CN107901941A - 一种挤压式铁道车辆专用吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挤压式铁道车辆专用吸能装置，包括安装底板、垂直设于其上成矩形的一对导向立柱及分设两侧的一对固定立柱和一对活动立柱；同一侧的固定立柱、导向立柱和活动立柱由侧压板连成一体；一对活动立柱及一对固定立柱均由端部卡板连成一体；相邻的立柱对间均插设一U型薄板，U型薄板分别包裹一对固定立柱和一对活动立柱，两U型薄板的底板之间插设一与导向板连接的楔形挤压冲头，导向板滑设于导向立柱内，挤压冲头在冲击力作用下挤压U型薄板使其在矩形腔内发生扩张塑性变形及在与固定立柱和活动立柱的接触位置发生相互摩擦和挤压形成塑性流动变形。本发明具有作用力平稳、比吸能大、变形可控、结构简单、拆装方便和可重复利用等优点。

Description

一种挤压式铁道车辆专用吸能装置

技术领域

本发明涉及一种铁道车辆被动安全保护领域，特别涉及一种挤压式铁道车辆专用吸能装置。

背景技术

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。尤其是近年来随着路面有轨电车的不断兴起，地面碰撞概率大大增加。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。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：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：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”，且专用吸能结构在碰撞中失效后可以替换。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，以满足车辆结构的耐撞性要求。

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，提供一种作用力平稳、比吸能大、变形可控、结构和制作工艺相对简单、拆装方便和可重复利用的挤压式专用吸能装置，可广泛应用于铁道车辆的能量耗散结构中。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种挤压式铁道车辆专用吸能装置，包括安装底座，所述安装底座包括安装底板以及垂直设于安装底板上并布置成矩形的立柱组，所述立柱组包括一对间隔布置的导向立柱以及分设于导向立柱两侧的一对固定立柱和一对活动立柱；位于所述矩形的同一侧的固定立柱、导向立柱和活动立柱通过一侧压板连接成一体；所述一对活动立柱以及一对固定立柱的外端分别通过一端部卡板连接成一体；所述导向立柱与固定立柱和活动立柱之间均插设一U型薄板，两U型薄板的两侧板分别包裹一对固定立柱和一对活动立柱，两U型薄板的底板之间的间隔内插设一楔形挤压冲头，所述挤压冲头的大端连接一用于承受冲击的导向板，所述导向板的两侧分别滑设于一导向立柱的导向槽内，挤压冲头的两楔形边分别与一U型薄板接触，挤压冲头在冲击力作用下挤压U型薄板使其在矩形腔内发生扩张塑性变形及在与固定立柱和活动立柱的接触位置发生相互摩擦和挤压形成塑性流动变形。

作为上述技术方案的进一步改进：

优选的，位于所述矩形的同一侧的固定立柱、导向立柱和活动立柱通过一侧压板连接成一体，所述侧压板包括主侧板和两个垂直连接于主侧板两端的侧翼板，所述主侧板的中部沿长度方向通过多个螺栓连接于相应导向立柱的外侧，两个侧翼板沿长度方向通过多个螺栓连接于相应的固定立柱和活动立柱上。

优选的，所述一对活动立柱以及一对固定立柱的外端分别通过一端部卡板连接成一体，所述端部卡板包括一直板以及设于直板中部与其同宽的矩形凸台，所述直板的两端通过螺栓连接于相应立柱上，所述凸台嵌设于相应的立柱之间并与立柱的内侧面接触。

优选的，所述固定立柱和活动立柱均为四棱柱，固定立柱和活动立柱上与U型薄板的底板相接触的棱角均为圆角。

优选的，所述U型薄板为折弯形成的薄壁金属板一体结构，所述折弯处为与固定立柱和活动立柱的圆角相配合的圆角；U型薄板的长度与立柱的长度相适应。

优选的，所述挤压冲头为厚度小于两导向立柱之间间隙的等腰梯形，其所有棱角均为圆角，挤压冲头的两条腰边分别与两件U型薄板相接触，挤压冲头的长底边中部开设有用于与导向板卡接的卡槽，所述卡槽沿厚度方向贯通。

优选的，所述导向板为厚矩形板，其一端设有沿长度方向延伸的卡口，所述挤压冲头的大端嵌设于所述卡口内且其卡槽卡设于卡口的底部。

优选的，所述导向立柱为四棱柱，其导向槽为方形槽。

优选的，所述安装底板为矩形板，其上设有两个并排的安装孔，所述一对活动立柱的一端以过渡配合的方式分别插设于一安装孔内。

优选的，所述安装底板上还设有与车体底架前端连接的螺栓孔。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的挤压专用吸能装置，由三对立柱平行布置成带有空腔的矩形结构，同一侧的三个立柱通过一侧压板连接成一体，同一端的两个立柱外端分别通过一端部卡板连接成一体，可以进一步使立柱组在承受冲击的过程中能保持稳定抗冲击性，提高结构的坚固性；于相邻两组立柱之间插设有U型薄板，导向板受到冲击后，楔形挤压冲头产生纵向移动，挤压两个U型薄板，其逐渐增大的楔形宽度可使U型薄板在与冲头接触的部分发生扩张塑性变形，该变形是在立柱围成的空腔内发生，因此其变形可控，且作用力平稳、比吸能大，具有结构和制作工艺相对简单、拆装方便和可重复利用等优点，可广泛应用于铁道车辆的能量耗散结构中。

2、本发明的挤压专用吸能装置，U型薄板的两个转角处为圆角，活动立柱和固定立柱上与U型薄板接触的棱角也均为圆角，因此U型薄板在变形时与活动立柱和固定立柱上的圆角接触的位置会由于相互挤压而发生塑性流动变形，且在发生塑性流动变形的过程中U型薄板还与装置其他部分发生摩擦，该塑性流动变形以及摩擦可进一步吸收导向板带来的冲击动能，同时还可给予导向板以平稳的反作用力，减小冲击动能。

3、本发明的挤压专用吸能装置，整个挤压冲头的棱角均为倒圆角处理，可避免其在挤压U型薄板的过程中出现切割作用而使吸能效果降低。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意总图。

图2是本发明的立体结构分解示意图。

图3是本发明中安装底座的立体分解示意图（拆除活动立柱后）。

图4是本发明中活动立柱的立体结构示意图。

图5是本发明中U型薄板的结构示意图。

图6是本发明中导向板的立体结构示意图。

图7是本发明中挤压冲头的立体结构示意图。

图8是本发明中侧压板的立体结构示意图。

图9是本发明中端部卡板的立体结构示意图。

图例说明：

1、安装底座；11、安装底板；12、导向立柱；13、固定立柱；14、螺栓孔；15、安装孔；16、方形槽；2、活动立柱；3、U型薄板；4、挤压冲头；41、卡槽；5、导向板；6、端部卡板；61、直板；62、凸台；7、侧压板；71、主侧板；72、侧翼板。

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，本发明的一种挤压式铁道车辆专用吸能装置实施例，包括安装底座1，安装底座1包括安装底板11以及立柱组，立柱组垂直设于安装底板11上并布置成具有空腔的矩形结构，矩形立柱组包括一对间隔布置的导向立柱12以及分设于导向立柱12两侧的一对固定立柱13和一对活动立柱2；同一侧的固定立柱13、导向立柱12和活动立柱2通过一侧压板7连接成一体，一对活动立柱2以及一对固定立柱13的外端分别通过一端部卡板6连接成一体。导向立柱12与固定立柱13和活动立柱2之间均插设一U型薄板3，两U型薄板3的两侧板分别包裹一对固定立柱13和一对活动立柱2，两U型薄板3的底板之间的间隔内插设一楔形挤压冲头4，挤压冲头4的大端连接一用于承受冲击的导向板5，导向板5的两侧分别滑设于一导向立柱12的导向槽内，挤压冲头4的两楔形边分别与一U型薄板3接触，导向板5受到冲击后，挤压冲头4在冲击力作用下产生纵向移动逐渐挤压两件U型薄板3，使其与挤压冲头4楔形边接触的部分发生方向相反的扩张塑性变形，该塑性变形是在三对立柱围成的矩形空腔内发生的，因此其变形可控，且U型薄板在与固定立柱和活动立柱的接触位置同时会发生相互摩擦和挤压而形成塑性流动变形以吸收冲击动能，作用力平稳、比吸能大，具有结构和制作工艺相对简单、拆装方便和可重复利用等优点，可广泛应用于铁道车辆的能量耗散结构中。

本实施例中，如图8所示，侧压板7包括主侧板71和两个垂直连接于主侧板71两端的侧翼板72，主侧板71的中部沿长度方向通过多个螺栓连接于相应导向立柱12的外侧，两个侧翼板72沿长度方向通过多个螺栓连接于相应的固定立柱13和活动立柱2上，该结构可以进一步使立柱组在承受冲击的过程中能保持稳定抗冲击性，提高结构的坚固性。

本实施例中，如图9所示，端部卡板6包括一直板61以及设于直板61中部的矩形凸台62，凸台62与底板具有相同的宽度。直板61的两端分别开有螺孔，通过螺栓连接于相应立柱上，凸台62嵌设于相应的立柱之间并与立柱的内侧面接触，以便接受在挤压过程中立柱在此方向受到的向内的力，以提高结构的坚固性。

本实施例中，安装底板11整体为矩形，优选为方形，其上设有螺栓孔14以及两个安装孔15，安装底板11通过螺栓孔14及其配套的螺栓连接将整个装置安装在铁道车辆底架的前端，活动立柱2通过过渡配合的方式装设于安装孔15内，方便拆卸，以更换变形后的U型薄板3。导向立柱12和固定立柱13的端部固定设置于安装底板11上。

本实施例中，固定立柱13、导向立柱12和活动立柱2均为四棱柱型，固定立柱13和活动立柱2上与U型薄板3的底板相接触的棱角均为圆角，以便于U型薄板在变形时产生顺畅的流动变形；导向立柱12在长度方向的一个侧面开有方形槽16，作为导向板5的导向槽，导向立柱12在安装时有导向槽的一面向内并相对安装，导向板5的两侧分别滑设于一方形槽16内，使其受到冲击力后移动方向可控，作用力平稳。

本实施例中，U型薄板3（如图5所示）采用薄壁金属板结构，可用折弯机折弯加工，折弯处采用较大的圆角折弯，圆角大小与固定立柱13和活动立柱2的棱角圆角大小相配合。其长度与立柱的长度相适应，宽度与固定立柱13和活动立柱2的安装尺寸相适应，以能将一对固定立柱13包裹于两侧板之间为宜，可以加强结构的稳固性。

本实施例中，挤压冲头4为厚度t小于两导向立柱12之间间隙的实心等腰梯形结构（如图7所示），即按照宽度的不同，其有小头端与大头端，小头端的宽度a一般固定，大头端的宽度b可以变化，以调整挤压冲头的锥度；在大头端开有沿厚度方向贯通的卡槽41，用于安装导向板，使得挤压冲头与导向板5之间能相对固定。挤压冲头4的两条楔形腰边分别与两件U型薄板相接触，且整个挤压冲头4的棱角均为倒圆角处理，避免其在挤压U型薄板的过程中会出现切割作用，吸能效果降低。

本实施例中，导向板5（如图6所示）整体是较厚的板状结构，其在长度方向的一端设有沿长度方向延伸的卡口，挤压冲头4的大端嵌设于该卡口内，且挤压冲头4的卡槽41紧配合卡设于卡口的底部，起到限位作用，并且便于更换挤压冲头4。

本发明的挤压式吸能装置的工作原理：

当导向板5尾端受到纵向方向冲击力时，导向板5在导向立柱12的导向和约束作用下在纵向上发生稳定的位移，与此同时导向板5推动挤压冲头4做纵向运动，由于挤压冲头4有大小两个端头，且小头端宽度与两U型薄板3之间的间距相比较略小，随着挤压冲头4纵向运动，挤压冲头4与U型薄板3的接触宽度不断增大，两U型薄板3之间的间距在冲头的挤压力下有扩大的趋势，同时此过程中的U型薄板3由于受到活动立柱2、固定立柱13、导向立柱12以及侧压板7的限位作用，U型薄板3只在与挤压冲头4接触的部分发生扩张塑性形变，而在与活动立柱2、固定立柱13的做了圆角处理的拐角处发生塑性流动，同时U型薄板3产生流动时与该装置其他部分会发生相互摩擦。

本发明的吸能装置主要依靠U型薄板3的扩张塑性变形（受挤压冲头4的挤压）、与活动立柱2和固定立柱13的圆角接触的位置相互挤压的塑性流动变形、以及U型薄板3与装置其他部分的摩擦来吸收导向板5带来的冲击动能，同时给予导向板5以平稳的反作用力。因此其且作用力平稳、比吸能大，具有结构和制作工艺相对简单、拆装方便和可重复利用等优点，可广泛应用于铁道车辆的能量耗散结构中。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种挤压式铁道车辆专用吸能装置，包括安装底座（1），其特征在于：所述安装底座（1）包括安装底板（11）以及垂直设于安装底板（11）上并布置矩形的立柱组，所述立柱组包括一对间隔布置的导向立柱（12）以及分设于导向立柱（12）两侧的一对固定立柱（13）和一对活动立柱（2）；位于所述矩形的同一侧的固定立柱（13）、导向立柱（12）和活动立柱（2）通过一侧压板（7）连接成一体；所述一对活动立柱（2）以及一对固定立柱（13）的外端分别通过一端部卡板（6）连接成一体；所述导向立柱（12）与固定立柱（13）和活动立柱（2）之间均插设一U型薄板（3），两U型薄板（3）的两侧板分别包裹一对固定立柱（13）和一对活动立柱（2），两U型薄板（3）的底板之间的间隔内插设一楔形挤压冲头（4），所述挤压冲头（4）的大端连接一用于承受冲击的导向板（5），所述导向板（5）的两侧分别滑设于一导向立柱（12）的导向槽内，挤压冲头（4）的两楔形边分别与一U型薄板（3）接触，挤压冲头（4）在冲击力作用下纵向移动挤压U型薄板（3）使其在矩形腔内发生可控的扩张塑性变形以及在与固定立柱（13）和活动立柱（2）的接触位置发生相互摩擦和挤压形成塑性流动变形。

2.根据权利要求1所述的挤压式铁道车辆专用吸能装置，其特征在于：所述侧压板（7）包括主侧板（71）和两个垂直连接于主侧板（71）两端的侧翼板（72），所述主侧板（71）的中部沿长度方向通过多个螺栓连接于相应导向立柱（12）的外侧，两个侧翼板（72）沿长度方向通过多个螺栓连接于相应的固定立柱（13）和活动立柱（2）上。

3.根据权利要求1所述的挤压式铁道车辆专用吸能装置，其特征在于：所述端部卡板（6）包括一直板（61）以及设于直板（61）中部与其同宽的矩形凸台（62），所述直板（61）的两端通过螺栓连接于相应立柱上，所述凸台（62）嵌设于相应的立柱之间并与立柱的内侧面接触。

4.根据权利要求1所述的挤压式铁道车辆专用吸能装置，其特征在于：所述固定立柱（13）和活动立柱（2）均为四棱柱，固定立柱（13）和活动立柱（2）上与U型薄板（3）的底板相接触的棱角均为圆角。

5.根据权利要求4所述的挤压式铁道车辆专用吸能装置，其特征在于：所述U型薄板（3）为折弯形成的薄壁金属板一体结构，所述折弯处为与固定立柱（13）和活动立柱（2）的圆角相配合的圆角；U型薄板（3）的长度与立柱的长度相适应。

6.根据权利要求1所述的挤压式铁道车辆专用吸能装置，其特征在于：所述挤压冲头（4）为厚度小于两导向立柱（12）之间间隙的等腰梯形，其所有棱角均为圆角，挤压冲头（4）的两条腰边分别与两件U型薄板（3）相接触，挤压冲头（4）的长底边中部开设有用于与导向板（5）卡接的卡槽（41），所述卡槽（41）沿厚度方向贯通。

7.根据权利要求6所述的挤压式铁道车辆专用吸能装置，其特征在于：所述导向板（5）为厚矩形板，其一端设有沿长度方向延伸的卡口，所述挤压冲头（4）的大端嵌设于所述卡口内且其卡槽（41）卡设于所述卡口的底部。

8.根据权利要求1所述的挤压式铁道车辆专用吸能装置，其特征在于：所述导向立柱（12）为四棱柱，其导向槽为方形槽（16）。

9.根据权利要求1所述的挤压式铁道车辆专用吸能装置，其特征在于：所述安装底板（11）为矩形板，其上设有两个并排的安装孔（15），所述一对活动立柱（2）的一端以过渡配合的方式分别插设于一安装孔（15）内。

10.根据权利要求9所述的挤压式铁道车辆专用吸能装置，其特征在于：所述安装底板（11）上还设有多个与车体底架前端连接的螺栓孔（14）。