卷管2；翻卷管2首先在预翻卷诱导结构10处发生向外翻卷的变形，并持续性地以相同的翻卷模式发生变形；与此同时，随着翻卷管2的翻卷变形，封闭内腔的容积变小，压力气体的气压随之增大，当气体压力超过恒压阀7的阈值时，恒压阀7将根据压力情况控制阀口开度释放压力气体，因而在伴随着翻卷管2变形的过程中，密封内腔中的气体压力一直保持恒定。当翻卷管2发生翻卷变形直至与封底安装板4接触时，视为翻卷吸能阶段结束。在所述阶段过程中，阻抗力的来源为翻卷管翻卷变形和封闭内腔中的气体压力，所述充压式吸能装置通过翻卷管2翻卷变形和封闭内腔中的压力气体内能变化来吸收撞击能量。

更进一步的，当翻卷吸能阶段完成后，结构继续受压，翻卷管2发生压溃变形继续吸能；当承压板1与约束管3前端接触后，约束管3与翻卷管2一同发生压溃变形，直至结构压溃到载荷水平超出车体结构承载极限，结构再无吸能潜力时，视为吸能结束。

所述吸能装置通过设置不同的恒压阀7阈值可实现不同的阻抗力水平，具有阻抗力可调、峰值阻抗力小、阻抗力变化平稳、吸能稳定且吸能量大的特点和两级吸能特性。

上述图示和描述表达了本发明的主要特征、基本原理、技术优势以及具体实施方案。而本领域的技术人员将会意识到，所描述的实施方案是为了帮助读者理解本发明的基本原理和思想，仅仅是本发明的一种实施方案，而不是全部的实施方案。在所述基本原理和思想的基础上，本发明还会有其他各种变化和改进，包括不同形状、尺寸的承压板和封底安装板，不同尺寸、材料的翻卷管和约束管，具有不同诱导结构和翻卷形式的翻卷管，不同尺寸和数量的螺栓孔，采用不同控制原理但具有相同功能的恒压阀或相关结构，不同数量的所述吸能装置的组合等等。本领域的技术人员在本发明实施方案所表达的基本原理和思想的基础上，没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方案都属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种充压式吸能装置，包括承压板(1)、封底安装板(4)和密封气囊(6)，其特征在于：封底安装板(4)为圆周上均布螺栓孔(12)的法兰结构，其几何中心位置设有通孔(13)，该通孔(13)中设有恒压阀(7)，内侧靠近螺栓孔(12)边缘处设有圆环凸台(11)，封底安装板(4)通过圆环凸台(11)与约束管(3)的尾端过盈配合固定，翻卷管(2)为均匀壁厚的圆管，带有圆弧形预翻卷的诱导结构(10)的尾端与约束管(3)的前端过盈配合固定，承压板(1)的圆周上均布螺栓孔(8)，内侧设有圆环止口(9)，翻卷管(2)的前端与圆环止口(9)配合焊接固定；半球形封顶(5)的外圈与翻卷管(2)内表面贴合，顶端焊接固定；约束管(3)为均匀壁厚的圆管，通过内表面与翻卷管(2)的诱导结构(10)配合焊接固定；整体式密封气囊(6)为薄壁橡胶结构，与整个内腔结构贴合安装，通过粘合剂固定。

2.根据权利要求1所述的一种充压式吸能装置，其特征是：所述封顶(5)为内凹的半球形结构。

3.根据权利要求1所述的一种充压式吸能装置，其特征是：所述约束管(3)为均匀壁厚圆管，壁厚大于翻卷管(2)。

4.根据权利要求1所述的一种充压式吸能装置，其特征是：该装置为预充气结构，内部气体压力恒定。