CN214033521U - 一种防撞耗能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于交通防护领域，公开了一种防撞耗能装置，其特征在于，包括阻尼橡胶、传力板、传力架及U型钢板；传力板一端连接阻尼橡胶，另一端连接传力架一端，传力架另一端的两侧壁上均设置若干空气弹簧和若干双向作用筒式减振器；双向作用筒式减振器和空气弹簧均与U型钢板连接。该装置利用阻尼橡胶和空气弹簧优良的缓冲耗能性能，再加上双向作用筒式减振器，能够实现在碰撞过程中快速的将车辆的动能转化和耗散，有效减小司乘人员和车辆受到的冲击，最大限度保护车内人员的安全。

Description

一种防撞耗能装置

技术领域

本实用新型属于交通防护领域，涉及一种防撞耗能装置。

背景技术

随着经济社会的飞速发展，我国的汽车保有量不断增长。与此同时，各类道路路况不断改善，车辆的运行速度也在不断提高,由此带来的车辆安全事故也与日俱增。特别是高速公路，车辆速度大多都在100km/h左右，最高可达120km/h，车辆具有极大的动能，一旦发生交通事故结果往往非常严重，车毁人亡的事故不时发生。不可置否，各类事故中导致车辆损毁和人员伤亡的主要原因是碰撞。特别地，如匝道口和隧道口等特殊地段往往是事故的高发地。这些地区路况复杂，过往车辆在避让不及、操作失误或打滑等情况下容易失控，撞上附近的隔离防护设施或者与其他车辆相撞。在此意义上，这些路段的防撞设施作为减轻车辆碰撞危害的保护措施尤为重要。如果仅仅使用普通的安全防护设施显然不能满足实际的安全需求，因此需要提出一种具有显著吸能耗能起到缓冲效果的防撞装置用于这些特殊路段。

现有应用于高速公路匝道口的安全设施绝大部分是刚性护栏，它是一种以波纹状钢护栏板相互拼接，由立柱支撑的结构。刚性护栏在一定程度上能够防止车辆冲出路面，但是总的来说缓冲耗能效果有限。当下，针对一些道路危险路段也采取了防撞设施，常见的如防撞桶。防撞桶一般由强度较高的塑料制成，里面装满水或沙，但是它体积过大，缓冲性能也不够理想。同时防撞桶都是摆放在事故高发地带，一般不会进行固定，因此防撞桶可能被撞飞滚落到车道上，对后方车辆造成安全隐患。

目前已有不少研究人员设计出了具有耗能减振作用的防撞装置。基于金属弹簧元件的防撞装置是最为常见的一种，但这类装置明显的缺点就是当车辆高速碰撞后弹簧产生的巨大弹力会使车辆向反方向运动或者偏转，这可能对车辆和人员造成二次伤害。也有研究人员提出了在碰撞过程中通过使结构自身发生溃缩变形破坏来消耗冲击能量的防撞装置，但这类装置不能重复使用，一旦破坏需要重新更换新的关键溃缩部件才能继续服役。还有的是在碰撞过程中通过自锁装置将动能转化为弹性势能储存在结构里，但是该类装置碰撞发生后一般需要人工复位才能正常工作。另外，碰撞事故中，主要以斜向撞击为主。目前已经提出的防撞装置一般都只具有一个自由度，在应对斜向撞击时缓冲耗能的效果并不理想，增加过多的约束会对一些特定结构的强度和刚度有很高的要求。鉴于此，提供一种具有高效耗能减振且安装方便快捷经济性高的防撞装置对降低碰撞事故损失和确保人车安全具有重要的实用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中，现有防撞装置缓冲耗能效果差、会迅速反弹造成二次伤害、碰撞后需要人工复位和斜向撞击承受力差等缺点和不足，提供一种防撞耗能装置。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种防撞耗能装置，包括阻尼橡胶、传力板、传力架及U型钢板；传力板一端连接阻尼橡胶，另一端连接传力架一端，传力架另一端的两侧壁上均设置若干空气弹簧和若干双向作用筒式减振器；双向作用筒式减振器和空气弹簧均与U型钢板连接。

本实用新型进一步的改进在于：

所述阻尼橡胶远离传力板的一端设置圆弧面，且圆弧面上设置警示反光贴纸。

所述阻尼橡胶上设置若干蜂窝孔，所述传力架为铝合金框架结构。

还包括若干橡胶底座、若干第一铰支座及若干第二铰支座；所述空气弹簧通过橡胶底座与传力架连接；所述双向作用筒式减振器一端通过第一铰支座与传力架连接，另一端通过第二铰支座与U型钢板连接。

所述橡胶底座与空气弹簧的接触面为凹形圆弧曲面，且凹形圆弧曲面的曲率小于空气弹簧与橡胶底座接触面的曲率。

所述双向作用筒式减振器的活塞上开设三个流通阀及一个伸张阀，下腔中开设三个压缩阀和一个补偿阀。

所述空气弹簧上设置金属卡扣，空气弹簧通过金属卡扣与U型钢板卡扣连接。

还包括外壳，所述外壳套设在传力架及U型钢板外部，且与U型钢板固定连接。

所述外壳的外壁上设置金属环板，金属环板上设置用于连接与外界承力基座的环板螺孔。

所述阻尼橡胶与传力板螺栓连接，所述外壳与U型钢板螺栓连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型防撞耗能装置，采用阻尼橡胶和空气弹簧作为缓冲耗能元件，利用了高阻尼橡胶和空气弹簧的非线性弹性应力应变和滞回曲线关系，以及双向作用筒式减振器在压缩过程中的阻尼效应使得整个装置具有优良的缓冲耗能减振效果，能够在一定的变形量内实现最大限度的吸收消耗冲击能量，保护车辆主体结构和车内司乘人员的安全。同时，使用双向作用筒式减振器限制碰撞结束后空气弹簧的复位速度，这意味着先将冲击能量一大部分转化为弹性势能储存起来，碰撞结束之后再缓慢释放弹性势能。双向作用筒式减振器限制空气弹簧复位的速度，避免车辆在碰撞之后被反向弹力作用下快速向反方向运动或偏转，造成新的安全隐患，同时又能实现自动复位，在防撞装置不被严重破坏的情况下无需人工复位或维修便可自动恢复防撞性能。另外，在装置组装过程中，通过双向作用筒式减振器可以对空气弹簧施加一定的预压力，使整个装置更加稳固。

进一步的，高阻尼橡胶块上开设一定的蜂窝孔，能够有效提升高阻尼橡胶块的缓冲耗能性能。

进一步的，在高阻尼橡胶块圆弧形表面粘贴警示反光贴纸，能够对过往车辆起到警示作用。

进一步的，将橡胶底座与空气弹簧接触面设计为凹形圆弧曲面，且采用橡胶底座圆弧面曲率小于空气弹簧与之接触面的曲率。这样的设计在一定程度上能够保护空气弹簧，同时橡胶底座的形变和橡胶底座与空气弹簧的挤压与摩擦也能消耗一定的能量。

进一步的，双向作用筒式减振器活塞开设三个流通阀、一个伸张阀，下腔中开设三个压缩阀和一个补偿阀。首先，设置三个流通阀和压缩阀，使得双向作用筒式减振器更容易被压缩，能够将冲击力快速的传递给空气弹簧，避免撞击过程中剧烈的冲击对双向作用筒式减振器元件造成破坏。只采用一个伸张阀和补偿阀能够限制装置在碰撞后的复位速度，防止快速反弹迫使车辆反向运动或偏转造成新的安全隐患。另外，双向作用筒式减振器本身良好的缓冲耗能性能也可以提升装置整体的缓冲耗能效果。

进一步的，空气弹簧上设置金属卡扣，空气弹簧与U型钢板采用卡扣式连接，这样的连接方式不仅安装简单便捷，同时不失稳定和可靠性。

进一步的，外壳外壁上焊接金属环板增加局部强度，不仅方便该防撞装置与外界承力基座相连，而且避免外壳局部发生曲屈。

附图说明

图1为本实用新型的防撞耗能装置结构示意图；

图2为本实用新型的防撞耗能装置内部结构示意图；

图3为本实用新型的空气弹簧卡扣式连接方式示意图；

图4为本实用新型的双向作用筒式减振器第一剖面结构示意图；

图5为本实用新型的双向作用筒式减振器第二剖面结构示意图；

图6为本实用新型的双向作用筒式减振器伸张阀和流通阀示意图；

图7为本实用新型的双向作用筒式减振器压缩阀和补偿阀示意图；

图8为本实用新型的阻尼橡胶示意图；

图9为本实用新型的传力板和传力架的结构示意图。

其中：1-阻尼橡胶；11-橡胶蜂窝孔；12-警示反光贴纸；13-橡胶安装孔；2-传力架；21-传力板；22-橡胶底座；3-双向作用筒式减振器；31-活塞杆；32-伸张阀；33-流通阀；34-压缩阀；35-补偿阀；4-空气弹簧；41-金属卡扣；42-空气弹簧盖板；43-空气弹簧气门嘴；44-空气弹簧气囊；5-U型钢板；51-螺孔；52-铰支座；6-外壳；61-螺栓；62-环板螺孔；63-金属环板。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

参见图1至9，本实用新型提供一种防撞耗能装置，包括阻尼橡胶1、传力板21、传力架2及U型钢板5；传力板21一端连接阻尼橡胶1，另一端连接传力架2一端，传力架2另一端的两侧壁上均设置若干空气弹簧4和若干双向作用筒式减振器3；双向作用筒式减振器3和空气弹簧4均与U型钢板5连接。

其中，主要由阻尼橡胶1、双向作用筒式减振器3、空气弹簧4和承力构件组成，承力构件又分为中间传力构件和后方支撑结构，传力板21和传力架2组成中间传力构件由，U型钢板5组成后方支撑构件。

优选的，阻尼橡胶1外侧采用圆弧式设计，能够保证它以足够大的受力面积承受不同方向的碰撞，避免阻尼橡胶1局部应力过大发生破坏。同时，阻尼橡胶1在一定程度上能够将冲击力较均匀地传递给后方支撑构件，能对后方重要元件起到一定的保护作用。另外，阻尼橡胶1圆弧表面上粘贴警示反光贴纸12，能对过往车辆起到一定的警示作用。此外，阻尼橡胶1上开设一定的蜂窝孔11，提升高阻尼多孔橡胶块的缓冲消能性能。

优选的，阻尼橡胶1与中间传力构件的传力板21采用螺栓进行连接。传力架2采用铝合金材质，铝合金材质刚架具有密度小质量轻，不易被锈蚀且强度和刚度大等特性。传力架2左右两侧面上通过螺栓固定两块橡胶底座22用于将冲击力传递给空气弹簧4。中间传力构件2与空气弹簧4只通过双向作用筒式减振器3施加的预压力进行普通接触式连接，使得该装置组装方便且不失可靠性。将橡胶底座22与空气弹簧4的接触面设计为凹形圆弧曲面，且使得橡胶底座22圆弧面曲率小于空气弹簧4与之接触面的曲率。这样的设计在一定程度上能够保护空气弹簧4，同时橡胶底座22的形变和橡胶底座22与空气弹簧4的挤压与摩擦也能消耗一定的能量。

优选的，空气弹簧4包括空气弹簧盖板42以及空气弹簧气囊44，空气弹簧气囊44上设置空气弹簧气门嘴43，空气弹簧盖板42上焊接金属卡扣41，空气弹簧盖板42通过金属卡扣41与U型钢板5内壁采用卡扣式连接，便于安装和拆卸。同时通过双向作用筒式减振器3对中间传力构件和U型钢板5进行连接，双向作用筒式减振器3的流通阀33和补偿阀35处的复位弹簧刚度需要特殊考虑，保证双向作用筒式减振器3在装配过程中能够对空气弹簧4施加一定的预压力，通过双向作用筒式减振器3对空气弹簧4施加一定的预压力使装置更稳固。

优选的，双向作用筒式减振器3的两端与中间传力构件和后方的U型钢板5进行铰链接，双向作用筒式减振器3一端通过第一铰支座与传力架2连接，另一端通过第二铰支座52与U型钢板5连接。在双向作用筒式减振器3内活塞上开设三个流通阀33和一个伸张阀32，下腔中开设三个压缩阀34和一个补偿阀35；开设三个流通阀33和压缩阀34，使得双向作用筒式减振器3容易被压缩，能够在防撞装置被剧烈撞击时快速的将冲击力传递给空气弹簧4，同时保证双向作用筒式减振器3不被损坏，只开设一个伸张阀32和一个补偿阀35，能够保证在碰撞结束之后对空气弹簧4的复位速度起到限制作用，能够将撞击能量转化为弹性势能存储起来，碰撞结束之后再缓慢释放，避免快速反弹造成车辆反向运动或者偏转引发二次交通事故。同时，由于压缩过程中双向作用筒式减振器3的阻尼作用也将消耗一部分撞击能量，一定程度上能够提升防撞装置整体的缓冲耗能性能。具体的，本实施例中，传力架2每侧设置两个双向作用筒式减振器3和一个空气弹簧4，空气弹簧4位于两个双向作用筒式减振器3之间，对空气弹簧4和双向作用筒式减振器3独特的设计布局使得该装置承受撞击部位能有更多的自由度，实际运用过程中可以有效应对斜向碰撞。

优选的，后方支撑结构还包括外壳6。在U型钢板5内壁上开设卡扣槽用于安装空气弹簧4，在卡扣槽旁边对应位置上开设一小孔用于保护空气弹簧气门嘴43，同时方便给空气弹簧4充气，并焊接第二铰支座52用于安装双向作用筒式减振器3。外壳6将双向作用筒式减振器3和空气弹簧4封装起来，能够对空气弹簧4和双向作用筒式减振器3起到保护作用，提高防撞装置的使用寿命。同时，在U型钢板5上下两面上开设螺孔51，在外壳6上下面上开设与U型钢板的螺孔51位置相对应的安装孔，用螺栓61固接U型钢板5和外壳6。在外壳6外壁上焊接金属环板63，整个装置通过环板螺孔62用于与外界承力基座连接，方便该装置的安装和使用。

本实用新型防撞耗能装置的装配过程：

1、阻尼橡胶1和传力板21通过对应位置开设的橡胶安装孔13和传力板螺孔，通过连接螺栓进行连接。阻尼橡胶1和传力板21接触面涂有高强环氧树脂胶水。

2、传力板21和传力架2为一体化设计结构，用螺栓把橡胶底座22固定在传力架2上预先开设的螺孔位置。橡胶底座22上预设有直径不同的螺孔，与空气弹簧气囊接触凹面一侧孔径与螺杆帽直径匹配，与传力架2接触平面一侧孔径与螺杆直径匹配。橡胶底座22安装完后，需要把与空气弹簧接触凹面一侧的安装孔用同材质橡胶塞子封堵。

3、将空气弹簧4与U型钢板5通过卡扣进行连接，然后通过双向作用筒式减振器3将U型钢板5和传力架2进行连接。组装完，通过给空气弹簧充气到一定压力值，使得橡胶底座22与空气弹簧4紧密压缩接触。

4、将组装完毕的U型钢板5插入外壳6中，调整外壳6的安装孔和螺孔51对齐，用螺栓将整个装置固定为一个整体。至此，整个装置组装完成，可通过外壳6外侧的金属环板63与外界承力基座固定在一起服役。

本实用新型防撞耗能装置的实施过程：

在装置受到车辆撞击时，装置前端的阻尼橡胶1首先接受车辆的撞击力作用，系统总的动能为E_k，

其中，m为车辆质量，v为车辆速度。阻尼橡胶1在撞击力的作用下发生变形，这个过程中将一部分动能转化为阻尼橡胶1的势能，还有部分能量以内能的形式耗散。

阻尼橡胶1变形后带动连接在它上面的中间传力构件，将车辆的撞击力和剩余的动能传递给空气弹簧4和双向作用筒式减振器3。中间传力构件运用刚架结构，采用铝合金材质，强度和刚度都很高，因此一般不考虑这部分的变形和耗能。在撞击力非常大的极端情况下，传力架2才会发生溃缩变形，能够消耗较多的冲击能量。空气弹簧4是消耗动能的关键构件，所以绝大部分的撞击力可以由空气弹簧4承受，将撞击产生的能量转化为内能和弹性势能。通过双向作用筒式减振器3限制复位速度，将传递过来的动能一部分以势能的形式储存在空气弹簧4里，还有一部分转化为与内能消耗。同时，双向作用筒式减振器3在压缩过程中的阻尼效应，也能消耗一部分的撞击能量。后方的支撑结构主要采用强度和刚度很高的材料，它在很大的外力作用下也不易发生形变，所以不考虑这部分的耗能效果。最后，由于双向作用筒式减振器3只采用一个伸张阀和补偿阀，复位过程表现出很强的阻尼效应，所以空气弹簧4在复位时会受到双向作用筒式减振器3的限制，只能缓慢地释放储存的能量，这就避免了对车辆产生反向弹力使得车辆向反方向运动或者偏转，进一步加剧交通事故以及造成新的安全隐患。至此，整个装置完成了它从接受撞击变形到复位的整个过程，仍可以以完备的状态应对下一次撞击。

根据机械系统的能量守恒定律，碰撞发生瞬时车辆总的动能E_k＝E′_k+E_P1+E_P2+E_内，其中E′_k为碰撞发生过程中某一瞬时车辆的动能，E_P1表示高阻尼多孔橡胶变形的势能，E_P2表示空气弹簧变形的势能，E_内表示整个过程中摩擦和阻尼产生的内能。由此我们可以看出，为了使车辆和司乘人员受到冲击力作用有效减小，就要想办法减小E_k′的值，为此就要使得E_P1、E_P2与E_内的和越大。本实用新型防撞耗能装置中，阻尼橡胶1和空气弹簧4优越的耗能性能和双向作用筒式减振器3的阻尼效应能够实现这一要求，因此该防撞耗能装置能够达到预期的耗能减振效果。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防撞耗能装置，其特征在于，包括阻尼橡胶(1)、传力板(21)、传力架(2)及U型钢板(5)；

传力板(21)一端连接阻尼橡胶(1)，另一端连接传力架(2)一端，传力架(2)另一端的两侧壁上均设置若干空气弹簧(4)和若干双向作用筒式减振器(3)；双向作用筒式减振器(3)和空气弹簧(4)均与U型钢板(5)连接。

2.根据权利要求1所述的防撞耗能装置，其特征在于，所述阻尼橡胶(1)远离传力板(21)的一端设置圆弧面，且圆弧面上设置警示反光贴纸(12)。

3.根据权利要求1所述的防撞耗能装置，其特征在于，所述阻尼橡胶(1)上设置若干蜂窝孔(11)，所述传力架(2)为铝合金框架结构。

4.根据权利要求1所述的防撞耗能装置，其特征在于，还包括若干橡胶底座(22)、若干第一铰支座及若干第二铰支座(52)；

所述空气弹簧(4)通过橡胶底座(22)与传力架(2)连接；所述双向作用筒式减振器(3)一端通过第一铰支座与传力架(2)连接，另一端通过第二铰支座(52)与U型钢板(5)连接。

5.根据权利要求4所述的防撞耗能装置，其特征在于，所述橡胶底座(22)与空气弹簧(4)的接触面为凹形圆弧曲面，且凹形圆弧曲面的曲率小于空气弹簧(4)与橡胶底座(22)接触面的曲率。

6.根据权利要求1所述的防撞耗能装置，其特征在于，所述双向作用筒式减振器(3)的活塞上开设三个流通阀(33)及一个伸张阀(32)，下腔中开设三个压缩阀(34)和一个补偿阀(35)。

7.根据权利要求1所述的防撞耗能装置，其特征在于，所述空气弹簧(4)上设置金属卡扣(41)，空气弹簧(4)通过金属卡扣(41)与U型钢板(5)卡扣连接。

8.根据权利要求1所述的防撞耗能装置，其特征在于，还包括外壳(6)，所述外壳(6)套设在传力架(2)及U型钢板(5)外部，且与U型钢板(5)固定连接。

9.根据权利要求8所述的防撞耗能装置，其特征在于，所述外壳(6)的外壁上设置金属环板(63)，金属环板(63)上设置用于连接与外界承力基座的环板螺孔(62)。

10.根据权利要求9所述的防撞耗能装置，其特征在于，所述阻尼橡胶(1)与传力板(21)螺栓连接，所述外壳(6)与U型钢板(5)螺栓连接。

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