CN113968257B - 车端缓冲吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车端缓冲吸能装置，包括缸体和缓冲吸能结构；所述缸体包括封闭端和开口端；所述缓冲吸能结构包括：缓冲吸能体：设置在缸体内，其朝向缸体开口端一侧的端部与开口端呈间隙设置；力传递杆：第一端与缓冲吸能体连接，第二端经缸体开口端伸出至缸体外侧，在受到外界作用力时将作用力传递至缓冲吸能体，缓冲吸能；弹性件：被限制设置在缓冲吸能体朝向杆体开口端一侧的端部与缸体开口端之间，可在缓冲吸能体向缸体开口端运动过程中被压缩。弹性件可缓冲回程能量。在缓冲吸能装置发挥正向压缩吸能功能后，能以较低的速度，平稳缓和地运动，可改善因缓冲器复原造成的车辆反弹冲击效应，避免压缩回程对车辆运行造成过大影响。

Description

车端缓冲吸能装置

技术领域

本发明属于轨道车辆缓冲装置技术领域，尤其涉及一种车端缓冲吸能装置。

背景技术

用于列车车端的缓冲吸能装置，作为车端安全部件，起到缓和车辆冲动、保护车体和提升乘坐舒适性的作用。

车辆受到拉伸力或撞击力后，缓冲吸能部件通过压缩吸收拉伸能或撞击能。在外力消失后，被压缩的缓冲吸能部件需要复原以准备下一次作用。常规结构的缓冲吸能装置，在被压缩或者被拉伸后，内部缓冲元件存储的复原能量，又会反推车体运动，带动系统复位。这部分能量又还原为车体的动能，尤其是用于吸收压缩方向冲击能量的缓冲元件，其行程较大，储存的复原能量较多，这部分能量易造成车辆的反弹冲击，不利于车辆冲击动能的充分耗散。

此外，现有技术中的缓冲装置，尤其是气液缓冲装置，大多仅可以在拉力或压力被施加时产生缓冲吸能作用，需要通过多种缓冲元件的组合实现拉压缓冲吸能。

发明内容

本发明的目的在于解决前述技术问题之一，提供一种具有回程缓冲功能的车端缓冲吸能装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种车端缓冲吸能装置，包括缸体和缓冲吸能结构；

所述缸体包括封闭端和开口端；

所述缓冲吸能结构包括：

缓冲吸能体：设置在缸体内，其朝向缸体开口端一侧的端部与开口端呈间隙设置；

力传递杆：第一端与缓冲吸能体连接，第二端经缸体开口端伸出至缸体外侧，在受到外界作用力时将作用力传递至缓冲吸能体，缓冲吸能；

弹性件：被限制设置在缓冲吸能体朝向杆体开口端一侧的端部与缸体开口端之间，可在缓冲吸能体向缸体开口端运动过程中被压缩。

本发明一些实施例中，所述弹性件环绕力传递杆设置。

本发明一些实施例中，进一步包括端螺母，安装在缸体开口端，端螺母与力传递杆外壁贴合；所述弹性件被预压设置在端螺母与缓冲吸能体之间。

本发明一些实施例中，所述弹性件为环簧。

本发明一些实施例中，所述缓冲吸能体包括：

壳体：整体设置在缸体内，包括封闭端和开口端，其开口端呈径向收缩，壳体开口端和缸体开口端同向间隔设置，壳体内设置有吸能介质，初始状态下，壳体封闭端与缸体封闭端贴合；所述弹性件被限制设定在壳体开口端和缸体开口端之间；

力传递杆第一端经壳体开口端插装至壳体内，可与壳体相对运动，压缩吸能介质。

本发明一些实施例中，所述力传递杆为中空结构，形成活塞腔，所述活塞腔内设置有活塞；

力传递杆第一端与壳体封闭端之间形成第一液腔；活塞将活塞腔分为两个腔体，包括远离壳体的气腔，及，靠近壳体的第二液腔；

力传递杆第一端包括与壳体内壁贴合的贴合段，贴合段外径大于壳体开口端口径；沿贴合段向靠近壳体开口端的方向，力传递杆主体部外壁径向收缩，与壳体内壁呈间隙；力传递杆第一端、靠近第一端的主体部、壳体开口端形成第三液腔；

力传递杆第一端设置有第一流体通道，连通第一液腔与第二液腔；力传递杆第一端与壳体之间设置有第二流体通道，连通第一液腔与第三液腔。

本发明一些实施例中，所述第二流体通道包括：

阻尼通道：设置在力传递杆第一端；

第一子流体通道：设置在力传递杆第一端，通道内部设置有单向阀，所述单向阀在第一液腔压力大于第三液腔压力时被开启；

本发明一些实施例中，所述阻尼通道的内径小于第一子流体通道的内径。

本发明一些实施例中，所述第一流体通道内设置有增压阀。

本发明一些实施例中，进一步包括密封结构，所述密封结构包括以下密封圈之一或任意组合：

沿壳体开口端设置的第一密封圈，所述第一密封圈与力传递杆外壁贴合；

沿力传递杆第一端外壁设置的第二密封圈，所述第二密封圈与壳体内壁贴合；

沿活塞外壁设置的第三密封圈，所述第三密封圈与活塞腔内壁贴合；

沿缸体开口端内壁设置的第四密封圈，所述第四密封圈与力传递杆外壁贴合。

本发明提供的车端缓冲吸能装置，其有益效果在于：

1、从列车实际运用工况出发，提供了一种新的缓冲功能设计。弹性件在缓冲吸能装置被压缩后的回弹过程增设阻尼效果，增强回程吸能能力。在缓冲吸能装置受压吸能后，利用气液缓冲器回程吸能的特性，将自身的复原能量耗散在自身的回程进程中。在缓冲吸能装置发挥正向压缩吸能功能后，车辆因缓冲系统复原动作而被推动的过程中，能以较低的速度，平稳缓和地运动，可改善因缓冲器复原造成的车辆反弹冲击效应，避免压缩回程对车辆运行造成过大影响。

2、拉伸环簧缓冲器与回程吸能气液缓冲器串联，拉伸环簧缓冲器可同时担当拉伸方向吸能部件的同时，是对气液缓冲器回程吸能能力补充和增强。

3、还提供了一种缓冲吸能结构，实现由一个气液缓冲部件吸收拉伸和压缩两个方向冲击能量的目的。通过增设壳体以及独特的油路与结构设计，实现了拉伸吸能与压缩吸能共用一个气弹簧的效果。由此带来了更加紧凑的结构设计。本新型气液缓冲吸能装置在实现同样的吸能功能下，具有结构紧凑、重量轻的优点。相对传统仅有压缩吸能功能的气液缓冲器，功能更加全面，工况适应能力更强。

4、气液缓冲吸能结构增设回程阻尼结构，在缓冲器受压后回弹过程中赋予产品回程阻尼的功能特性。本发明提供的气液缓冲吸能装置集成拉伸、压缩和回程吸能特性，产品吸能功能更加丰富全面。

5、本新型气液缓冲吸能结构，充分发挥气液类型缓冲器性能柔和、容量大、能量吸收率高的特点，通过独创的结构设计，实现了拉伸方向与压缩方向均是气液机理的吸能。相对多个缓冲元件组合的缓冲吸能装置，具有拉伸方向容量大、吸能能力强的特点。

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为本发明车端缓冲吸能装置结构示意图；

图2为本发明车端缓冲吸能装置缓冲吸能体结构示意图；

图3为本发明车端缓冲吸能装置压缩状态结构示意图；

图4为本发明车端缓冲吸能装置拉伸状态结构示意图；

图5为本发明气液缓冲器另一种实施结构示意图；

1-缸体，101-铰接环；

2-壳体；

3-力传递杆，301-气孔；

4-活塞；

501-第一液腔，502-第二液腔，503-第三液腔，504-气腔；

601-第一流体通道，6021-阻尼通道，6022-第一子流体通道；

7-单向阀；

8-增压阀；

9-封闭件；

1001-第一密封圈，1002-第二密封圈，1003-第三密封圈，1104-第四密封圈；

11-端螺母；

12-卡环接头；

13-环簧；

14-缓冲吸能体；

15-节流杆。

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。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，不用于暗指相对重要性。

本发明提供一种气车端冲吸能装置，可用于车辆、尤其是轨道车辆，用于吸收车辆运动过程中因拉伸力或撞击力对车辆构成的冲击。使用状态下，安装在两个车体之间。

一种车端缓冲吸能装置，包括缸体1和缓冲吸能结构。

缸体1包括封闭端和开口端形成缸体腔。使用状态下，缸体1可适配安装至第一车体，为解决缸体1和车体之间安装的问题，可以采用图1所示的方式，在缸体1封闭端设置铰接环101，也可以采用图5所示的方式，将缸体1封闭端的外部涉及为卡环接头12的形式。

缓冲吸能结构具有在拉力和撞击压力作用下同时吸能的功能，包括：

缓冲吸能体14：设置在缸体1内，其朝向缸体1开口端一侧的端部与开口端呈间隙设置；缓冲吸能体可采用气液缓冲吸能结构、胶泥吸能结构等类型的吸能结构，不做具体限定；

力传递杆3：第一端与缓冲吸能体连接，第二端经缸体开口端伸出至缸体1外侧，在受到外界作用力时将作用力传递至缓冲吸能体，缓冲吸能；

弹性件：被限制设置在缓冲吸能体朝向杆体开口端一侧的端部与缸体开口端之间，可在缓冲吸能体向缸体开口端运动过程中被压缩。本实施例中，弹性件采用的为环簧13，在其他实施结构中，也可以采用其他弹性结构件替代。

作为优选的结构，本发明一些实施例中，弹性件(环簧13)环绕力传递杆3设置。一侧与力传递杆3外壁贴合，一侧与缸体1内壁贴合，被限制填充在力传递杆3与缸体1之间的空间内。这种结构可以保证弹性件的作用效果，构造对称、均匀的弹性恢复力。

本发明一些实施例中，进一步包括端螺母11，安装在缸体开口端，端螺母11与缸体1之间螺纹配合连接，与力传递杆3外壁贴合；弹性件被预压设置在端螺母11与缓冲吸能体之间。端螺母11的作用在于：为弹性件提供止挡结构；端螺母11与缸体1之间可拆卸，这样方便缓冲吸能体与缸体1之间的匹配安装。

本发明一些实施例中，进一步提供一种缓冲吸能体的实施结构，包括：

壳体2：整体设置在缸体1内，包括封闭端和开口端，壳体开口端和缸体开口端同向间隔设置，其开口端呈径向收缩，壳体内设置有吸能介质，初始状态下，壳体封闭端与缸体封闭端贴合；壳体2与缸体1之间为非固定连接，二者可相对运动。壳体2的整体长度较缸体1短，壳体2安装在缸体腔后，壳体开口端与缸体开口端间隔，二者之间的间隔为壳体2被拉伸过程中的运动空间。弹性件(环簧13)被限制设定在壳体开口端(径向收缩部分)和缸体开口端(端螺母11)之间。

力传递杆3第一端经壳体开口端插装至壳体2内，可与壳体2相对运动，压缩吸能介质。壳体2内的吸能介质可采用弹性胶泥、气液缓冲吸能结构等。

更进一步的，本发明一些实施例中，进一步提供一种缓冲吸能体为气液缓冲吸能装置的结构。

力传递杆3为中空结构，形成活塞腔，活塞腔内设置有活塞4。使用状态下，力传递杆3可连接至第二车体，或经车钩等过渡部件，连接至第二车体。为解决力传递杆3安装的问题，可采用图1所示的方式，将力传递杆3第二端设计为螺纹头，也可以采用图5所示的方式，将力传递杆3第二端设计为卡环接头12。

力传递杆3第一端与壳体封闭端之间形成第一液腔501；活塞4将活塞腔分为两个腔体，包括远离壳体的气腔504，及，靠近壳体的第二液腔502。

为构造流体通道的结构以及实现壳体2和力传递杆3之间的连动，本发明一些实施例中，力传递杆3第一端包括与壳体2内壁贴合的贴合段301，沿贴合段301向靠近壳体2开口端的方向，力传递杆3主体部外壁径向收缩，与壳体2内壁呈间隙。力传递杆3第一端、靠近第一端的主体部(该部分随力传递杆3在壳体内的运动，长短变化)、壳体开口端(开口端的径向收缩端)其及壳体内壁之间形成第三液腔503。

具体的，力传递杆3为变径结构，整体呈阶梯轴结构。其主体部具有均匀的杆径，但其插入壳体2的一段相对主体部具有较大的杆径，拉伸过程中，力传递杆3不会从壳体2内部脱出。当力传递杆3较大杆径端部(第一端)运行到壳体1开口端时，可被壳体1开口端卡住，力传递杆3和壳体2连动，拉动壳体2进一步压缩第三液腔503。

力传递杆3第一端设置有第一流体通道601，连通第一液腔501与第二液腔502；力传递杆3第一端设置有第二流体通道602，连通第一液腔501与第三液腔503。第一液腔501、第二液腔502和第三液腔503均满油填充。

力传递杆3第二端包括连通气腔与外界的气孔301，气孔301处设置有可拆卸封闭件9，拆卸封闭件9可向气腔504充气、排气。

使用状态下，拉伸力或压缩力通过力传递杆3或缸体1与车体的连接端传递至气液缓冲器。以力传递杆3端传递作用力为例，当受到压缩力时，力传递杆3向壳体2内部运动，压缩第一液腔501，部分液压油经第一液腔501分别流入第二液腔502和第三液腔503；同时，当第三液腔503内部液压油增加时，活塞4被驱动运动压缩气腔504，缓冲压缩力。当受到拉伸力时，壳体封闭端和缸体封闭端之间形成真空腔，具有缓冲拉伸力的作用。具体原理，在后文进一步详述。

本发明一些实施例中，第二流体通道包括：

阻尼通道6021：设置在力传递杆3第一端，即设置在杆径较大的一段，与第一液腔501连通；

第一子流体通道6022：设置在力传递杆3第一端，与第一液腔501连通。

本发明一些实施例中，第一子流体通道6022内设置有单向阀7，单向阀7在气液缓冲装置受到压缩第一液腔501压力大于第三液腔压503力时被开启。第一子流体通道6022在力传递杆3受到压缩力时开启，使液压油经第一液腔501进入第二液腔压502。

阻尼通道6021在气液缓冲装置压缩及拉伸时始终保持连通，即两种状态下，液压油均可以经过阻尼通道6021在第一液腔501和第二液腔压502之间流通。本发明一些实施例中，为了实现更好的阻尼效果，阻尼通道6021的内径较小，至少小于第一子流体通道6022的内径。

本发明一些实施例中，第一流体通道601内设置有增压阀8。增压阀8物理空间上起到隔离第一液腔501和第三液腔503的作用，可以缓冲输出阻抗力。增压阀8为可选部件，在本发明一些实施例中，可省了增压阀8结构。

本发明一些实施例中，壳体2底部设置有节流杆15，节流杆15的位置及尺寸被配置为：当力传递杆3相对壳体运动过程中，节流杆15可插入第一流体通道601。节流杆15可以提高液压油流动过程中的阻尼效果。

为了提高各腔之间的隔离效果，本发明一些实施例中，进一步包括密封结构，密封结构包括以下密封圈之一或任意组合：

沿壳体开口端径向收缩部设置的第一密封圈1001，第一密封圈1001与力传递杆外壁3贴合；

沿力传递杆3第一端外壁设置的第二密封圈1002，第二密封圈1002与壳体2内壁贴合；

沿活塞外壁设置的第三密封圈1003，第三密封圈1003与活塞腔内壁贴合；

沿缸体1开口端内壁设置的第四密封圈1004，第四密封圈1004与力传递杆3外壁贴合。可以将缸体1开口端的第四密封圈1004设置在端螺母12上，与力传递杆3配合。

如本发明附图所示，本实施例中，采用了上述四个密封结构的组合，以保证各腔之间稳定隔离，气液缓冲吸能装置在拉压状态下均可正常工作。

更进一步的，在本发明一些实施例中，为了方便缸体1与壳体2的匹配安装，进一步包括端螺母12，安装在缸体1开口端，端螺母12与力传递杆3外壁贴合。可以将缸体1开口端的第四密封圈1004设置在端螺母12上，与力传递杆3配合。

本发明提供的车端缓冲器的工作原理如下。

(一)压缩吸能过程

缓冲吸能装置受外力作用压缩时，力传递杆3缩入壳体2内，压缩第一液腔501内的油液经过节流杆15与力传递杆3粗轴端圆柱孔面形成的环形缝隙，再经过增压阀8流入到第二液腔502内。在此过程中，单向阀7打开，第一液腔501内一部分的油液通过单向阀7流入到第三液腔503内。随着压缩进程的推进，第三液腔503内越来越多地充满液压油为接下来的回程吸能做油液储备。进入第二液腔502内的油液推动油气隔离活塞4压缩气腔，为整个缓冲吸能装置储存复原动能。

由于环簧13是被预压缩设置在缸体1和壳体2之间的，在压缩过程中，环簧13伸长，但仍保持在预压缩状态。

(二)压缩后回程吸能

力传递杆3压缩完毕后，在气腔504压力的作用下，油气隔离活塞4向右运动，推动第二液腔502中的油液回流至第一液腔501，进而推动活塞4向左运动复原。在此过程中，单向阀7关闭，第三液腔503中的油液经图1所示阻尼通道6021回流至第一液腔501。阻尼通道6021具有阻碍活塞4快速反弹的作用，当活塞复原达到一定速度时，阻尼通道6021带来的阻尼效应会对复原活塞实施减速，吸收回程过程中的反弹能量。

如前文所述，环簧13虽然被预压缩设置在缸体1和壳体2之间，但是环簧13的预压缩力小于缓冲吸能体的恢复力。若力传递杆3反弹速度过快，回程阻尼力过大，力传递杆3将通过第三油腔503中的油液带动缸体1整体向左运动，压缩环簧13。此时环簧13作为回程吸能功能的扩展，与回程吸能气液缓冲器共同作用，吸收回程过程中的反弹能量，限制车辆反弹冲击。

(三)拉伸吸能

拉伸工况下，力传递杆3向图示左侧方向运动，首先运动至力传递杆3端部与壳体1开口端匹配的位置，力传递杆3带动壳体2整体向左运动，第二液腔502中大部分的油液通过阻尼通道6021流至油第一液腔501，此时单向阀7闭合。拉伸工况下的油液回流、阻尼机制与回程吸能工况一致，此时第一液腔501体积维持不变，来自第二液腔502中的油液经第一液腔501，再经过增压阀8，流入第三液腔503中，进而推动油气隔离活塞4向左运动，压缩气腔504体积为缓冲吸能装置拉伸后复原提供能量。在拉伸工况下，壳体2与缸体1脱离，二者的封闭端之间形成真空腔505，增加拉伸阻力，保证拉伸吸能。真空腔505使缸体2左侧端面部分面积承受油压形成阻抗力，从而阻碍活塞3和缸体2组成的系统向左侧运动，即对外输出拉伸阻抗作用力，真空腔505是本气液缓冲装置具有拉伸吸能功能的关键设计。

在拉伸的同时，拉伸方向环簧13同时被压缩，与气液缓冲器形成串联吸能结构，通过环簧缓冲器，实现拉伸方向的车端能量吸收。

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 (9)

1.一种车端缓冲吸能装置，其特征在于，包括缸体和缓冲吸能结构；

所述缸体包括封闭端和开口端；

所述缓冲吸能结构包括：

缓冲吸能体：设置在缸体内，其朝向缸体开口端一侧的端部与开口端呈间隙设置；

力传递杆：第一端与缓冲吸能体连接，第二端经缸体开口端伸出至缸体外侧，在受到外界作用力时将作用力传递至缓冲吸能体，缓冲吸能；

弹性件：被限制设置在缓冲吸能体朝向杆体开口端一侧的端部与缸体开口端之间，可在缓冲吸能体向缸体开口端运动过程中被压缩；

所述缓冲吸能体包括：

壳体：整体设置在缸体内，包括封闭端和开口端，其开口端呈径向收缩，壳体开口端和缸体开口端同向间隔设置，壳体内设置有吸能介质，初始状态下，壳体封闭端与缸体封闭端贴合；所述弹性件被限制设定在壳体开口端和缸体开口端之间；当受到拉伸力时，壳体封闭端和缸体封闭端之间形成真空腔；

力传递杆第一端经壳体开口端插装至壳体内，可与壳体相对运动，压缩吸能介质。

2.如权利要求1所述的车端缓冲吸能装置，其特征在于，所述弹性件环绕力传递杆设置。

3.如权利要求1所述的车端缓冲吸能装置，其特征在于，进一步包括端螺母，安装在缸体开口端，端螺母与力传递杆外壁贴合；所述弹性件被预压设置在端螺母与缓冲吸能体之间。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的车端缓冲吸能装置，其特征在于，所述弹性件为环簧。

5.如权利要求1所述的车端缓冲吸能装置，其特征在于，

所述力传递杆为中空结构，形成活塞腔，所述活塞腔内设置有活塞；

力传递杆第一端与壳体封闭端之间形成第一液腔；活塞将活塞腔分为两个腔体，包括远离壳体的气腔，及，靠近壳体的第二液腔；

力传递杆第一端包括与壳体内壁贴合的贴合段，贴合段外径大于壳体开口端口径；沿贴合段向靠近壳体开口端的方向，力传递杆主体部外壁径向收缩，与壳体内壁呈间隙；力传递杆第一端、靠近第一端的主体部、壳体开口端、形成第三液腔；

力传递杆第一端设置有第一流体通道，连通第一液腔与第二液腔；力传递杆第一端设置有第二流体通道，连通第一液腔与第三液腔。

6.如权利要求5所述的车端缓冲吸能装置，其特征在于，所述第二流体通道包括：

阻尼通道：设置在力传递杆第一端；

第一子流体通道：设置在力传递杆第一端，通道内部设置有单向阀，所述单向阀在第一液腔压力大于第三液腔压力时被开启。

7.如权利要求6所述的车端缓冲吸能装置，其特征在于，所述阻尼通道的内径小于第一子流体通道的内径。

8.如权利要求6所述的车端缓冲吸能装置，其特征在于，所述第一流体通道内设置有增压阀。

9.如权利要求1所述的车端缓冲吸能装置，其特征在于，进一步包括密封结构，所述密封结构包括以下密封圈之一或任意组合：

沿壳体开口端设置的第一密封圈，所述第一密封圈与力传递杆外壁贴合；

沿力传递杆第一端外壁设置的第二密封圈，所述第二密封圈与壳体内壁贴合；

沿活塞外壁设置的第三密封圈，所述第三密封圈与活塞腔内壁贴合；

沿缸体开口端内壁设置的第四密封圈，所述第四密封圈与力传递杆外壁贴合。

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