CN110979384A - 一种动车组用压溃管抗弯装置 - Google Patents

Abstract

一种动车组用压溃管抗弯装置，包括包括基座、导杆、膨胀锥、收缩环、内套筒、中套筒和外套筒，中套筒右端分别与膨胀锥和收缩环接触，导杆与膨胀锥、内套筒接触，定位杆与限位孔接触，中套筒右端有初始扩径的诱导结构，目的是降低压溃管初始触发的峰值力，并能够配合收缩环的挤压，本装置对中套筒的塑性变形进行了二次利用，通过产生两次塑性变形吸收能量，提高了材料的利用率。并且增强了膨胀锥4处的稳定性，能够有效防止压溃管失稳。

Description

一种动车组用压溃管抗弯装置

技术领域

本发明属于机车车辆安全领域，特别是涉及一种动车组用压溃管抗弯装置。

背景技术

列车碰撞事故不能避免，随着轨道列车运行速度的不断提高，碰撞事故产生的危害性后果也就越大，为尽最大可能保护乘客安全、降低事故危害，轨道列车的车钩的吸能缓冲性能至关重要，而压溃管是车钩中的主要吸能结构。

在压缩时，压溃管通过膨胀锥挤压外套筒，外套筒直接发生塑性扩张吸收冲击能量，其平台力稳定，能量吸收率高，因此压溃管作为一种主要吸能部件被广泛使用在动车组车钩中。

目前常见的压溃管如图1所示。但在对其进行实验过程中发现，当车钩座安装存在偏差时，压溃管进行非对心压缩，将在膨胀锥处折弯，如图2所示。压溃管出现折弯是一种非常严重的问题，它的出现使得压溃管不能进行预定变形，使得车钩整体失效，通过分析得知，压溃管之所以出现折弯是由于压溃管在膨胀锥处结构的不连续性，使得压溃管在膨胀锥处成了结构整体的弱点，如果在此处承受较高的横向力，则膨胀管容易在此处产生折断。针对这个问题，在外套筒膨胀锥处设计了安装座，使用止挡环和螺栓构成加压部件，以阻止膨胀锥的转动，如图3所示。但是由于止挡环并不跟随膨胀锥移动，因此只在压溃管压缩前有效。当压溃管压缩后，膨胀锥进入外套筒，远离止挡环，止挡环就失去了作用，并不能够继续阻止膨胀锥的转动折弯。因此在这之后出现了另一种结构，其中设计了导杆结构，如图4所示，导杆卡在膨胀锥内。但由于导杆本身是一种悬臂结构，会存在初始挠度，并且膨胀锥与外套筒的接触区域过小，整体的抗弯刚度与抗横向载荷能力不足，并且导杆是一种二次保险结构，不能在膨胀锥初始失稳时发生作用。由于动车组碰撞轴向力达1500kN，当膨胀锥失稳时，此处已经产生了较大的偏差，即使微量的偏差而轴向力在此处造成的横向力会有较大的增长，当锥体接触导杆时，已产生的横向力已经很高，超过导杆的抗弯能力，从而使得压溃管折弯。因此现有技术都无法保证压溃管的可靠性，而在列车实际运行中，如果压溃管失效会导致车厢间的直接刚性碰撞，在产生极高加速度对乘员造成损伤外，会对车体结构造成严重破坏，急剧缩小乘员的生存空间，造成人员伤亡。尽管在车钩中使用压溃管的初衷是由于压溃管平台力稳定、压缩行程长，能够吸收大量的冲击能量以保护乘员的安全。但是如果不解决压溃管膨胀锥处的稳定性问题，压溃管在车钩上的使用会带来极高的风险。

发明内容

针对现有技术的不足本发明提出一种抗弯能力强、抗横向载荷能力强、在膨胀锥失稳的初始阶段就能抵抗膨胀锥转动的动车组用压溃管抗弯装置。

本发明的目的通过采用下述技术方案予以实现：

一种动车组用压溃管抗弯装置，包括基座、导杆、膨胀锥、收缩环、内套筒、中套筒和外套筒，所述导杆同轴设置在中套筒内，所述中套筒和导杆之间设有间隙，所述导杆的中部设有限位孔，所述中套筒和导杆头端均固定在第一基座上，尾端均开口，所述外套筒、内套筒和定位杆从外到内依次同轴套装，所述外套筒和内套筒之间设有间隙，所述内套筒和定位杆之间设有间隙，所述外套筒、内套筒和定位杆的尾端均固定在第二基座上，头端均开口，所述定位杆与定位孔大小相匹配，所述定位杆插装在所述定位孔内，所述导杆的尾端与内套筒和定位杆之间的间隙大小相匹配，所述导杆的尾端插装在内套筒和定位杆之间间隙内，所述中套筒和导杆之间的间隙内、靠近尾端安装有与所述间隙大小相匹配的膨胀锥，所述中套筒的外径小于外套筒的内径、内径大于内套筒的外径，所述中套筒的尾端开口直径大于中套筒中部直径、并且尾端端部向中套管中轴弯折形成初始诱导结构，所述外套筒的头端开口处固定有与初始诱导结构位置对应的收缩环，所述收缩环面向初始诱导结构一侧为弧形导向斜面，所述初始诱导结构与收缩环弧形导向斜面接触。

进一步的，所述导杆尾端为T型结构，使得导杆尾端形成环形台阶。

进一步的，所述膨胀锥内腔设有台阶，所述膨胀锥设有两个支撑点，一个支撑点是通过膨胀锥内腔的台阶轴向定位在导杆的环形台阶上，另一个支撑点是通过膨胀锥尾端支撑在内套筒的头端上。

进一步的，所述定位杆插入导杆内的距离不小于70mm。

由于采用上述结构，本装置膨胀锥前台在初始阶段便与中套筒接触，通过初始接触区域长度来增加力臂长度以提高膨胀锥的抗弯能力，约束膨胀锥的初始转动。在压溃管触发后，膨胀锥也具有导向作用。在导杆内设置限位孔与压缩端的定位杆配合提高同轴度。使内套筒与导杆T型台接触，提高同轴度。在中套筒外侧安装收缩环，收缩环与中套筒接触，保持同轴度。增加了外套筒，提高压缩端的刚度，降低结构由于自重变形导致的初始挠度影响，提高结构同轴度。并且中套筒在经膨胀锥扩径耗散能量后，可以接着通过收缩环塑性缩颈，进行二次利用，耗散能量。增加了材料的利用率，本装置从初始力臂2mm，增长到70mm，由于力矩与力臂长度程线性关系，其承受横向载荷的能力可提高35倍。并且可以根据实际承载横向载荷的要求调整膨胀锥前台的长度。这样在膨胀锥处就有了膨胀锥与导杆、内套筒与导杆、膨胀锥与中套筒、中套筒与收缩环、限位孔与定位杆、外套筒六套维持同轴度的保险装置，极大的增加了装置的稳定性。

综上所述，本装置对中套筒的塑性变形进行了二次利用，通过产生两次塑性变形吸收能量，提高了材料的利用率。并且增强了膨胀锥4处的稳定性，能够有效防止压溃管失稳。

附图说明

图1为已有车钩压溃管。

图2为已有压溃管折弯。

图3为已有压溃管结构类型1。

图4为已有压溃管结构类型2。

图5为本装置的结构示意图。

图中：1-第一基座；2-中套筒；3-导杆；4-膨胀锥；5-收缩环；6-内套筒；7-外套筒；8-第二基座；9-定位杆；10-限位孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例，来详细说明一种动车组用压溃管抗弯装置的具体实施方式。

如图1所示，一种动车组用压溃管抗弯装置，包括基座1、导杆3、膨胀锥4、收缩环5、内套筒6、中套筒2、外套筒7。所述导杆3同轴设置在中套筒2内，所述中套筒2和导杆3之间设有间隙，所述导杆3的中部设有限位孔10，所述中套筒2和导杆3头端均固定在第一基座1上，尾端均开口，所述外套筒7、内套筒6和定位杆9从外到内依次同轴套装，所述外套筒7和内套筒6之间设有间隙，所述内套筒6和定位杆9之间设有间隙，所述外套筒7、内套筒6和定位杆9的尾端均固定在第二基座8上，头端均开口，所述定位杆8与定位孔10大小相匹配，所述定位杆8插装在所述定位孔10内，所述导杆3尾端管壁厚度大于导杆3中部管壁厚度，使得导杆3尾端形成环形台阶，所述导杆3尾端与内套筒6和定位杆9之间间隙大小相匹配，所述导杆3的尾端插装在内套筒6和定位杆9之间间隙内，所述中套筒2和导杆3之间的间隙内、靠近尾端安装有与所述间隙大小相匹配的膨胀锥4，所述膨胀锥4内腔设有台阶，所述膨胀锥4设有两个支撑点，一个支撑点是通过内腔的台阶轴向定位在环形台阶上，另一个支撑点是通过膨胀锥4尾端支撑在内套筒6的头端上。中套筒2的外径小于外套筒7的内径、内径大于内套筒6的外径，所述中套筒2的尾端开口直径大于中套筒2中部直径、并且尾端端部向中套管中轴线方向弯折形成初始诱导结构，所述外套筒7的头端开口处固定有与初始诱导结构位置对应的收缩环5，收缩环5使得外套筒7头端形成喇叭型开口，所述收缩环5面向初始诱导结构一侧为弧形导向斜面，当受到冲击力时，所述初始诱导结构在弧形导向斜面的导向作用下滑向外套筒7和内套筒6之间的间隙内，初始诱导结构目的是降低压溃管初始触发的峰值力，并能够配合收缩环5的挤压，中套筒2尾端分别与膨胀锥4和收缩环5接触，导杆3与膨胀锥4、内套筒6接触，定位杆9与限位孔10接触。

本装置通过初始接触区域长度来增加力臂长度以提高膨胀锥的抗弯能力。压溃管压缩时通过膨胀锥4与中套筒2、限位孔9与定位杆10、内套筒6与导杆3尾端的环形台阶、膨胀锥4与导杆3、中套筒2与收缩环5的配合进行导向来提高结构整体的同轴度，避免失稳。并且外套筒7的使用提高压缩端的刚度，降低结构由于自重变形导致的初始挠度影响，提高结构同轴度，增强了结构的稳定性。

在压溃管受力时，由于膨胀锥4处必然存在初始偏差会产生横向力。横向力将由膨胀锥4与导杆3、内套筒6与导杆3、膨胀锥4与中套筒2、中套筒2与收缩环5、定位杆9与限位孔10的接触区域承担。轴向力在膨胀锥4处产生的弯矩将由内套筒6、膨胀锥4与导杆3产生的抗弯弯矩，膨胀锥4与中套筒2产生的抗弯弯矩，收缩环5与中套筒2、定位杆9与限位孔10产生的抗弯弯矩抵消。在压溃管压缩过程中，中套筒2在膨胀锥4处产生塑性变形，管径增加。然后膨胀后的中套筒2进入收缩环5处，再次产生塑性变形，管径收缩。

上述为本发明的优选实施方式，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式和细节上对本发明所作出的各种变化，都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种动车组用压溃管抗弯装置，其特征在于：包括基座、导杆、膨胀锥、收缩环、内套筒、中套筒和外套筒，所述导杆同轴设置在中套筒内，所述中套筒和导杆之间设有间隙，所述导杆的中部设有限位孔，所述中套筒和导杆头端均固定在第一基座上，尾端均开口，所述外套筒、内套筒和定位杆从外到内依次同轴套装，所述外套筒和内套筒之间设有间隙，所述内套筒和定位杆之间设有间隙，所述外套筒、内套筒和定位杆的尾端均固定在第二基座上，头端均开口，所述定位杆与定位孔大小相匹配，所述定位杆插装在所述定位孔内，所述导杆的尾端与内套筒和定位杆之间的间隙大小相匹配，所述导杆的尾端插装在内套筒和定位杆之间间隙内，所述中套筒和导杆之间的间隙内、靠近尾端安装有与所述间隙大小相匹配的膨胀锥，所述中套筒的外径小于外套筒的内径、内径大于内套筒的外径，所述中套筒的尾端扩径后向中轴线收缩形成初始诱导结构，所述外套筒的头端开口处固定有与初始诱导结构位置对应的收缩环，所述收缩环面向初始诱导结构一侧为弧形导向斜面，所述初始诱导结构与收缩环弧形导向斜面接触形成中套筒二次缩颈结构。

2.根据权利要求1所述的动车组用压溃管抗弯装置，其特征在于：所述导杆尾端为T型结构，使得导杆尾端形成环形台阶。

3.根据权利要求2所述的动车组用压溃管抗弯装置，其特征在于：所述膨胀锥内腔设有台阶，所述膨胀锥设有两个支撑点，一个支撑点是通过膨胀锥内腔的台阶轴向定位在导杆的环形台阶上，另一个支撑点是通过膨胀锥尾端支撑在内套筒的头端上。

4.根据权利要求1所述的动车组用压溃管抗弯装置，其特征在于：所述定位杆插入导杆限位孔内的长度不小于70mm。

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