CN113235497A - 一种可导向防撞垫 - Google Patents

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    • E01F—ADDITIONAL WORK, SUCH AS EQUIPPING ROADS OR THE CONSTRUCTION OF PLATFORMS, HELICOPTER LANDING STAGES, SIGNS, SNOW FENCES, OR THE LIKE
    • E01F15/00—Safety arrangements for slowing, redirecting or stopping errant vehicles, e.g. guard posts or bollards; Arrangements for reducing damage to roadside structures due to vehicular impact
    • E01F15/14—Safety arrangements for slowing, redirecting or stopping errant vehicles, e.g. guard posts or bollards; Arrangements for reducing damage to roadside structures due to vehicular impact specially adapted for local protection, e.g. for bridge piers, for traffic islands
    • E01F15/145—Means for vehicle stopping using impact energy absorbers
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Abstract

本发明提供一种可导向防撞垫，包括鼻端、多个可滑动框架、多个吸能盒、固定端、波形护板以及钢丝绳，所述可滑动框架垂直于地面设置；所述吸能盒放置在可滑动框架之间；所述波形护板设置于所述可滑动框架左右两侧呈叠层式排列，并与框架固定连接；所述钢丝绳用于将所述的可滑动框架相互串联。所述固定端置于可导向防撞垫后端，并与地面固定连接。在发生碰撞时，吸能盒沿诱导槽层层压缩，压缩效果好，不需考虑与波形护板的空间问题。可导向防撞垫整体结构设计合理、简单，维修安装方便，极大地降低了碰撞加速度，保证车辆与可导向防撞垫碰撞所发生的塑性大变形破坏限制在防撞垫的吸能区，对高速行驶的失控车辆起到很好的保护和导向作用。

Description

一种可导向防撞垫
技术领域
本发明涉及公(道)路交通安全设施领域，尤其是涉及一种可导向防撞垫。
背景技术
近年来，我国公路交通事业的快速发展为人们的出行提供了高效的服务。与此同时，公路交通安全越来越受到人们的关注。可导向防撞垫是一种独立的公路安全防撞装置，其作用是通过内部吸能结构吸收车辆动能，为车辆碰撞提供缓冲的空间和时间。因此可导向防撞垫一方面要求其性能较高，另一方面要求应控制其生产制造成本。故用一种合理的方法设计出满足上述要求的可导向防撞垫势在必行。
目前，我国对可导向防撞垫的设计要求均出自新出台的法规《公路护栏安全性能评价标准》JTG B05-01-2013。新法规发布后对防撞垫的等级及实车碰撞试验检测提出具体的要求，明确规定防撞垫应进行五个工位实车碰撞试验，经检验合格后方可上路应用。由于目前没有一款缓冲性能好，能最大化保护司乘人员安全且安装及维修方便的可导向防撞垫。因此开发出高效安全的公路安全设施，才能满足我国高速公路的发展需求。
中国专利200620018992.1公开了一种可导向防撞垫，其技术要点是在前端特殊桶与后固定支撑之间设置有多个单元吸能桶，且每一个单元吸能桶均与其相邻的单元吸能桶连接，每个单元吸能桶由左右两个半桶组成，呈放射状排列。当与失控车辆发生碰撞时，单元吸能桶沿地面导轨与左右两端的导向板进行压缩，以实现缓冲吸能的效果。该发明具有较好的防撞吸能和侧碰时导向的作用，但由于该防撞垫只能采用钢材的变形来吸收能量，其单元吸能桶结构复杂拆卸维修困难，被破坏的难度增加，存在结构不稳定、吸能效率低的缺点。
中国专利CN208039114公开了一种TS级防撞垫，其包括鼻端、刀具轴、刀片、撕裂圆管、框架、W型二波板组、后部支撑和导向索，鼻端安装在防撞垫框架的朝向碰撞的一端，多个框架均通过导向索串联在一起，多个框架可沿导向索滑动，后部支撑置于TS级防撞垫后部，与后端框架连接，并锚固于地面上，W型二波板组置于TS级防撞垫两侧，并与框架连接；当防撞垫与车辆发生碰撞时，W型二波板组对车辆进行导向，骨架沿着导向索滑动，连接在刀具轴上的刀片剪切撕裂圆管吸收碰撞能量，减轻乘员伤害程度。该发明使用撕裂圆管作为能量吸收装置，存在结构不稳定、剪切过程易散架，特别是在侧碰、斜碰等工况，撞落的刀片可能会对车辆本身造成损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于对碰撞车辆进行防护的可导向防撞垫，以解决背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种可导向防撞垫，包括鼻端、多个可滑动框架、多个吸能盒、固定端、波形护板、钢丝绳，可滑动框架垂直于地面设置且框架面相互平行并垂直碰撞方向，吸能盒放置于两个相邻可滑动框架之间、波形护板设置于可滑动框架左右两侧、沿碰撞方向设置于可导向防撞垫末端的固定端，所述固定端与地面固定连接；
所述钢丝绳穿过每一个可滑动框架底部的导向孔，将多个可滑动框架串联在一起，当发生正碰时，所述可滑动框架能沿着所述钢丝绳的长度方向向前滑动；当发生侧碰时，通过所述钢丝绳对整体侧向提供支撑力，将失控的车辆尽快的导入正确的行驶方向。
所述波形护板凹谷处均设有水平导向槽，保证所述的波形护板在发生碰撞时能有效的重叠，达到逐层有效缓冲的目的。
所述吸能盒采用双重优化方法设计，首先基于耐撞性拓扑优化方法，从最优的载荷传递路径出发，得到吸能盒的基础构型。而耐撞性拓扑优化方法基本原理是一种根据给定的负载情况、约束条件和吸能指标，在给定区域内对材料分布进行优化的算法。因此，所得到的基础构型是最节省材料的。其次，基于人的创新设计思维对基础构型进行二次优化。参考各种防撞梁碰撞研究表明，三角形诱导槽的缓冲吸能效果最佳。因此，所述吸能盒四个侧面设有若干个三角形诱导槽，诱导槽数量越多，其缓冲效果越好。但也会增加加工制造难度，故因根据具体情况，具体确定。当车辆与防撞垫发生碰撞时，吸能盒沿诱导槽逐个压缩，其压缩形式类似于弹簧，因而缓冲性能相当好。
本发明专利的上述可导向防撞垫优点在于，从设计原理上，吸能盒的材料利用率最大。从结构上，由于吸能盒的压缩只会层层折叠而不会向外扩张，所以可导向防撞垫在安装设计过程中不用考虑波形护板与吸能盒间的距离设置。因此，在吸能盒尺寸设计时，可以增加吸能盒的尺寸，缩短可导向防撞垫的整体长度。而现有技术中的吸能桶、撕裂圆管所受到的撞击力很难保证碰撞过程中沿碰撞方向平稳直线压缩，吸能桶或撕裂圆管的皱折或剪切变形将会以不规则的形式发展，导致吸能结构不稳定，从而降低吸能效率，因此本发明通过双重优化方法得到的可导向防撞垫，在碰撞过程中不会发生失稳现象，稳定性好，缓冲吸能效果强。
优选地，所述吸能盒沿设置在可滑动框架上的导轨放置在相邻两可滑动框架之间，无需螺栓连接即可实现吸能单元的安装。在防撞垫的安装及维修过程中，只需取出或放入吸能盒即可。
优选地，所述波形护板为三波式护板。
优选地，所述固定端通过地脚螺栓锚固于地面。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：由多个单元吸能盒作为防撞主体，在发生正碰时，吸能盒类似于弹簧一样压缩，具有极好的缓冲吸能效果。在发生侧碰时，由于可滑动框架左右两侧波形护板的存在，改变汽车行驶角度，将失控汽车引导到正常的行驶方向。基于这种安装原理的可导向防撞，重复利用高，只需更换吸能盒即可，节省了维修费用。并可对碰撞时速为100km/h以下的车辆起到保护和导向作用，提高了防撞垫的防护安全等级。
附图说明
图1是本发明专利的整体结构示意图；
图2是本发明专利俯视图；
图3是图1所示的可滑动框架结构示意图；
图4是图1所示的吸能盒结构示意图；
图5是图1所示的波形护板结构示意图；
图6是本发明正向碰撞的加速度曲线图；
图中：1鼻端，2可滑动框架，21可滑动框架安装吸能盒轨道，3吸能盒，31吸能盒诱导槽，4固定端，5波形护板，导向槽51，6钢丝绳。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
请参阅图1和图2，本发明提供一种可导向防撞垫，包括设置于所述防撞垫的鼻端1、多个垂直于地面设置的可滑动框架2、设置于相邻两个可滑动框架2之间的吸能盒3、设置于所述防撞垫后部的固定端4、设置于所述可滑动框架2两侧的波形护板5、设置于可滑动框架2下部的导向孔的钢丝绳6。
继续参见图3，所述可滑动框架2上设有安装吸能盒用的轨道21。在吸能盒的更换过程中，只需沿着轨道安装即可，使得防撞垫安装、维护便捷。
所述可滑动框架2通过钢丝绳6相互串联，且在所述可滑动框架2的下部开有用于所述钢丝绳6穿过的导向孔，使所述可滑动框架2在受到车辆碰撞时能沿着所述钢丝绳6的长度方向向前滑动；所述钢丝绳6的前端铰接在底座再通过地脚螺栓与地面锚固，后端则固定连接在所述固定端4上，且所述固定端4的底部通过地脚螺栓与地面锚固。当发生侧碰时，通过所述钢丝绳6对防撞垫整体侧向提供支撑力，将失控的汽车尽快的导入正确的行驶方向上。
本实施案例中，所述可滑动框架2由槽钢焊接而成，且各可滑动框架的宽度保持一致。
继续参见图4，所述吸能盒3的结构是根据碰撞载荷传递路径所确定的，再结合该种类弹簧状结构的优点，使车辆在碰撞过程中始终保持沿直线方向移动，避免了可滑动框架2沿纵向错位，具有较好的结构稳定性和能量吸收效果。
继续参见图5，所述波形护板5为三波形护板，且多块波形护板沿碰撞方向首尾搭接。所述波形护板5在其两处凹谷处开有导向槽51，在所述导向槽51内设置有用于连接所述波形护板5和可滑动框架2的可滑动螺栓，使所述波形护板5能沿所述导向槽51依次向前滑动，增大可导向防撞垫的结构稳定性。
继续参见图6，为了验证本实施案例的可导向防撞垫具有良好的缓冲性能的优势，将通过LS-DYNA仿真软件建模分析。图6是1.5t轿车(100km/h)与所述可导向防撞垫发生正面碰撞的加速度曲线图。从图6可以看出，该可导向防撞垫在整个碰撞过程中，加速度始终小于20g，平均加速度为5.4g。除了碰撞瞬间的加速度急速上升外(但仍小于20g)，在其余碰撞过程，加速度十分接近且柔和。因此，可以看出该可导向防撞垫缓冲性能好，缓冲过程平稳。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的任何改进或等同替换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种公路可导向防撞垫，其特征在于，包括鼻端(1)、多个可滑动框架(2)、多个吸能盒(3)、固定端(4)、波形护板(5)、钢丝绳(6)，由多个呈类弹簧式长方体吸能盒(3)为缓冲吸能主体，所述的吸能盒整体呈一个去顶长方体状，其余四面均匀有序分布着若干个三角形诱导槽，形成类弹簧状，用于提高其缓冲性能。
2.根据权利要求1所述的可导向防撞垫，其特征在于，所述波形护板(5)沿碰撞方向设置于每个所述可滑动框架(2)左右两端并通过所述导向槽(51)内的拼接螺栓连接，用于侧面导向。
3.根据权利要求1所述的可导向防撞垫，其特征在于，所述固定端(4)通过地脚螺栓锚固于地面。
4.根据权利要求1所述的可导向撞垫，其特征在于，所述可滑动框架(2)由槽钢焊接而成；且所述可滑动框架(2)的宽度应保持一致。
5.根据权利要求1所述的可导向防撞垫，其特征在于，所述吸能盒放置在相邻两个可滑动框架之间，在安装、维护过程仅需沿轨道取出或放入吸能盒。
6.根据权利要求1所述的可导向防撞垫，其特征在于，所述吸能区可被划分为强吸能区与弱吸能区，弱吸能区中的吸能盒的厚度为1～2mm，强吸能区应根据防撞等级制定吸能盒厚度及个数，以缩短防撞垫的整体长度。
7.根据权利要求1所述的可导向防撞垫，其特征在于，所述吸能盒的三角形诱导槽的数量应根据加工条件、成本、防撞等级综合给定。
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