CN108340937A - 复合材料防爬吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合材料防爬吸能装置，包括固定座，一端与固定座紧固连接的复合材料管，及与复合材料管的另一端紧固连接的防撞板；固定座包括连接复合材料管的座体，以及贯穿座体的相对两端面的第一安装孔，第一安装孔一端的孔径大于第一安装孔另一端的孔径，复合材料管的一端自第一安装孔的较大孔径的一端伸入第一安装孔内；防撞板的一端面上设有防爬齿。本发明采用了复合材料管作为吸能元件，由于复合材料管既能承受轴向力和径向力，又能在承受偏向挤压的情况下，通过自身破碎吸收轴向撞击力产生的能量，即复合材料管自身具有很好的导向性能，并且吸能后不需要占用后退空间，从而解决了防爬吸能器需要配合导向组件对吸能元件进行导向的问题。

Description

复合材料防爬吸能装置

技术领域

本发明属于被动安全防护装置的技术领域，更具体地说，是涉及一种复合材料防爬吸能装置。

背景技术

随着我国城市化进程正在加速进行，而城市轨道交通因其容量大、速度快和准点等优势，被很多大中城市列为优先发展的公共交通运输方式。轨道列车在发生碰撞事故时，车辆之间不可避免地产生碰撞与冲击。如果没有相应的防范装置，这种剧烈的撞击将会使车钩受过大冲击载荷的作用而发生剪断，引起相邻车辆端部的剧烈撞击，导致车身空间的减小和乘客损伤风险的增大，因此目前大多数耐撞性车辆都安装了各种形式的被动安全防护装置。

目前，应用在汽车、轨道交通车辆、超高层建筑电梯井等的被动安全防护装置大部分的结构形式是安装单一吸能元件如刨削式防爬吸能器、抽屉型蜂窝式防爬吸能器、胀管式防爬吸能器等，这些防爬吸能器需要配合导向组件，导向组件的存在势必需要车体为其留有足够的后退空间，因此防爬吸能器的安装空间受到车体端梁结构的限制，这不但增加了车体的设计复杂程度，同时增加了防爬吸能器的整体重量，降低了防爬吸能器的吸能质量比。而且上述单一吸能元件均为金属结构，其在轻度碰撞事故后，只要被触发变形往往需要整体更换，维护时间长、成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料防爬吸能装置，以解决现有技术中，防爬吸能器需要配合导向组件对吸能元件进行导向的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供了一种复合材料防爬吸能装置，包括用于连接车辆端梁的固定座，一端与所述固定座紧固连接的复合材料管，以及与所述复合材料管的另一端紧固连接的防撞板；所述固定座包括用于连接所述车辆端梁和所述复合材料管的座体，以及贯穿于所述座体的相对两端面的第一安装孔，所述第一安装孔一端的孔径大于所述第一安装孔另一端的孔径，所述复合材料管的一端自所述第一安装孔的较大孔径的一端伸入所述第一安装孔内；所述防撞板的背向于所述复合材料管所在侧的一端面上凸设有防爬齿。

进一步地，所述第一安装孔与所述复合材料管同轴，且所述防撞板垂直于所述复合材料管的中轴线。

进一步地，所述复合材料管与所述座体过盈配合。

进一步地，所述第一安装孔包括容置所述复合材料管的一端的连接腔，一端与所述连接腔相接的挤压腔，以及与所述挤压腔的另一端相接的导向腔；所述连接腔的宽度小于所述复合材料管的外宽度，所述挤压腔的宽度自所述挤压腔与所述连接腔相接的一端向所述挤压腔与所述导向腔相接的另一端逐渐减小。

进一步地，所述复合材料管的一端开设有匹配于所述挤压腔的斜面。

进一步地，所述防撞板的一端面上设置有安装槽，所述复合材料管的一端伸入所述安装槽内与所述防撞板紧固连接。

进一步地，所述固定座还包括自所述座体的外壁向外延伸的安装凸缘，所述安装凸缘垂直于所述第一安装孔的中轴线。

进一步地，所述安装凸缘上开设有用于供螺杆穿过的第二安装孔。

进一步地，所述复合材料管为碳纤维或玻璃纤维多层缠绕制成的管壳。

进一步地，所述复合材料管包括比例不小于60％的主铺层，所述挤压腔的内壁与所述挤压腔的相接于所述连接腔的轴向端面的夹角与所述主铺层的铺层角之和为85°～95°。

本发明提供的复合材料防爬吸能装置的有益效果在于：采用了复合材料管作为吸能元件，由于复合材料管既能承受轴向力和径向力，又能在承受偏向挤压的情况下，通过自身破碎吸收轴向撞击力产生的能量，即复合材料管自身具有很好的导向性能，并且吸能后不需要占用后退空间，从而有效地解决了防爬吸能器需要配合导向组件对吸能元件进行导向的技术问题，简化了防爬吸能装置的结构，降低了防爬吸能装置的重量，同时，当复合材料防爬吸能装置维修时，只需更换复合材料管即可，大大地提高了防爬吸能装置的维修效率，降低了防爬吸能装置的维修成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的复合材料防爬吸能装置的立体示意图；

图2为本发明实施例提供的复合材料防爬吸能装置的立体分解示意图；

图3为本发明实施例提供的固定座的轴向剖面示意图；

图4为本发明实施例提供的复合材料管和防撞板的轴向剖面示意图；

图5为本发明实施例提供的复合材料的偏轴坐标系示意图。

其中，图中各附图标记：

1—复合材料防爬吸能装置、11—固定座、12—复合材料管、13—防撞板、111—座体、112—第一安装孔、113—安装凸缘、120—斜面、130—防爬齿、1121—连接腔、1122—挤压腔、1123—导向腔、1130—第二安装孔、θ—铺层角、α—挤压腔的内壁与挤压腔的相接于连接腔的轴向端面的夹角。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1和图2，现对本发明提供的复合材料防爬吸能装置进行说明。该复合材料防爬吸能装置1包括固定座11、复合材料管12以及防撞板13，其中，固定座11用于连接车辆端梁并将复合材料防爬吸能装置1固定在车辆端梁上，此处，固定座11包括座体111以及第一安装孔112，该座体111用于连接车辆端梁和复合材料管12，并且座体111可通过焊接或紧固件连接等方式与车辆端梁紧固连接，当然，根据具体情况和需求，在本发明的其它实施例中，座体111还可通过其它方式与车辆端梁紧固连接，此处不作唯一限定，该第一安装孔112贯穿于座体111的相对两端面，即第一安装孔112贯穿座体111并与外部连通，并且第一安装孔112一端的孔径大于第一安装孔112另一端的孔径；复合材料管12的一端自第一安装孔112的较大孔径的一端伸入第一安装孔112内，并且复合材料管12的一端可通过胶粘或螺纹配合等方式与座体111紧固连接，复合材料管12的另一端可通过胶粘或紧固件连接等方式与防撞板13紧固连接，当然，根据具体情况和需求，在本发明的其它实施例中，复合材料管12还可通过其它方式分别与座体111和防撞板13紧固连接，此处不作唯一限定；防撞板13的背向于复合材料管12所在侧的一端面上凸设有防爬齿130。可以理解的是：复合材料管12由3K(3000根)纤维丝、环氧树脂胶、固化剂等材料采用缠绕成形技术加工制成，并且由于叠合形成复合材料管12的各个铺层的铺层角不同，使得复合材料管12具有很好的各向异性，既能保证复合材料管12在承受轴向力和径向力时不会发生屈曲大变形，又能在承受偏向挤压的情况下，通过自身破碎吸收轴向撞击力产生的能量。此处，轴向力是指沿平行于复合材料管12中轴线的方向传导的作用力，径向力是指沿垂直于复合材料管12中轴线的方向传导的作用力，偏向是指不同于轴向力和径向力的传导方向的其它方向。

当发生碰撞时，两辆车辆上的防撞板13首先发生正面碰撞，其防爬齿130之间发生相互啮合，使得两个复合材料防爬吸能装置1实现对心碰撞，防止车辆骑爬现象的发生，接着防撞板13将撞击力传导给复合材料管12，复合材料管12在轴向撞击力的作用下，逐步向第一安装孔112内伸进，由于第一安装孔112的两端孔径不同，在第一安装孔112的内壁逐渐挤压下，复合材料管12通过自身破碎溃缩吸收碰撞产生的能量，此过程中，复合材料管12的碎片穿过第一安装孔112从其孔径较小的一端退出座体111；完成碰撞后，只需换上新的复合材料管12即可恢复复合材料防爬吸能装置1的防护功能。

本发明提供的复合材料防爬吸能装置1，与现有技术相比，有益效果在于：采用了复合材料管12作为吸能元件，由于复合材料管12既能承受轴向力和径向力，又能在承受偏向挤压的情况下，通过自身破碎吸收轴向撞击力产生的能量，即复合材料管12自身具有很好的导向性能，并且吸能后不需要占用后退空间，从而有效地解决了防爬吸能器需要配合导向组件对吸能元件进行导向的技术问题，简化了防爬吸能装置的结构，降低了防爬吸能装置的重量，同时，当复合材料防爬吸能装置1维修时，只需更换复合材料管12即可，大大地提高了防爬吸能装置的维修效率，降低了防爬吸能装置的维修成本。

优选地，作为本发明提供的复合材料防爬吸能装置的一种具体实施方式，上述第一安装孔112与上述复合材料管12同轴，同时，上述防撞板13与复合材料管12的中轴线垂直，使得将复合材料防爬吸能装置1安装到车辆的前、后端梁上后，车辆的前、后端面与第一安装孔112和复合材料管12的中轴线垂直，并且车辆的前、后端面与防撞板13平行。如此，保证车辆发生碰撞时，撞击力集中沿复合材料管12的轴向传导，从而实现吸能效果的最优化，提高了复合材料防爬吸能装置1的吸能质量比。

优选地，作为本发明提供的复合材料防爬吸能装置的一种具体实施方式，上述复合材料管12与上述座体111过盈配合，即复合材料管12的外宽度大于第一安装孔112的宽度，复合材料管12的一端的外壁抵顶在第一安装孔112的孔壁上，复合材料管12通过自身弹性形变所产生的抵顶力与座体111紧固连接。安装时，只要将复合材料管12的一端挤入第一安装孔112内即可，无需其它零件的配合，如此，便于复合材料管12的安装，提高了复合材料防爬吸能装置1的维修效率。

进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的复合材料防爬吸能装置的一种具体实施方式，上述第一安装孔112包括连接腔1121、挤压腔1122以及导向腔1123，其中，连接腔1121容置上述复合材料管12的一端，挤压腔1122的一端与连接腔1121相接，导向腔1123与挤压腔1122的另一端相接，并且连接腔1121的宽度小于复合材料管12的外宽度，挤压腔1122的宽度自挤压腔1122与连接腔1121相接的一端向挤压腔1122与导向腔1123相接的另一端逐渐减小，进而当复合材料管12受到轴向撞击力朝挤压腔1122内伸进时，挤压腔1122通过其内壁对复合材料管12施加反作用力，挤压复合材料管12发生破碎。此处，复合材料管12可呈圆柱状或棱柱状，第一安装孔112的外轮廓与复合材料管12的外轮廓相对应，连接腔1121、挤压腔1122或导向腔1123的宽度是指其内壁上的位于中轴线相对两侧的两点之间的间距，复合材料管12的外宽度是指其外壁上的位于中轴线相对两侧的两点之间的间距。

具体地，连接腔1121的轴向长度大于挤压腔1122的轴向长度，挤压腔1122的轴向长度大于导向腔1123的轴向长度，从而在第一安装孔112的有限轴向长度上充分发挥连接腔1121、挤压腔1122以及导向腔1123的作用，使得固定座11的结构更加紧凑。此处，连接腔1121用于容置复合材料管12的一端并将复合材料管12紧固在座体111上，因此连接腔1121需要具有一定轴向长度，以保证其内壁与复合材料管12的外壁有足够的接触面积，进而保障座体111与复合材料管12连接的牢固度和可靠性；挤压腔1122同样需要一定轴向长度，以保证对复合材料管12反作用力的作用行程，实现将复合材料管12挤碎；导向腔1123用于导出复合材料管12破碎后产生的碎片，避免因碎片的积压影响复合材料防爬吸能装置1的吸能效果。

进一步地，请参阅图4，作为本发明提供的复合材料防爬吸能装置的一种具体实施方式，上述复合材料管12的一端开设有斜面120，该斜面120与上述挤压腔1122相匹配，即斜面120与挤压腔1122的内壁平行。如此，当发生碰撞时，有利于引导复合材料管12从上述连接腔1121朝挤压腔1122内伸进，使得复合材料管12的后退更加平顺流畅，防止因复合材料管12的端面与挤压腔1122的内壁发生刚性接触导致挤压腔1122的内壁损坏，进而保障了复合材料防爬吸能装置1的吸能效果，延长了复合材料防爬吸能装置1的使用寿命。

进一步地，请参阅图4，作为本发明提供的复合材料防爬吸能装置的一种具体实施方式，上述防撞板13的一端面上设置有安装槽(未标注)，同时，上述复合材料管12的一端伸入该安装槽内与防撞板13紧固连接。具体地，安装槽可凹设或凸设在背向于上述防爬齿130所在侧的一端面上，并且沿该端面的周向延伸，复合材料管12的一端伸入该安装槽内，并且通过过盈配合或螺纹配合的方式与防撞板13紧固连接，当然，根据具体情况和需求，在本发明的其它实施例中，防撞板13还可通过其它方式与复合材料管12紧固连接，此处不作唯一限定。如此，使得防撞板13与复合材料管12的连接更加稳固，当发生碰撞时，撞击力可更加均匀地从防撞板13传导向复合材料管12。

进一步地，请参阅图1至图3，作为本发明提供的复合材料防爬吸能装置的一种具体实施方式，上述固定座11还包括安装凸缘113，该安装凸缘113自上述座体111的外壁向外延伸，该座体111可通过安装凸缘113与车辆端梁紧固连接，并且安装凸缘113与上述第一安装孔112的中轴线垂直，使得复合材料防爬吸能装置1安装到车辆的前、后端梁上后，车辆的前、后端面与复合材料管12的中轴线垂直，进而保证车辆发生碰撞时，撞击力集中沿复合材料管12的轴向传导，从而实现吸能效果的最优化。具体地，在安装凸缘113上开设有第二安装孔1130，在车辆的端梁上开设有第三安装孔，该第三安装孔与第二安装孔1130一一对应，第二安装孔1130和第三安装孔用于供螺杆穿过，安装时，通过螺栓的螺杆依次穿过第二安装孔1130和第三安装孔后与螺母螺纹配合将车辆端梁与固定座11紧固连接，实现将复合材料防爬吸能装置1安装在车辆上，此处，多个第二安装孔1130围绕第一安装孔112并等间隔地分布在安装凸缘113上，使得复合材料防爬吸能装置1更加牢固和稳定地安装到车辆上。

优选地，作为本发明提供的复合材料防爬吸能装置的一种具体实施方式，上述复合材料管12为碳纤维或玻璃纤维多层缠绕制成的管壳，即上述纤维丝可为碳纤维或玻璃纤维，使得复合材料管12具有五倍于钢铁的强度、可耐受2000℃以上的耐热性、高抗冲击性、低热膨胀系数、五分之一于钢铁的比重以及优秀的抗腐蚀性和抗辐射性。具体地，3K碳纤维丝或3K玻璃纤维丝通过在线浸渍在环氧树脂胶和固化剂等混合制成的材料液中，并且连续缠绕在模具上，再经过固化成形制成复合材料管12。如此，使得复合材料管12具有很好的各向异性，既能保证复合材料管12承受轴向力和径向力时不会发生屈曲大变形，又能保证复合材料管12承受偏向挤压时发生破碎溃缩，进而通过自身破碎抵抗轴向撞击力以吸收碰撞产生的能量。

进一步地，请参阅图5，作为本发明提供的复合材料防爬吸能装置的一种具体实施方式，上述复合材料管12包括主铺层(未标注)，该主铺层的数量占铺层总数量的比例不小于60％，并且其铺层角为θ，同时，上述挤压腔1122的内壁与挤压腔1122的相接于上述连接腔1121的轴向端面的夹角为α，并且α与θ之和为85°～95°。具体地，在图5中，Z方向代表H方向代表垂直于主铺层中纤维丝延伸方向的方向，X方向代表铺层叠合后的延伸方向，Y方向代表垂直于铺层叠合后延伸方向的方向，此处，轴向端面是为了便于测量α而人为设定的参照面；实验表明，当α与θ之和在85°～95°这一范围内，复合材料管12可具有优秀的抗轴向力和抗径向力的性能，并且可保证传导至复合材料管12上的撞击力最大限度地转化为挤压复合材料管12破碎的反作用力，其中，α与θ之和的最优值为90°，此值时，复合材料防爬吸能装置1的吸能过程最平稳、吸能效果最好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.复合材料防爬吸能装置，其特征在于，包括用于连接车辆端梁的固定座，一端与所述固定座紧固连接的复合材料管，以及与所述复合材料管的另一端紧固连接的防撞板；所述固定座包括用于连接所述车辆端梁和所述复合材料管的座体，以及贯穿于所述座体的相对两端面的第一安装孔，所述第一安装孔一端的孔径大于所述第一安装孔另一端的孔径，所述复合材料管的一端自所述第一安装孔的较大孔径的一端伸入所述第一安装孔内；所述防撞板的背向于所述复合材料管所在侧的一端面上凸设有防爬齿。

2.如权利要求1所述的复合材料防爬吸能装置，其特征在于，所述第一安装孔与所述复合材料管同轴，且所述防撞板垂直于所述复合材料管的中轴线。

3.如权利要求2所述的复合材料防爬吸能装置，其特征在于，所述复合材料管与所述座体过盈配合。

4.如权利要求3所述的复合材料防爬吸能装置，其特征在于，所述第一安装孔包括容置所述复合材料管的一端的连接腔，一端与所述连接腔相接的挤压腔，以及与所述挤压腔的另一端相接的导向腔；所述连接腔的宽度小于所述复合材料管的外宽度，所述挤压腔的宽度自所述挤压腔与所述连接腔相接的一端向所述挤压腔与所述导向腔相接的另一端逐渐减小。

5.如权利要求4所述的复合材料防爬吸能装置，其特征在于，所述复合材料管的一端开设有匹配于所述挤压腔的斜面。

6.如权利要求4所述的复合材料防爬吸能装置，其特征在于，所述防撞板的一端面上设置有安装槽，所述复合材料管的一端伸入所述安装槽内与所述防撞板紧固连接。

7.如权利要求4所述的复合材料防爬吸能装置，其特征在于，所述固定座还包括自所述座体的外壁向外延伸的安装凸缘，所述安装凸缘垂直于所述第一安装孔的中轴线。

8.如权利要求7所述的复合材料防爬吸能装置，其特征在于，所述安装凸缘上开设有用于供螺杆穿过的第二安装孔。

9.如权利要求4至8任一项所述的复合材料防爬吸能装置，其特征在于，所述复合材料管为碳纤维或玻璃纤维多层缠绕制成的管壳。

10.如权利要求9所述的复合材料防爬吸能装置，其特征在于，所述复合材料管包括比例不小于60％的主铺层，所述挤压腔的内壁与所述挤压腔的相接于所述连接腔的轴向端面的夹角与所述主铺层的铺层角之和为85°～95°。