CN111267894A - 一种组合式吸能器 - Google Patents

Abstract

本发明适用于被动安全防护装置技术领域，提供了一种组合式吸能器，其包括碰撞挡板、翻边管、基座及吸能组件。翻边管的一端与碰撞挡板固定连接，翻边管的管壁上沿翻边管的轴线方向开设有多个切槽；翻边管的另一端抵接于基座上，基座的远离翻边管的一侧用于与车体连接。吸能组件设置于翻边管内，且与碰撞挡板固定连接。本发明的成型模具，通过将基座和翻边管的另一端抵接，并在翻边管的管壁沿翻边管的轴线方向开设多个切槽，使得在碰撞过程中，翻边管在基座的约束下能够开裂翻转卷曲吸能。同时在翻边管的内部设置吸能组件，使得基座在运行过程中能够压缩吸能组件吸能，提高了该吸能器整体的吸能量。

Description

一种组合式吸能器

技术领域

本发明涉及被动安全防护装置技术领域，更具体地说，是涉及一种组合式吸能器。

背景技术

随着科技的高速发展，以高速轨道列车为代表的交通行业有了空前的进步，从而为人们的出行和生活提供了极大的方便，但是随着交通工具数量的增多和速度的提升，交通事故发生的频率也大大增加，因此需要采取一些防护措施。

交通车辆运行安全防护分为主动安全防护和被动安全防护。主动安全防护主要是指在列车正常运行中，交通事故发生之前所采用的各种保护措施，如对道路定期检查、使用各种行驶标志、采用交通信号灯以及采用交警指挥等等。被动安全防护是指当交通事故发生之后，通过车辆自身保护，从而避免生命和财产损失。例如在轨道列车上安装车钩、缓冲器、吸能爬服器等防护措施。普通汽车安装保险杠、安全带以及安全气囊等。

作为被动安全防护领域，碰撞缓冲吸能一直备受关注，该领域发展至今已经衍生出液压、弹簧、金属切削、蜂窝等多种结构。其中，液压和弹簧吸能在恶劣环境中难以满足要求，金属切削过程中产生的高温对切削刀具的要求极高，且切削过程中的缓冲力极不稳定；而采用蜂窝吸能，蜂窝的制造及加工成本高，且其本身径向承载能力差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合式吸能器，旨在解决现有的吸能方式吸能不稳定、结构复杂的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种组合式吸能器，包括碰撞挡板；

翻边管，其一端与所述碰撞挡板固定连接，所述翻边管的管壁沿所述翻边管的轴线方向开设有多个切槽；

基座，所述翻边管的另一端抵接于所述基座上，所述基座远离所述翻边管的一侧用于与车体连接，以及

吸能组件，设置于所述翻边管内，且与所述碰撞挡板固定连接。

进一步地，所述翻边管的靠近所述碰撞挡板的一端的管壁厚度大于其靠近所述基座的一端的管壁厚度。

进一步地，所述翻边管为嵌套圆管，所述翻边管包括由内而外依次嵌套的至少两管体，相邻的两层所述管体之间位于内层的管体的长度大于位于外层的管体的长度。

进一步地，所述翻边管包括第一管体、第二管体、第三管体以及第四管体，所述第一管体的管壁厚度大于所述第二管体的管壁厚度，所述第二管体的管壁厚度、所述第三管体的管壁厚度与所述第四管体的管壁厚度相同。

进一步地，所述基座包括：

座体，所述翻边管的一端与所述座体的表面抵接；以及

凸台部，自所述座体的中部向外凸出，且伸入所述翻边管内用于导向。

进一步地，所述翻边管套设于所述凸台部上，所述凸台部上开设有第一通孔；所述翻边管上开设有第二通孔，所述翻边管与所述凸台部之间通过定位销可拆卸连接，所述定位销依次穿过所述第二通孔和所述第一通孔。

进一步地，所述凸台部与所述翻边管过盈配合，所述凸台部的高度与所述翻边管的长度比值为1/6-1/3。

进一步地，所述凸台部靠近所述吸能组件的一端的横截面直径小于所述凸台部靠近所述座体的一端的横截面直径。

进一步地，所述座体的表面上开设有凹槽，所述翻边管的一端伸入所述凹槽内并于所述凹槽的约束作用下进行开裂翻卷。

进一步地，所述吸能组件包括依次设置的：

第一蜂窝块，与所述碰撞挡板固定连接；

第一隔板，与所述第一蜂窝块的远离所述碰撞挡板的一端固定连接；

第二蜂窝块，与所述第一隔板的远离所述第一蜂窝块的一面固定连接；

第二隔板，与所述第二蜂窝块的靠近所述基座的一端固定连接；以及

第三蜂窝块，与所述第二隔板的靠近所述基座的一面固定连接；

其中，所述第一蜂窝块的承载强度大于所述第二蜂窝块的承载强度，所述第二蜂窝块的承载强度大于所述第三蜂窝块的承载强度。

与现有技术相比，本发明提供的组合式吸能器的有益效果在于：通过将基座和翻边管的另一端抵接，并在翻边管的管壁沿翻边管的轴线方向开设多个切槽，使得在碰撞过程中，翻边管在基座的约束下能够开裂翻转卷曲吸能。同时在翻边管的内部设置吸能组件，使得基座在运行过程中能够压缩吸能组件吸能，提高了该吸能器整体的吸能量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的组合式吸能器的立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的组合式吸能器的主视结构示意图

图3是图2的沿A-A线的剖视结构示意图；

图4是图3中A部分的放大结构示意图；

图5是本发明实施例提供的翻边管的立体结构示意图；

图6是本发明实施例提供的翻边管的主视结构示意图；

图7是图6中沿B-B线的剖视结构示意图；

图8是图6中沿C-C线的剖视结构示意图；

图9是本发明实施例提供的基座的主视结构示意图；

图10是图9中沿D-D线的剖视结构示意图；

图11是本发明实施例提供的吸能组件的立体结构示意图。

其中，附图中的标号如下：

1-碰撞挡板；

2-翻边管；20-第一通孔；21-第一管体；22-第二管体；23-第三管体；24-第四管体；25-切槽；

3-基座；30-第二通孔；31-凸台部；32-座体；33-凹槽；

4-吸能组件；41-第一蜂窝块；410-第一蜂窝单元；42-第一隔板；43-第二蜂窝块；430-第二蜂窝单元；44-第二隔板；45-第三蜂窝块；450-第三蜂窝单元；

5-定位销。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请参阅图1至图3，本发明实施例提供了一种组合式吸能器，其包括碰撞挡板1、翻边管2、基座3及吸能组件4。其中，碰撞挡板1用于供外部的碰撞物碰撞，基座3用于与车体连接。翻边管2的一端与碰撞挡板1固定连接，翻边管2的管壁上沿翻边管2的轴线方向开设有多个切槽25；翻边管2的一端抵接于基座3上，基座3的远离翻边管2的一端用于与车体连接。吸能组件4设置于翻边管2内，且与碰撞挡板1固定连接。轴线方向指的是与压缩方向平行的方向。其具体工作原理如下：

当碰撞挡板1受到碰撞冲击时，翻边管2和基座3之间发生位移，基座3沿着翻边管2的轴向运动，同时随着基座3的继续移动，翻边管2端部受到基座3的抵接开始开裂翻转卷曲吸能。此外，在碰撞过程中，基座3也开始压缩吸能组件4吸能，提高了整个吸能器的吸能量，并且吸能结构的整体刚度沿压缩方向逐渐减小，使得压馈力渐进增大，压馈力指的是指的是对实验物体施加压力至达到物体的屈服极限(明显变形)时的压力值，降低了碰撞初始峰值力。

本发明实施例中的组合式吸能器，通过将基座3和翻边管2的另一端抵接，并在翻边管2的管壁沿翻边管2的轴线方向开设多个切槽25，这样使得翻边管2在基座3的约束下能够开裂翻转卷曲吸能。同时在翻边管2的内部设置吸能组件4，使得基座3在运行过程中能够压缩吸能组件4吸能，提高了该吸能器整体的吸能量。

在具体应用中，该吸能器还包括法兰盘(图中未示出)，基座3通过法兰盘安装在车体的底架上吸收碰撞能量。具体的，基座3和法兰盘采用螺栓连接，利用法兰盘和车体的底架结构相连。在碰撞过程中，利用翻边管2膨胀开裂卷曲和吸能组件4压缩吸能。

在一个实施例中，进一步参见图3和图4，翻边管2靠近碰撞挡板1的一端的管壁厚度大于其靠近基座3的一端的管壁厚度，其中，厚度指的是与压缩方向垂直方向的尺寸大小。由于碰撞挡板1先受到冲击，使得翻边管2的刚度沿轴向压缩方向逐渐减小，从而使得结构压馈力渐进增大，减弱了碰撞初始峰值力。

在一个实施例中，参见图4至图8，翻边管2为嵌套圆管，翻边管2包括由内而外依次嵌套的至少两管体，相邻的两层管体之间位于内层的管体的长度大于位于外层的管体的长度。由内而外指的是靠近吸能组件4为内，远离吸能组件4为外。具体的，在实施例中，翻边管2包括由内而外依次嵌套的第一管体21、第二管体22、第三管体23和第四管体24，即第一管体21靠近吸能组件4设置、第四管体24远离吸能组件4设置。其中，第一管体21、第二管体22、第三管体23和第四管体24的长度不同，第一管体21、第二管体22、第三管体23以及第四管体24的长度依次递减，即第一管体21的长度最长，而第四管体24的长度最短。

在本实施例中，第一管体21、第二管体22、第三管体23以及第四管体24的管壁厚度可以相同，当四者的长度不同时，也会使得该翻边管2的靠近碰撞挡板1的管壁厚度不同于该翻边管2的靠近基座3一端的管壁厚度，当第一管体21、第二管体22、第三管体23以及第四管体24的长度依次递减时，该翻边管2靠近碰挡板的一端的管壁厚度大于其靠近基座3一端的管壁厚度。当然在其他实施例中，该翻边管2为一体成型管，只需要将该翻边管2靠近碰撞挡板1的一端的管壁厚度设置为大于其靠近基座3一端的管壁厚度。

在一个实施例中，第一管体21的管壁厚度大于第二管体22的管壁厚度，即位于最里面一层的管体的管壁厚度最大，位于外层的管体的管壁厚度较薄。第二管体2的管壁厚度2、第三管体23的管壁厚度和第四管体24的管壁厚度均相同。其中，在本实施例中，第一管体21的管壁厚度为3.5mm-4.5mm，第二管体22的管壁厚度、第三管体23管壁厚度和第四管体24的管壁厚度分别为1.5mm-2.5mm。具体的，第一管体21的管壁厚度为3.5mm、4mm或者4.5mm，第二管体22的管壁厚度、第三管体23的管壁厚度和第四管体24的管壁厚度为1.5mm、2mm或者2.5mm。使得翻边管2的刚度沿轴向压缩方向逐渐较小，减弱了碰撞初始峰值力。

在一个实施例中，进一步参见图1、图3及图9，翻边管2套设于基座3上，翻边管2与基座3之间通过定位销5可拆卸连接，翻边管2上开设有第二通孔20，基座3上开设有第一通孔30，定位销5依次穿过第二通孔20和第一通孔30。当该结构受到碰撞冲击时，翻边管2和基座3之间的定位销5断裂，从而使得基座3沿着翻边管2轴向运动。通过在翻边管2与基座3之间设置定位销5，具有一定的侧向承载能力，使得吸能装置在满足吸能要求的同时还具有一定的抗弯能力。具体的，在本实施例中，第一通孔20和第二通孔30的直径为2mm-5mm，第一通孔20和第二通孔30的直径为2mm、3mm、4mm或者5mm，通过将定位销5依次穿过第二通孔20和第一通孔30，使得翻边管2和基座3组成一个整体，从而使得整体更加紧固。

在一个实施例中，进一步参见图3、图9及图10，基座3包括相互连接的凸台部31和座体32，其中，凸台部31伸入翻边管2内用于导向，第一通孔30设置于凸台部31上，翻边管2的一端与座体32抵接。凸台部31与翻边管2过盈配合，凸台部31的高度与翻边管2的长度比值为1/6-1/3。具体的，凸台部31深入翻边管2的高度为1/6、1/5/、1/4或者1/3。凸台部31深入翻边管2的长度不能过长，过长使得翻边管2内部无法提供吸能组件4的安装位置，过短基座3容易脱落。凸台部31伸入翻边管2内具有一定的导向作用，一定程度上提高了整体的抗弯能力，保证了吸能装置在碰撞过程中只发生轴向位移，不发生倾斜，避免了侧向倾斜导致整个组合式吸能器失去吸能能力。

在一个实施例中，凸台部31与翻边管2过盈配合，使得翻边管2进行膨胀变形吸能，通过将基座3的凸台部31和翻边管2设置为过盈配合，使得在碰撞过程中，翻边管2能够发生膨胀变形吸能，并且具有一定的侧向承载能力，使得该吸能器在满足吸能要求的同时还具有一定的抗弯能力。

其中，在本实施例中，凸台部31靠近吸能组件4一端的横截面直径小于凸台部31靠近座体32的一端的横截面直径。从而使得在碰撞过程中，凸台部31的端部在受到座体32的抵接按照一定的碰撞比膨胀吸能。

在一个实施例中，进一步参见图10，座体32表面上开设有凹槽33，翻边管2的一端伸入凹槽内并于凹槽33的约束作用下开裂翻卷。由于翻边管2受到座体32作用按照一定膨胀比膨胀吸能，然后随着翻边管2的继续运动，膨胀后的翻边管2端部受到基座3底部凹槽33的约束作用开始开裂翻卷吸能，整个碰撞吸能过程稳定。

具体地，在本实施例中，该凹槽33为圆弧槽，即该凹槽的纵截面形状为半圆弧，其中，纵截面指的是与压缩方向平行的面。当翻边管2的端部在接触到该圆弧槽时，在基座3圆弧的约束作用下，翻边管2的管壁沿圆弧向外周方向稳定翻卷。设计该圆弧槽时，要充分考虑圆弧槽的半径大小，他直接影响了翻边管2翻卷的外径，当半径过大时，翻边管2在翻卷过程中不会沿基座3圆弧运动，使得基座3圆弧失去了约束翻边管2卷曲的作用，当半径过小时，翻边管2变形力急剧增加，导致翻边管2失稳。

具体地，在本实施例中，进一步参见图11，吸能组件4包括依次设置的第一蜂窝块41、第一隔板42、第二蜂窝块43、第二隔板44以及第三蜂窝块45。其中，第一蜂窝块41与碰撞挡板1固定连接，第一隔板42与第一蜂窝块41的远离碰撞挡板1的一端固定连接，第二蜂窝块43与第一隔板42远离基座3的一端固定连接，第三蜂窝块45与第二隔板44靠近基座3的一面固定连接。第一蜂窝块41的承载强度大于第二蜂窝块42的承载强度，第二蜂窝块42的承载强度大于第三蜂窝块43的承载强度。具体的，在本实施例中，第一蜂窝块41包括多个阵列分布的第一蜂窝单元410，第二蜂窝块42包括多个阵列分布的第二蜂窝单元420，第三蜂窝块43包括多个阵列分布的第三蜂窝单元430。其中，蜂窝块中蜂窝单元的尺寸沿轴向压缩方向逐级减小，蜂窝单元的尺寸大小主要是指蜂窝单元的横截面孔径或者蜂窝单元的壁厚。具体的，第一蜂窝单元410的横截面孔径小于第二蜂窝单元430的横截面孔径，第二蜂窝单元430的横截面孔径小于第三蜂窝单元450的横截面孔径；或者第一蜂窝单元410的壁厚大于第二蜂窝单元430的壁厚，第二蜂窝单元430的壁厚大于第三蜂窝单元450的壁厚，即第一蜂窝块41的横截面面积大于第二蜂窝块43的横截面面积，第二蜂窝块43的横截面面积大于第三蜂窝块45的横截面面积，可以采用线切割方式加工出不同尺寸大小的第一蜂窝单元410、第二蜂窝单元430以及第三蜂窝单元450，第一蜂窝块41、第二蜂窝块43和第三蜂窝块45之间采用隔板连接，以实现总的压缩载荷梯度增加，使得整体吸能过程更加稳定。

当然，在其他实施例中，第一蜂窝单元410、第二蜂窝单元430以及第三蜂窝单元450为一体成型直通管，只要满足第一蜂窝块41的横截面面积大于第二蜂窝块43的横截面面积，第二蜂窝块43的横截面面积大于第三蜂窝块45的横截面面积即可。

优选地，碰撞挡板1、第一蜂窝块41、第一隔板42、第二蜂窝块43、第二隔板44以及第三蜂窝块45之间通过粘结剂连接，首先对碰撞挡板1、第一隔板42以及第二隔板44的板壁进行处理，一般采用砂纸打磨或者酸、碱溶液浸泡后超声清洗，并去除蜂窝单元内壁上的污渍和氧化膜，从而增大有效结合面积。完成粘结后再室温或一定温度下保持一段时间即可实现碰撞挡板1、第一蜂窝块41、第一隔板42、第二蜂窝块43、第二隔板44以及第三蜂窝块45之间的连接。

具体地，在本实施例中，第一蜂窝单元410、第二蜂窝单元430以及第三蜂窝单元450均为正多边形，该正多边形可以是正五边形或者正六边形。

具体地，整个吸能器的平均压缩力和峰值力可以按照以下公式计算：

其中，σ_s为材料的屈服强度，S₀为管坯的厚度，D₀为翻边管2原始直径，D为翻边管2新形成的直径，r为翻卷半径，R_el为管坯屈服强度；σ_h材料的屈服应力，E_s为蜂窝块基体材料弹性模量，ν_s蜂窝块基体材料泊松比，t为金属蜂窝铝箔的厚度，l为蜂窝单元的边长，A_h为蜂窝块截面面积。

整个吸能器的工作原理如下：当碰撞挡板1受到碰撞冲击时，翻边管2和基座3之间的定位销5断裂，基座3沿着翻边管2轴向运动，使得翻边管2按给定碰撞比进行膨胀变形吸能，同时随着基座3继续移动，翻边管2端部受到座体32圆弧的约束开始开裂翻转卷曲吸能，另外，在碰撞过程中，凸台部31也开始压缩吸能组件4吸能，提高了整体吸能器的吸能量，且吸能结构整体刚度沿压缩方向逐渐减小，使得压溃力渐进增大，降低了碰撞初始峰值力。由于翻边管2和基座3的过盈配合，且翻边管2和基座3利用定位销5紧固，具有一定的侧向承载能力，使得吸能器在满足吸能要求的同时还具有一定的抗弯能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种组合式吸能器，其特征在于，包括：

碰撞挡板；

翻边管，其一端与所述碰撞挡板固定连接，所述翻边管的管壁沿所述翻边管的轴线方向开设有多个切槽；

基座，所述翻边管的另一端抵接于所述基座上，所述基座远离所述翻边管的一侧用于与车体连接，以及

吸能组件，设置于所述翻边管内，且与所述碰撞挡板固定连接。

2.如权利要求1所述的组合式吸能器，其特征在于，所述翻边管的靠近所述碰撞挡板的一端的管壁厚度大于其靠近所述基座的一端的管壁厚度。

3.如权利要求2所述的组合式吸能器，其特征在于，所述翻边管为嵌套圆管，所述翻边管包括由内而外依次嵌套的至少两管体，相邻的两层所述管体之间位于内层的管体的长度大于位于外层的管体的长度。

4.如权利要求3所述的组合式吸能器，其特征在于：所述翻边管包括第一管体、第二管体、第三管体以及第四管体，所述第一管体的管壁厚度大于所述第二管体的管壁厚度，所述第二管体的管壁厚度、所述第三管体的管壁厚度与所述第四管体的管壁厚度相同。

5.如权利要求1至4任一项所述的组合式吸能器，其特征在于，所述基座包括：

座体，所述翻边管的一端与所述座体的表面抵接；以及

凸台部，自所述座体的中部向外凸出，且伸入所述翻边管内用于导向。

6.如权利要求5所述的组合式吸能器，其特征在于，所述翻边管套设于所述凸台部上，所述凸台部上开设有第一通孔；所述翻边管上开设有第二通孔，所述翻边管与所述凸台部之间通过定位销可拆卸连接，所述定位销依次穿过所述第二通孔和所述第一通孔。

7.如权利要求5所述的组合式吸能器，其特征在于，所述凸台部与所述翻边管过盈配合，所述凸台部的高度与所述翻边管的长度比值为1/6-1/3。

8.如权利要求7所述的组合式吸能器，其特征在于，所述凸台部靠近所述吸能组件的一端的横截面直径小于所述凸台部靠近所述座体的一端的横截面直径。

9.如权利要求7所述的组合式吸能器，其特征在于，所述座体的表面上开设有凹槽，所述翻边管的一端伸入所述凹槽内并于所述凹槽的约束作用下进行开裂翻卷。

10.如权利要求6至9任一项所述的组合式吸能器，其特征在于，所述吸能组件包括依次设置的：

第一蜂窝块，与所述碰撞挡板固定连接；

第一隔板，与所述第一蜂窝块的远离所述碰撞挡板的一端固定连接；

第二蜂窝块，与所述第一隔板的远离所述第一蜂窝块的一面固定连接；

第二隔板，与所述第二蜂窝块的靠近所述基座的一端固定连接；以及

第三蜂窝块，与所述第二隔板的靠近所述基座的一面固定连接；

其中，所述第一蜂窝块的承载强度大于所述第二蜂窝块的承载强度，所述第二蜂窝块的承载强度大于所述第三蜂窝块的承载强度。

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