CN108560451A - 一种利用电涡流的护栏防撞装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用电涡流的护栏防撞装置，包括固定钢板、外层筒体、转动钢板、齿条、U型弹簧、橡胶警示柱、U形弹簧连接孔A、固定桩、转动钢板连接孔、齿轮、中心转轴、固定磁铁、中层筒体、移动磁铁、阻尼液、转动钢板连接头、U形弹簧连接孔B、齿条连接件、橡胶板、石墨烯涂层，该装置安装在道路两侧，当行驶车辆路线偏离撞击护栏时，转动钢板发生转动，U型弹簧受到挤压变形产生与撞击方向相反的力，协助车辆矫正行驶方向。同时，转动钢板通过传动系统，带动中层筒体和外层筒体发生方向相反的旋转，导体与永磁体发生相对运动，利用电涡流阻尼及粘滞阻尼进行能量耗散，减小车辆与护栏之间的相互作用力，对车辆及驾驶员提供安全保障。

Description

一种利用电涡流的护栏防撞装置

技术领域

本发明涉及护栏防撞装置的技术领域，尤其涉及一种利用电涡流的新型公路护栏防撞装置，适用于公路安全护栏的冲击荷载的缓冲减振控制。

背景技术

随着科学技术的发展，汽车已成为各家各户必备的出行工具，给人们带来便利的同时也给人们带来了安全隐患。目前，交通事故已成为“世界第一害”，中国是世界上交通事故死亡人数最多的国家之一。车辆在行驶过程中，难免会发生意外事故撞向路侧护栏，对车辆造成巨大的损伤，有资料表明，我国每年有近1/3的死亡事件发生在汽车与路侧护栏碰撞的单车事故中，所以公路路侧护栏的防撞装置就显得十分的重要。

路侧护栏是公路重要的安全防护设施，可以吸收偏离正常行驶方向汽车的撞击动能，减小汽车碰撞加速度峰值，在降低事故严重程度的同时还能诱导行车视线，增加驾乘人员舒适度，提高行车质量。现有的防撞装置主要分为两种，一种以缓冲吸能为防撞手段，该方式通过防撞装置的破坏吸收撞击能量，但是会导致防撞装置需要时常更换，实用性差；另一种则以缓冲反弹为防撞手段，撞击时通过对车辆的反弹以减轻撞击能量，该方式避免了防撞装置的经常损坏，但撞击反弹容易造成车辆损害和车上人员受伤，安全性差。

电涡流阻尼是基于电磁感应原理的一种物理现象。当非磁性导体处于磁场中做切割磁感线运动时，穿过导体的磁通量就会发生连续变化。根据法拉第电磁感应定律，导体内会产生相应的感生电动势，从而形成类似涡旋的电流，即电涡流。根据楞次定律，电涡流会产生一个与原磁场方向相反的新磁场，形成阻碍二者相对运动的阻尼力。如此循环的结果最终导致振动能量通过导体的电阻热效应被消耗掉，这就是电涡流阻尼。在这一过程中，导体板与磁场相对运动的动能先转变为电能，再在导体板内转化为热能消耗，于是起到耗能减振的作用。电涡流阻尼器采用非接触式耗能的方式，具有耐久性好、安装方便等优点，得到广泛使用。

针对现有的公路护栏功能单一，防护效果差的问题。本发明装置利用电涡流阻尼器和杠杆原理相结合，减小车辆与防撞板之间的相互作用力，同时协助车辆纠正行驶方向，尽可能减少事故发生造成的损伤，保护乘车人员、车辆及护栏的安全。该装置具有模块化生产，安装便捷，维修方便，使用简单，外观优美等特点，市场前景十分广阔。

发明内容

针对车辆撞击路侧护栏事故频发，现有的公路护栏功能单一，防护效果差的问题，本发明提供一种利用电涡流的护栏防撞装置。该装置利用电涡流阻尼器与粘滞液体阻尼器联合耗能装置、橡胶层和U型弹簧，将车辆撞击护栏时车辆的动能转化为弹性势能和热能，减小车辆和护栏之间的撞击力，保护车辆和车上人员安全。同时防撞板对车辆产生倾斜的推力，推离车辆，协助撞击后的车辆回归正常行驶方向。该装置可有效降低车辆撞击护栏时对车辆和人员的损害，安装维护方便、使用寿命长，造型美观，可用于公路两侧安全护栏防撞。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种利用电涡流的护栏防撞装置，包括固定钢板、外层筒体、转动钢板、齿条、U型弹簧、橡胶警示柱、U形弹簧连接孔A、固定桩、转动钢板连接孔、齿轮、中心转轴、固定磁铁、中层筒体、移动磁铁、阻尼液、转动钢板连接头、U形弹簧连接孔B、齿条连接件、橡胶板、石墨烯涂层、荧光涂层A、荧光涂层B；

其中，荧光涂层B包裹在橡胶警示柱外侧，橡胶警示柱固定在固定钢板上部；

外层筒体与中层筒体安装在中心转轴之上，固定磁铁固定在中心转轴外侧，移动磁铁固定在外层筒体内侧，固定磁铁与移动磁铁相对侧磁极相反，组成电涡流阻尼器；

阻尼液填充电涡流阻尼器中各筒体之间间隙，组成电涡流阻尼器与粘滞液体阻尼器联合耗能装置，将该装置安装在固定钢板之上；

橡胶板安装在转动钢板外侧，石墨烯涂层涂在橡胶板外侧，荧光涂层A涂在石墨烯涂层外侧，组成防撞板。防撞板通过转动钢板连接孔和转动钢板连接头安装在固定钢板之上。

U型弹簧通过U形弹簧连接孔A和U形弹簧连接孔B安装在固定钢板和转动钢板之间；

齿轮安装在中心转轴上下两侧，并分别与外层筒体、中层筒体固结。齿条通过齿条连接件铰接在转动钢板之上，与齿轮组成传动装置；

本发明护栏防撞装置通过位于固定钢板下的固定桩安装在道路两侧路基之上。

所述外层筒体、中心转轴、固定磁铁、中层筒体、移动磁铁构成电涡流阻尼器的主体部分，阻尼液填充电涡流阻尼器各组成构件之间的间隙，电涡流阻尼器与粘滞液体阻尼器协同工作，组成电涡流阻尼器与粘滞液体阻尼器联合耗能装置，提升阻尼器耗能效率，同时，阻尼液有利于协助电涡流阻尼器散热降温。

所述外层筒体、中心转轴、固定磁铁、中层筒体、移动磁铁、阻尼液组成的电涡流阻尼器与粘滞液体阻尼器联合耗能装置及橡胶板耗散车辆动能，U型弹簧及橡胶板将车辆动能转化为弹性势能，提升装置的防撞效果，减小车辆与防撞板之间的相互作用力。

所述中层筒体由导电性能良好的材料制成，如铜。

所述转动钢板有一定角度，U型弹簧及橡胶板提供的弹性力对车辆产生倾斜的推力，推离车辆，起到缓冲作用，同时协助车辆矫正行驶方向。

所述橡胶板利用高阻尼橡胶材料制作而成。

所述橡胶板外侧面涂有石墨烯涂层，减少车辆和防撞板之间的摩擦力，延长车辆行驶时间，减小撞击力。

所述石墨烯涂层外侧面涂有荧光涂层A。利用荧光粉对灯光的反射，提醒驾驶人员，降低能见度较差的环境下车辆撞击护栏事故的发生概率。

所述齿条与齿轮组成的传动系统，电涡流阻尼器上下侧齿条位于相应齿轮的异侧，转动钢板带动的外层筒体和中层筒体的转动方向相反，增加导体和磁场的相对运动速度，提升电涡流阻尼器及粘滞液体阻尼器的耗能效率。

本发明护栏防撞装置的安装有橡胶警示柱，警示柱外侧涂有荧光涂层，警示驾驶人员。

当车辆行驶方向发生偏离撞击路侧护栏时，车辆首先和防撞板上的橡胶板接触，橡胶板减小车辆对护栏的撞击力，对车辆及驾驶员提供第一层安全保障；然后车辆强迫防撞板发生转动，防撞板压缩U型弹簧，U型弹簧提供弹性恢复力，同时防撞板通过齿轮、齿条组成的传动装置带动阻尼器中层筒体和外层筒体发生方向相反的转动，进而固定磁铁和移动磁铁形成的磁场与组成中层筒体的导体材料之间发生相对运动，产生电磁感应，在导体内产生电涡流，电涡流又产生与永磁体本身磁场极性相反的电磁场，这两个极性相反的电磁场互相阻碍运动，产生电涡流阻尼效应。同时，粘滞流体产生粘滞阻尼效应，动能转化为热能并进行消耗。U型弹簧提供的弹性恢复力及阻尼装置提供的阻尼力通过防撞板对车辆产生倾斜的推力，推离车辆，起到缓冲作用；同时减震橡胶板外侧面涂有石墨烯涂层，减小车辆与防撞板之间的摩擦，方便车辆沿防撞板向前滑动，协助车辆调整方向。

有益效果：

1、本发明护栏防撞装置安装在道路两侧，橡胶层、U型弹簧和电涡流阻尼器与粘滞液体阻尼器联合耗能装置能够起到多层缓冲的作用，减轻撞击对车辆造成的损伤；

2、本发明护栏防撞装置的防撞板外侧的橡胶板为高阻尼橡胶，具有良好的耗能效果，当车辆发生事故撞到护栏时，能降低了事故带来的危害性。

3、本发明护栏防撞装置的橡胶板外侧面涂有石墨烯涂层，石墨烯具有优良的润滑特性，减小车辆与护栏防撞板之间的摩擦力，能防止撞击后车辆发生大幅度转向。

4、本发明护栏防撞装置的石墨烯涂层外侧面涂有荧光涂层，利用荧光粉对灯光的反射，提醒驾驶人员，降低能见度较差的环境下发生车辆撞击护栏事故的发生概率。

5、本发明装置中，粘滞液体填充在电涡流阻尼器中，形成电涡流阻尼器和粘滞液体阻尼器联合耗能装置，能够增加阻尼器的耗能效果。同时，阻尼液有助于耗散电涡流阻尼器产生的热能。

6、本发明装置中，所述电涡流阻尼器和粘滞液体阻尼器联合耗能装置，有利于提升装置的耗能效果，减小车辆对护栏的撞击力，对车辆及驾驶员提供安全保障。同时对护栏进行防护，延长护栏的使用寿命。

7、本发明装置中，防撞板水平倾斜设置，内侧连接U型弹簧和联合耗能装置，防撞板对车辆产生倾斜的推力，推离车辆，起到缓冲作用。同时橡胶板外侧面涂有石墨烯涂层，减小车辆与防撞板之间的摩擦，能够方便车辆沿防撞板向前滑动，协助车辆调整方向。

8、本发明采用电涡流原理，采用非接触式耗能方式，具有构造简单，耐久性好，维护方便等优点。

9、本发明护栏防撞装置所有构件的生产、装配均可在工厂里进行，避免了现场作业的装配困难、精确度差，提高现场工作效率、保证装置防撞效果。便于护栏防撞装置的规范化设计、制造与安装。

10、本发明护栏防撞装置的上部安装有橡胶警示柱，警示柱外侧涂有荧光涂层，利用荧光粉对灯光的反射，提醒驾驶人员，降低能见度较差的环境下发生车辆撞击护栏事故的发生概率。

附图说明

图1为本发明一种利用电涡流的护栏防撞装置的安装效果俯视图；

图2为本发明一种利用电涡流的护栏防撞装置的俯视图；

图3为固定钢板7的正视图；

图4为图3中固定钢板的Ⅰ-Ⅰ剖面图；

图5为图3中固定钢板的Ⅱ-Ⅱ剖面图；

图6为电涡流阻尼器与粘滞液体阻尼器联合耗能装置的正视图；

图7为图6中电涡流阻尼器与粘滞液体阻尼器联合耗能装置的Ⅲ-Ⅲ剖面图；

图8为图7中电涡流阻尼器与粘滞液体阻尼器联合耗能装置的Ⅳ-Ⅳ剖面图；

图9为防撞板的正视图；

图10为图9中防撞板的侧视图；

图11为图9中防撞板的Ⅴ-Ⅴ剖面图；

图12为齿条的正视图；

图13为齿轮的正视图；

图14为警示柱的正视图；

图15为图14中警示柱的Ⅵ-Ⅵ剖面图。

具体实施方式

为方便本领域的技术人员准确理解，以下结合附图对本发明作进一步的详细说明，实施方式所提及的内容并非对本发明的限定。

如图所示，本发明所述一种利用电涡流的护栏防撞装置，主要包括固定钢板1、外层筒体2、转动钢板3、齿条4、U型弹簧5、橡胶警示柱6、U形弹簧连接孔A 7、固定桩8、转动钢板连接孔9、齿轮10、中心转轴11、固定磁铁12、中层筒体13、移动磁铁14、阻尼液15、转动钢板连接头16、U形弹簧连接孔B 17、齿条连接件18、橡胶板19、石墨烯涂层20、荧光涂层A 21、荧光涂层B 22。

外层筒体2与中层筒体13安装在中心转轴11之上，固定磁铁12固定在中心转轴11外侧，移动磁铁14固定在外层筒体2内侧，固定磁铁12与移动磁铁14相对侧磁极相反，组成电涡流阻尼器，如图6、7、8所示，其中固定磁铁12和移动磁铁14采用具有优异磁性能的材料（如：钕铁硼）制成，中层筒体13采用导电性能良好的材料（如：铜）制成，中心转轴11、外层筒体2均采用无磁材料（如：铝合金材料、碳纤维材料）制成。

阻尼液15填充电涡流阻尼器中各筒体之间间隙，组成电涡流阻尼器与粘滞液体阻尼器联合耗能装置，将该装置安装在固定钢板1之上，如图2、6、7、8所示。

所述橡胶板19利用高阻尼橡胶材料制作而成，橡胶板19安装在转动钢板3外侧，石墨烯涂层20涂在橡胶板19外侧，荧光涂层A 21涂在石墨烯涂层20外侧，组成防撞板。防撞板通过转动钢板连接孔9和转动钢板连接头16安装在固定钢板1之上，如图2、9、10、11所示，所述橡胶板19外侧面涂有石墨烯涂层20，减少车辆和防撞板之间的摩擦力，延长车辆行驶时间，减小撞击力；所述石墨烯涂层20外侧面涂有荧光涂层A21，利用荧光粉对灯光的反射，提醒驾驶人员，降低能见度较差的环境下车辆撞击护栏事故的发生概率。

U型弹簧5通过U形弹簧连接孔A 7和U形弹簧连接孔B 17安装在固定钢板1和转动钢板3之间，如图1、2所示。

齿轮10安装在中心转轴11上下两侧，并分别与外层筒体2与中层筒体13固结。齿条4通过齿条连接件18铰接在转动钢板3之上，与齿轮10组成传动装置，齿轮10也是无磁材料，如图1、2、6、8、12、13所示。

其中，荧光涂层B 22包裹在橡胶警示柱6外侧，橡胶警示柱6固定在固定钢板1上部，如图1、2、14、15所示。

所述外层筒体2、中心转轴11、固定磁铁12、中层筒体13、移动磁铁14构成电涡流阻尼器的主体部分，阻尼液15填充电涡流阻尼器各组成构件之间的间隙，电涡流阻尼器与粘滞液体阻尼器协同工作，组成电涡流阻尼器与粘滞液体阻尼器联合耗能装置，提升阻尼器耗能效率，同时，阻尼液有利于协助电涡流阻尼器散热降温。

所述外层筒体2、中心转轴11、固定磁铁12、中层筒体13、移动磁铁14、阻尼液15组成的电涡流阻尼器与粘滞液体阻尼器联合耗能装置及橡胶板耗散车辆动能，U型弹簧5及橡胶板19将车辆动能转化为弹性势能，提升装置的防撞效果，减小车辆与防撞板之间的相互作用力。

所述中层筒体13由导电性能良好的材料制成，如铜。

所述转动钢板3有一定角度，U型弹簧5及橡胶板19提供的弹性力对车辆产生倾斜的推力，推离车辆，起到缓冲作用，同时协助车辆矫正行驶方向。

所述齿条4与齿轮10组成的传动系统，电涡流阻尼器上下侧齿条4位于相应齿轮的一侧，转动钢板3带动的外层筒体2和中层筒体13的转动方向相反，增加导体和磁场的相对运动速度，提升电涡流阻尼器及粘滞液体阻尼器的耗能效率。

本发明护栏防撞装置通过位于固定钢板1下的固定桩8安装在道路两侧路基之上，如图1、2、3、5所示。当车辆行驶方向发生偏离撞击路侧护栏时，车辆首先和防撞板19上的橡胶板接触，橡胶板19减小车辆对护栏的撞击力，对车辆及驾驶员提供第一层安全保障；然后车辆强迫防撞板发生转动，防撞板19压缩U型弹簧5，U型弹簧5提供弹性恢复力，同时防撞板19通过齿轮10、齿条4传动装置带动阻尼器中层筒体和外层筒体发生方向相反的转动。进而带动永磁体与导体的相对运动，产生电磁感应，在导体内产生电涡流，电涡流又产生与永磁体本身磁场极性相反的电磁场，这两个极性相反的电磁场互相阻碍运动，产生电涡流阻尼效应。同时，粘滞流体产生粘滞阻尼效应，动能转化为热能并进行消耗。U型弹簧5提供弹性恢复力及阻尼装置提供的阻尼力通过防撞板对车辆产生倾斜的推力，推离车辆，起到缓冲作用；同时减震橡胶板19外侧面涂有石墨烯涂层20，减小车辆与防撞板之间的摩擦，能够方便车辆沿防撞板向前滑动，协助车辆调整方向。

本实施方案中需要注意以下几个方面：

一、该装置应牢固安装在公路路基上，并根据经过车辆的类型确定本装置的安装高度，以保证装置能够充分发挥作用。

二、本发明装置需要根据车辆的行驶方向进行安装，转动钢板3的倾斜方向与车辆的行驶方向应保持一致。

三、本发明装置中电涡流阻尼器设计安装时，应在各筒体之间预留出足够的间距，保证各个筒体能够自由转动。但筒体之间的间距不应过大，防止磁场强度急剧变弱。

四、U型弹簧5刚度需根据经过车辆的类型进行合理选取。

五、齿轮10齿数和齿条4齿数应进行合理选取。

六、本发明装置安装完成之后应注意转轴部分及阻尼器的防尘防腐工作，对其进行紧密密封，尤其是应用于桥梁结构中，工作环境复杂恶劣，应保证转动部分工作过程中不受外部环境影响。

以上所述尽是本发明的优选实施方式，应指出：对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下依旧可以做出若干改进，这些改进亦应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种利用电涡流的护栏防撞装置，其特征在于：该防撞装置包括固定钢板（1）、外层筒体（2）、转动钢板（3）、齿条（4）、U型弹簧（5）、橡胶警示柱（6）、U形弹簧连接孔A（7）、固定桩（8）、转动钢板连接孔（9）、齿轮（10）、中心转轴（11）、固定磁铁（12）、中层筒体（13）、移动磁铁（14）、阻尼液（15）、转动钢板连接头（16）、U形弹簧连接孔B（17）、齿条连接件（18）、橡胶板（19）、石墨烯涂层（20）、荧光涂层A（21）、荧光涂层B（22）；

其中，橡胶警示柱（6）固定在固定钢板（1）上部；

外层筒体（2）与中层筒体（13）安装在中心转轴（11）之上，固定磁铁（12）固定在中心转轴（11）外侧，移动磁铁（14）固定在外层筒体（2）内侧，固定磁铁（12）与移动磁铁（14）相对侧磁极相反，组成电涡流阻尼器；

阻尼液（15）填充电涡流阻尼器中各筒体之间间隙，组成电涡流阻尼器与粘滞液体阻尼器联合耗能装置，将该装置安装在固定钢板（1）之上；

橡胶板（19）安装在转动钢板（3）外侧，石墨烯涂层（20）涂在橡胶板（19）外侧，组成防撞板；防撞板（19）通过转动钢板连接孔（9）和转动钢板连接头（16）安装在固定钢板（1）之上，转动钢板（3）与固定钢板（1）之间有一倾斜角度；

U型弹簧（5）通过U形弹簧连接孔A（7）和U形弹簧连接孔B（17）安装在固定钢板（1）和转动钢板（3）之间；

齿轮（10）安装在中心转轴（11）上下两侧，并分别与外层筒体（2）与中层筒体（13）固结，齿条（4）通过齿条连接件（18）铰接在转动钢板（3）之上，与齿轮（10）组成传动装置；

所述固定钢板（1）下方设有安装在道路两侧路基之上的固定桩（8）。

2.如权利要求1所述的一种利用电涡流的护栏防撞装置，其特征在于：转动钢板（3）与固定钢板（1）之间角度为20-40°。

3.如权利要求1所述的一种利用电涡流的护栏防撞装置，其特征在于：所述橡胶板（19）利用高阻尼橡胶材料制作而成。

4.如权利要求1所述的一种利用电涡流的护栏防撞装置，其特征在于：所述中层筒体（13）采用导电性能良好的材料制成，中心转轴（11）、外层筒体（2）、齿轮（10）均采用无磁材料制成。

5.如权利要求1所述的一种利用电涡流的护栏防撞装置，其特征在于：所述石墨烯涂层（20）外侧面涂有荧光涂层A（21）。

6.如权利要求1所述的一种利用电涡流的护栏防撞装置，其特征在于：所述橡胶警示柱（6）外侧涂有荧光涂层B（22）。