CN107336721A - 一种基于缩颈塑性变形的吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于缩颈塑性变形的吸能装置，包括设有安装通孔的安装板，安装板的安装通孔内装设有缩颈凹模，缩颈凹模的中部设有缩颈通孔，缩颈通孔内配合嵌设一缩颈变形管，缩颈变形管内插设有撞击凸模，撞击凸模的一端位于缩颈变形管的大径管端外，撞击凸模的另一端与缩颈变形管的小径管端所设的底板接触，且小径管端插设于缩颈凹模的缩颈通孔内，缩颈变形管为薄壁金属管，其强度小于撞击凸模和缩颈凹模的强度，撞击凸模能将撞击力传递至缩颈变形管的底板使缩颈变形管由受压转变为受拉而产生稳定的塑性变形以吸能。本发明还有结构简单、安装方便、节约成本、能承受更强冲击力、可避免横向失稳且变形稳定等优点。

Description

一种基于缩颈塑性变形的吸能装置

技术领域

本发明涉及轨道车辆被动安全技术领域，具体涉及一种基于缩颈塑性变形的吸能装置。

背景技术

作为国民经济的大动脉和大众化的交通工具，轨道交通有运量大、速度快、成本低、安全程度相对高、环保和节能的特点。近些年轨道交通迅速发展，尤其高速客运列车迎来一个蓬勃期。随着运营速度不断提高，车辆的运行安全也变得越来越重要，车辆发生碰撞的概率相对较小，但是一旦发生碰撞事故，将会带来巨大的人员伤亡和财产损失。

为了降低车辆碰撞事故造成的危害，开展车辆被动安全防护，研究车辆的专用吸能结构很有必要。压溃式吸能装置是应用最广泛的吸能结构，其力-位移曲线是作用力随着位移急剧增大，会产生较大的撞击峰值力，不利于乘员和货物的保护。另外一种是鼓胀/缩颈型的吸能结构，其力-位移曲线的作用力在随位移急剧增加后，会平稳在一个平台力左右，相对压溃式吸能结构的撞击力要平稳许多，尤其鼓胀/压溃管采用了预变形的时候，但在实际应用过程中存在着未鼓胀/缩颈部分预先压溃的情况，造成变形失稳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、安装方便、节约成本、能承受更强冲击力、可避免横向失稳且变形稳定的基于缩颈塑性变形的吸能装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于缩颈塑性变形的吸能装置，包括设有安装通孔的安装板，所述安装板的安装通孔内装设有缩颈凹模，所述缩颈凹模的中部设有缩颈通孔，所述缩颈通孔内配合嵌设一缩颈变形管，所述缩颈变形管内插设有撞击凸模，所述撞击凸模的一端位于缩颈变形管的大径管端外，撞击凸模的另一端与缩颈变形管的小径管端所设的底板接触，且小径管端插设于缩颈凹模的缩颈通孔内，缩颈变形管为薄壁金属管，其强度小于撞击凸模、缩颈凹模和安装板的强度，撞击凸模能将撞击力传递至缩颈变形管的底板使缩颈变形管由受压转变为受拉而产生稳定的塑性变形以吸能。

作为上述技术方案的进一步改进：

优选的，所述安装板为矩形金属板，矩形安装板上对称设有四个以上所述的安装通孔，所述安装通孔为圆形通孔，每个圆形通孔内均安装一个所述的缩颈凹模，缩径凹模的外周通过螺栓与安装板固定连接。

优选的，所述缩颈变形管设有四根以上，四根以上的缩颈变形管均通过适当的间隙配合嵌设于相应缩径凹模的缩颈通孔内。

优选的，所述撞击凸模包括一方形金属均力板和四个以上金属导力柱，所述导力柱的横截面为十字形，四个以上十字形导力柱的一端均垂直连接于所述均力板上并均布成方形，导力柱的另一端均设有一个圆柱形冲头，所述均力板位于缩颈变形管的大径管端外，冲头伸入相应缩颈变形管内与底板接触。

优选的，所述缩颈变形管的内孔为圆柱孔，缩颈变形管的大径管和小径管之间通过一斜壁管连接，且大径管的长度大于小径管的长度。

优选的，所述缩颈通孔包括大径圆孔、小径圆孔以及连接大径圆孔和小径圆孔的斜壁孔，所述斜壁孔与斜壁管的斜度和长度均一致，缩颈变形管的小径管端插设于缩颈凹模后其斜壁管配合嵌设于斜壁孔处。

优选的，所述缩颈凹模包括一设有所述缩颈通孔的金属圆柱，所述圆柱的一端装设于安装板的安装通孔内，另一端的外周设有用于卡住安装板防止滑动的凸出挡边，所述挡边的外周设有用于与安装板固定连接的耳板。

优选的，所述安装板上还设有多个用于与铁道车辆车体底架前端横梁连接的螺栓孔。

优选的，所述冲头的底面、均力板与导力柱的连接处、斜壁管与直径管的连接处以及底板与小径管的连接处均采用圆角过渡。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明的基于缩颈塑性变形的吸能装置，通过设置相配合嵌设的缩颈凹模和缩颈变形管，并在缩颈变形管的小径管端设置底板封闭，撞击凸模插设于缩颈变形管内并与底板接触，当撞击凸模受到冲击后，其与缩颈变形管相互挤压，撞击凸模的端部使缩颈变形管的底板拉伸，使缩颈变形管受到挤压力向小径端发生位移，由于受到缩颈凹模的约束，在中间过渡部分，缩颈变形管发生缩颈塑性变形，同时缩颈变形管的外侧壁与缩颈凹模内壁发生摩擦，整个过程通过缩颈变形管稳定的挤压塑性变形、以及缩颈变形管与缩颈凹模的相互摩擦的双重作用来耗散碰撞过程中的冲击动能。缩颈变形管由受压力转变为受拉力而产生的拉伸塑性变形稳定、有序、可控，可避免薄壁缩颈变形管的横向失稳，使其在更大的作用力下都可以十分稳定地变形，表现出的效果会使撞击力平稳、均衡，不会出现撞击力强峰值，能使乘员和货物得到很好的保护。

2.本发明的基于缩颈塑性变形的吸能装置，相配合的缩颈变形管、缩颈凹模以及冲头均设为布置为方形的组合式结构，其承受冲击的能力更强，变形更稳定。

3.本发明的基于缩颈塑性变形的吸能装置，缩颈变形管的强度小于其它部件的强度，整个过程只有缩颈变形管会发生塑性变形，且其发生塑性变形后可更换，而其它部件可重复使用，可大大提高结构材料的重复利用率，节约成本。

综上，本发明基于缩颈塑性变形的吸能装置具有结构简单、安装方便、节约成本、变形稳定且能承受更大冲击力等优点。

附图说明

图1 为本发明的立体结构示意图。

图2 为本发明的另一视角的立体结构示意图。

图3 为本发明的立体结构分解示意图。

图4 为本发明中撞击凸模的立体结构示意图。

图5 为本发明中缩颈变形管的立体结构示意图。

图6 为本发明中缩颈变形管的主剖视结构示意图。

图7为本发明中缩颈凹模的立体结构示意图。

图8为本发明中缩颈凹模的主剖视结构示意图。

图9为本发明中安装板的立体结构示意图。

图例说明：

1、撞击凸模；11、均力板；12、导力柱；13、冲头；2、缩颈变形管；21、底板；22、小径管；23、大径管；3、缩颈凹模；31、缩颈通孔；32、挡边；33、圆柱体；34、耳板；35、耳板连接孔；4、安装板；41、安装通孔；42、凹模连接孔；43、螺栓孔。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

参见图1～图9所示，一种本发明的基于缩颈塑性变形的吸能装置实施例，其包括安装板4、缩颈凹模3、缩颈变形管2和撞击凸模1，安装板4上设有安装通孔41，缩颈凹模3装设于安装通孔41内，缩颈凹模3的轴向中部设有缩颈通孔31，缩颈变形管2配合嵌设于缩颈通孔31内，缩颈变形管2的小径管22端部设有底板21，撞击凸模1从缩颈变形管2的大径管23端插设于缩颈变形管2内，且撞击凸模1的一端位于缩颈变形管2的大径管23外端，撞击凸模1的另一端与缩颈变形管2的小径管22端所设的底板21接触，且小径管22端插设于缩颈凹模3的缩颈通孔31内，缩颈变形管2为薄壁金属管，其强度小于撞击凸模1、缩颈凹模3和安装板4的强度，撞击凸模能将撞击力传递至缩颈变形管的底板使缩颈变形管由受压转变为受拉而产生稳定的塑性变形以吸能。本发明通过设置相配合嵌设的缩颈凹模和缩颈变形管，并在缩颈变形管的小径管端设置底板封闭，撞击凸模插设于缩颈变形管内并与底板接触，当撞击凸模受到冲击后，其与缩颈变形管相互挤压，撞击凸模的端部使缩颈变形管的底板拉伸，使缩颈变形管受到挤压力向小径端发生位移，由于受到缩颈凹模的约束，在中间过渡部分，缩颈变形管发生缩颈塑性变形，同时缩颈变形管的外侧壁与缩颈凹模内壁发生摩擦，整个过程通过缩颈变形管稳定的挤压塑性变形、以及缩颈变形管与缩颈凹模的相互摩擦的双重作用来耗散碰撞过程中的冲击动能。缩颈变形管由受压力转变为受拉力而产生的拉伸塑性变形稳定、有序、可控，可避免薄壁缩颈变形管的横向失稳，使其在更大的作用力下都可以十分稳定地变形，表现出的效果会使撞击力平稳、均衡，不会出现撞击力强峰值，能使乘员和货物得到很好的保护。

本实施例中，安装板4为矩形金属板结构，其上开有四个以上均布的圆形安装通孔41以及若干个凹模连接孔42和螺栓孔43。以下以设有四个圆形安装通孔41为例进行说明：四个圆形安装通孔41布置成矩形或方形结构，四个圆形安装通孔41内均安装一个缩颈凹模3，缩颈凹模3的外周通过螺栓与安装板4的凹模连接孔42连接固定，螺栓孔43用于使安装板4连接安装在铁道车辆车体底架前端横梁上。车体底架前端横梁预先开设有4个圆孔，方便缩颈变形管2的变形通过。

本实施例中，缩颈凹模3包括一金属空心圆柱体33，圆柱体33的内孔即为缩颈通孔31。圆柱体33一端的外周设有一凸出挡边32，挡边32用于卡住安装板4上防止滑动，挡边32的外周设有四个耳板34，耳板34均通过其上设置的耳板连接孔35与安装板4螺栓连接固定，圆柱体33的另一端嵌入到安装板4上的圆形安装通孔41内。缩颈通孔31包括大径圆孔、小径圆孔以及连接大径圆孔和小径圆孔的斜壁孔，该斜壁孔与斜壁管的斜度和长度均一致。

本实施例中，撞击凸模1的前端为方形均力板11，其接受撞击力，并向后端传导，均力板11的后端与四个横截面为十字型（以保证足够的强度下质量要小）的组合方形导力柱12连接，各导力柱12与均力板11的连接处均采用过渡圆角，防止应力集中。导力柱12另外一端连接冲头13，冲头13的整体为圆柱形，底面采用倒圆角处理，防止应力集中，四个冲头13嵌入相应的缩颈变形管2的内孔中，冲头13的末端与缩颈变形管2的底板21接触。

本实施例中，缩颈变形管2通常采用薄壁金属结构，其内孔为圆柱孔，缩颈变形管2的小径管22和大径管23之间通过一斜壁管连接，且大径管23的长度大于小径管22的长度。缩颈变形管2的小径管22端插设于缩颈凹模3后，其斜壁管配合嵌设于缩颈凹模3的斜壁孔处。缩颈变形管底板21为圆形薄板，小径管22和大径管23组成了整个缩颈变形管2的管身，小径管22（小口径管）是已经预变形的薄壁圆筒，大径管23（大口径管）是参与塑性变形的主要结构。斜壁管与大、小径管的连接处均通过倒圆角过渡。底板和小径管的连接也采用倒圆角过渡，避免应力集中。

本实施例中，上述相配合的缩颈变形管和缩颈凹模设为布置为方形的组合式结构，使其承受冲击的能力更强，变形更稳定。缩颈变形管2采用相对比较软（强度相对比较小）、具有一定塑性流动性的薄壁金属材料，撞击凸模1、缩颈凹模3、安装板4等采用相对比较硬（强度相对比较大）的金属材料。整个结构在碰撞过程中只有强度比较小的缩颈变形管2会发生塑性变形，变形后可更换新的缩颈变形管，而其余零件均可以重复使用，大大提高结构材料的重复利用率，节省成本。

本发明的吸能原理：

当碰撞发生时，撞击力首先作用在撞击凸模的前端方形均力板上，通过撞击凸模上的四个十字型导力柱传递给导力柱另外一端的冲头，冲头上的作用力再传递给缩颈变形管，通过冲头与缩颈变形管的相互挤压作用，使缩颈变形管受到挤压力向小径端发生位移，由于受到缩颈凹模的约束，在中间过渡部分，缩颈变形管发生缩颈塑性变形，同时缩颈变形管管身外侧壁与缩颈凹模内壁发生摩擦，整个过程通过缩颈变形管稳定的挤压塑性变形、以及缩颈变形管与缩颈凹模的相互摩擦的双重作用来耗散碰撞过程中的冲击动能。由于缩颈变形管受挤压产生的塑性变形稳定、有序、可控，表现出的效果会使撞击力平稳、均衡，因此不会出现不利于乘员和货物保护的撞击力强峰值。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于缩颈塑性变形的吸能装置，包括设有安装通孔的安装板，其特征在于：所述安装板的安装通孔内装设有缩颈凹模，所述缩颈凹模的中部设有缩颈通孔，所述缩颈通孔内配合嵌设一缩颈变形管，所述缩颈变形管内插设有撞击凸模，所述撞击凸模的一端位于缩颈变形管的大径管端外，撞击凸模的另一端与缩颈变形管的小径管端所设的底板接触，且小径管端插设于缩颈凹模的缩颈通孔内，缩颈变形管为薄壁金属管，其强度小于撞击凸模、缩颈凹模和安装板的强度，撞击凸模能将撞击力传递至缩颈变形管的底板使缩颈变形管由受压转变为受拉而产生稳定的塑性变形以吸能。

2.根据权利要求1所述的吸能装置，其特征在于：所述安装板为矩形金属板，矩形安装板上对称设有四个以上所述的安装通孔，所述安装通孔为圆形通孔，每个圆形通孔内均安装一个所述的缩颈凹模，缩径凹模的外周通过螺栓与安装板固定连接。

3.根据权利要求2所述的吸能装置，其特征在于：所述缩颈变形管设有四根以上，四根以上的缩颈变形管均通过适当的间隙配合嵌设于相应缩径凹模的缩颈通孔内。

4.根据权利要求3所述的吸能装置，其特征在于：所述撞击凸模包括一方形金属均力板和四个以上金属导力柱，所述导力柱的横截面为十字形，四个以上十字形导力柱的一端均垂直连接于所述均力板上并均布成方形，导力柱的另一端均设有一个圆柱形冲头，所述均力板位于缩颈变形管的大径管端外，冲头伸入相应缩颈变形管内与底板接触。

5.根据权利要求4所述的吸能装置，其特征在于：所述缩颈变形管的内孔为圆柱孔，缩颈变形管的大径管和小径管之间通过一斜壁管连接，且大径管的长度大于小径管的长度。

6.根据权利要求5所述的吸能装置，其特征在于：所述缩颈通孔包括大径圆孔、小径圆孔以及连接大径圆孔和小径圆孔的斜壁孔，所述斜壁孔与斜壁管的斜度和长度均一致，缩颈变形管的小径管端插设于缩颈凹模后其斜壁管配合嵌设于斜壁孔处。

7.根据权利要求6所述的吸能装置，其特征在于：所述缩颈凹模包括设有所述缩颈通孔的金属圆柱，所述圆柱的一端装设于安装板的安装通孔内，圆柱另一端的外周设有用于卡住安装板防止滑动的凸出挡边，所述挡边的外周设有用于与安装板固定连接的耳板。

8.根据权利要求7所述的吸能装置，其特征在于：所述安装板上还设有多个用于与铁道车辆车体底架前端横梁连接的连接孔。

9.根据权利要求8所述的吸能装置，其特征在于：所述冲头的底面、均力板与导力柱的连接处、斜壁管与直径管的连接处以及底板与小径管的连接处均采用圆角过渡。