CN107380192A - 一种耦合缩颈和胀裂变形的吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耦合缩颈和胀裂变形的吸能装置，包括安装底座、导向杆、鼓胀凸台、缩颈法兰及缩颈变形管，导向杆一端插设于安装底座的导向通孔内，鼓胀凸台位于安装底座的安装腔内并通过其导孔套设于导向杆上，缩颈变形管套设于导向杆上，其小径管管口开设有多条小槽并套设于鼓胀凸台的外周，大径管端设有底板并与导向杆的另一端端部接触作为撞击端，缩颈法兰通过其缩颈通孔配合套设于缩颈变形管的外侧并与安装底座固定连接，鼓胀凸台的外周、缩颈法兰的端部以及安装底座的内壁之间形成一能容纳所述缩颈变形管受撞击后移动发生耦合缩颈和胀裂屈曲变形的容腔。本发明具有结构简单、安装方便、节约成本、吸能能力强、变形稳定可控等优点。

Description

一种耦合缩颈和胀裂变形的吸能装置

技术领域

本发明涉及轨道车辆被动安全技术领域，具体涉及一种耦合缩颈和胀裂变形的吸能装置。

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、吸能能力强、变形稳定可控的耦合缩颈和胀裂变形的吸能装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种耦合缩颈和胀裂变形的吸能装置，包括安装底座和导向杆，所述导向杆一端插设于安装底座所设的导向通孔内，还包括鼓胀凸台、缩颈法兰以及缩颈变形管，所述鼓胀凸台通过其中部设置的导孔套设于所述导向杆上并位于所述安装底座的安装腔内，所述缩颈变形管套设于导向杆上，其小径管管口开设有多条用于诱导撕裂变形的小槽并套设于鼓胀凸台的外周，大径管端设有底板并与导向杆的另一端端部接触作为撞击端，所述缩颈法兰通过其缩颈通孔配合套设于缩颈变形管的外侧并与安装底座固定连接，所述鼓胀凸台的外周、缩颈法兰的端部以及安装底座的内壁之间形成一能容纳所述缩颈变形管受撞击后移动发生耦合缩颈和胀裂屈曲变形的容腔。

作为上述技术方案的进一步改进：

优选的，所述安装底座包括方形底板和一端与方形底板连接成一体的空心圆管，所述导向通孔为开设于方形底板上的十字形通孔，所述空心圆管的另一端外侧设有用于与缩颈法兰连接的底座耳板，所述鼓胀凸台通过螺栓连接于所述方形底板上并位于空心圆管内。

优选的，所述鼓胀凸台包括圆柱形基台和用于使缩颈变形管的小径管胀裂变形的圆柱形凸台，所述凸台的直径小于基台的直径，所述基台通过螺栓装设于所述安装底座的方形底板上，所述凸台一端与基台连接成为一体，凸台的另一端套设于缩颈变形管的小径管内并形成过渡配合，基台上设有与凸台外周表面相切过渡的环形凹槽，所述导孔为贯穿于所述凸台和基台轴向的十字形通孔。

优选的，所述缩颈变形管的强度小于导向杆、缩颈法兰、鼓胀凸台以及安装底座的强度，缩颈变形管的大径管和小径管均为薄壁金属圆筒，大径管和小径管之间通过一斜壁管过渡连接，且大径管的长度大于小径管的长度，所述底板为圆形薄板。

优选的，所述缩颈法兰包括设有所述缩颈通孔的金属圆柱体，所述圆柱体的一端套设于安装底座的圆管内，另一端的外周设有用于卡住所述安装底座的圆管端部防止滑动的凸出挡边，所述挡边的外周设有用于与底座耳板固定连接的法兰耳板。

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通过间隙配合套设于缩颈通孔后其斜壁管嵌设于所述斜壁孔处。

优选的，所述导向杆包括导力柱和圆形均力板，所述导力柱的横截面为十字形，十字形导力柱一端穿设于鼓胀凸台和安装底座底板上的十字形通孔内，另一端与圆形均力板一侧垂直连接，所述均力板另一侧与所述底板接触。

优选的，所述缩颈法兰的圆柱体端部设有用于减重和增大所述容腔的环形槽，所述环形槽的截面为U形。

优选的，所述安装底座的方形底板上设有多个用于与铁道车辆车体底架前端横梁连接的螺栓通孔。

优选的，所述斜壁管与大、小径管的连接处以及底板与大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.本发明的耦合缩颈和胀裂变形的吸能装置，通过设置相配合嵌设的缩颈法兰和缩颈变形管，并在缩颈变形管内设置导向杆，将缩颈变形管的小径端套设于鼓胀凸台上并开设能诱导撕裂变形的小槽，缩颈变形管的大径管端设置与导向杆接触的底板作为撞击端。当撞击端受到冲击后，缩颈变形管产生纵向移动，由于其小径管端受到缩颈法兰内壁的约束，其斜壁管与缩颈法兰发生挤压作用，同时小径管端与鼓胀凸台发生鼓胀作用，因此本发明的吸能装置具有三重吸能作用：缩颈变形管首先在缩颈法兰的挤压作用下发生缩颈塑性变形，吸收一部分能量；缩颈变形管管身外侧壁与缩颈法兰内壁发生挤压摩擦，也会吸收一部分能量；随着冲击的进行，缩颈变形管的小径管端与鼓胀凸台相互作用发生鼓胀撕裂变形，同样会吸收另一部分能量，使其吸收冲击动能的能力大大增强。且由于缩颈变形管受挤压产生的塑性变形稳定、有序、可控，其表现出的效果也会使撞击力平稳、均衡，不会出现撞击力强峰值，能使乘员和货物得到更好的保护。

2.本发明的耦合缩颈和胀裂变形的吸能装置，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，本发明耦合缩颈和胀裂变形的吸能装置具有结构简单、安装方便、节约成本、变形稳定且吸收冲击力的能力更强等优点。

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 为本发明的主剖视结构示意图。

图4为本发明的立体结构分解示意图。

图5为本发明中缩颈变形管的剖视结构示意图。

图6为本发明中导向杆的立体结构示意图。

图7为本发明的中缩颈法兰的立体结构示意图。

图8为本发明的中缩颈法兰的剖视结构示意图。

图9为本发明的中鼓胀凸台的立体结构示意图。

图10为本发明的中鼓胀凸台的剖视结构示意图。

图11为本发明的中安装底座的立体结构示意图。

图例说明：

1、缩颈变形管；11、底板；12、大径管；13、小径管；14、小槽；2、导向杆；21、均力板；22、导力柱；3、缩颈法兰；31、缩颈通孔；32、挡边；33、圆柱体；34、法兰耳板；35、环形槽；4、鼓胀凸台；41、基台；42、凸台；43、连接孔；44、环形凹槽；45、导孔；5、安装底座；51、方形底板；52、圆管；53、螺栓通孔；54、底座耳板；55、导向通孔；56、螺孔。

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11所示，一种本发明的耦合缩颈和胀裂变形的吸能装置实施例，包括安装底座5、导向杆2、鼓胀凸台4、缩颈法兰3以及缩颈变形管1，导向杆2一端插设于安装底座5所设的导向通孔55内，鼓胀凸台4通过其中部设置的导孔45套设于导向杆2上并位于安装底座5的安装腔内，缩颈变形管1套设于导向杆2上，其小径管13管口开设有多条用于诱导撕裂变形的小槽14并套设于鼓胀凸台4的外周，大径管12端设有底板11并与导向杆2的另一端端部接触作为撞击端，缩颈法兰3通过其缩颈通孔31配合套设于缩颈变形管1的外侧并与安装底座5固定连接，鼓胀凸台4的外周、缩颈法兰3的端部以及安装底座5的内壁之间形成一能容纳缩颈变形管1受撞击后移动发生耦合缩颈和胀裂屈曲变形的容腔。本发明具有三重吸能作用：缩颈变形管首先在缩颈法兰的挤压作用下发生缩颈塑性变形，吸收一部分能量；缩颈变形管外侧壁与缩颈法兰内壁发生挤压摩擦，吸收一部分能量；随着冲击的进行，缩颈变形管的小径管端与鼓胀凸台相互作用发生鼓胀撕裂变形，同样会吸收一部分能量，因此，本发明的吸收冲击动能的能力大大增强，且由于缩颈变形管受挤压产生的塑性变形稳定、有序、可控，其表现出的效果也会使撞击力平稳、均衡，不会出现撞击力强峰值，能使乘员和货物得到更好的保护。

本实施例中，安装底座5包括方形底板51和空心圆管52，空心圆管52一端设于方形底板51的中心成为一体结构，方形底板51的四角采用倒角处理，方形底板51的中部开设一个十字型导向通孔55，便于导向杆2的通过，起到导向作用。方形底板51的四周还设有多个螺栓通孔53，用于通过螺栓连接安装在铁道车辆车体底架前端横梁上。方形底板51上于十字型导向通孔55的四周还开有螺孔56，用于螺栓连接固定鼓胀凸台4。空心圆管52另一端外侧设有四个底座耳板54，每个底座耳板54上均开有耳板孔，通过螺栓与缩颈法兰3连接，用于固定缩颈法兰3。空心圆管52整体为直壁圆管，除了作为安装腔的外壁，它还有承载作用力的作用，因此壁厚不能太薄，以免受压变形。圆管内留有足够空间，用以储放胀裂屈曲变形后的缩颈变形管1。

本实施例中，鼓胀凸台4包括圆柱形基台41和同轴设置的圆柱形凸台42，凸台42的直径小于基台41的直径，基台41上设有连接孔43，连接孔43内通过螺栓将基台41装设于安装底座5的方形底板51上并位于空心圆管52内，凸台42一端与基台41连接成为一体，凸台42的另一端套设于缩颈变形管1的小径管13内并形成过渡配合，用于使小径管13胀裂变形。基台41上设有与凸台42外周表面相切过渡的半径较大的半圆形环形凹槽44，以形成合适大小的腔体内部空间，以使鼓胀撕裂后的缩颈变形管1在鼓胀凸台4上的半圆型环形凹槽44内发生卷曲。凸台42和基台41轴向中心贯穿有十字形导孔45，便于导向杆2的通过与导向作用。

本实施例中，缩颈变形管1通常采用薄壁金属结构，由底板11、大径管12和小径管13组成，大径管12的长度大于小径管13的长度。底板11为圆形薄板，大径管12和小径管13组成了整个缩颈变形管1的管身，小径管13（小口径管）是已经预变形的薄壁圆筒，装配时，小径管套入鼓胀凸台4上，小径管13的管口处事先开有多条诱导缩颈变形管1发生撕裂变形的纵向小槽14；大径管12（大口径管）是参与缩颈塑性变形的主要结构。大径管12与小径管13通过斜壁管过渡，斜壁管与大、小径管连接处通过倒圆角过渡。底板11和大径管12管身连接也采用倒圆角过渡，可避免应力集中。

本实施例中，缩颈法兰3包括设有缩颈通孔31的金属圆柱体33，圆柱体33的一端套设于安装底座5的圆管52开口端内并作为安装腔体的密封盖，圆柱体33另一端的外周设有用于卡住圆管52端部防止滑动的凸出挡边32，挡边32的外周设有四个法兰耳板34，用于与安装底座5的四个底座耳板54通过螺栓固定连接。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，斜壁孔与斜壁管的斜度和长度均一致，缩颈变形管1的小径管13端通过间隙配合套设于缩颈通孔31后其斜壁管嵌设于斜壁孔处。缩颈法兰3的圆柱体33端部设有环形槽35，环形槽35的截面为U形，用于减重和增大用于容纳缩颈变形管受撞击后移动发生耦合缩颈和胀裂屈曲变形的容腔。

本实施例中，导向杆2前端为圆形均力板21，均力板21的前端面与底板11内壁接触，并接受撞击力，均力板21的后端面与横截面为十字型的导力柱22相连接，将导力柱设计成十字型截面的目的是可以提高导向杆的横向抗弯能力、在保证足够的强度下质量要小。导力柱22插入到鼓胀凸台4的导孔45和安装底座5的导向通孔55内，起到导向的作用。

本实施例中，缩颈变形管1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，其它结构（导向杆2、缩颈法兰3、鼓胀凸台4、安装底座5 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1会发生塑性变形和胀裂变形，变形后可更换新的，而其余零件均可以重复使用，因此可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，撞击力首先作用在缩颈变形管1的底板11的外壁上，缩颈变形管1在导向杆2的导向作用下发生纵向位移，由于缩颈变形管1的小径管13端受到缩颈法兰3内壁筒的约束，在中间过渡的斜壁孔处，缩颈变形管1发生缩颈塑性变形，同时缩颈变形管管身外侧壁与缩颈法兰3内壁发生摩擦，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。

随着冲击力的继续施加，缩颈变形管1继续发生纵向位移，此时，缩颈变形管1的小径管13与鼓胀凸台4发生作用，小径管13管口处事先开好的小槽14诱导缩颈变形管1发生鼓胀撕裂变形，鼓胀撕裂变形同样可以吸收大量的冲击动能。鼓胀撕裂后的缩颈变形管1在鼓胀凸台4上的半圆型环形凹槽44内发生卷曲，防止其占用过多的容腔空间。

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 (10)

1.一种耦合缩颈和胀裂变形的吸能装置，包括安装底座和导向杆，所述导向杆一端插设于安装底座所设的导向通孔内，其特征在于：还包括鼓胀凸台、缩颈法兰以及缩颈变形管，所述鼓胀凸台通过其中部设置的导孔套设于所述导向杆上并位于所述安装底座的安装腔内，所述缩颈变形管套设于导向杆上，其小径管管口开设有多条用于诱导撕裂变形的小槽并套设于鼓胀凸台的外周，大径管端设有底板并与导向杆的另一端端部接触作为撞击端，所述缩颈法兰通过其缩颈通孔配合套设于缩颈变形管的外侧并与安装底座固定连接，所述鼓胀凸台的外周、缩颈法兰的端部以及安装底座的内壁之间形成一能容纳所述缩颈变形管受撞击后移动发生耦合缩颈和胀裂屈曲变形的容腔。

2.根据权利要求1所述的吸能装置，其特征在于：所述安装底座包括方形底板和一端与方形底板连接成一体的空心圆管，所述导向通孔为开设于所述方形底板上的十字形通孔，所述空心圆管的另一端外侧设有用于与缩颈法兰连接的底座耳板，所述鼓胀凸台通过螺栓连接于所述方形底板上并位于所述空心圆管内。

3.根据权利要求2所述的吸能装置，其特征在于：所述鼓胀凸台包括圆柱形基台和用于使缩颈变形管的小径管胀裂变形的圆柱形凸台，所述凸台的直径小于基台的直径，所述基台通过螺栓装设于所述安装底座的方形底板上，所述凸台一端与基台连接成为一体，凸台的另一端套设于缩颈变形管的小径管内并形成过渡配合，基台上设有与凸台外周表面相切过渡的环形凹槽，所述导孔为贯穿于所述凸台和基台轴向的十字形通孔。

4.根据权利要求3所述的吸能装置，其特征在于：所述缩颈变形管的强度小于导向杆、缩颈法兰、鼓胀凸台以及安装底座的强度，缩颈变形管的大径管和小径管均为薄壁金属圆筒，大径管和小径管之间通过一斜壁管过渡连接，且大径管的长度大于小径管的长度，所述底板为圆形薄板。

5.根据权利要求4所述的吸能装置，其特征在于：所述缩颈法兰包括设有所述缩颈通孔的金属圆柱体，所述圆柱体的一端套设于安装底座的圆管内，另一端的外周设有用于卡住所述安装底座的圆管端部防止滑动的凸出挡边，所述挡边的外周设有用于与所述底座耳板固定连接的法兰耳板。

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通过间隙配合套设于缩颈通孔后其斜壁管嵌设于所述斜壁孔处。

7.根据权利要求6所述的吸能装置，其特征在于：所述导向杆包括导力柱和圆形均力板，所述导力柱的横截面为十字形，十字形导力柱一端穿设于鼓胀凸台和安装底座底板上的十字形通孔内，另一端与圆形均力板一侧垂直连接，所述均力板另一侧与所述底板接触。

8.根据权利要求7所述的吸能装置，其特征在于：所述缩颈法兰的圆柱体端部设有用于减重和增大所述容腔的环形槽，所述环形槽的截面为U形。

9.根据权利要求8所述的吸能装置，其特征在于：所述安装底座的方形底板上设有多个用于与铁道车辆车体底架前端横梁连接的螺栓通孔。

10.根据权利要求9所述的吸能装置，其特征在于：所述斜壁管与大、小径管的连接处以及底板与大径管的连接处均采用圆角过渡。