CN113428001B - 一种氢燃料客车氢瓶系统保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢燃料客车氢瓶系统保护装置，包括固定装置、剪切螺栓和纵向缓冲器三级保护；固定装置与车架固定约束氢瓶自由度，使得氢瓶在微小冲击的情况下，不会发生位移；当车辆受到较大纵向加速度时，氢瓶固定装置整体在剪切螺栓和其相关约束装置的作用下，仍然不会脱离车架；当车辆受到的纵向加速度过大时，剪切螺栓发生断裂，使得氢瓶固定装置整体脱离车架而在滑轨中做往复直线运动，纵向缓冲器作为该装置的第三级保护，可以对氢瓶固定装置起到缓冲作用，并衰减其在滑轨中运动的能量；实现当氢燃料客车在发生纵向碰撞时对氢瓶的保护，尤其是在受到较大加速度撞击时的保护作用尤为明显；并通过横向缓冲器缓冲因左右晃动对氢瓶带来的冲击力。

Description

一种氢燃料客车氢瓶系统保护装置

技术领域

本发明涉及防撞保护装置技术领域，具体为一种氢燃料客车氢瓶系统保护装置。

背景技术

随着社会的不断发展，汽车在人们生活中的作用越来越明显，人们在从事生产活动时离不开汽车。燃料电池车是以氢气代替传统石油作为动力能源的车辆，利用氢气和氧气在催化剂的作用下产生大量的能量以及对环境毫无危害的水，对环境实现零污染、零排放，是一种非常符合可持续发展理念的理想交通工具。世界上很多著名的汽车制造商和企业都已经推出了氢燃料动力汽车,通过氢燃料电池系统的应用,不断减少环境污染,并且将不断降低现代人类和社会中对于石油的依赖程度。中国燃料电池客车技术研发工作已经有了很多成功和进步,特别是氢燃料电池客车。

正因如此，才使得氢安全变得尤为重要。车载储氢的方法目前所为人熟知的主要有高压存储氢气、液态氢气存储、金属储存氢气、活性炭吸附式储氢以及纳米材料储存氢气等，高压储氢是目前使用最为广泛的一种储氢方式。高压存储氢气瓶是氢燃料电池客车上供氢系统中的存储能量的部件，其安全性能必须得到重视并且有所保障。国内常用的车载储氢方式一般为气态储氢，压力是在20～35MPa之间。通常，燃料电池工作氢气压力为0.05MPa，在氢气从储氢瓶中出来的过程中，需要经过几次降压。因此，供氢系统根据气体压力大小分为高压和低压二部分。高压部分是燃料电池客车氢安全的关键部分。因为氢气分子极小，扩散极易发生，而且它的爆炸极限在4%～74.2%之间，范围比较大，一旦出现泄漏的情况，就很容易发生爆炸，造成极其严重的后果。

然而，目前市面上的氢瓶系统只有一个简单的固定装置，不能对氢瓶产生根本上的防护作用。这就导致了客车在发生碰撞或者侧翻时，客车承受极大的加速度，而氢瓶系统由于自身重量较大会产生极大的惯性载荷和极高的冲击力，从而导致氢瓶飞出固定装置或与车身相碰撞，氢瓶系统在碰撞受损后易发生氢气泄漏，将会对乘客的安全有着极大的威胁。另一方面由于氢气的制备较为困难，且氢瓶的制作成本较高，一旦受损所造成的损失将会很严重。因此对于这一系列问题设计了一款用于氢燃料客车氢瓶的保护装置。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种氢燃料客车氢瓶系统保护装置，能够保证氢瓶系统在车辆发生碰撞或侧翻时所受到的冲击力减小，减少安全隐患对乘客来说有着极其重要的现实意义。技术方案如下：

一种氢燃料客车氢瓶系统保护装置，包括保护罩和两个侧面挡板；所述保护罩包括底部框架和罩体框架；所述底部框架固定于车架顶部，且其前后边框外侧设有固定于车架顶部的横角钢，左右边框外侧设有固定于车架顶部的外纵角钢；所述两个侧面挡板平行并竖直的固定于保护罩内的左右两侧，其中间开设有用于固定氢瓶的固定卡孔，底部固定于内纵角钢上；所述内纵角钢通过剪切螺栓固定于车架顶部，且外纵角钢与内纵角钢之间设有横向缓冲器；

还包括两条滑轨、两个保持架和纵向缓冲器；所述滑轨连接在底部框架的前后边框之间，并与车架顶部固定连接；所述保持架顶部设置有弧形的氢瓶枕位，弧形氢瓶枕位上方设有用于固定氢瓶的绑带，底部通过滑块与所述滑轨滑动连接；两个保持架之间通过多条保持架钢管固定连接，且最外侧的保持架钢管与横角钢之间设有纵向缓冲器；各保持架钢管通过L型的斜撑和剪切螺栓固定于车架顶部。

进一步的，所述剪切螺栓的螺杆上设有环形的凹槽，所述凹槽的尺寸用于调节剪切螺栓所能承受的最大剪切力。

更进一步的，所述侧面挡板顶部通过联接片固定于罩体框架上。

更进一步的，所述滑轨为槽状，槽底部固定于车架顶部，两槽沿顶部设有滑块盖板；所述滑块可滑动的嵌于槽内，滑块顶部两侧通过滑块盖板限位，所述保持架底部固定于滑块顶部中间。

更进一步的，所述滑轨两端通过限位块与底部框架的前后边框固定连接。

更进一步的，所述斜撑的竖板和横板之间连接有加强斜板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明与传统的氢氧燃料电池客车氢瓶固定装置相比，此装置对氢瓶实现了三级保护，即分别为固定装置、剪切螺栓和缓冲器；固定装置与车架固定约束氢瓶自由度，使得氢瓶在微小冲击的情况下，不会发生位移；当车辆受到较大冲击加速度时，氢瓶固定装置整体在剪切螺栓和其相关约束装置的作用下，仍然不会脱离车架；当车辆受到的纵横向冲击加速度过大时，剪切螺栓发生断裂，使得氢瓶固定装置整体脱离车架而在水平方向上做往复直线运动，缓冲器作为该装置的第三级保护，可以对氢瓶固定装置起到缓冲作用，并衰减其在冲击过程中运动的能量；实现当氢燃料客车在发生正面碰撞、侧面碰撞或者侧翻时对氢瓶的保护，尤其是在受到较大加速度撞击时的保护作用尤为明显。

附图说明

图1为本发明氢燃料客车氢瓶系统保护装置的结构示意图。

图2为本发明氢燃料客车氢瓶系统保护装置的俯视图。

图3为本发明氢燃料客车氢瓶系统保护装置的侧视图和局部剖面图。

图4为本发明氢燃料客车氢瓶系统保护装置中剪切螺栓的剖面示意图。

图5为本发明氢燃料客车氢瓶系统保护装置的安装示意图。

图中：1-联接片；2-绑带；3-氢瓶；4-固定卡孔；5-侧面挡板；6-保护罩；7-纵向缓冲器；8-外纵角钢；9-内纵角钢；10-底部框架；11-罩体框架；12-保持架；13-滑轨；14-滑块；15-滑块盖板；16-斜撑；17-剪切螺栓；18-车架；19-保持架钢管；20-横角钢；21-限位块；22-横向缓冲器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1～图3所示，本发明的氢燃料客车氢瓶系统保护装置，包括一级保护装置、二级保护装置和三级保护装置。

一级保护装置定约束氢瓶自由度，使得氢瓶在微小冲击的情况下，不会发生位移。所述一级保护装置包括保护罩6和两个侧面挡板5；所述保护罩6包括底部框架10和罩体框架11；所述底部框架10通过螺栓固定于车架18顶部，前后边框外设有固定于车架18顶部的横角钢20，左右边框外设有固定于车架18顶部的外纵角钢8；所述两个侧面挡板5平行并竖直的固定于保护罩6内的左右两侧，且侧面挡板5上还开设有用于固定氢瓶3的固定卡孔4。还包括保持架12顶部的弧形氢瓶枕位上方设的用于固定氢瓶3的弧形绑带2。

本实施例的侧面挡板5顶部通过联接片1固定于罩体框架11上，底部通过内纵角钢9固定于车架18顶部。

二级保护装置能够在车辆受到较大纵向加速度或侧翻时，使氢瓶固定装置整体在剪切螺栓和其相关约束装置的作用下，仍然不会脱离车架。所述二级保护装置包括斜撑16和剪切螺栓17；所述斜撑16包括构成L型的竖板和横板；所述竖板与保持架钢管19固定连接，所述横板通过剪切螺栓17固定于车架18顶部。所述斜撑16的竖板和横板之间连接有加强斜板，可进一步加强斜撑16强度。固定侧面挡板5的内纵角钢9也通过剪切螺栓17固定于车架18顶部。

如图4所示，剪切螺栓17的螺杆上设计有环形的凹槽，凹槽的结构形状与尺寸需要保证其在小幅冲击下不发生断裂，大幅度冲击时发生断裂，进而使固定装置和氢瓶3作为一个整体直接作用于纵向缓冲器7或横向缓冲器22，再通过纵向缓冲器7或横向缓冲器22将力传到横角钢20或外纵角钢8，而固定横角钢20和外纵角钢8上的螺栓则强度较大，不易断裂。可以根据需要来设定剪切螺栓17螺杆上的凹槽尺寸，使其恰好在预设的冲击力下达到剪切力临界值，及时断裂，进入第三级保护，缓冲所受冲击力。

三级保护装置能够在车辆受到的纵向（或横向）加速度过大，剪切螺栓发生断裂时，使得氢瓶固定装置整体脱离车架而在滑轨中做往复直线运动，同时通过纵向（或横向）缓冲器对氢瓶固定装置起缓冲作用。所述三级保护装置包括两条滑轨13、两个保持架12、纵向缓冲器7和横向缓冲器22；所述滑轨13连接在底部框架10的前后边框之间，并与车架18顶部固定连接；所述保持架12顶部设置有弧形的氢瓶枕位，底部通过滑块14与所述滑轨13滑动连接；两个保持架12之间通过多条保持架钢管19固定连接，且最外侧的保持架钢管19与横角钢20之间设有纵向缓冲器7。且外纵角钢8与内纵角钢9之间设有横向缓冲器22，用于缓冲因侧翻（或侧碰）所产生的惯性载荷或冲击力。

本实施例的滑轨13为槽状，槽底部固定于车架18顶部，两槽沿顶部设有滑块盖板15；所述滑块14可滑动的嵌于槽内，滑轨13顶部两侧通过滑块盖板15限位，所述保持架12底部固定于滑块14顶部中间。

本发明的氢瓶保护装置利用剪切螺栓与车架相连，固定在车架顶部，安装示意图如5所示，实现了三级保护，即分别为氢瓶固定装置（一级保护装置），剪切螺栓（二级保护装置），缓冲器（三级保护装置）。氢瓶固定装置作为第一级保护，其与车架固定并约束了氢瓶自由度，使得氢瓶在微小冲击的情况下，不会发生位移。当车辆受到较大冲击加速度时，由于剪切螺栓具有较大剪切强度，此装置受到的纵向加速度不足以破坏剪切螺栓，因此在该过程中氢瓶固定装置整体在剪切螺栓和其相关约束装置的作用下，仍然不会脱离车架。当车辆受到的纵向碰撞冲击加速度过大时，此装置中的第二级保护剪切螺栓受到的剪应力超过了其剪切强度，最终发生断裂，使得氢瓶固定装置整体脱离车架而在滑轨中做往复直线运动。纵向缓冲器作为该装置的第三级纵向保护部分，可以对氢瓶固定装置起到缓冲作用，并衰减其在滑轨中运动的能量。在当客车受到侧翻或者侧碰加速度过大时，侧面挡板5底部剪切螺栓断裂，氢瓶系统连同侧面挡板5等固定装置一起在绑带中横向窜动，直接作用于横向缓冲器，能够有效缓冲因侧翻或者侧碰对氢瓶3带来的冲击力。该装置实现了当氢燃料客车在发生正面碰撞、侧面碰撞或者侧翻时对氢瓶的保护，尤其是在受到较大加速度撞击时的保护作用尤为明显。

综上所述，当氢瓶系统整体所受外力较小，即氢瓶由于客车碰撞或侧翻所产生的惯性载荷或冲击力未超过剪切螺栓极限强度时，固定装置中剪切螺栓未产生剪切作用，氢瓶系统与车架未发生相对运动；当氢瓶系统整体受到较大外力，即氢瓶由于客车碰撞或侧翻所产生的惯性载荷或冲击力超过剪切螺栓极限强度时，固定装置中剪切螺栓失效，氢瓶系统将与车架产生相对运动，从而作用于缓冲器，由于每个方向都设有两组缓冲器，当一组缓冲器受压时，另一组缓冲器便会受到拉力的作用，因此氢瓶系统始终会在水平方向上进行往复直线运动，直至运动能量被缓冲器完全耗尽，以至于氢瓶系统不会由于外力过大而被撞击破坏；此外，在以上过程中，氢瓶系统始终受到固定装置的约束。总之，该装置能够对氢瓶系统起到较好的固定作用，且还具有一定的防护能力。

Claims (6)

1.一种氢燃料客车氢瓶系统保护装置，其特征在于，包括保护罩（6）和两个侧面挡板（5）；所述保护罩（6）包括底部框架（10）和罩体框架（11）；所述底部框架（10）固定于车架（18）顶部，且其前后边框外侧设有固定于车架（18）顶部的横角钢（20），左右边框外侧设有固定于车架（18）顶部的外纵角钢（8）；所述两个侧面挡板（5）平行并竖直的固定于保护罩（6）内的左右两侧，其中间开设有用于固定氢瓶（3）的固定卡孔（4），底部固定于内纵角钢（9）上；所述内纵角钢（9）通过剪切螺栓（17）固定于车架（18）顶部，且外纵角钢（8）与内纵角钢（9）之间设有横向缓冲器（22）；

还包括两条滑轨（13）、两个保持架（12）和纵向缓冲器（7）；所述滑轨（13）连接在底部框架（10）的前后边框之间，并与车架（18）顶部固定连接；所述保持架（12）顶部设置有弧形的氢瓶枕位，弧形氢瓶枕位上方设有用于固定氢瓶（3）的绑带（2），底部通过滑块（14）与所述滑轨（13）滑动连接；两个保持架（12）之间通过多条保持架钢管（19）固定连接，且最外侧的保持架钢管（19）与横角钢（20）之间设有纵向缓冲器（7）；各保持架钢管（19）通过L型的斜撑（16）和剪切螺栓（17）固定于车架（18）顶部。

2.根据权利要求1所述的氢燃料客车氢瓶系统保护装置，其特征在于，所述剪切螺栓（17）的螺杆上设有环形的凹槽，所述凹槽的尺寸用于调节剪切螺栓（17）所能承受的最大剪切力。

3.根据权利要求1所述的氢燃料客车氢瓶系统保护装置，其特征在于，所述侧面挡板（5）顶部通过联接片（1）固定于罩体框架（11）上。

4.根据权利要求1所述的氢燃料客车氢瓶系统保护装置，其特征在于，所述滑轨（13）为槽状，槽底部固定于车架（18）顶部，两槽沿顶部设有滑块盖板（15）；所述滑块（14）可滑动的嵌于槽内，滑块（14）顶部两侧通过滑块盖板（15）限位，所述保持架（12）底部固定于滑块（14）顶部中间。

5.根据权利要求1所述的氢燃料客车氢瓶系统保护装置，其特征在于，所述滑轨（13）两端通过限位块（21）与底部框架（10）的前后边框固定连接。

6.根据权利要求1所述的氢燃料客车氢瓶系统保护装置，其特征在于，所述斜撑（16）的竖板和横板之间连接有加强斜板。

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