CN110949297B - 客车前部吸能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了客车前部吸能装置，包括管状部分、中间部分、泡沫铝填充物、顶板和底板；管状部分包括第一外圆管、纤维增强复合材料和第二外圆管，第二外圆管套在第一外圆管外且纤维增强复合材料填充于第二外圆管和第一外圆管之间；中间部分包括承压管、施压管和压板，施压管顶端面顶抵顶板底壁，承压管底端面顶抵底板顶壁，压板设于承压管和施压管之间；中间部分设于管状部分内且中间部分和第一外圆管之间的空腔、承压管、施压管内都填充有泡沫铝填充物。它具有如下优点：本技术方案不仅能在客车发生中高速碰撞时通过稳定的溃缩吸收更多的能量，同时具有高抗压强度强度和良好的吸能效果，有利于提高缓冲作用。
Description
技术领域
本发明涉及客车零部件技术领域，尤其涉及一种客车前部吸能装置。
背景技术
当今社会，客车碰撞安全性能备受关注，前防撞梁总成是碰撞吸能的主要总成之一，而其中防撞梁总成中的吸能盒在碰撞中通过自身压溃变形吸收碰撞能量，是防撞梁总成的重要零部件之一。
以往的客车防撞梁吸能盒结构多为截面为多边型的盒形结构，两个结构相同或对称的盒形结构分布防撞梁两侧，此盒形结构再与防撞梁焊接在一起构成防撞梁总成。吸能盒对碰撞能量的吸收靠自身溃缩变形，而此种单一的吸能盒只能通过设计自身吸能筋、截面形状等来控制溃缩变形。在中高速碰撞时，吸能弱，溃缩形式不稳定，无论是对车体纵梁还是车内乘员都无法实现较好的保护，另外，无论发生何种碰撞，该吸能盒都会发生部分变形，维修过程中必须进行替换，增加了维修成本。
发明内容
本发明提供了客车前部吸能装置，其克服了背景技术中客车防撞梁吸能盒所存在的不足。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：
客车前部吸能装置，包括管状部分、中间部分、泡沫铝填充物（4）、顶板（6）和底板（8），所述顶板（6）和底板（8）分别固设在管状部分之顶端面和底端面；所述管状部分包括第一外圆管（1）、纤维增强复合材料（5）和第二外圆管（9），所述第二外圆管（9）套在第一外圆管（1）外且所述纤维增强复合材料（5）填充于第二外圆管（9）和第一外圆管（1）之间；所述中间部分设于管状部分内且中间部分和第一外圆管（1）之间的空腔填充有泡沫铝填充物（4）；所述中间部分包括承压管（2）、施压管（3）和压板（7），所述施压管（3）顶端面顶抵顶板（6）底壁，所述承压管（2）底端面顶抵底板（8）顶壁，所述压板（7）设于承压管（2）和施压管（3）之间，且所述承压管（2）、施压管（3）内都填充有泡沫铝填充物（4）。
一实施例之中：所述第一外圆管（1）之外管壁为圆柱壁，所述第一外圆管（1）之内径从上到下呈现由大到小的梯度变化；所述第一外圆管（1）之内外两侧管壁上设有多个上下等距布置的第一矩形凹槽（11）。
一实施例之中：所述第一外圆管（1）和第二外圆管（9）之间设有多层纤维增强复合材料（5），多层纤维增强复合材料（5）铺层方向互不相同。
一实施例之中：所述中间部分和第一外圆管（1）之间的空腔填充的泡沫铝填充物（4）的相对密度从上到下呈现由小到大的梯度变化。
一实施例之中：所述承压管（2）、施压管（3）内部填充的泡沫铝填充物（4）都呈两级梯度变化，下部泡沫铝填充物（4）的相对密度大于上部的泡沫铝填充物（4）的相对密度。
一实施例之中：所述承压管（2）为底部承压的铝合金圆管，所述承压管（2）之内管壁为圆柱壁，所述承压管（2）之外径从上到下呈现由小到大的梯度变化；所述承压管（2）之内外两侧管壁上设有多个上下等距布置的第二矩形凹槽（21）。
一实施例之中：所述施压管（3）为顶部施压的铝合金圆管，所述施压管（3）之外管壁为圆柱壁，所述施压管（3）之内径从上到下呈现由小到大的梯度变化；所述施压管（3）之内外两侧管壁上设有多个上下等距布置的第三矩形凹槽。
一实施例之中：所述施压管（3）外沿设有第一外倒角结构，所述压板（7）外壁也设有第二外倒角结构，第一外倒角结构和第二外倒角结构对齐设置；所述承压管（2）顶部内沿设有内倒角结构；所述第二外倒角结构位于内倒角结构内。
一实施例之中：所述压板（7）施压面为弧形面，所述顶板（6）之底壁和底板（8）之顶壁都呈中间拱起之拱起结构。
一实施例之中：所述第二外圆管（9）为阵列分布多层多排通孔的不锈钢外圆管。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
本技术方案不仅能在客车发生中高速碰撞时通过稳定的溃缩吸收更多的能量，同时具有高抗压强度强度和良好的吸能效果，有利于提高缓冲作用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1为客车前部吸能装置的结构示意图。
图2为图1的A处放大示意图。
图3为图1的B处放大示意图。
图4为客车前部吸能装置的第二外圆管的结构示意图。
实施方式
请查阅图1至图4，一种客车前部吸能装置，固设在客车防撞梁和车身纵梁之间，它包括管状部分、中间部分、泡沫铝填充物4、顶板6和底板8，所述顶板6和底板8分别固设在管状部分之顶端面和底端面，如图1所示吸能装置高度为H。
所述管状部分包括第一外圆管1、纤维增强复合材料5和第二外圆管9。所述第二外圆管9套在第一外圆管1外且所述纤维增强复合材料5填充于第二外圆管9和第一外圆管1之间。请查阅图3，所述第一外圆管1外包裹着三层铺层方向互不相同的纤维增强复合材料5，第二外圆管9包裹着外层的纤维增强复合材料5。所述纤维复合增强材料5具有轻质高强度的特性，其在溃缩过程中能最大程度的通过变形吸收冲击能量。
所述第一外圆管1由铝合金制成，为铝合金圆管，质量轻，强度大，韧性好；为了改善原有均质圆管的吸能梯形，第一外圆管1外管壁为圆柱面，且第一外圆管1之内径从上到下呈现由大到小的梯度变化，第一外圆管1内外两侧管壁上都设有多个上下等距布置的第一矩形凹槽11，用于诱导压缩方向，所述内外两侧管壁的第一矩形凹槽11上下错开布置。根据需要，第一外圆管1管壁之周向上设有多个上述的第一矩形凹槽11。
请查阅图4，所述第二外圆管9为阵列分布多层多排长孔91的不锈钢外圆管，每层设有四个长孔均匀分布，共有四层；在整体的压缩过程中，第二外圆管9引导着整体的压缩方向为沿吸能盒轴向压缩（图1中上下方向），并且，对纤维增强复合材料的破坏模式具有一定的引导作用，使纤维增强复合材料5紧贴第一外圆管，对于冲击能量的耗散具有重要的作用。
所述中间部分包括承压管2、施压管3和压板7，所述施压管3顶端面固接顶板6底壁，所述承压管2底端面固接底板8顶壁，所述压板7设于承压管2和施压管3之间。
所述承压管2、施压管3都设于第一外圆管1内，所述第一外圆管1与所述承压管2之间、第一外圆管1与施压管3之间的空腔填充相对密度从上到下呈现由小到大的梯度变化的泡沫铝填充物4，以能使吸能装置在受到压缩作用时，通过第一外圆管1的溃缩变形以及第一外圆管1与承压管2、施压管3之间空腔内的泡沫铝填充物4的压缩致密逐步耗散能量。所述承压管2、施压管3内部都填充两级梯度变化的泡沫铝填充物4，下部泡沫铝填充物4的相对密度大于上部的泡沫铝填充物4。
所述承压管2为底部承压铝合金圆管，承压管2内管壁为圆柱壁，外管壁之外径从上到下呈现由小到大的梯度变化；承压管2内外两侧管壁上都设有多个上下等距布置的第二矩形凹槽21，用于诱导压缩方向，内外两侧管壁的第二矩形凹槽21上下错开布置。根据需要，承压管2管壁之周向上设有多个上述的第二矩形凹槽21。
所述施压管3为顶部施压铝合金圆管，施压管3外管壁为圆柱壁，内管壁之内径从上到下呈现由小到大的梯度变化；施压管3内外两侧管壁上都设有多个上下等距布置的第三矩形凹槽，用于诱导压缩方向，内外两侧管壁的第三矩形凹槽上下错开布置。根据需要，施压管3管壁之周向上设有多个上述的第三矩形凹槽。
请查阅图2，为了进一步优化吸能装置的吸能效果，第一外圆管1内部设置承压管2和施压管3为承插连接，所述施压管3、承压管2上下布置。所述施压管3外沿设有第一外倒角结构31，所述压板7外壁也设有第二外倒角结构71，第一外倒角结构和第二外倒角结构对齐设置；所述承压管2顶部内沿设有内倒角结构22；所述第二外倒角结构位于内倒角结构内，则以实现上述的承插连接。而且，所述内倒角结构的倒角和外倒角结构的倒角相等，所述压板7施压面（底面）为弧形面，所述顶板6之底壁和底板8之顶壁都呈中间拱起之拱起结构。
所述承压管2的内径小于施压管3的外径，在吸能盒压缩过程中，施压管3通过倒角的引导与承压管2进行承插连接。连接过程中，由于内外径的不同，使得施压管3与承压管2之间存在挤压和摩擦作用，且在压缩过程中，通过压板7对承压管2内部的填充泡沫铝填充物4进行致密、施压管3自身内部泡沫的致密以及第一外圆管1的溃缩变形以及第一外圆管1与承压管2、施压管3之间空腔内的泡沫铝的压缩致密逐步耗散能量。
本具体实施方式的客车前部吸能装置的有益效果是：1、三明治结构轻，抗冲击性能好。该吸能装置外壳采用三明治结构，三层材料分别为不锈钢圆管、复合材料包裹层，铝合金圆管，内部填充材料均为不同相对密度的泡沫铝，这使得吸能装置防撞强度提高的同时整体质量大幅度的下降（比吸能提高），这将有利于客车的节能减排以及客车动力性能的提高。2、缓冲效果好，呈梯度吸能，过程稳定。该吸能装置内部壳体为壁厚连续梯度变化的圆管，吸能装置内部填充的是梯度变化的泡沫铝材料，这些结构在碰撞过程中都会使得压力呈梯度耗散，尤其是在高速碰撞发生时，可以在提高总吸能量的同时，有效保障吸能的稳定性，这有利于客车内部结构的防护和乘客安全的保护。3、吸能效果好，能量耗散快。该吸能装置利用内部管壁的承插连接、所有管壁的变形、内部填充材料的致密过程来进行能量的耗散，多种吸能机制同时进行使得在碰撞过程中能量快速耗散，有利于客车内部结构的防护和乘客安全的保护。4、变形稳定，失效结果可控。该吸能装置不锈钢圆管和内部的铝合金圆管设计溃缩引导机制，这样有利于引导防撞梁的变形溃缩方向和控制吸能盒的失效模式，使得吸能盒的失效结果可控，这有利于客车内部结构的防护，进而保障了乘客的安全。
本具体实施方式的客车前部吸能装置，所述第一外圆管、承压管、施压管的圆管壁横截面为梯形，且设有等距的矩形凹槽诱导压缩方向；顶板与底板以及中间的压板为拱形状；承压管与施压管在压缩过程中进行承插连接，设置倒角进行承插轨迹的引导；承压管内径略小于施压管外径；铝合金外圆管包裹三层纤维铺层方向不同的纤维增强复合材料；内空填充相对密度呈现梯度变化的泡沫铝填充物；在纤维增强复合材料外层增加带有引导溃缩方向的第二外圆管。在压缩过程中，通过不锈钢、铝合金圆管的溃缩、泡沫铝填充物的致密、纤维增强材料的变形失效以及承压管和施压管间的挤压摩擦作用进行能量吸收。本发明提供的梯度吸能盒吸能效果强，比吸能高，缓冲性能好，能够有效的缓冲客车受到的沿吸能盒轴向方向的撞击，最大程度的降低乘客受到的冲击力，对车辆和乘车人员起到较好的保护作用。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (6)
1.客车前部吸能装置，其特征在于：包括管状部分、中间部分、泡沫铝填充物（4）、顶板（6）和底板（8），所述顶板（6）和底板（8）分别固设在管状部分之顶端面和底端面；所述管状部分包括第一外圆管（1）、纤维增强复合材料（5）和第二外圆管（9），所述第二外圆管（9）套在第一外圆管（1）外且所述纤维增强复合材料（5）填充于第二外圆管（9）和第一外圆管（1）之间；所述中间部分设于管状部分内且中间部分和第一外圆管（1）之间的空腔填充有泡沫铝填充物（4）；所述中间部分包括承压管（2）、施压管（3）和压板（7），所述施压管（3）顶端面顶抵顶板（6）底壁，所述承压管（2）底端面顶抵底板（8）顶壁，所述压板（7）设于承压管（2）和施压管（3）之间，且所述承压管（2）、施压管（3）内都填充有泡沫铝填充物（4）；所述承压管（2）为底部承压的铝合金圆管，所述承压管（2）之内管壁为圆柱壁，所述承压管（2）之外径从上到下呈现由小到大的梯度变化；所述承压管（2）之内外两侧管壁上设有多个上下等距布置的第二矩形凹槽（21）；所述施压管（3）为顶部施压的铝合金圆管，所述施压管（3）之外管壁为圆柱壁，所述施压管（3）之内径从上到下呈现由小到大的梯度变化；所述施压管（3）之内外两侧管壁上设有多个上下等距布置的第三矩形凹槽；所述施压管（3）外沿设有第一外倒角结构，所述压板（7）外壁也设有第二外倒角结构，第一外倒角结构和第二外倒角结构对齐设置；所述承压管（2）顶部内沿设有内倒角结构；所述第二外倒角结构位于内倒角结构内；所述压板（7）施压面为弧形面，所述顶板（6）之底壁和底板（8）之顶壁都呈中间拱起之拱起结构。
2.根据权利要求1所述的客车前部吸能装置，其特征在于：所述第一外圆管（1）之外管壁为圆柱壁，所述第一外圆管（1）之内径从上到下呈现由大到小的梯度变化；所述第一外圆管（1）之内外两侧管壁上设有多个上下等距布置的第一矩形凹槽（11）。
3.根据权利要求1所述的客车前部吸能装置，其特征在于：所述第一外圆管（1）和第二外圆管（9）之间设有多层纤维增强复合材料（5），多层纤维增强复合材料（5）铺层方向互不相同。
4.根据权利要求1所述的客车前部吸能装置，其特征在于：所述中间部分和第一外圆管（1）之间的空腔填充的泡沫铝填充物（4）的相对密度从上到下呈现由小到大的梯度变化。
5.根据权利要求1所述的客车前部吸能装置，其特征在于：所述承压管（2）、施压管（3）内部填充的泡沫铝填充物（4）都呈两级梯度变化，下部泡沫铝填充物（4）的相对密度大于上部的泡沫铝填充物（4）的相对密度。
6.根据权利要求1所述的客车前部吸能装置，其特征在于：所述第二外圆管（9）为阵列分布多层多排通孔的不锈钢外圆管。
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