ES2357034T3 - Sistema de absorción de energía de explosión montado en remolque. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de atenuación de choques portátil que comprende: un bastidor de remolque (102); un mecanismo de absorción de energía que tiene una sección de absorción de energía de primera fase (167); y un conjunto de cabezal de impacto (104) fijado a dicha sección de absorción de energía de primera fase (167); caracterizado por que dicha sección de absorción de energía de primera fase (167) se conecta de forma giratoria en un primer miembro de bisagra (162) a una sección de absorción de energía de segunda fase (169) conectada de forma giratoria a un segundo miembro de bisagra (163) a dicho bastidor de remolque (102) , y dicho mecanismo puede moverse alrededor de dichos primer y segundos miembros de bisagra de un primer modo de transporte a un segundo modo desplegado.
Description
Sistema de absorción de energía de explosión
montado en remolque.
La presente invención se refiere a un sistema de
atenuación de accidentes de tráfico. Más particularmente, la
presente invención se refiere a un sistema, un método y un aparato
para absorber la energía cinética de un vehículo que impacta de una
manera controlada y segura con dispositivos de seguridad de la
carretera, tales como: guardarraíles y tratamientos de extremos de
barrera de mediana, amortiguadores de choques y atenuadores montados
en camiones.
Además, el sistema puede utilizar un atenuador
montado en un camión como un amortiguador de choques portátil con
bisagras para permitir el repliegue del sistema durante el
transporte. Pueden activarse simultáneamente dos tubos de rotura. El
sistema provisto para la ruptura controlada de un miembro tubular
por un mandril por medio del cual se absorbe la fuerza de un
vehículo que impacta. El sistema de la presente invención puede
utilizar un mandril rectangular y un miembro tubular rectangular
correspondiente.
El documento WO0187671 (Carlsson) describe un
dispositivo de atenuación de impactos para su conexión a un
vehículo. El dispositivo comprende una parte de atenuación, una
parte de conexión y ruedas. El dispositivo puede conectarse a un
vehículo a través de la parte de conexión y en el modo de
funcionamiento o en el modo de transporte. En el modo de transporte,
el dispositivo funciona como un remolque.
La Patente de Estados Unidos Nº 4.200.310
ilustra un sistema de absorción de energía que utiliza una
pluralidad de elementos de absorción de energía cilíndricos situados
en una relación de tipo serie en un bastidor montado en un camión.
El sistema está provisto de un bastidor de alineación o guiado. Sin
embargo, no hay nada que enseñe algo que controle selectivamente la
ruptura de los miembros cilíndricos a través de un amortiguador de
choques portátil montado en bisagras en un trailer. El mecanismo de
disipación de la energía es significativamente diferente al de la
presente invención.
La Patente de Estados Unidos Nº 3.143.321 enseña
el uso de un tubo frangible para la disipación de la energía Al
igual que en la presente invención, el aparato descrito en la
Patente de Estados Unidos Nº 3.143.321 usa un mandril que puede
recibirse dentro de un miembro tubular. Sin embargo, no hay una
enseñanza de un medio para controlar selectivamente la ruptura a lo
largo de la longitud del miembro tubular.
Adicionalmente, la Patente de Estados Unidos Nº
3.916.720 describe una columna de dirección de absorción de energía
que depende de las fuerzas de fricción para disipar la energía de
impacto. La Patente de Estados Unidos Nº 5.732.801 enseña el uso de
una estructura de soporte amortiguador de absorción de energía que
tiene cilindros de aplastamiento. De nuevo, ninguna referencia
enseña la ruptura de amortiguadores tubulares dentro de una
estructura portátil montada con bisagras.
La Fig. 1A es una vista isométrica de un mandril
y un miembro tubular para su uso en la presente invención antes de
que se apliquen fuerzas de impacto.
La Fig. 1B ilustra la ruptura del miembro
tubular por el mandril tras el impacto.
La Fig. 2A es una vista en alzado lateral que de
una realización de un componente de absorción de energía para su uso
en la presente invención que tiene un mandril con una extensión
tubular delantera y un miembro tubular con un segundo mandril.
La Fig. 2B es una vista del extremo de la
ilustración de la Fig. 2A.
La Fig. 2C es una vista en alzado lateral de una
realización de un componente de absorción de energía para su uso en
la presente invención con el primer y segundo mandriles que tienen
de concentradores de esfuerzos.
La Fig. 2D es una vista del extremo de
ilustración de la Fig. 2C.
La Fig. 4A muestra una vista en planta superior
de un miembro de alineamiento unido al bastidor montado en el
remolque o en el camión.
La Fig. 4B es una vista en alzado lateral de la
ilustración de la Fig. 4A.
La Fig. 5A ilustra un mandril rectangular de un
componente de absorción de energía para su uso en la presente
invención.
La Fig. 5B muestra a un miembro tubular
rectangular de un componente de absorción de energía para su uso en
la presente invención.
La Fig. 6A es una vista en alzado lateral de un
sistema de remolque de la presente invención en modo desplegado.
La Fig. 6B ilustra el sistema de remolque de la
Fig. 6A en el modo de transporte en una vista en alzado lateral.
La Fig. 6C muestra una vista en planta superior
del sistema desplegado de la Fig. 6A. Con fines de claridad, no se
muestran ni un panel de señalización ni paneles solares.
La Fig. 7A es una vista en alzado lateral
detallada de un atenuador montado en un remolque de la presente
invención en el modo desplegado.
La Fig. 7B es una vista parcial en planta,
superior, detallada del atenuador montado en el remolque desplegado
de la Fig. 7A.
La Fig. 7C ilustra una vista parcial en alzado
lateral detallada del sistema de remolque de la Fig. 6B en el modo
de transporte.
La Fig. 8 es una vista en alzado lateral de una
bisagra aguas arriba que se usa con el atenuador de la Fig. 7A.
La Fig. 9 es una vista en alzado lateral de una
bisagra aguas abajo que se usa con el atenuador de la Fig. 7A.
La Fig. 10 es una vista en sección transversal
del tubo de mandril de la presente invención.
Un mecanismo de fractura o ruptura controlada
que puede usarse con el atenuador del sistema de la presente
invención se basa en el concepto de que, cuando un émbolo
sobredimensionado con una superficie ahusada (mandril 12) se fuerza
dentro de un entubado de pared delgada 14 generalmente de la misma
forma, se ejerce presión sobre el borde del entubado desde dentro,
como se ilustra en las Figs. 1A y 1B. La presión expande
inicialmente el tamaño del entubado de pared delgada, en primer
lugar elásticamente, hasta que se alcanza el límite de deformación
del metal y después plásticamente. Finalmente, el entubado se
fractura o se rompe 16 en el borde cuando se excede la capacidad
final de tracción del material. Este proceso de expansión y fractura
del entubado de pared delgada 14 se repite y la energía se disipa
cuando el mandril 12 avanza hacia delante. Este proceso puede
aplicarse a tubos fabricados a partir de una diversidad de
materiales, incluyendo, pero sin limitación, acero, aluminio,
plástico reforzado con fibra (FRP), polímeros, tales como
polietileno de alta densidad, y hormigón u otras cerámicas.
Aunque este concepto puede utilizarse tanto con
materiales quebradizos como con materiales dúctiles, los materiales
quebradizos, tales como aluminio frágil, cerámica u hormigón, se
fragmentan durante el proceso y producen metralla que podría suponer
un peligro para el tráfico o los peatones cercanos. Pueden usarse
materiales dúctiles o materiales quebradizos que estén revestidos
apropiadamente a fin de no producir fragmentos similares a metralla.
Los materiales dúctiles, tales como acero, polímeros o materiales
FRP con refuerzo longitudinal, se rasgan en una pluralidad de tiras
longitudinales que permanecen unidas a las porciones no deformadas
del amortiguador de energía tubular.
La cantidad y velocidad de la disipación de la
energía pueden controlarse mediante la modificación de la forma, el
tamaño, el espesor y la resistencia del entubado de pared delgada 14
y el número de tubos. La ubicación y el nivel de fuerza requeridos
de la ruptura pueden controlarse incorporando concentradores de
esfuerzos en el entubado mediante el uso de orificios 17, ranuras
18, muescas, cortes, estrías y reforzadores, tales como cartelas 19,
mostrados en la Fig. 4A, o en el mandril 12, mediante el uso de
bordes elevados 30, como se muestra en la Fig. 2C, o variando la
forma geométrica del mandril. Los concentradores de esfuerzos
adicionales pueden incluir el uso de una orientación preferencial
del material, tal como una alineación de las fibras en plásticos
reforzados con fibras o un laminado en frío de metales para producir
límites de grano alargados.
La Fig. 2A muestra un sistema de división de dos
etapas que implica dividir un primer tubo 14 y a continuación otro
22. El primer tubo 14 esta unido a un dispositivo de seguridad de
carretera (no mostrado). Inicialmente, tras el impacto de un
vehículo con un cabezal de impacto (no mostrado en la Fig. 2A), la
extensión de tubo hueco 22 en el mandril 12 a la derecha se empuja
hacia dentro del tubo exterior 14. El mandril 12 encaja en el tubo
exterior 14, haciendo que éste se divida o se rompa como se ilustra
en la Fig. 1. Después de un desplazamiento adicional, la extensión
de tubo hueco 22 entra en contacto con un segundo mandril de forma
cónica 24 en el extremo alejado 26 del tubo exterior 14 y esta
extensión se divide por sí sola. Cada ruptura permite la absorción
controlada de energía de impacto. El mandril 24 se soporta en el
tubo exterior 14 por unas cartelas 25.
La Fig. 2C ilustra un sistema de dos etapas con
placas de cartela o bordes elevados 30 y 32 que se extienden hacia
fuera desde los mandriles 12 y 24, respectivamente. Estas placas de
cartela 30 y 32 ilustran un ejemplo de un concentrador de esfuerzos
situado en el tubo exterior. Los tubos pueden estar provistos de
ranuras o miembros de refuerzo para controlar el proceso de
ruptura.
Además, el mecanismo de fractura controlada
puede utilizarse junto con otros medios de disipación de la energía.
También pueden situarse unos materiales de absorción de energía 40A
y 40B (Fig. 2C) (por ejemplo, panal de aluminio o tubo compuesto,
etc.) dentro de los tubos para aumentar la capacidad de disipación
de la energía como se muestra en la Fig. 2C.
Para impactos frontales, el vehículo entrará en
contacto con la placa de impacto 132 (Figs. 6A, 6B y 7), es decir,
el extremo del cabezal de impacto 104, y la empujará hacia delante.
A su vez, empujará el mandril 12 (Figs. 1A, 1B, 2A, 2C y 4A) o 12A
(Figs. 5A y 5B) o 132 (Fig. 7) hacia delante en el entubado de pared
delgada y comenzará el proceso de expansión y fractura/explosión del
tubo. Este proceso continuará hasta que: (a) se lleve el vehículo
impactado a una parada segura y controlada; (b) se fracture la
longitud total del tubo; o (c) el vehículo impactado vire y se
desacople del cabezal de impacto.
Para impactos que son frontales en un gran
ángulo, el vehículo impactado iniciará el proceso de
fractura/explosión controlado hasta que el entubado de pared delgada
se incline hacia fuera de la vía o el mandril se desacople del
entubado de pared delgada y, a continuación, se colocará detrás del
dispositivo. De forma análoga, los impactos en el lateral del
entubado de pared delgada 14 cerca del extremo del dispositivo
provocan que el entubado de pared delgada se doble hacia fuera de la
vía, permitiendo que el vehículo se coloque detrás del dispositivo.
Por lo tanto, cuando se golpea en la esquina, ya sea en el extremo o
en el costado del amortiguador, el mecanismo de absorción de energía
comienza a aplastarse longitudinalmente, proporcionando resistencia
lateral cuando éste comienza a doblarse hacia fuera de la vía.
Para impactos en el lateral del entubado de
pared delgada aguas abajo del comienzo de la longitud de necesidad,
el entubado de pared delgada actuará como una barrera y contendrá y
redireccionará el vehículo impactado. Será necesario un mecanismo de
anclaje para resistir las fuerzas de tracción que actúan sobre el
entubado para contener y redireccionar el vehículo. Obsérvese que
este requisito de contención y redireccionamiento es aplicable
únicamente para dispositivos que tengan capacidad de
redireccionamiento, tales como un terminal o un amortiguador de
choques redireccionable.
Un dispositivo de seguridad de carretera que
utiliza el mecanismo de fractura controlada consiste en algunos
componentes principales, como se ilustra en la Fig. 4A. Se utiliza
el entubado de pared delgada 14. El entubado puede tener una sección
transversal circular, cuadrada o rectangular. El borde del extremo
delantero del entubado (es decir, el extremo al que se sujeta el
mandril) puede tener muescas o ranuras para controlar la ubicación o
ubicaciones de la fractura para el entubado. El entubado también
puede tener ranuras longitudinales cortadas a lo largo de porciones
de su longitud para controlar la velocidad de disipación de la
energía.
Se proporciona un cabezal/placa de impacto 50.
En la Fig. 4B se muestran detalles del cabezal/placa de impacto. El
cabezal de impacto 50 consiste en una placa de impacto 51; un medio
para proporcionar un bloqueo mecánico 52 entre el cabezal de impacto
y la parte delantera del vehículo impactado, tales como bordes
elevados alrededor de la placa de impacto 50; y un mandril 12
soldado a la parte trasera de la placa de impacto 50.
El mandril 12 es mucho más fuerte (teniendo una
resistencia a la tracción mayor, un espesor mayor o una dureza
mayor) que el tubo de división 14 para impedir que se deforme el
mandril. El mandril 12 no necesita tener la misma forma en sección
transversal que el entubado de pared delgada, sin embargo, debe
haber solamente pequeñas holguras entre el mandril y el entubado
para impedir una desalineación. Por ejemplo, pueden usarse formas de
canal o de brida ancha con elementos de carril de bastidor
rectangulares siempre que la altura y la profundidad de las
secciones abiertas estén próximas a las mismas que en la abertura
despejada del tubo.
El cabezal 13 del mandril 12 está estrechado de
modo que únicamente la porción delantera del cabezal de mandril 13
encajará inicialmente en el entubado de pared delgada. El mandril 12
puede presentar unos concentradores de esfuerzos, por ejemplo una
forma geométrica particular o bordes elevados, para controlar el
lugar en el que se fracturará el entubado de pared delgada. Para
tubos cuadrados o rectangulares, el mandril puede tener una forma
cuadrada o rectangular correspondiente que se ensancha hacia fuera.
Este tipo de combinación tubo/mandril, como se analiza a
continuación con respecto a las Figs. 5A y 5B, asegura que el tubo
se divida en las esquinas en las que el endurecimiento por tensiones
durante la fabricación ha hecho menos dúctil al metal.
Como se ha mencionado anteriormente, el
mecanismo de fractura controlada puede usarse junto con otras formas
de disipación de la energía. Un diseño de este tipo (Fig. 2C) puede
incluir la ubicación de alguna forma de material de absorción de
energía 40A y 40B, tal como panel de aluminio o tubo compuesto
dentro del entubado de pared delgada. Cuando el mandril prosigue
hacia delante, el mandril fracturará el entubado de pared delgada y
también aplastará o comprimirá el material de absorción de energía
dentro del entubado para realizar una absorción de energía
adicional.
Por ejemplo, un atenuador de tubo compuesto
montado en un remolque o un camión puede usar una viga compuesta
aplastable como su mecanismo de disipación de energía principal. Se
muestra una realización típica de este dispositivo en la Fig. 4A.
Una realización, mostrada en la Figura 4A, usa unos elementos de
carril de bastidor telescópicos 70 y 72 para mantener una
estabilidad y alineación laterales para el atenuador y utiliza el
concepto de fractura controlada con tubos compuestos para
proporcionar la disipación de la energía. El bastidor 60 está
montado en el remolque o en el camión para soportar el cabezal 50 y
el mecanismo de absorción de energía 75. Se contempla que puedan
usarse cables o tiras de acero delgadas (no mostradas) para anclar
el bastidor 60. Los cables pueden sujetarse a la parte trasera del
bastidor en un lado y a la parte delantera del bastidor en el otro
lado para impedir una "distorsión" del sistema de bastidor.
Otra realización utiliza elementos de carril de
bastidor de fractura controlada además de los amortiguadores de
energía de tubo compuesto. Un sistema dado puede tener
amortiguadores de energía de tubo compuesto adicionales situados
dentro de los tubos telescópicos o fuera de ellos.
Como se ha indicado previamente, el amortiguador
de energía de explosión del tubo trabaja sobre el principio de que
la energía asociada con la propagación de grietas a lo largo de la
longitud de un tubo puede controlarse cuidadosamente y utilizarse
para disipar la energía de un vehículo impactado. Este sistema
incorpora un mandril estrechado que se fuerza en el interior de un
tubo de absorción de energía de dimensiones ligeramente más
pequeñas. Cuando el mandril estrechado se fuerza en el interior del
tubo, se desarrollan tensiones periféricas en el tubo de absorción
de energía y después estas tensiones se usan para propagar grietas a
lo largo de la longitud del tubo. Las grietas se propagan en la
parte delantera del mandril de tal forma que no exista contacto
directo entre el mandril y las superficies de grietas, limitando de
este modo la fricción. El funcionamiento del sistema es algo
diferente cuando se incorpora en tubos de absorción de energía
redondos y cuadrados.
Aunque una pluralidad de sistemas de absorción
de energía utilizaron tubos redondos de aplastamiento, ninguna de
las invenciones anteriores ha incorporado tubos cuadrados. Las
esquinas de los tubos cuadrados hacen que estos amortiguadores de
energía se realicen de forma mucho más diferente que los tubos
redondos. Debido a que los tubos cuadrados tienen esquinas
redondeadas, un mandril cuadrado estrechado forzado en el interior
de un tubo cuadrado tenderá a entrar en contacto con el tubo
únicamente en la proximidad de las esquinas. Aunque un sistema de
este tipo producirá finalmente rupturas en las esquinas del tubo,
las esquinas puntiagudas del mandril entrarán en contacto con las
superficies de grietas y se generarán fuerzas de alta fricción.
Un amortiguador de energía de explosión del tubo
puede evitar esta situación usando un mandril estrechado con biseles
en cada esquina. Como se muestra en la Fig. 5A, el mandril 12A
preferido para los tubos cuadrados 14A (Fig. 5B) incluye soldar
cuatro placas de acero (13a, 13b, 13c y 13d) juntas para formar una
pirámide. Los bordes interiores de las placas se colocan juntos y el
valle 16 se suelda con filete para formar una superficie biselada,
relativamente plana 17 en cada esquina (únicamente se muestra una
esquina en la Fig. 5A con la superficie plana biselada 17) . Como se
muestra en la Fig. 5B, esta configuración permite que el mandril 12A
entre en contacto con el tubo cuadrado 14A en cualquier parte de las
esquinas redondeadas 18A. Cuando el tubo se empuja hacia dentro del
mandril, las esquinas redondeadas se pondrán en tensión y en orden.
Cuando esto pasa, las concentraciones de esfuerzo donde las paredes
del tubo se inclinan alrededor de los bordes biselados del mandril
iniciarán las grietas. Después, estas grietas se propagarán en la
parte delantera del mandril 12A para producir un sistema de
absorción de energía controlada. El mandril no entrará en contacto
con las superficies de grieta y por lo tanto la fricción entre el
mandril y el tubo de absorción de energía se minimiza.
Debido a que hay dos iniciadores de grieta en
cada esquina, pueden empezar dos grietas y propagarse
simultáneamente. Normalmente, únicamente una de estas dos grietas
será la dominante y la otra grieta detendrá la propagación. Sin
embargo, cuando esto sucede, un lado del tubo tiene realmente una
forma de canal muy poco profunda, lo que tiende a disipar más
energía cuando las paredes agrietadas se inclinan de nuevo. Las
grietas hechas por corte de sierra situadas en el centro de cada
esquina pueden forzar a la grieta a deformar de nuevo el centro de
la esquina del tubo. Por lo tanto, las grietas hechas iniciales
pueden disminuir la disipación de energía asociada con los tubos
cuadrados en cierta medida.
La velocidad de disipación de la energía para
este sistema puede controlarse por una pluralidad de factores,
incluyendo el espesor del tubo de absorción de energía, el ángulo de
bisel en el mandril, la lubricación aplicada al interior del tubo de
absorción de energía y el material usado en el amortiguador de
energía. La energía se disipa por el amortiguador de energía de
explosión del tubo a través de tres mecanismos principales:
propagación de grietas, deformación de las secciones agrietadas del
tubo y fricción. La energía de propagación de grietas en un tubo
cuadrado o rectangular se controla esencialmente por el tipo y
espesor del material usado en el tubo de absorción de energía. Los
metales más dúctiles y más resistentes tienen velocidades de
liberación de energía de deformación mayores y por lo tanto disipan
más energía. De forma análoga, los tubos más gruesos también
absorben más energía en el proceso de propagación de grietas.
La energía disipada según las secciones
agrietadas de un tubo rectangular que se deforman de nuevo se
controla por un ángulo estrecho del mandril y el espesor del
material. Los ángulos estrechos del mandril mayores disminuyen el
radio de las secciones deformadas del tubo agrietado y aumentan de
este modo la energía disipada en el proceso de inclinación. Sin
embargo, los ángulos estrechos inferiores hacen aumentar ligeramente
la fricción, contrarrestando de este modo el descenso de energía de
inclinación en cierta medida. El espesor del tubo también afecta a
la energía requerida para deformar las secciones agrietadas del
tubo.
La fricción es la otra fuente principal de
disipación de energía. Los lubricantes dispuestos dentro del tubo de
absorción de energía pueden reducir en gran medida la energía de
fricción. Aunque los lubricantes convencionales, tales como grasa o
aceite, y otras composiciones de hidrocarburo, pueden servir para
este fin, los demás lubricantes pueden incluir cinc usado en el
proceso de galvanización, pinturas, superficies de composición
cerámica y incluso partículas de polvo.
Los tubos redondos hechos de materiales
dúctiles, tales como acero con bajo contenido en carbono, se
deformarán en gran medida cuando se introduce un mandril estrechado
en su interior. Si el amortiguador de energía no incluye mecanismos
de debilitamiento como se describe por Smith (1975), el tubo se
expandirá lo suficiente para absorber completamente el mandril. En
este caso, las fuerzas requeridas para empujar el mandril dentro del
amortiguador de energía aumentan rápidamente y el sistema es
ineficaz. Smith muestra que, usando un patrón de ranuras en el tubo
de absorción de energía, puede hacer que se deforme por el exterior
lejos del mandril y plegarse sobre sí mismo. En esta situación, las
fuerzas de absorción de energía se controlan, pero el coste de
producción el gran número de ranuras, orificios u otros mecanismos
de debilitamiento es elevado. Como se ha descrito anteriormente, un
amortiguador de energía de explosión del tubo puede incluir grietas
de propagación a lo largo de la longitud del tubo. Para los tubos
redondos, estas grietas pueden hacerse en el extremo o a lo largo
del lateral del tubo. Las grietas se hacen colocando pequeños cortes
de sierra en puntos estratégicos alrededor del tubo o estriando la
superficie del tubo a lo largo de su longitud. La Fig. 5A muestra un
corte de sierra 20A en el centro de una de las esquinas redondeadas.
En condiciones óptimas, los cortes de sierra deben ser dos veces más
grandes que el espesor de la pared del tubo de absorción de energía.
La Fig. 5A muestra una estría 22A en el centro de una de las
esquinas redondeadas. Únicamente son necesarias estrías del
10-20% del espesor del tubo de absorción de energía
para propagar la grieta. El estriado se refiere a una muesca, un
corte, marca o arañazo poco profundos bajo el lateral de los tubos.
Típicamente, parecen pequeños surcos bajo los laterales de las
cuatro esquinas en la configuración del tubo rectangular. Sin
embargo, las estrías pueden hacerse en cualquier lugar a lo largo
del tubo para mejorar o promover la propagación de grietas y/o
reducir los niveles de fuerza de explosión. Las estrías pueden
hacerse en el exterior o en el interior de los tubos. Cuando se
fuerza el interior del tubo de absorción de energía, el mandril crea
tensiones circunferenciales que provocarán que las grietas se
desarrollen en modo abierto.
Existen dos ventajas esenciales de este sistema.
La primera ventaja es que los pequeños cortes de sierra y/o estrías
superficiales poco profundas son muy económicas de producir. La
segunda ventaja de este enfoque es que las grietas se propagan en la
parte delantera del mandril de manera que se evita el contacto
directo entre el mandril y la punta de la grieta. Manteniendo el
mandril alejado de la punta de la grieta, la fricción se reducen en
gran medida y la velocidad de disipación de energía se controla.
Al igual que en el caso del tubo cuadrado, la
velocidad de disipación de energía del amortiguador puede verse
influenciada por el espesor del tubo de absorción de energía, en
ángulo de biselado del mandril, la lubricación aplicada al interior
del tubo de absorción de energía y el material usado en el
amortiguador de energía. La diferencia principal en la disipación de
energía entre los tubos redondos y cuadrados es que los tubos
redondos pueden tener una pluralidad de configuraciones de grietas.
La energía de propagación de grietas está directamente relacionada
con el número de grietas inducidas en el tubo. La energía disipada
cuando las secciones agrietadas del tubo se deforman de nuevo, se
controla por el ángulo estrecho del mandril y el número de grietas
inducidas en el tubo. Cuantas más grietas se inducen en los tubos,
más se reduce el momento de la inercia de cada sección agrietada.
Reduciendo el módulo de sección, la energía requerida para plegar
cada sección se reduce de nuevo. La disipación de energía por los
tubos redondos también se controla mediante todos los factores que
se han mencionado previamente para el tubo
cuadrado.
cuadrado.
Para cualquier configuración de tubo dada, las
velocidades de disipación de energía son relativamente constantes.
Sin embargo, para muchas aplicaciones de seguridad, es deseable
diseñar amortiguadores de energía con múltiples fases de absorción
de energía. Otra ventaja del amortiguador de energía de explosión
del tubo es que las múltiples fases se implementan fácilmente
anidando tubos de absorción de energía de varias longitudes. Por
ejemplo, puede instalarse un sistema de absorción de energía de dos
fases insertando un tubo más largo en el interior de un tubo más
corto de una dimensión mayor. La primera fase consistirá en un tubo
individual, mientras que la segunda fase consistirá en dos tubos
anidados. Cuando el mandril alcanza el tubo anidado, las grietas se
propagarán bajo tanto el tubo interno como el externo y la
disipación de energía aumentará a un nivel mayor. La velocidad de
disipación de la energía para los dos tubos combinados generalmente
es menor que la suma de la velocidad para cada tubo explotado por
separado. Este descenso puede atribuirse a la fricción reducida
asociada con el proceso de explosión combinado.
Otro medio para desarrollar un sistema de
absorción de energía de dos fases es estriar únicamente la porción
de la parte delantera de una sección tubular. La sección estriada
del tubo típicamente tiene una velocidad de disipación de energía
inferior que la de una porción no estriada del tubo, formando de
esta manera un sistema de absorción de energía de dos fases.
Un atenuador montado en un remolque de explosión
de viga hueca 100 (mostrado en las Figs. 6A-6C,
7A-7C, 8 y 9) es una aplicación del concepto Tubo de
Absorción de Energía de Explosión de viga hueca (BEAT). Las únicas
características de una aplicación de este tipo incluyen:
- (a)
- Un atenuador montado en un remolque como un amortiguador de choque portátil. Otras aplicaciones BEAT, tales como terminales de guardarraíl y amortiguadores de choque de un solo lado, son instalaciones fijas.
- (b)
- El atenuador montado en un remolque puede usar amortiguadores de energía tubulares. Otros amortiguadores existentes usados con atenuadores montados en camiones (TMA) usan un material aplastable para absorber la energía cinética del vehículo que impacta.
- (c)
- Se incorporan bisagras en los amortiguadores de energía tubulares del atenuador montado en un remolque. Esto permite el plegado del atenuador mientras está en modo transporte. Sin embargo, el proceso de explosión que se ha analizado anteriormente continua sin problemas a través de las bisagras en el amortiguador de choque.
- (d)
- Es posible la explosión de dos tubos simultáneamente.
- (e)
- Puede usarse un dispositivo de rotura de viga para desacoplar el miembro de viga transversal, que se usa para mantener dos tubos separados en una distancia fija para garantizar el correcto funcionamiento de los dos mandriles.
- (f)
- Puede usarse un lubricante, tal como una pintura basada en cinc, en el interior del tubo para disminuir y controlar el nivel de disipación de la energía.
- (g)
- Puede usarse un tubo anidado para aumentar y controlar el nivel de disipación de la energía.
- (h)
- Pueden usarse patas ajustables a la parte trasera del amortiguador para proporcionar estabilidad al remolque y mantener el amortiguador a la altura apropiada durante el proceso de explosión.
Como se muestra en las Figs.
6A-6C, el atenuador montado en un remolque 100
comprende un bastidor de remolque 102, un conjunto de cabezal de
impacto 104, un conjunto de mandril 106 y tubos de absorción de
energía 108.
El atenuador montado en un remolque 100 está
diseñado para plegarse durante el transporte y después desplegarse
para su implementación.
El atenuador 100 se fija al bastidor del
remolque, como se muestra en los dibujos. La longitud global del
sistema, es decir, el bastidor de remolque más el atenuador, es de
8384 mm (27 pies, 6 pul.) en la posición desplegada (Fig. 6C). El
atenuador está diseñado para plegarse durante el transporte y la
longitud del sistema con el atenuador en la posición plegada es de
5207 mm (17 pies, 1 pul.) (Fig. 6B) . La anchura máxima del conjunto
de remolque es de 2092 mm (6 pies, 10 pul.) hasta el guardabarros de
la rueda. La altura desde el suelo hasta la parte superior del panel
de señalización en una posición completamente desplegada es de 4247
mm (14 pies) El peso total del sistema es de aproximadamente 2,177
kg (4, 800 lb.) La longitud, altura y peso del sistema puede variar
dependiendo en particular del panel de señalización y el remolque. A
continuación, se presentan más análisis sobre los efectos en las
variaciones de las dimensiones físicas y el peso del sistema sobre
el atenuador montado en un remolque.
La Fig. 6C muestra el diseño del bastidor de
remolque 102. Las características clave del bastidor de remolque
incluyen:
- (a)
- un bastidor principal 104;
- (b)
- una lengüeta 112 para fijar el remolque el vehículo remolcador;
- (c)
- un mástil 114 para fijar y soportar el panel de señalización 116;
- (d)
- una fijación 118 para montar el eje del remolque 120 y los neumáticos 122;
- (e)
- espacios para la caja de control 124, la caja de la batería 126 y otros accesorios;
- (f)
- cuatro gatos de bastidor en forma de A 128 para mantener el remolque estable en una posición inmóvil; y
- (g)
- dos soportes frontales 130 para el atenuador montado en el remolque.
El bastidor de remolque es de 4801 mm (15 pies,
9 pul.) de largo y de 1829 mm (6 pies) de ancho. El bastidor
principal puede fabricarse a partir de tubos estructurales. La
lengüeta puede fabricarse a partir de tubos estructurales y fijarse
al bastidor principal con ángulos. Puede fijarse un mástil vertical
114 fabricado a partir de un tubo estructural al bastidor principal
para el montaje del panel de señalización y de soporte. El eje del
remolque 120 se fija a la parte inferior del bastidor principal y
los neumáticos se protegen con guardabarros. Existen espacios en la
parte superior del bastidor principal para la instalación de la caja
de control y de la batería y otros accesorios necesarios para la
pantalla del panel de señalización. Se proporcionan cuatro gatos de
bastidor en forma de A para mantener el remolque estable cuando esté
en posición inmóvil. Tiene también dos soportes ajustables
fabricados a partir de tubos estructurales con placas de
deslizamiento en la parte inferior. Estos dos soportes se fijan a
los carriles laterales del bastidor principal cerca de la parte
trasera con abrazaderas para proporcionar soporte a la parte
delantera del atenuador montado en el remolque. El atenuador se fija
al bastidor de remolque con unas bisagras diseñadas especialmente
(Figs. 8 y 9) para facilitar el plegado del atenuador durante el
transporte.
Volviendo a la Fig. 7A puede observarse que el
conjunto de cabezal de impacto 104 tiene una placa de impacto
frontal 132, dos tubos de mandril 134 que se insertan en los tubos
de absorción de energía 136, dos mandriles estrechados 138 y un
conjunto de rotura de viga 140. La placa de impacto frontal tiene
unas dimensiones globales de 1931 x 406 mm (6 pies, 4 pul. x 16
pul.). La placa de impacto puede fabricarse a partir de dos canales
como miembros horizontales conectados con ángulos en forma de
soportes verticales sobre la parte trasera en los dos extremos. Los
canales también pueden agarrotarse en la parte trasera con tubos
estructurales. La placa de impacto distribuye la carga de impacto
mientras que los bordes salientes 142 de los canales proporcionan un
bloqueo mecánico con el vehículo que impacta.
Se fijan dos tubos de mandril 134 a la parte
trasera de los canales. La Fig. 10 ilustra uno de dichos tubos en
sección transversal. El extremo aguas arriba 149 del tubo de mandril
se suelda a la parte trasera de una placa base 151 con cartelas 150.
La placa base 151 también tiene cuatro orificios 133 para fijarse
con pernos a la parte trasera de la placa de impacto 104. Un mandril
estrechado 138 fabricado a partir de placas gruesas, como se ha
descrito anteriormente, se suelda al tubo aguas arriba de la placa
base. La dimensión de sección transversal del mandril aumenta
mientras que las dimensiones del interior del tubo de absorción de
energía 136 permanecen constantes. El extremo aguas abajo 154 del
tubo de mandril se inserta en el extremo aguas arriba de un tubo
guía 152 a una distancia de aproximadamente 610 mm (24 pul.) . El
tubo guía se fabrica a partir de un tubo estructural. El extremo
aguas abajo del tubo guía tiene un extremo estrechado 156 fabricado
soldando placas plegadas gruesas al tubo, que actúan como un émbolo
para cortar pernos en conexiones y bisagras. Las placas guía 158 se
sueldan alrededor del extremo aguas arriba del tubo guía para
controlar la holgura del tubo guía dentro del tubo de absorción de
energía 136. Se usa un perno 160 para mantener el tubo guía en su
lugar dentro del tubo de absorción de energía de fase uno.
Un dispositivo de rotura de viga 140 se suelda a
la parte trasera del conjunto de cabezal de impacto para hacer caer
el miembro de viga transversal 141 justo aguas debajo de la primera
bisagra 162, como se muestra en la Fig. 7B. El dispositivo de rotura
de vida se fabrica de tubos estructurales en forma de un triángulo.
Una placa de soporte 164 se suelda a la punta aguas abajo del
conjunto de rotura de viga para la fijación de un gato de bastidor
en forma de A 166 con una rueda 168 para mantener el atenuador en la
elevación apropiada para el impacto. Además, hay ruedas 170 fijadas
a la parte inferior de la parte delantera de la placa de impacto.
Estas ruedas están típicamente cerca del suelo cuando el gato de
bastidor en forma de A se despliega. Sin embargo, tras el impacto,
el gato de bastidor con forma de A puede (potencialmente) plegarse y
estas ruedas entran en juego, manteniendo el atenuador a la
elevación apropiada para el proceso de explosión.
El atenuador montado en el remolque está
diseñado con dos fases de amortiguadores de energía, como se muestra
en la Fig. 7A. El amortiguador de energía de fase uno se fabrica a
partir de tubos estructurales. El amortiguador de energía de primera
fase 171 tienes dos niveles de absorción de energía. La primera
sección 172 del tubo de absorción de energía de fase una se reviste
con una pintura con alto contenido de cinc para su lubricación. El
lubricante reduce la fuerza de explosión por tubo. Sin el
lubricante, la fuerza de explosión para el amortiguador de energía
de primera fase es mayor por tubo. El amortiguador de energía de
segunda fase 173 incorpora dos tubos anidados: un tubo interno 176 y
un tubo externo 178. El anidamiento de los tubos eleva la fuerza de
explosión por tubo anidado.
La Fig. 7C muestra que para facilitar el
plegamiento del atenuador durante el transporte, el amortiguador de
energía de fase uno 171 se divide en dos secciones (167 y 169),
unidas por una bisagra 162, como se muestra en más detalle en la
Fig. 8. En una realización, la longitud de la primera sección de
tubo estructura es de 1702 mm (67 pul.). Esta longitud incorpora
tanto la sección lubricada como la sección sin lubricar del
amortiguador de energía de fase uno. La longitud de la segunda
sección es de 1499 mm (59 pul.), 762 mm (30 pul.) de la cual está
anidada con el tubo exterior. Por lo tanto, la longitud eficaz de
una realización del amortiguador de energía de fase uno es de 2439
mm (8 pies), que consiste en 1067 mm (42 pul.) se sección lubricada
y 1372 mm (54 pul.) de sección sin lubricar. La longitud del
amortiguador de energía de fase dos es de 762 mm (30 pul.).
La Fig. 8 muestra un primer miembro de bisagra
162. Fijada rígidamente al lado superior de la primera sección 167,
el tubo de amortiguador de energía de fase uno 136 está la primera
sección de lengüeta 200 mientras que fijada rígidamente a la segunda
sección 169 está una primera porción de yugo 202 de bisagra 162. Se
usa un pasador desmontable 204 para unir, de forma que permita su
liberación, la sección de lengüeta 200 y la sección de yugo 202. En
la parte inferior de la primera sección 167 se fija rígidamente un
segundo yugo 206 con un segundo pasador de pivote 208 que conecta
una segunda sección de lengüeta 210 que se ha fijado rígidamente a
la parte inferior de la sección 169. Cuando el sistema atenuador
portátil se va a mover desde la posición desplegada (Fig. 7A) a la
posición de transporte (Fig. 7C) , el primer pasador 204 se retira,
permitiendo a la primera sección 167 plegarse sobre la segunda
sección 169.
La Fig. 9 ilustra una segunda bisagra 163 usada
para plegar el sistema en un modo de transporte/desplegado. Se
proporciona una tercera disposición de yugo y lengüeta. La tercera
sección de lengüeta 212 se fija rígidamente a la parte inferior del
bastidor 102 mientras que la tercera sección de yugo 214 forma parte
de un brazo 216 que se extiende por detrás de la bisagra 163. Se
proporciona un manguito de pivote 218 en el brazo 216 para permitir
al pasador de pivote 220 pasar a través de un cuarto yugo 222 unido
al bastidor 102. Un segundo pasador de pivote desmontable 224
conecta de forma que se pueda liberar la tercera disposición de yugo
y de lengüeta. El segundo pasador desmontable 224 se retira cuando
el aparato atenuador 100 se mueve desde la posición desplegada (Fig.
7A) a la posición de transporte (Fig. 7C).
El extremo aguas arriba del tubo de absorción de
energía se fase uno se marca con muescas en las esquinas y la
primera sección del tubo se estría en cada esquina para facilitar la
iniciación del proceso de explosión según se ha analizado
anteriormente. Las porciones de los tubos de absorción de energía en
placas de bisagra también se estriaron de la misma manera para
permitir al proceso de explosión pasar fácilmente a través de la
región de empalme. El extremo aguas arriba del tubo exterior para el
amortiguador de absorción de energía de dos fases también se marcó
con muestras en las esquinas para facilitar la iniciación del
proceso de explosión.
Existe un miembro de viga transversal 141 justo
aguas debajo de la primera bisagra 162. El fin de este miembro de
viga transversal es mantener una separación apropiada entre los dos
tubos de absorción de energía a fin de que el cabezal de impacto y
los mandriles asociados puedan proceder con el proceso de explosión
bajo los tubos sin unión. Este miembro de viga transversal es un
tubo estructural y está fijado con pernos en ambos extremos a los
dos tubos de absorción de energía.
Aunque la invención se ha descrito con
referencia a una realización específica, esta descripción no
pretende interpretarse en un sentido limitante. Por el contrario,
serán evidentes diversas modificaciones de las realizaciones
descritas para los expertos en la materia en referencia a la
descripción de la invención.
Claims (4)
1. Un sistema de atenuación de choques portátil
que comprende: un bastidor de remolque (102); un mecanismo de
absorción de energía que tiene una sección de absorción de energía
de primera fase (167); y un conjunto de cabezal de impacto (104)
fijado a dicha sección de absorción de energía de primera fase
(167); caracterizado por que dicha sección de absorción de
energía de primera fase (167) se conecta de forma giratoria en un
primer miembro de bisagra (162) a una sección de absorción de
energía de segunda fase (169) conectada de forma giratoria a un
segundo miembro de bisagra (163) a dicho bastidor de remolque (102)
, y dicho mecanismo puede moverse alrededor de dichos primer y
segundos miembros de bisagra de un primer modo de transporte a un
segundo modo desplegado.
2. El sistema de atenuación de choques portátil
de la reivindicación 1 que comprende adicionalmente: primer y
segundo tubos de absorción de energía separados entre sí,
manteniéndose dichos tubos generalmente en un alineamiento paralelo
por un miembro de viga de extensión transversal; y un dispositivo de
rotura de viga transversal unido a dicho cabezal de impacto,
alineándose dicho dispositivo de rotura de viga para impactar y
romper dicho miembro de viga de extensión transversal cuando dicho
sistema de atenuación impacta en dicho segundo modo desplegado.
3. El sistema de atenuación de choques portátil
de la reivindicación 1, en el que dicho mecanismo de absorción de
energía comprende adicionalmente: al menos un primer mandril que
tiene una primera resistencia a la tracción; al menos un miembro
tubular que tiene una segunda resistencia a la tracción,pudiendo
recibirse dicho primer mandril dentro del primer extremo de dicho
miembro de tal forma que tras la aplicación de las fuerzas de
impacto a dicho cabezal de impacto, dicho primer mandril se impulsa
a través de dicho miembro tubular rompiendo dicho miembro tubular
absorbiendo de este modo dichas fuerzas de impacto.
4. El sistema de atenuación de choques portátil
de la reivindicación 1, en el que al menos un primer mandril tiene
una primera resistencia a la tracción; al menos un miembro tubular
tiene una segunda resistencia a la tracción, pudiendo recibirse
dicho primer mandril dentro de un primer extremo de dicho miembro
tubular de tal forma que tras la aplicación de las fuerzas de
impacto a dicho cabezal de impacto, dicho primer mandril se impulsa
a través de dicho miembro tubular rompiendo dicho miembro tubular
absorbiendo de este modo dichas fuerzas de impacto, dicho primer
mandril es generalmente rectangular y dicho miembro tubular es
generalmente rectangular y dicha ruptura de dicho miembro tubular se
limita a las esquinas de dicho miembro tubular rectangular.
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