CN111572587B - 缓冲吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种缓冲吸能装置，包括：第一缓冲单元：包括迎向力施加方向设置的力传递件，以及，可以被力传递件触发的第一缓冲机构；第二缓冲单元：与第一缓冲单元之间通过中间件连接，所述第二缓冲单元包括可被中间件触发的第二缓冲机构。该缓冲吸能装置通过多级组合的缓冲吸能结构，本发明提供的缓冲吸能结构可以在超高速度冲击的作用下，逐级触发缓冲吸能，满足超低阻抗力的要求，可以保护质量相对较小的物体在超高速冲击作用下不受到损坏。

Description

缓冲吸能装置

技术领域

本发明涉及车钩缓冲技术领域，具体涉及一种缓冲吸能装置。

背景技术

缓冲吸能装置用于吸收物体碰撞或拉伸能量，尤其是在交通、航天等领域，用于吸收运动物体的碰撞能量，保证运动物体自身的安全性。未了提高缓冲吸能装置吸收能力，现有技术中，追求的为缓冲吸能装置的高阻抗吸能，以保证安装有缓冲吸能装置物体本身的安全性。阻抗越高，能量吸收能力越高，安全系数越高。

以缓冲吸能装置在列车上的应用为例，由于列车重量较大，车体强度较高，缓冲吸能装置主要是在列车牵引或制动等速度较慢时起作用，但当冲击速度很高时，高阻抗的缓冲吸能装置则可能表现为刚性元件，对被冲击物体造成一定损伤。

目前，气液缓冲器凭借其高效吸能的优良特性广泛应用于轨道交通、航天航空和舰船等行业。气液缓冲器主要是通过液体的不可压缩性和小孔节流原理来实现其缓冲功能，即当缓冲器受到拉伸或压缩时，液体从高压油腔通过节流间隙流向低压油腔，通过调节节流孔或节流间隙的大小来实现不同工况下的不同阻尼力。阻尼力大小对冲击速度非常敏感，动态冲击过程中，以相对较低速度冲击缓冲器时，缓冲器就达到相对较大阻尼力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高速冲击超低阻抗力的新型缓冲吸能装置，该装置可在冲击物高速运动与物体发生碰撞时，保护安装有缓冲吸能装置物体自身的同时，保护冲击物不受损坏。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种缓冲吸能装置，包括：

第一缓冲单元：包括迎向力施加方向设置的力传递件，以及，可以被力传递件触发的第一缓冲机构；

第二缓冲单元：与第一缓冲单元之间通过中间件连接，所述第二缓冲单元包括可被中间件触发的第二缓冲机构；

所述第二缓冲机构包括：

筒体，内部设置有缓冲介质；

第二缸体，套装在筒体径向外侧，与筒体连通；

所述中间件插入筒体，可被第一缓冲单元触发压缩筒体内的缓冲介质。

作为优选，所述第一缓冲机构包括：

第一缸体；

活塞：设置在第一缸体内，与力传递件连接，可在力传递件受力时向第二缓冲单元的方向压缩第一缸体内的介质。

作为优选，所述第一缓冲机构进一步包括：

缓冲件：设置在第一缸体内，朝向活塞，可在活塞压缩第一缸体内介质过程中与活塞接触。

作为优选，所述缓冲件为弹性件。

作为优选，所述力传递件为弹性件。

作为优选，所述第二缓冲机构包括：

筒体，包括第一筒体端和第二筒体端，两端开口，两个开口端之间为筒体内腔；

第二缸体：套装在筒体径向外侧，二者径向间隙之间形成间隙腔；第二缸体包括第一缸体端和第二缸体端；其第一缸体端与筒体第一筒体端轴向间隔；其第二缸体端与筒体第二筒体端之间连接。

所述中间件插入筒体内腔，可被第一缓冲单元触发压缩筒体内介质。

作为优选，由第一筒体端向第二筒体端的方向，所述间隙腔内顺次设置有阀体和第二活塞；所述阀体和活塞沿径向封闭间隙腔，沿轴向间隔设置；

阀体与第一缸体端之间形成液腔，所述液腔内灌装有液体，阀体上设置有阀孔，连通阀体两侧的间隙腔，液体混合物可通过阀孔；

第二活塞与第二缸体的第二端之间形成第二间隙子腔，第二间隙子腔内充有气体。

作为优选，筒体壁上设置有连通间隙腔与筒体内腔的通孔，所述筒体内腔和间隙腔内充有气液混合物。

作为优选，包括多个通孔，所述通孔沿轴向排列设置在筒体壁上。

作为优选，所述间隙腔内设置有活塞，所述筒体内腔和所述间隙腔内充有气体。

本发明提供的缓冲吸能装置的有益效果在于：

在有限的空间尺寸(包括长度短、行程长、直径小、重量轻等要求)限制下，设计出多级组合的缓冲吸能结构。本发明提供的缓冲吸能结构可以在超高速度冲击的作用下，逐级触发缓冲吸能功能，满足超低阻抗力的要求，保护质量相对较小的物体在超高速冲击作用下不受到损坏，且能够多次平稳缓冲、高效吸能。当冲击速度达到30m/s时，依然表现出很低的阻抗力，既能吸收冲击能量，又可以保护冲击物体。

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为气液缓冲器第一种实施方式结构示意图；

图2为气液缓冲器第一种实施方式压缩状态结构示意图；

图3为气液缓冲器第二种实施方式结构示意图；

图4为气液缓冲器第二种实施方式压缩状态结构示意图；

图5为气液缓冲器第三种实施方式结构示意图；

图6为气液缓冲器第三种实施方式压缩状态结构示意图；

其中，图中各附图标记：

1-第一缸体，101-灌气孔；

2-活塞；

3-力传递件；

4-力传递杆；

5-缓冲件；

6-筒体，601-第一筒体端，602-第二筒体端,603-筒体内腔，604-通孔；

7-第二缸体，701-第一缸体端，702-第二缸体端，703-第一灌装孔，704-第二灌装孔；

8-阀体；

9-第二活塞；

1001-液腔，1002-气腔，1003-间隙腔；

11-节流环。

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。

需要说明的是，当元件被称为“设置在”，“连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，不用于暗指相对重要性。

本发明提供了一种缓冲吸能结构，可应用于碰撞吸能，缓冲碰撞力，并保护碰撞物和被碰撞物。该缓冲吸能结构尤其表现为一种低阻抗性能，尤其适用于高速、超高速冲击的缓冲吸能。

一种缓冲吸能装置，可被安装在某种物体上，例如可被安装在车辆、航空器上，包括：

第一缓冲单元：包括迎向力施加方向设置的力传递件3，以及，可以被力传递件3触发的第一缓冲机构；

第二缓冲单元：与第一缓冲单元之间通过中间件连接，所述第二缓冲单元包括可被中间件触发的第二缓冲机构，本实施例中，中间件采用的为力传递杆5。

具体的说，第二缓冲机构包括：

筒体6，内部设置有缓冲介质；

第二缸体7，套装在筒体6径向外侧，与筒体连通；

所述中间件插入筒体，可被第一缓冲单元触发压缩筒体内的缓冲介质。

第一缓冲单元作为直接受力单元，迎向冲击物，当冲击物冲向安装有缓冲吸能装置的物体时，首先接触第一缓冲单元的力传递件3，力传递件3触发第一缓冲单元，缓冲吸能；其中第一缓冲单元可以选择采用气压缓冲结构、弹性胶泥缓冲结构、液压缓冲结构、气液缓冲结构等多种类型的缓冲结构。

中间件作为第一缓冲单元和第二缓冲单元的连接件，连接两个单元，以使第一缓冲单元受到的冲击力可被传递至第二缓冲单元。

第二缓冲单元为间接受力单元，此处所述的“间接”是相对于冲击物而言。第二缓冲单元不直接与冲击物接触，受到来自中间件的冲击力，并被触发。其中第二缓冲单元也可以选择采用气压缓冲结构、弹性胶泥缓冲结构、液压缓冲结构、气液缓冲结构等多种类型的缓冲结构。

该缓冲吸能装置实现了一种多级缓冲结构，分级多次触发，进而使缓冲吸能装置具有低阻抗性，更大限度的保护冲击物。

以下，提供一种第一缓冲机构的具体实施形式。

第一缓冲机构包括：

第一缸体1，第一缸体1底的方向朝向第二缓冲单元，第一缸体1开口的方向朝向冲击物，即朝向来力的方向，形成一个缸体腔；

活塞2：设置在缸体腔1内，封闭缸体强1，与力传递件3连接，可在力传递件3受力时沿缸体腔1运动，向第二缓冲单元的方向压缩腔内介质。

第一缸体1内可灌装气体，相应的，在第一缸体壁上可设置灌气孔101，用于向第一缸体1内灌气。当冲击物冲击力传递件3时，活塞2压缩腔内气体。当压缩力足够触发第二缓冲单元时，第二缓冲单元发挥缓冲作用。

更进一步的，为了保证第二缓冲单元可顺利被触发，第一缓冲机构进一步包括：缓冲件5：设置在第一缸体1内，朝向活塞2设置，可在活塞2压缩腔内气体过程中与活塞2接触，并触发第二缓冲单元。缓冲件5的设置可以限定活塞2的压缩行程，当活塞2与缓冲件5接触后，冲击物的冲击力可间接被施加在缓冲件5上，第一缓冲单元整体带动力传递杆4(中间件)向第二缓冲单元的方向运动，第二缓冲单元被触发。

缓冲件5可采用弹性件，例如可采用橡胶缓冲垫，使缓冲间5本身可以缓冲一部分撞击能，使活塞2和第一缸体1之间的接触为软接触，提高整个缓冲吸能装置的缓冲性能。

同样原理，更进一步的，力传递件3最先与冲击物接触，力传递件3可以采用弹性件，例如可采用橡胶缓冲垫，使冲击物和整个缓冲吸能装置之间为软接触，一方面可以保护撞击物，另一方面使力传递件3本身可以缓冲一部分撞击能，通过力传递件3的特殊设计来降低高速冲击瞬间产生的高峰值力，提高整个缓冲吸能装置的缓冲性能。

以下，提供三种第二缓冲机构的具体实施形式，这三种实施形式均可以与上述的第一缓冲单元结构组合应用。

作为三种实施形式的主体结构，第二缓冲机构包括：

筒体6，两端开口，包括第一筒体端601和第二筒体端602，两端均开口，两个开口端之间为筒体内腔603；

第二缸体7：与筒体6沿径向间隔设置，套装在筒体6径向外侧，二者之间形成间隙腔；第二缸体7包括第一缸体端701和第二杆体端702；其第一缸体端701与筒体第一筒体端601轴向间隔；其第二缸体端702与筒体的第二筒体端602端之间连接。

作为中间件的力传递杆4插入筒体内腔603，可沿筒体内腔603运动，相当于活塞的作用。当第一缓冲单元的缓冲行程用尽，活塞2与缓冲件5接触后，力传递杆4被第一缓冲单元触发压缩筒体6内介质。

筒体6内的介质可以采用气体、气液混合物、弹性胶泥等形式。

第一种更具体的实施结构，筒体6内的介质采用气体和液体，第二缓冲机构为一种气液缓冲结构。

参考图1和图2。第二缓冲机构进一步包括：

由第一筒体端601向第二筒体端602的方向，间隙腔内顺次设置有阀体8和第二活塞9；所述阀体8和第二活塞9沿径向封闭间隙腔，沿轴向间隔设置；

阀体8与第一缸体端701之间形成液腔1001，液腔1001与筒体内腔603是连通的，液腔1001内灌装有液体，阀体8上设置有阀孔，连通阀体8两侧的间隙腔，液腔1001内的液体可通过阀孔；

第二活塞9与第二缸体端702之间形成第二间隙子腔，第二间隙子腔内充有气体，为气腔1002。

第二缸体7上设置有第一灌装孔703，用于向液腔1001内灌装液体，还设置有第二灌装孔704，用于向气腔1002内灌装气体。

第一种实施结构的缓冲吸能装置的原理机制进行说明如下：经灌气孔101为第一缸体腔内充气，经第一灌装孔703为液腔1001灌装液体(可采用液压油)，经第二灌装孔704为气腔1002灌装气体。压缩状态如图2所示，当气液缓冲器受到高速冲击时，具有弹性的力传递件3先发生缓冲作用，力传递件3与端盖活塞2一起运动，第一缸体1腔中的气体，直到端盖活塞2与缓冲件2接触，然后推动力传递杆4向液腔1001液压油方向运动，由于液压油的不可压缩性，液压油受到挤压后通过阀体8的节流孔流向阀体8左侧油腔，推动隔离第二活塞9向气腔1002方向运动，并压缩气体。当外力撤销后，储存在气腔1002和第一缸体腔中被压缩气体的压缩能需要释放，力传递杆4向左侧运动逐步恢复到初始位置，同时推到液压油通过阀体8上的节流孔又回流至节流环右侧，并推到力传递杆4复位，进而力传递杆4推动第一缓冲单元回复到原位，且缓冲件5中端盖活塞2和力传递件5在第一缸体腔中高压气体的作用下也恢复到初始位置。

实施例2

参考图3和图4，为一种气液缓冲器。第二缓冲机构进一步结构如下：

筒体壁上设置有连通间隙腔与筒体内腔的通孔604，通孔604有多个，沿轴向排列设置在筒体壁上，可通过调整通孔604的孔径来调节阻尼。筒体内腔603和间隙腔1003内充有气液混合物。

第二种实施结构的缓冲吸能装置的原理机制进行说明如下：

第一缓冲单元部分经灌气孔101为第一缸体腔内充气，第二缓冲单元部分经第一灌装孔703向筒体内腔603内冲入气液混合物，例如，可以灌装一定量的液压油和气体。压缩状态如图4所示，当缓冲吸能装置受到高速冲击时，具有弹性的力传递件3先发生缓冲作用，力传递件3与端盖活塞2一起运动，压缩第一缸体1腔中的气体，直到端盖活塞2与缓冲件2接触，然后推动力传递杆4向筒体内腔603方向运动，由于液压油的不可压缩性，液压油受到挤压后通过筒体6上的通孔604节流，并压缩油腔中混合的气体。当外力撤销后，储存在第一缸体腔的气体和油液混合物中被压缩气体的压缩能需要释放，并推动力传递杆4复位，力传递杆4又推动第一缓冲单元到原位，同时端盖活塞2和外缓冲力传递件5在第一缸体腔中被压缩气体的作用下也恢复到初始位置。

实施例3

参考图5和图6，为一种气体缓冲器。间隙腔内设置有节流环11，节流环11上设置有通孔，连通节流环11两侧的间隙腔，筒体内腔603和间隙腔1003内充有气体。

第三种实施结构的缓冲吸能装置的原理机制进行说明如下：

第一缓冲单元部分经灌气孔101为第一缸体腔内充气，第二缓冲单元部分经第一灌装孔703灌入气体。压缩状态如图6所示，当气体缓冲器受到高速冲击时，具有弹性的力传递件3先发生缓冲作用，力传递件3与端盖活塞2一起运动，压缩第一缸体1腔中的气体，直到端盖活塞2与缓冲件2接触，然后推动力传递杆4向筒体内腔603方向运动，触发第二缓冲单元。第二缓冲单元内的气体被压缩后，经节流环11通孔运动至节流环11左侧间隙腔。当外力撤销后，储存在第一缸体腔中气体和第二缓冲单元中被压缩气体的压缩能需要释放，并推动力传递杆4复位，力传递杆4又推动第一缓冲单元恢复到原位，同时端盖活塞2和外缓冲力传递件5在第一缸体腔中被压缩气体的作用下也恢复到初始位置。

该缓冲吸能装置为一种三级缓冲装置，可以通过力传递件3、缓冲件5和第二缓冲单元三级吸能。力传递件3作为消除高速冲击时产生的高峰值力的方案，力传递件3、缓冲件5中间部分采用气弹簧的基本原理，力传递件3、缓冲件5采用两种不同的缓冲效果较好的材质加工而成，三种不同的缓冲形式结合在一起，共同消去冲击瞬间产生的高峰值力。

该缓冲吸能装置通过多级组合的形式形成的一种紧凑式缓冲吸能结构，相对传统结构的气液缓冲器，筒体壁厚可以做到仅4mm，通过缓冲器中节流孔形状结构和数量的不同设计、油气灌装比例的计算及活塞形状、位置的确定来实现冲击过程中的缓冲力的降低，能实现在超高速度冲击的作用下，满足超低阻抗力的要求，这样可以保护质量相对较小的物体在超高速冲击作用下不受到损坏。

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 (7)

1.一种缓冲吸能装置，其特征在于，包括：

第一缓冲单元：包括迎向力施加方向设置的力传递件，以及，可以被力传递件触发的第一缓冲机构；所述力传递件为弹性件；

第二缓冲单元：与第一缓冲单元之间通过中间件连接，所述第二缓冲单元包括可被中间件触发的第二缓冲机构；

所述第二缓冲机构包括：

筒体，内部设置有缓冲介质；所述筒体两端开口，包括第一筒体端和第二筒体端，两个开口端之间为筒体内腔；

第二缸体，套装在筒体径向外侧，与筒体连通；二者径向间隙之间形成间隙腔；第二缸体包括第一缸体端和第二缸体端；其第一缸体端与筒体第一筒体端轴向间隔；其第二缸体端与筒体第二筒体端之间连接；由第一筒体端向第二筒体端的方向，所述间隙腔内顺次设置有阀体和第二活塞；所述阀体和活塞沿径向封闭间隙腔，沿轴向间隔设置；阀体与第一缸体端之间形成液腔，所述液腔内灌装有液体，阀体上设置有阀孔，连通阀体两侧的间隙腔，液体可通过阀孔；第二活塞与第二缸体端之间形成第二间隙子腔，第二间隙子腔内充有气体；

所述中间件插入筒体，可被第一缓冲单元触发压缩筒体内的缓冲介质。

2.如权利要求1所述的缓冲吸能装置，其特征在于，所述第一缓冲机构包括：

第一缸体；

活塞：设置在第一缸体内，与力传递件连接，可在力传递件受力时向第二缓冲单元的方向压缩第一缸体内的介质。

3.如权利要求2所述的缓冲吸能装置，其特征在于，所述第一缓冲机构进一步包括：

缓冲件：设置在第一缸体内，朝向活塞，可在活塞压缩第一缸体内介质过程中与活塞接触。

4.如权利要求3所述的缓冲吸能装置，其特征在于，所述缓冲件为弹性件。

5.如权利要求1所述的缓冲吸能装置，其特征在于，筒体壁上设置有连通间隙腔与筒体内腔的通孔，所述筒体内腔和间隙腔内充有气液混合物。

6.如权利要求5所述的缓冲吸能装置，其特征在于，包括多个通孔，所述通孔沿轴向排列设置在筒体壁上。

7.如权利要求1所述的缓冲吸能装置，其特征在于，所述间隙腔内设置有节流环，所述筒体内腔和所述间隙腔内充有气体。