CN115892104A - 一种径向收缩管式吸能防爬装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向收缩管式吸能防爬装置，其包括：防爬齿板、径向收缩管、结构底座及与车辆前端面固定连接的法兰座，所述法兰座与结构底座连接，用以进行轴向定位的径向收缩管、防爬齿板；所述径向收缩管的一端与防爬齿板连接，另一端与结构底座连接。本发明具有结构简单紧凑、吸能效率高、工作力值稳定、制作方便等优点。

Description

一种径向收缩管式吸能防爬装置

技术领域

本发明主要涉及到轨道交通车辆安全技术领域，特指一种径向收缩管式吸能防爬装置。

背景技术

随着轨道交通的快速发展，列车运营速度的不断提高，人们对列车的运行安全问题越来越重视。现有技术中，防爬吸能装置常常被用于列车车辆发生不可避免的碰撞事故时，通过各种方式吸收和耗散车辆前端的碰撞能量、缓和冲击载荷，最大程度地保护人员的生命安全，它是轨道列车被动安全防护中的重要部分。

目前，随着列车安全标准的提高，其对防爬器的吸能量和压缩行程也提出了更加苛刻的要求，这就需要在更小尺寸空间内平稳吸收更大的能量。但是，传统常见的管式防爬器存在尺寸大、力值固定不可调且行程较长易失稳的不足，需要额外增设导向装置，碰撞事故发生后大多作为整体更换，维护成本较高。此外，有些防爬器装置组件数量多，安装繁琐，有些仍需要使用专用工具。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、吸能效率高、工作力值稳定、制作方便的径向收缩管式吸能防爬装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种径向收缩管式吸能防爬装置，其包括：防爬齿板、径向收缩管、结构底座及与车辆前端面固定连接的法兰座，所述法兰座与结构底座连接，用以进行轴向定位的径向收缩管、防爬齿板；所述径向收缩管的一端与防爬齿板连接，另一端与结构底座连接。

作为本发明的进一步改进：所述径向收缩管包括吸能管变形段、吸能管中段过渡面、吸能管导向段、防爬齿安装面及结构底座安装面，位于径向收缩管中段的吸能管中段过渡面设有锥形面，用来与法兰座上对应的变形约束面接触进行轴向定位。

作为本发明的进一步改进：径向收缩管上的结构底座安装面与结构底座通过螺栓固定连接，用以防止组合吸能管沿轴线窜动脱出。

作为本发明的进一步改进：所述径向收缩管上的吸能管变形段通过与防爬齿板固定连接。

作为本发明的进一步改进：所述结构底座上开有螺栓孔与结构底座安装面固定连接，所述法兰座的法兰座后端面、结构底座安装面和结构底座的端面处于同一平面；所述径向收缩管中的复合材料吸能管受防爬齿安装面与法兰座前端面共同约束固定。

作为本发明的进一步改进：所述法兰座上设有车体安装螺栓孔用于与车辆前端结构固定连接；所述法兰座的前端内部设置有变形约束面、用来与径向收缩管对应的端面/锥形面接触产生挤压变形。

作为本发明的进一步改进：所述法兰座的内部向后端面延伸出一定厚度的法兰座内导向面，所述法兰座内导向面构成一个导向面、用于径向收缩管挤压变形后的导向作用。

作为本发明的进一步改进：所述径向收缩管的轴向几何中心与法兰座的轴向几何中心重合，以防止轴向偏载。

作为本发明的进一步改进：所述防爬齿的一端上设置预留卡槽或凸台以保证与组合吸能管的轴向对中；在组合吸能管的底部也设有卡槽或卡销与法兰座进行配合。

作为本发明的进一步改进：所述防爬齿上进一步设有一个以上的凸起，所述凸起的边缘设有弧形切边；作为与带有凸起的防爬齿咬合的另一个防爬齿也具有凸起，工作时两组防爬齿互相咬合、实现配合。

在列车之间发生碰撞事故时，首先是两列列车之间的前端防爬齿板发生碰撞，对应的防爬齿互相咬合接触在一起，在后续的过程中径向收缩管将碰撞力进行纵向传递。在收缩管受压纵向运动过程中，收缩管外锥面与法兰座内锥形面产生挤压作用，在中间过渡的锥形面处，会导致收缩管向内发生挤压塑性变形，同时传递塑性变形力和摩擦力并产生热量，通过将撞击能转化为收缩管的弹塑性变形能和热能来消耗能量降低列车运行速度，减少碰撞伤害。由于收缩管受挤压产生的塑性变形稳定、有序、可控，表现出的效果会使撞击力平稳、均衡，因此不会出现不利于乘员和货物保护的撞击力强峰值。

收缩管采用相对较软(强度相对比较小)、具有一定塑性流动性的薄壁金属材料，其他结构采用相对比较硬(强度相对比较大)的金属材料。整个结构在碰撞过程中只有强度比较小的收缩管会发生塑性变形，碰撞变形后可更换新的收缩管，而其余零件均可以重复使用，因此可大大提高结构材料的重复利用率，节省成本。管件端面都进行了倒角处理，方便装配。此外，所述的收缩管轴向几何中心必须与法兰座的轴向几何中心重合，防止轴向偏载，避免影响碰撞变形稳定性。防爬齿一端可预留卡槽或凸台以保证与径向收缩管轴向对中，连接方式可以选择紧固件/焊接等形式；径向收缩管底部可加装卡槽/卡销与法兰座配合，避免整体的延中心轴转动避免防爬齿侧倾；法兰座盘与径向收缩管配合位置尺寸可调整，以保证悬臂结构水平稳定，确保结构功能稳定。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

1、本发明的径向收缩管式吸能防爬装置，结构简单紧凑，吸能效率高，工作力值稳定，轻量化效果显著。相比于传统的防爬吸能装置，该种管式吸能防爬装置结构简单紧凑，吸能效率高，工作力值稳定，操作简便。同时，法兰座固定安装于列车前端，径向收缩管在法兰座内部连接，法兰座起到支点作用，法兰座的导向段降低了吸能管径向收缩变形时整体发生屈曲失稳的概率。

2、本发明的径向收缩管式吸能防爬装置，当轨道交通列车发生碰撞事故时，防爬器受轴向压缩，收缩管因法兰座约束限制发生径向收缩变形，收缩管塑性变形吸收冲击能量。其平台力稳定，没有峰值力，能量吸收率高，因此径向收缩管可以作为一种主要吸能部件被用于多数碰撞缓冲能量吸收领域。

3、本发明的径向收缩管式吸能防爬装置，与现有防爬吸能装置相比，缩短了吸能行程提高了稳定性，装置整体结构简单紧凑，轻量化效果显著。通过调节过盈量可配套使用不同系列的收缩管以降低不同能量等级产品开发费用，缩短开发时间。紧缩管安装座加装防松卡槽/卡销可以避免结构轴向偏转，保证结构功能完整可靠。

4、本发明的径向收缩管式吸能防爬装置，在法兰座不变的情况下可配套采用一系列不同过盈量的收缩管，在一定程度上扩大了不同列车上的力值适用范围；与传统吸能装置相比，通过改变法兰座位置，增加了车体设计空间利用率，极大的增加了装置的稳定性，可更换的径向收缩管进一步降低运营维护费用。

5、本发明的径向收缩管式吸能防爬装置，适用范围广，可以适用于航空登陆缓冲器、电梯缓冲器、汽车及轨道交通碰撞被动安全防护领域。尤其是涉及轨道列车的防爬器吸能缓冲装置，属于轨道交通车辆被动安全领域。

附图说明

图1是本发明中径向收缩管式吸能防爬装置在发生对撞时的示意图。

图2是本发明中径向收缩管式吸能防爬装置的三维示意图。

图3是本发明中径向收缩管式吸能防爬装置的纵切剖面示意图。

图4是本发明在具体应用实例中防爬齿的结构示意图。

图5是本发明在具体应用实例中径向收缩管上一段的结构原理示意图。

图6是本发明在具体应用实例中径向收缩管上另一段的结构原理示意图。

图7是本发明在具体应用实例中法兰盘的结构原理示意图。

图8是本发明在具体应用实例中法兰盘的纵切剖面图。

图9是本发明在具体应用实例中结构底座的结构原理示意图。

图例说明：

1、防爬齿板；2、径向收缩管；3、法兰座；4、结构底座；11、防爬齿12、防爬齿安装面；21、吸能管变形段；22、吸能管中段过渡面；23、吸能管导向段；24、防爬齿安装面；25、结构底座安装面；31、车体安装螺栓孔；32、法兰座内导向面；33、法兰座后端面；34、变形约束面；35、法兰座前端面；41、结构底座螺栓孔。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1-图9所示，本发明的径向收缩管式吸能防爬装置，包括防爬齿板1、径向收缩管2、结构底座4及与车辆前端面固定连接的法兰座3，所述法兰座3的内部锥形面与结构底座4的螺栓连接，用以进行轴向定位的组合式吸能管、防爬齿板1。所述径向收缩管2的一端与防爬齿板1连接，另一端与结构底座4连接，并通过法兰座3的锥形面和结构底座4进行限位、将径向收缩管2与法兰座3固定，用以限制组合吸能管沿轴线窜动脱出，最终令防爬齿板1、组合吸能管、法兰座3、结构底座4通过螺栓连接固连成为一个整体。

参见图5、图6、图7和图8，在具体应用实例中，所述径向收缩管2包括吸能管变形段21、吸能管中段过渡面22、吸能管导向段23、防爬齿安装面24及结构底座安装面25，位于径向收缩管2中段的吸能管中段过渡面22设有锥形面，用来与法兰座3上对应的变形约束面34(如锥形面)接触进行轴向定位；所述径向收缩管2上的结构底座安装面25与结构底座4通过螺栓固定连接，用以防止组合吸能管沿轴线窜动脱出。所述径向收缩管2上的吸能管变形段21通过紧固件连接/焊接连接等方式与防爬齿板1固定连接。

参见图9，在具体应用实例中，所述结构底座4上开有四个螺栓孔41与结构底座安装面25的四个螺栓孔用螺栓固定连接，螺栓紧固后，法兰座3的法兰座后端面、结构底座安装面25和结构底座4的端面处于同一平面；组合吸能管中的复合材料吸能管2受防爬齿安装面12与法兰座前端面35共同约束固定，必要时可以通过调节结构底座4上的螺栓与复合材料吸能管2的尺寸实现给复合材料吸能管2施加结构预应力的目的。

在具体应用实例中，所述防爬齿11上进一步设有四个凸起，所述凸起的边缘设有弧形切边；作为与带有凸起的防爬齿11咬合的另一个防爬齿11带有矩形块状的凸起，工作时两组防爬齿11互相咬合、实现配合。

参见图7和图8，在具体应用实例中，法兰座3的平台周围开有四个车体安装螺栓孔31用于与车辆前端结构固定连接。所述法兰座3的前端内部设置有变形约束面34、用来与径向收缩管2对应的端面/锥形面接触产生挤压变形。所述法兰座3的内部向后端面延伸出一定厚度的法兰座内导向面32(导向段)，所述法兰座内导向面32构成一个导向面、用于径向收缩管2挤压变形后的导向作用，从而增加稳定性。所述法兰座3的法兰座前端面35与防爬齿板1的防爬齿后端面12在碰撞过程中挤压径向收缩管2，促使其产生轴向渐进塑性变形。

作为较佳实施例，本发明中的径向收缩管2采用相对较软(强度相对比较小)、具有一定塑性流动性的薄壁金属材料，其他结构采用相对比较硬(强度相对比较大)的金属材料。整个结构在碰撞过程中只有强度比较小的径向收缩管2会发生塑性变形，碰撞变形后可更换新的径向收缩管2，而其余零件均可以重复使用，因此可大大提高结构材料的重复利用率，节省成本。

进一步，径向收缩管2的管件端面都进行了倒角处理，方便装配。此外，所述径向收缩管2的轴向几何中心必须与法兰座3的轴向几何中心重合，防止轴向偏载，避免影响碰撞变形稳定性。

进一步，防爬齿11的一端上设置预留卡槽或凸台以保证与组合吸能管的轴向对中，连接方式可以选择紧固件/焊接等形式；在径向收缩管2的底部也可加装卡槽/卡销与法兰座3进行配合，避免整体的延中心轴转动避免防爬齿11的侧倾。法兰座3与径向收缩管2的配合位置尺寸可调整，以保证悬臂结构水平稳定，确保结构功能稳定。

此外，进一步，本发明的径向收缩管2的轴向几何中心必须与法兰座3的轴向几何中心重合，防止轴向偏载，避免影响碰撞变形稳定性。

参见图1，在列车之间发生碰撞事故时，本发明的工作过程为：首先是两列列车之间的前端防爬齿板1发生碰撞，对应的防爬齿11互相咬合接触在一起，在后续的过程中径向收缩管2将碰撞力进行纵向传递。在径向收缩管2受压纵向运动过程中，径向收缩管2的外锥面与法兰座3的内锥形面产生挤压作用，在中间过渡的锥形面处，会导致径向收缩管2向内发生挤压塑性变形，同时传递塑性变形力和摩擦力并产生热量，通过将撞击能转化为径向收缩管2的弹塑性变形能和热能来消耗能量降低列车运行速度，减少碰撞伤害。

由于径向收缩管2受挤压后沿着法兰座3的导向管内壁运动，起到导向作用，能使产生的塑性变形稳定、有序、可控，表现出的效果会使撞击力平稳、均衡。在一定范围内，可设置径向收缩管2的外锥形面延伸出一段不同的距离，形成一系列防爬器，配套法兰座3无需改变，增加过盈量，吸收更多能量。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种径向收缩管式吸能防爬装置，其特征在于，包括：防爬齿板、径向收缩管、结构底座及与车辆前端面固定连接的法兰座，所述法兰座与结构底座连接，用以进行轴向定位的径向收缩管、防爬齿板；所述径向收缩管的一端与防爬齿板连接，另一端与结构底座连接。

2.根据权利要求1所述的径向收缩管式吸能防爬装置，其特征在于，所述径向收缩管包括吸能管变形段、吸能管中段过渡面、吸能管导向段、防爬齿安装面及结构底座安装面，位于径向收缩管中段的吸能管中段过渡面设有锥形面，用来与法兰座上对应的变形约束面接触进行轴向定位。

3.根据权利要求2所述的径向收缩管式吸能防爬装置，其特征在于，所述径向收缩管上的结构底座安装面与结构底座通过螺栓固定连接，用以防止组合吸能管沿轴线窜动脱出。

4.根据权利要求2所述的径向收缩管式吸能防爬装置，其特征在于，所述径向收缩管上的吸能管变形段通过与防爬齿板固定连接。

5.根据权利要求1所述的径向收缩管式吸能防爬装置，其特征在于，所述结构底座上开有螺栓孔与结构底座安装面固定连接，所述法兰座的法兰座后端面、结构底座安装面和结构底座的端面处于同一平面；所述径向收缩管中的复合材料吸能管受防爬齿安装面与法兰座前端面共同约束固定。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的径向收缩管式吸能防爬装置，其特征在于，所述法兰座上设有车体安装螺栓孔用于与车辆前端结构固定连接；所述法兰座的前端内部设置有变形约束面、用来与径向收缩管对应的端面/锥形面接触产生挤压变形。

7.根据权利要求4所述的径向收缩管式吸能防爬装置，其特征在于，所述法兰座的内部向后端面延伸出一定厚度的法兰座内导向面，所述法兰座内导向面构成一个导向面、用于径向收缩管挤压变形后的导向作用。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的径向收缩管式吸能防爬装置，其特征在于，所述径向收缩管的轴向几何中心与法兰座的轴向几何中心重合，以防止轴向偏载。

9.根据权利要求1-5中任意一项所述的径向收缩管式吸能防爬装置，其特征在于，所述防爬齿的一端上设置预留卡槽或凸台以保证与组合吸能管的轴向对中；在组合吸能管的底部也设有卡槽或卡销与法兰座进行配合。

10.根据权利要求1-5中任意一项所述的径向收缩管式吸能防爬装置，其特征在于，所述防爬齿上进一步设有一个以上的凸起，所述凸起的边缘设有弧形切边；作为与带有凸起的防爬齿咬合的另一个防爬齿也具有凸起，工作时两组防爬齿互相咬合、实现配合。

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