CN109720372A - 一种铁路机车头用消能防爬器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道交通设备技术领域，且公开了一种铁路机车头用消能防爬器，包括底座、导向机构和齿形板，所述底座与齿形板之间设有导向机构，所述导向机构包括导向筒Ⅰ和导向筒Ⅱ，所述导向筒Ⅰ的一端与底座的一侧固定连接，所述导向筒Ⅰ与导向筒Ⅱ活动套接。本发明通过在导向机构上设消能线圈、永磁铁板和条形永磁铁，当机车受撞击，齿形板啮合移动时，条形永磁铁与永磁铁板形成的磁感线相对消能线圈切割移动，使得消能线圈内产生电流，从而将撞击的动能转化为电能，再由消能电阻将电能转化为热能，对撞击能量进行转化吸收，吸能过程不具备破坏性，装置构件制作方便，且在导向筒Ⅰ和导向筒Ⅱ强度范围内，可保证吸能构件的重复使用。

Description

一种铁路机车头用消能防爬器

技术领域

本发明涉及轨道交通设备技术领域，具体为一种铁路机车头用消能防爬器。

背景技术

轨道交通车辆在行驶中，为保证耐撞击性能，而在车头设定了一系列吸能装置，分别由车钩缓冲装置、防爬器和车体可变形结构组成三级吸收能量的防护屏障。其中，防爬器是安装在轨道交通车辆的车头靠下部位，用以在辆车撞击时，防止列车爬车，同时，在防爬器内设有吸能装置，对列车撞击时的动能进行转化吸收，以保证耐撞击的安全性能。

现有列车防爬器如图1所示，包括底座(1)、导向机构(2)和齿形板(3)，底座(1)用以固定安装在车头相应位置，齿形板(3)用以与向来车撞击时啮合，防止爬车，导向机构(2)包括导向筒Ⅰ(201)和导向筒Ⅱ(202)，导向筒Ⅰ(201)的内部设有消能装置，现有技术中，主要分为压溃式防爬器和涨破式防爬器，两者的主要区别即在于导向筒Ⅰ(201)的内部构造不同，其中，压溃式防爬器，导向筒Ⅰ(201)的内部设规则的薄壁金属，利用薄壁金属的塑性变形吸收撞击能量，而涨破式防爬器，则利用导向筒Ⅰ(201)和导向筒Ⅱ(202)的直方形或圆筒形间摩擦和变形，直至二者破裂来吸收撞击能量。

由于现有技术中的两种防爬器，均是采用结构本身的金属构造造成塑性变形来进行吸能，其结果是破坏性的，因金属本身塑性变形有限，吸能程度则受到严重的限制，且对金属的可塑性与抗压强度要求均较高，而可塑性与抗压强度很难达到平衡，以至于该金属的材料与形状选择较为困难，为此，提出一种消能防爬器，旨在变换一种消能方式以解决上述问题。

发明内容

针对背景技术中提出的现有铁路机车防爬器在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种铁路机车头用消能防爬器，具备多级消能、消能机构可循环使用、消能强度可调性强的优点，解决了上述背景技术中提出的因利用金属本身的变形能力吸能导致吸能强度有限、材料类型难以选择以及吸能行为不可逆的问题。

本发明提供如下技术方案：一种铁路机车头用消能防爬器，包括底座、导向机构和齿形板，所述底座与齿形板之间设有导向机构，所述导向机构包括导向筒Ⅰ和导向筒Ⅱ，所述导向筒Ⅰ的一端与底座的一侧固定连接，所述导向筒Ⅰ与导向筒Ⅱ活动套接，所述导向筒Ⅱ的一端与齿形板的一侧固定连接，导向机构的外部套设有顶紧弹簧，所述顶紧弹簧的两端分别与底座和齿形板的一侧固定连接，所述导向筒Ⅰ外部的一端设有消能线圈，所述消能线圈的一侧设有安装板，所述安装板的数量设有四个，且四个安装板阵列分布在导向筒Ⅰ的外壁上，四个所述安装板的一侧均固定安装有永磁铁板，所述永磁铁板的磁化方向为导向筒Ⅰ的径向，所述导向筒Ⅱ的内壁设有条形永磁铁，所述条形永磁铁的数量设有四组且每组三个，四组所述条形永磁铁与四组永磁铁板对应布置，所述条形永磁铁的磁化方向与导向筒Ⅰ的径向且与永磁铁板的磁极方向相反，所述导向筒Ⅱ内腔的一端固定连接有柱形永磁铁，所述柱形永磁铁的磁化方向为导向筒Ⅱ的轴向，所述导向筒Ⅰ内腔的一端固定安装有电磁铁，所述电磁铁通电产生的磁场与柱形永磁铁相对一端的磁极相同。

所述消能线圈所在的电路串联有消能电阻和接触器，所述接触器的动触点串联有车载电源、热敏电阻和电磁铁。

优选的，所述导向机构采用低磁阻高强度的材料制成。

优选的，所述消能电阻设为电热丝。

优选的，所述热敏电阻为正温度系数热敏电阻。

优选的，所述导向筒Ⅱ的长度与电磁铁的长度之和小于导向筒Ⅰ内腔的长度。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过在导向机构上设消能线圈、永磁铁板和条形永磁铁，当机车受撞击，齿形板啮合移动时，条形永磁铁与永磁铁板形成的磁感线相对消能线圈切割移动，使得消能线圈内产生电流，从而将撞击的动能转化为电能，再由消能电阻将电能转化为热能，对撞击能量进行转化吸收，吸能过程不具备破坏性，装置构件制作方便，且在导向筒Ⅰ和导向筒Ⅱ强度范围内，可保证吸能构件的重复使用。

2、本发明通过设置柱形永磁铁和电磁铁，消能线圈产生电流后，启动接触器，导通电磁铁，由电磁铁通电产生的磁场与柱形永磁铁的磁场相斥，在齿形板受撞击时带动柱形永磁铁向电磁铁运动，克服磁场斥力做功，将动能进一步转换为内能，从而进一步增强吸能效果，且该吸能增强幅度可由电磁铁的电生磁性能和车载电源的供电性能决定并依据防护等级调节，相比较利用金属塑性变形吸能，此装置吸能的可调性更强。

3、本发明通过设置热敏电阻，利用热敏电阻具备的温度越高电阻越大的特性，在完成撞击瞬间吸能后，热敏电阻的温度升高，电阻变大，从而保护电路中的电器元件不会长时间处于高电流状态，保护元件的安全性。

附图说明

图1为传统轨道交通机车头防爬器结构示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为本发明内部结构示意图；

图4为本发明图3的A-A处剖视图；

图5为本发明电路连接示意图。

图中：1、底座；2、导向机构；201、导向筒Ⅰ；202、导向筒Ⅱ；3、齿形板；4、顶紧弹簧；5、消能线圈；6、安装板；7、永磁铁板；8、条形永磁铁；9、柱形永磁铁；10、电磁铁；11、消能电阻；12、接触器；13、车载电源；14、热敏电阻。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，一种铁路机车头用消能防爬器，包括底座1、导向机构2和齿形板3，底座1与齿形板3之间设有导向机构2，导向机构2包括导向筒Ⅰ201和导向筒Ⅱ202，导向筒Ⅰ201的一端与底座1的一侧固定连接，导向筒Ⅰ201与导向筒Ⅱ202活动套接，导向筒Ⅱ202的一端与齿形板3的一侧固定连接，导向机构2的外部套设有顶紧弹簧4，顶紧弹簧4的两端分别与底座1和齿形板3的一侧固定连接，顶紧弹簧4一方面作为一级吸能机构，另一方面，顶紧弹簧4将齿形板3弹开，使得齿形板3相对底座1的位置稳定，保证列车在无撞击情况下，吸能机构的稳定存在，导向筒Ⅰ201外部的一端设有消能线圈5，消能线圈5的一侧设有安装板6，安装板6的数量设有四个，且四个安装板6阵列分布在导向筒Ⅰ201的外壁上，四个安装板6的一侧均固定安装有永磁铁板7，永磁铁板7的磁化方向为导向筒Ⅰ201的径向，导向筒Ⅱ202的内壁设有条形永磁铁8，条形永磁铁8的数量设有四组且每组三个，四组条形永磁铁8与四组永磁铁板7对应布置，条形永磁铁8的磁化方向与导向筒Ⅰ201的径向且与永磁铁板7的磁极方向相反，每组永磁铁板7与条形永磁铁8布置的磁极朝向均相同，以保证消能线圈5在永磁铁板7和条形永磁铁8之间产生的磁场运动时，能够在消能线圈5内产生同向电流，其中，为保证永磁铁板7和条形永磁铁8对应位置的稳定性，需要使得导向筒Ⅰ201和导向筒Ⅱ202套合的接触壁之间采用凸起与凹槽限位(图中未示出)，导向筒Ⅱ202内腔的一端固定连接有柱形永磁铁9，柱形永磁铁9的磁化方向为导向筒Ⅱ202的轴向，导向筒Ⅰ201内腔的一端固定安装有电磁铁10，电磁铁10通电产生的磁场与柱形永磁铁9相对一端的磁极相同，电磁铁10通电后，柱形永磁铁9向电磁铁10移动需要克服磁性斥力做功，以保证撞击动能转化为克服做功的内能。

消能线圈5所在的电路串联有消能电阻11和接触器12，接触器12的动触点串联有车载电源13、热敏电阻14和电磁铁10，接触器12的设置，是考虑消能线圈5切割磁感线产生的电量有限，故而仅由消能线圈5作为通电导通接触器12作用，此处接触器12相当于开关，消能线圈5通电，则电磁铁10所在电路导通，并且电磁铁10的电源由车载电源13额外提供，车载电源13可为机车运行电力线路提供，以保证电磁铁10能够产生足够大的磁场，其中，接触器12、车载电源13在机车的车头内部隐藏安装，保证接触器12和车载电源13受撞击时的绝对安全性，热敏电阻14则位于导向筒Ⅰ201的内部且位于电磁铁10的端部附近，保证热敏电阻14能够在完成吸能过程后处于高温环境中以获得升温目的。

通过以上顶紧弹簧4的一级吸能、消能线圈5的二级吸能和电磁铁10处三级吸能，可使得导向机构2在机车一定撞击强度下，能够利用自身强度保证内部结构的完整性，以实现防爬器在保证机车防爬功能的基础上，具备一定的吸能效果，同时能够使得内部吸能机构能够在一次撞击吸能后具备再利用的可能性。

其中，导向机构2采用低磁阻高强度的材料制成，低磁阻高强度的材料可以为普通工程塑料或者奥氏体不锈钢，一方面保证永磁铁板7与条形永磁铁8之间的磁通量，另一方面保证导向机构2的抗压与抗弯强度。

其中，消能电阻11设为电热丝，电热丝进一步将消能线圈5的电能转换为热能，且达到保护电路的目的。

其中，热敏电阻14为正温度系数热敏电阻，利用热敏电阻14温度越高电阻越大的性能，使得在完成吸能后，吸能电路处于高电阻状态，避免电路构件处于高电流通过状态。

其中，导向筒Ⅱ202的长度与电磁铁10的长度之和小于导向筒Ⅰ201内腔的长度，齿形板3运行到导向筒Ⅰ201端部时，恰好导向筒Ⅱ202位于电磁铁10的端部附近，此设置，是为了保证在导向机构2的抗压强度下，完成吸能后的导向机构2及其内部构件尤其是电磁铁10与柱形永磁铁9避免遭到毁灭性的破坏。

本发明的工作原理如下：

当齿形板3受撞击并与向来车的齿形板3啮合后，首先撞击动能需要克服顶紧弹簧4的弹力做功，动能转化为弹性势能，此为一级吸能，同时此处的顶紧弹簧4还有保证正常行驶过程中齿形板3相对底座1的位置稳定的功能；在一级吸能过程中，条形永磁铁8相对永磁铁板7移动，使得消能线圈5对永磁铁板7和条形永磁铁8之间的磁感线切割，消能线圈5产生电流，同时由消能电阻11将电能转化为热能，此为二级吸能；二级吸能进行的同时，有接触器12导通电磁铁10，由消能电阻11向电磁铁10供电，使得电磁铁10通电产生磁场，并与柱形永磁铁9的磁场相斥，齿形板3带动柱形永磁铁9移动过程中，克服磁场相斥力做功，将动能转化为内能，此为三级吸能；在完成三级吸能后，导向筒Ⅱ202的一端恰好位于电磁铁10自由端的附近，热敏电阻14在装置吸能过程中，温度升高，其电阻值变大，装置完成吸能后，电路在一端时间内，处于高电阻状态，从而达到保护电路参与构件的安全。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种铁路机车头用消能防爬器，包括底座(1)、导向机构(2)和齿形板(3)，所述底座(1)与齿形板(3)之间设有导向机构(2)，所述导向机构(2)包括导向筒Ⅰ(201)和导向筒Ⅱ(202)，所述导向筒Ⅰ(201)的一端与底座(1)的一侧固定连接，所述导向筒Ⅰ(201)与导向筒Ⅱ(202)活动套接，所述导向筒Ⅱ(202)的一端与齿形板(3)的一侧固定连接，其特征在于：导向机构(2)的外部套设有顶紧弹簧(4)，所述顶紧弹簧(4)的两端分别与底座(1)和齿形板(3)的一侧固定连接，所述导向筒Ⅰ(201)外部的一端设有消能线圈(5)，所述消能线圈(5)的一侧设有安装板(6)，所述安装板(6)的数量设有四个，且四个安装板(6)阵列分布在导向筒Ⅰ(201)的外壁上，四个所述安装板(6)的一侧均固定安装有永磁铁板(7)，所述永磁铁板(7)的磁化方向为导向筒Ⅰ(201)的径向，所述导向筒Ⅱ(202)的内壁设有条形永磁铁(8)，所述条形永磁铁(8)的数量设有四组且每组三个，四组所述条形永磁铁(8)与四组永磁铁板(7)对应布置，所述条形永磁铁(8)的磁化方向与导向筒Ⅰ(201)的径向且与永磁铁板(7)的磁极方向相反，所述导向筒Ⅱ(202)内腔的一端固定连接有柱形永磁铁(9)，所述柱形永磁铁(9)的磁化方向为导向筒Ⅱ(202)的轴向，所述导向筒Ⅰ(201)内腔的一端固定安装有电磁铁(10)，所述电磁铁(10)通电产生的磁场与柱形永磁铁(9)相对一端的磁极相同；

所述消能线圈(5)所在的电路串联有消能电阻(11)和接触器(12)，所述接触器(12)的动触点串联有车载电源(13)、热敏电阻(14)和电磁铁(10)。

2.根据权利要求1所述的一种铁路机车头用消能防爬器，其特征在于：所述导向机构(2)采用低磁阻高强度的材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种铁路机车头用消能防爬器，其特征在于：所述消能电阻(11)设为电热丝。

4.根据权利要求1所述的一种铁路机车头用消能防爬器，其特征在于：所述热敏电阻(14)为正温度系数热敏电阻。

5.根据权利要求1所述的一种铁路机车头用消能防爬器，其特征在于：所述导向筒Ⅱ(202)的长度与电磁铁(10)的长度之和小于导向筒Ⅰ(201)内腔的长度。