CN110816579A - 一种轨道车辆吸能防爬装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轨道车辆吸能防爬装置，属于轨道车辆被动安全领域。套筒的尾端与安装座的正面中心固定，筒状刀具安装架的圆筒尾端穿过方形吸能隔板中心的通孔与套筒的前端面壁厚的内半环接触；四个二级弹簧的尾端均与二级弹簧安装座配合固定，前端分别与方形吸能隔板背面的四个二级弹簧安装座配合固定；吸能隔板与安装座之间的二级弹簧外围设有压溃管；锯齿防爬器背面为正方形平板结构，多级导杆前端与锯齿防爬器背面居中位置通过焊接连接；锯齿防爬器背面的弹簧安装座与吸能隔板前面的弹簧安装座之间设有一级弹簧，尾端与吸能隔板前面的一级弹簧安装座配合固定；筒状刀具安装架通过法兰盘上的螺栓孔与吸能隔板螺栓连接。

Description

一种轨道车辆吸能防爬装置

技术领域

本发明属于轨道交通被动安全技术领域。

背景技术

目前，我国的轨道交通行业飞速发展，列车运行速度不断提高，在越来越快的速度下，一旦列车发生碰撞事故，将会造成重大的人员伤亡和财产损失，所以，对于完善列车的被动安全保护机制，是近年来愈发重要的一个问题。在列车碰撞时，车钩缓冲器首先作用，在其失效后整个钩缓装置从安装螺栓上退出，然后防爬器开始接触。所以吸能防爬装置作为一种防止爬车缓冲吸能装置是耐撞性车体设计中不可缺少的一部分，吸能装置通过材料的大塑性变形或者金属之间的大摩擦来吸收能量，从而达到车体碰撞时缓冲吸能、防止爬车的作用。

当下国内外所使用的防爬吸能装置主要分为切削式、压溃式、膨胀式三种。就金属材料的变形形式的吸能能力而言，金属材料塑性大变形和变形之后的破裂变形，其吸能方式要优于金属材料仅产生塑性变形的吸能方式，而产生切屑的过程即切削式吸能过程，就是金属破裂的过程。

压溃式吸能过程是一种金属产生单一塑性大变形的过程，压溃材料主要有铝合金、蜂窝铝板等薄壳管状结构，它的吸能特性主要依赖结构在轴向冲击下的塑性动态屈曲力学行为，然而单一的压溃吸能优于追求材料轻量化，在大速度冲击过程中容易导致失稳问题。膨胀式吸能结构是一种主要由内顶杆和外套筒构成的能量吸收装置，内顶杆为实心金属杆，外套筒为膨胀式薄壁吸能管。加装导向杆后的膨胀式吸能结构虽然不会有失稳的问题，但有吸能容量小，吸能过程不好控制的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种轨道车辆吸能防爬装置，它能够有效地吸收车辆碰撞能量，并且防止爬车现象。

本发明的目是通过以下技术方案来实现的：一种轨道车辆吸能防爬装置，包括锯齿防爬器、压溃管、设有螺栓孔的安装座、刀具及其安装架，套筒的尾端与安装座的正面中心固定，套筒前端面壁厚中心线的外环与带法兰盘的套环的尾部端面接触，带法兰盘的筒状刀具安装架的外径与所述套环的内径配合，筒状刀具安装架的圆筒尾端穿过方形吸能隔板中心的通孔与套筒的前端面壁厚中心线的内环接触；安装座正面的套筒周围的四角方向均布二级弹簧安装座，四个二级弹簧的尾端均与二级弹簧安装座配合固定，前端分别与方形吸能隔板背面的四个二级弹簧安装座配合固定；吸能隔板与安装座之间的二级弹簧外围设有压溃管；锯齿防爬器背面为正方形平板结构，四角方向均布一级弹簧安装座，多级导杆前端与锯齿防爬器背面居中位置通过焊接连接，多级导杆另一端与套筒内径过盈配合；吸能隔板的前面四角方向均布一级弹簧安装座，一级弹簧的前端与锯齿防爬器背面的一级弹簧安装座配合固定，尾端与吸能隔板前面的一级弹簧安装座配合固定；筒状刀具安装架通过法兰盘上的螺栓孔与吸能隔板螺栓连接；筒状刀具安装架沿圆筒内径均布刀具。

所述锯齿防爬器的齿板为等间距齿、槽分列设置结构，防爬器齿板设有等间距的内凹槽和外凸齿。

所述多级导杆在刀具前端设有切削层。

所述筒状刀具安装架设有刀具沿X、Y轴方向和倾角的调节机构，刀具前角取值为0～10°，后角取值范围为3～12°。

所述套筒为膨胀式薄壁吸能管，内壁与多级导杆之间为过盈配合，后部形成空腔。

所述压溃管为铝蜂窝材料，由上、下两部分焊接组合构成且四个角设有诱导孔的方形结构。

所述多级导杆与筒状刀具安装架的内径、四角设有螺栓孔的吸能隔板中心的通孔、套环的内径均为间隙配合连接。

进一步地，上、下两个半体拼接而成的压溃管在四个角设有数个诱导孔，其中诱导孔为相邻两面开矩形孔的形式，诱导孔的数量不定；研究表明，角开孔稳定性要比面开孔的稳定性好，且屈曲都首先在第一个孔处产生,然后在每个开孔处形成折叠状的屈曲，诱导孔在轴向数目更多,屈曲相对更为稳定；压溃管为上两部分焊接组合方便工艺安装；压溃管的材料为铝蜂窝结构，其前、后两端分别与吸能隔板的后面及安装座的前面固接。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：一种轨道车辆的多向多级吸能装置，的防爬齿板顶端包括数个等间距内凹槽；槽底包括数个等间距外凸齿，在每一级齿之间设有空槽，当车辆发生碰撞时，车钩缓冲器首先作用，在其失效后整个钩缓装置从安装螺栓上退出，然后防爬器开始接触，由于等间距内凹槽、等间距外凸齿可互相啮合，有效地抑制了碰撞时的垂向力与横向力；所述的多级导杆在吸能隔板前端作为切削材料切削吸能并且起到导向、承受横向力的作用，在吸能隔板后端作为内顶杆冲击薄壁吸能管使其膨胀变形吸能并且同样起到导向、承受横向力的作用，导向杆同时作为切削杆与内顶杆，使得吸能装置能够同时进行切削式吸能与膨胀式吸能，能够比单纯的压溃式或者膨胀式能吸收更多的能量；的压溃装置，在其四个边角开有诱导孔，能够更加迅速稳定地吸收撞击能量。本发明充分利用了金属先塑性大变形后破裂的吸能方式要优于金属材料仅产生塑性变形吸能方式的优点，将切削式、压溃式、膨胀式吸能方式联合吸能，利用切削后的导向顶杆作为膨胀吸能系统中的内顶杆继续吸收能量。并加以弹簧与压溃材料来防止失稳情况的发生。此多级联合型吸能防爬装置大大提高了列车上人员的安全系数，大大降低了事故发生后的损失。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明的整体结构半剖面图；

图3为本发明的纵向传力部件爆炸图；

图4为本发明的切削吸能局部示意图；

图5为本发明的膨胀吸能局部示意图；

图6为本发明的切削工具局部示意图；

图7为本发明的压溃材料示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1、2所示，一种轨道车辆吸能防爬装置，包括锯齿防爬器1、一级弹簧2、吸能隔板4、压溃管6、安装座7、多级导杆11、套筒18、筒状刀具安装架5、刀具10、一级弹簧安装座9、切削层15、套环19；其中，锯齿防爬器1背面与多级导杆11一端通过焊接连接，多级导杆11前端设有切削层15；在碰撞吸能过程中，由于吸能装置为塑性大变形，需要经常更换，所以切削层15设置厚度为一次切削的量，一般厚度为10mm左右，节省切削金属材料；多级导杆11后端过盈配合预装在套筒18内，多级导杆11的中间部分利用刀具10辅助固定且与筒状刀具安装架5、吸能隔板4、套环19为间隙配合；发生碰撞时，多级导杆可自由在筒状刀具安装架5、吸能隔板4、套环19之间滑动，从而与套筒18之间产生大摩擦力且多级导杆11作为内顶杆可使得套筒18产生扩径变形从而达到吸收撞击动能的效果；防爬器1的背面与四角设有螺栓孔3的吸能隔板4的前面均设有一级弹簧安装座9，两者之间设有一级弹簧2；安装座7前面与吸能隔板4的后面均设有二级弹簧安装座17，两端的二级弹簧安装座17之间装有二级弹簧16，前后两级弹簧可将前后吸能部分连接起来，防止碰撞时产生失稳，同时，前、后各四根高强度弹簧亦可提供一定程度的吸能作用；筒状刀具安装架5为套筒式结构，其中，筒状刀具安装架5上设置有数个螺栓孔14，筒状刀具安装架5前端通过螺栓连接在吸能隔板4上，后端套入吸能隔板与套环19内，并与套筒18相抵承受轴向力；筒状刀具安装架5安装有数个刀具10，刀具可以在筒状刀具安装架5上实现固定、移动的功能，以此来控制切削厚度，其中，安装在筒状刀具安装架5上的刀具10与多级导杆11上凸起的切削层15部分相接触固定，从而使导杆不会发生垂向失稳，进而对多级导杆11切削吸能；吸能隔板4后端、安装座7前端设置有套筒18与多级导杆11过盈配合，套筒18前端设有套环19；其中，套环与吸能隔板4固接，套环19后端与套筒18相抵承受轴向力，套筒18后端与吸能装置安装座7焊接连接，安装座7正面、套筒18周围的四角方向均布二级弹簧安装座17，四个二级弹簧16的尾端均与二级弹簧安装座17配合固定，前端分别与方形吸能隔板4背面的四个二级弹簧安装座17配合固定；在碰撞时保持垂向的刚度；吸能隔板4与吸能装置安装座7之间设有压溃管6；压溃管6分为上下两个部分焊接连接，且在压溃管6边角处设有数个矩形诱导孔8，在吸能时，薄壁结构会产生较大的抵抗力，有了诱导孔8之后，结构的屈曲会沿着诱导缺陷发展，以减小冲击抵抗力来提高结构的吸能特性。

当发生碰撞时，防爬齿板1会首先完全啮合，内凹槽20会卡住外凸齿12，从而会限制吸能装置垂向以及横向运动，保证整个装置不会出现失稳情况；多级导杆11，其前端附有切削层15，防爬齿板1带动多级导杆11向后端运动，安装在筒状刀具安装架5上的刀具10对多级导杆11进行切削吸能，第一级吸能开始；同时第一级弹簧2开始压缩变形，在提供垂向刚度的同时也保证了增加阻抗力增加吸能效率；在第一级吸能进行的同时，多级导杆11的中间部分利用刀具10辅助固定且与筒状刀具安装架5的内径、吸能隔板4中心的通孔、套环19的内径均为间隙配合连接，从而多级导杆11可在筒状刀具安装架5、吸能隔板4、套环19之间自由滑动；多级导杆11后端作为第二级吸能系统的内顶杆，可在切削吸能的同时与套筒18产生摩擦将机械能转化为内能释放；多级导杆11后端过盈配合预装在套筒18内；同时多级导杆11在撞击时会沿着筒状刀具安装架5、吸能隔板4、套环19的中心线运动，使得套筒18产生扩径变形从而吸收撞击动能，此时第二级吸能开始；与此同时，二级弹簧16开始压缩吸能，二级弹簧16主要保证了薄壁套筒18膨胀吸能以及压溃管6压溃过程的顺利进行；所述的压溃管6分为上下两个部分焊接连接，在保证工艺简单的同时也保证了吸能效率的最大化，在压溃管6边角处设有数个矩形诱导孔8，在吸能时，薄壁结构会产生较大的抵抗力，有了诱导孔8之后，相邻孔间的壳产生了褶皱,冲击能量主要靠边的塑性变形能吸收，从而大大减少了车体的瞬时冲击力；所述的安装座7通过螺栓13安装在车体底架端梁上，在压缩吸能的过程中与防爬齿板1产生相对位移，提供垂向刚度，保证吸能过程顺利进行。

进一步地，刀具10，其前角可取范围0～10°，后角取值范围为3～12°；前角影响切削过程中的切削力，增大刀具前角,可以减小切削力，但刀具前角增大，会降低切削刃和刀头的强度，切削时刀头容易崩刃；后角影响刀具后刀面与已加工表面之间的摩擦，后角增大可减小后刀面与加工表面之间的摩擦，但是后角越大，切削刃越锋利，切削刃和刀头的强度越弱；在切削过程中，切削深度可选范围1～10mm，根据实际吸能情况确定，保证切削过程吸收足够的能量。

本发明的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种轨道车辆吸能防爬装置，包括锯齿防爬器(1)、压溃管(6)、设有螺栓孔(13)的安装座(7)、刀具及其安装架，套筒(18)的尾端与安装座(7)的正面中心固定，其特征在于：套筒(18)前端面壁厚中心线的外环与带法兰盘的套环(19)的尾部端面接触，带法兰盘的筒状刀具安装架(5)的外径与所述套环(19)的内径配合，筒状刀具安装架(5)的圆筒尾端穿过方形吸能隔板(4)中心的通孔与套筒(18)的前端面壁厚中心线的内环接触；安装座(7)正面的套筒(18)周围的四角方向均布二级弹簧安装座(17)，四个二级弹簧(16)的尾端均与二级弹簧安装座(17)配合固定，前端分别与方形吸能隔板(4)背面的四个二级弹簧安装座(17)配合固定；吸能隔板(4)与安装座(7)之间的二级弹簧(16)外围设有压溃管(6)；锯齿防爬器(1)背面为正方形平板结构，四角方向均布一级弹簧安装座(9)，多级导杆(11)前端与锯齿防爬器(1)背面居中位置通过焊接连接，多级导杆(11)另一端与套筒(18)内径过盈配合；吸能隔板(4)的前面四角方向均布一级弹簧安装座(9)，一级弹簧(2)的前端与锯齿防爬器(1)背面的一级弹簧安装座(9)配合固定，尾端与吸能隔板(4)前面的一级弹簧安装座(9)配合固定；筒状刀具安装架(5)通过法兰盘上的螺栓孔(14)与吸能隔板(4)螺栓连接；筒状刀具安装架(5)沿圆筒内径均布刀具(10)。

2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆吸能防爬装置，其特征在于：所述锯齿防爬器(1)的齿板为等间距齿、槽分列设置结构，防爬器齿板设有等间距的内凹槽(20)和外凸齿(12)。

3.根据权利要求1的一种轨道车辆吸能防爬装置，其特征在于：所述多级导杆(11)在刀具(10)前端设有切削层(15)。

4.根据权利要求1所述的一种轨道车辆吸能防爬装置，其特征在于：所述筒状刀具安装架(5)设有刀具沿X、Y轴方向和倾角的调节机构，刀具(10)前角取值为0～10°，后角取值范围为3～12°。

5.根据权利要求1所述的一种轨道车辆吸能防爬装置，其特征在于：所述套筒(18)为膨胀式薄壁吸能管，内壁与多级导杆(11)之间为过盈配合，后部形成空腔。

6.根据权利要求1所述的一种轨道车辆吸能防爬装置，其特征在于：所述压溃管(6)为铝蜂窝材料，由上、下两部分焊接组合构成且四个角设有诱导孔(8)的方形结构。

7.根据权利要求1所述的一种轨道车辆吸能防爬装置，其特征在于：所述多级导杆(11)与筒状刀具安装架(5)的内径、四角设有螺栓孔(3)的吸能隔板(4)中心的通孔、套环(19)的内径均为间隙配合连接。

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