CN106394597B - 一种缓冲吸能*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缓冲吸能***，属于轨道车辆及其他机械领域，包括支撑装置、预压缩部件以及双涡卷装置，双涡卷装置包括双涡卷部件和旋转轮，旋转轮的旋转轴固定在支撑装置上，双涡卷部件由可展开成长带状的涡卷带制成，涡卷带两端分别连接在旋转轮上，并围绕旋转轮螺旋形成涡卷部，双涡卷部件两侧的涡卷部之间设置有凹陷部，预压缩部件设置于凹陷部内。本发明能在较小的空间里面可以实现超大行程的缓冲吸能，同时缓冲吸能平稳，初始峰值力小，避免较大的冲击作用，易于推广应用。

Description

一种缓冲吸能***

技术领域

本发明主要涉及轨道车辆领域，也涉及其他机械领域，尤其涉及一种大行程缓冲吸能***。

背景技术

为了吸收多余的冲击动能，不同形式的缓冲吸能装置被广泛应用在轨道车辆等机械领域。

中国专利CN202264797U公开了一种与车辆的车钩缓冲装置集成的过载保护扩张式缓冲吸能装置，发生碰撞事故时，产生的冲击力将胀套强行压入变形管使其发生径向扩张以吸收冲击动能，进而保护乘员和车辆结构安全。该装置尽管具有结构简单、装配容易的优点，但也存在着装置轴向尺寸过大，缓冲行程利用率低，吸能量不足的缺点。

中国专利CN102107664A公开了一种切削式吸能装置，在发生碰撞事故时该装置主要是通过金属刀具切削金属管来吸收冲击动能，与普通压溃吸能结构相比，该结构具有工作可靠、吸能量高的优点，但这种方案在应用中也存在以下问题：一、切削产生的高速、高温金属飞屑对车辆乘坐人员和车辆附近人员产生潜在的安全威胁；二、高速碰撞时产生大量的热使刀具性能急剧下降，削弱了其缓冲吸能的能力。

此外，通过薄壁金属管的轴向屈曲来吸收冲击动能的吸能装置，以其变形破坏达到缓冲吸能的目的，具有模式稳定、吸收可控等优点，在碰撞安全领域得到大量的应用，如直升机坠毁防护装置、高速列车碰撞吸能装置。但该类吸能装置的初始峰值力偏高、缓冲平稳性差，整体缓冲吸能性能有待提升。

发明内容

为解决上述问题，本发明目的在于提供一种大行程、低初始峰值力的缓冲吸能***。

为实现上述目的，本发明提供了一种缓冲吸能***，包括支撑装置、预压缩部件以及双涡卷装置，所述双涡卷装置包括双涡卷部件和两个旋转轮，所述旋转轮的旋转轴均固定在支撑装置上，所述双涡卷部件由能展开成长带状的涡卷带制成，所述涡卷带两端分别连接有一个所述旋转轮并围绕所述旋转轮卷绕形成两侧的涡卷部，所述双涡卷部件上位于两侧的涡卷部之间设置有容置所述预压缩部件的凹陷部。该***不仅能够在较小装置内实现大行程平稳的的缓冲吸能的功能，而且通过设置预压缩部件，降低了初始峰值力。

进一步的，所述两侧的涡卷部上涡卷带的卷绕方向相反，采用该种卷向相反的对称设置，更有利于预压缩部件及其连接的需要缓冲的运动部件在缓冲时受力均匀。

进一步的，还包括所述凹陷部与涡卷部之间的导向装置，所述涡卷带从涡卷部经过导向装置后延伸至凹陷部，且涡卷带沿导向装置呈类“S”路径通过，该导向装置使涡卷带迂回曲折地沿导向装置呈“S”路径通过时不断产生“折弯-拉直”过程，即产生的大的塑性变形将需要缓冲的运动部件的剩余动能转移。

进一步的，所述导向装置包括至少一个大导向轮，所述涡卷带贴合通过所述大导向轮，所述大导向轮设置于所述凹陷部两侧并与所述支撑装置连接，通过大导向轮可以引导引导涡卷带的弯曲变形。

进一步的，两侧的所述大导向轮均为2个，两侧涡卷带交叉贴合绕过所述2个大导向轮，在该种设置下，通过涡卷带的两次弯曲变形，在实现能量转移的功能需求下，还能合理的利用装置的空间。

进一步的，所述导向装置还包括设置在靠近涡卷部的大导向轮和涡卷部之间的小导向轮，所述大导向轮和所述小导向轮位于涡卷带两侧并与之贴合，小导向轮对涡卷带有张紧作用，防止工作时涡卷带与凹陷部的干涉。

进一步的，所述涡卷部、大导向轮、小导向轮相对于预压缩部件左右对称设置，对称的设置，不仅有利于加工的划线等加工工序，而且使左右两侧的涡卷弹簧受力均匀，减少应力集中效应。

进一步的，所述导向装置包括设置在凹陷部两侧的导轨，所述导轨上设置有类“S”形状的导向槽，所述涡卷带从所述导轨的导向槽内通过，该种实施方式同样能简便的实现缓冲吸能。

进一步的，所述预压缩部件为蜂窝型多孔隙结构，该结构为一种仿生结构，保证在少材料、小体积的情况下保证整体较大的强度，在缓冲初始阶段，降低***的初始峰值力，保护了双涡卷部件不被冲断。

进一步的，所述蜂窝型多孔隙结构的孔隙方向与所述预压缩部件运动方向一致或者垂直，该种设置方式能能相对其他设置方式承受更大的冲击力。

本发明具有以下有益效果：

1、在较小的空间里面可以实现超大行程的缓冲吸能，缓冲吸能能力强。

2、缓冲吸能平稳，初始峰值力小，能避免较大的冲击破坏。

3、本装置主要是通过卷形金属板的弯曲变形吸收冲击动能的，所以不会产生金属飞屑等异物的问题。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例公开的缓冲吸能***轴测结构示意图；

图2是本发明优选实施例公开的双涡卷部件结构示意图；

图3是本发明优选实施例公开的缓冲吸能***运动初始位置示意图；

图4是本发明优选实施例公开的缓冲吸能***运动结束位置示意图；

图5是本发明第二实施例公开的缓冲吸能***结构示意图。

图例说明：

1、预压缩部件；2、支撑装置；3、大导向轮；4、小导向轮；5、双涡卷部件；6、旋转轮；7、凹陷部；8、涡卷部；9、导轨。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明实施例公开了一种缓冲吸能***，如图1-图2所示，包括支撑装置2、预压缩部件1和双涡卷装置，该双涡卷装置包括设置于支撑装置2上的双涡卷部件5和旋转轮6，旋转轮6的旋转轴与支撑装置2连接并能绕其旋转轴转动，双涡卷部件5由可以展开成长带状的涡卷带制成，涡卷带两端分别连接在旋转轮6上，其连接方式可以采用铰接方式连接在旋转轮6上，可选的，采用销式固定、V形固定或者衬片固定。同时，涡卷带围绕旋转轮6螺旋卷绕形成涡卷部8，本实施例中，涡卷带的材料可以选用高质量的弹簧钢60Si2MnA，同时，可选的，为50CrVA或其他金属材料,如不锈钢、铬镍铁合金等，经过弯卷、冲压及热处理等工艺制成。涡卷带的厚度、宽度以及涡卷部8的涡卷卷数都可以根据冲击载荷和缓冲工作行程的大小等实际情况确定。双涡卷部件5上两侧的涡卷部8之间设置有凹陷部7，而预压缩部件1则设置于在该凹陷部7内，本实施例中，预压缩部件1采用螺栓连接方式与凹陷部7处的涡卷带连接。在实际应用当中，预压缩部件1两侧的部件可以采用非对称或者对称的形式设置，但在本实施例中，出于加工制造以及整体受力均匀、减少应力集中等因素的考虑，如无特别说明，均采用左右对称设置。因此，在本实施例中，两侧的涡卷部8相对于预压缩部件1左右对称。在实际应用中，预压缩部件1连接有需要缓冲的运动部件，该运动部件可以是火车相邻车厢连接处的挂钩，也可以是其他机械装置中需要吸能缓冲的运动部件。在两侧涡卷部的实际设置中，两侧涡卷部8的卷绕方向相反，采用该种卷向相反的对称设置，更有利于预压缩部件1及其连接的需要缓冲的运动部件在缓冲时的均匀受力。本实施例中，如图1的设置所示，左侧涡卷部8呈顺时针方向卷绕，而右侧的涡卷部8呈逆时针方向卷绕。本发明是通过将轨道车辆或者其他机械装置上的运动部件的冲击动能转变为双涡卷部件5的涡卷带大的塑性变形而实现能量转化，进而减少冲击破坏作用。

在本实施例中，还包括设置在凹陷部7与涡卷部8之间的导向装置，涡卷带沿导向装置呈类“S”路径迂回曲折地通过，导向装置通过在该***发生缓冲吸能作业时，涡卷带从涡卷部8伸出，迂回曲折地从导向装置内呈“S”路径通过，并不断产生“折弯-拉直”过程，即产生的大的塑性变形将需要缓冲的运动部件的剩余动能转移。具体方案实现时，为两侧的涡卷弹簧带贴合通过相同数量的至少一个大导向轮3，大导向轮3的旋转轴固定在支撑装置2上，大导向轮3及其旋转轴可以采用滚动或者滑动轴承方式连接。其中，大导向轮3的直径和高度根据具体实施情况变更。在本实施例中，两侧的大导向轮3的数量均为2个，各侧涡卷带交叉贴合绕过2个大导向轮3，当凹陷部7向下运动时，涡卷带即可不断产生“折弯-拉直”过程，实现缓冲吸能。

同时，具体实施时还包括设置在靠近涡卷部8的大导向轮3和涡卷部8之间的小导向轮4，该大导向轮3和小导向轮4位于涡卷带两侧并与涡卷带贴合，通过小导向轮4的张紧调节作用，限制了涡卷带从涡卷部8伸出时的运动轨迹，使其紧贴大导向轮3，防止凹陷部7向下运动时与涡卷带的干涉。

而相应的，可以在大导向轮3和小导向轮4表面设置槽结构，槽结构的宽度大于涡卷带的宽度，因此，涡卷带可以从槽结构内通过，从而在实际运动过程当中涡卷带不易脱离导向轮，提高了本发明的可靠性。

可选的，如图5所示，导向装置包括设置在凹陷部两侧的导轨9，该导轨9可以为常规金属板料。通过螺栓固定在支撑装置2上，该导轨9上设置有类“S”形状的导向槽，该导向槽可以通过铣削成型，或者通过线切割金属板料后再装调设置而成。涡卷带从导轨9的导向槽内通过，工作时，通过该导向槽对涡卷带运动轨迹的限制作用以及涡卷带在导向槽内的摩擦等作用，同样能完成“折弯-拉直”的大塑性变形过程，进而转移冲击动能。

本实施例中，预压缩部件1为多孔隙蜂窝型结构，通过螺栓连接方式固定在双涡卷部件5的凹陷部7内，本实施例的多孔隙蜂窝型结构材料采用的是铝，能在较轻重量下保证较大的强度，而蜂窝型结构为一种仿生优化结构，具有节点强度、抗压抗拉强度高以及有优良的抗冲击性能，能在使用较少材料的情况下保证整体的强度，适用于轨道交通、船舶以及航空航天等领域。其结构成型方法可以采用3D打印或者焊接等工艺成型。材料可选的，金属材料的钢材或者非金属材料的木材均可。该预压缩部件1的作用是在缓冲吸能的初始阶段，通过预压缩部件1的压溃变形来缓解冲击以避免双涡卷部件5在凹陷部7处被冲断，避免大初始峰值力，实现对双涡卷部件5的保护作用，同时也能够吸收部分冲击动能。

而在预压缩部件1的实际设置时，采用蜂窝型孔隙结构的孔隙方向与预压缩部件1运动方向一致或者垂直，该种设置方式能相对其他方向的设置方式承受更大的冲击力。

本发明的工作过程如图3-图4所示：当与预压缩部件1连接的运动部件仍有一部分初始动能需要缓冲释放时，首先会压缩预压缩部件1，在预压缩部件1的压溃变形过程中，吸收一部分动能，待预压缩部件1被压实后，一起向下运动，双涡卷部件5的涡卷部8受到拉力释放涡卷带，涡卷带通过导向装置，不断地重复着“折弯-拉直”的变形过程，运动部件的动能逐渐转化为克服双涡卷部件5塑性变形而转变为弹性势能和内能，在刚开始向下运动时，双涡卷部件5的形变很小，即作用在运动部件上的力也很小，然后随着预压缩部件1不断向下运动，所受的反作用力会逐渐增大，而整个作用在运动部件上的反作用力是一个从较小的初始值逐渐增大的平稳过程，避免了较大的刚性冲击。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种缓冲吸能***，其特征在于，包括支撑装置、预压缩部件以及双涡卷装置，所述双涡卷装置包括双涡卷部件和两个旋转轮，所述旋转轮的旋转轴均固定在支撑装置上，所述双涡卷部件由能展开成长带状的涡卷带制成，所述涡卷带两端分别连接有一个所述旋转轮并围绕所述旋转轮卷绕形成两侧的涡卷部，所述双涡卷部件上位于两侧的涡卷部之间设置有容置所述预压缩部件的凹陷部，所述两侧的涡卷部上涡卷带的卷绕方向相反，还包括所述凹陷部与涡卷部之间的导向装置，所述涡卷带从涡卷部经过导向装置后延伸至凹陷部，且涡卷带沿导向装置呈类“S”路径通过。

2.根据权利要求1所述的缓冲吸能***，其特征在于，所述导向装置包括至少一个大导向轮，所述涡卷带贴合通过所述大导向轮，所述大导向轮设置于所述凹陷部两侧并与所述支撑装置连接。

3.根据权利要求2所述的缓冲吸能***，其特征在于，两侧的所述大导向轮均为2个，两侧涡卷带交叉贴合绕过所述2个大导向轮。

4.根据权利要求3所述的缓冲吸能***，其特征在于，所述导向装置还包括设置在靠近涡卷部的大导向轮和涡卷部之间的小导向轮，所述大导向轮和所述小导向轮位于涡卷带两侧并与之贴合。

5.根据权利要求4所述的缓冲吸能***，其特征在于，所述涡卷部、大导向轮、小导向轮相对于预压缩部件左右对称设置。

6.根据权利要求1所述的缓冲吸能***，其特征在于，所述导向装置包括设置在凹陷部两侧的导轨，所述导轨上设置有类“S”形状的导向槽，所述涡卷带从所述导轨的导向槽内通过。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的缓冲吸能***，其特征在于，所述预压缩部件为蜂窝型多孔隙结构。

8.根据权利要求7所述的缓冲吸能***，其特征在于，所述蜂窝型多孔隙结构的孔隙方向与所述预压缩部件运动方向一致或者垂直。