CN111098879B - 一种用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构，该安装结构包括：安装底板；导向柱，安装在安装底板上，其上具有肋板；多根立柱，安装在安装底板上，立柱设在导向柱***，其上设导向孔；受力板；多个压头结构，安装在受力板上；固定框架，围设在多个压头结构外侧，压头结构固定安装在固定框架上；多根导杆，安装在受力板上，导杆穿设在导向孔内。该安装结构能确保压头结构与薄壁圆管具有确定的作用位置，确保多个压头结构沿薄壁圆管轴向方向同时挤压薄壁圆管，避免产生斜向加载和吸能装置侧翻；无需在安装端预留供薄壁圆管和导向柱伸出的空间，安装简单，适用范围广。

Description

一种用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构

技术领域

本发明涉及列车碰撞吸能技术领域，具体而言，涉及一种用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构。

背景技术

国内外频繁发生的铁道车辆碰撞事故，给人们带来了沉重和惨痛的教训。尤其是近年来随着高铁运行速度的不断提高，铁路运输在缓解交通压力时承担的角色越来越大，一旦发生碰撞事故，后果和损失将不堪设想。铁路作为国民经济重要的基础设施和大众交通工具，应始终把保护旅客和司乘人员的生命财产安全作为轨道交通运行安全的出发点。考虑到如何有效地耗散列车碰撞产生的能量，减小撞击对列车造成的破坏，开展铁道车辆被动安全保护研究显得尤为重要。

在车辆碰撞过程中，由于安全防护的需要，碰撞动能需要尽可能的被吸收或耗散，因此需要采用专门的元件作为能量吸收结构，以满足车辆结构的耐撞性要求。安全可靠、结构小型、质量轻、高效的吸能装置受到了越来越多研究者的青睐。

基于已有的吸能方式设计方案可知，利用薄壁金属圆管的径向***变形来吸收撞击能量是可行的，而如何实现薄壁圆管的这一变形方式已成为重要的研究内容。专利CN109398403 A公开了一种薄壁管径向***变形吸能装置及应用方法、具有其的列车车辆，该薄壁管径向***变形吸能装置包括顶端盖板、导向板底座和薄壁塑变吸能管，其中在顶端盖板的内侧设有多个诱变齿，导向板底座上设有导向柱，薄壁塑变吸能管套设在导向柱上。在列车发生碰撞时，在碰撞冲击力作用下，顶端盖板上的诱变齿作用于薄壁塑变吸能管上，使薄壁塑变吸能管沿径向发生***塑性变形吸收和耗散碰撞动能。

上述的薄壁管径向***变形吸能装置虽然能够比较平稳地吸收和耗散碰撞动能，并且顶端盖板、导向板底座、导向柱等部件均可重复使用，但是，该装置仍然存在以下不足：(1)该变形吸能装置不能确保诱变齿与十字导向柱肋板具有正确的位置，不能保证诱变齿处于相邻的导向柱肋板的正中间，不能充分地利用挤压空间(即薄壁圆管与导向柱相邻的两块肋板形成的扇形区域)，影响吸能效果，并且，如果多个诱变齿不能沿薄壁圆管的轴向同时挤压薄壁圆管，则会产生斜向加载，甚至导致变形吸能装置发生侧翻；(2)该变形吸能装置在防爬齿受到撞击时，顶端盖板沿薄壁塑变吸能管的轴向方向移动，此时薄壁圆管和导向柱会从顶端盖板的内部伸出，因此，在安装该变形吸能装置时就需要考虑安装端的设计，需要预留出供薄壁圆管和导向柱伸出的空间，以免阻碍变形吸能装置的有效挤压行程；(3)该变形吸能装置将诱变齿均布于顶端盖板的圆环内部，这种形式不利于加工制造，也不便于安装和拆卸。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构，该安装结构能够确保压头与薄壁圆管具有确定的作用位置，能够确保多个压头沿薄壁圆管的轴向同时挤压薄壁圆管，避免产生斜向加载和吸能装置侧翻，并且无需在安装端预留出供薄壁圆管和导向柱伸出的空间，安装更加简单，适用范围更广。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构，该安装结构包括：

安装底板；

导向柱，安装在安装底板上，导向柱上具有多块肋板，相邻的两块肋板之间形成挤压变形区；

多根立柱，安装在安装底板上，立柱设置在导向柱的***，立柱上设有导向孔；

受力板；

多个压头结构，安装在受力板上，每个压头结构对应一个挤压变形区设置；

固定框架，围设在多个压头结构的外侧，压头结构固定安装在固定框架上；

多根导杆，安装在受力板上，导杆穿设在导向孔内。

进一步地，压头结构包括：

压头安装定位块，压头安装定位块的一端通过螺栓安装在受力板上，压头安装定位块的另一端设有第一安装槽；

压头，压头的一端设有与第一安装槽相匹配的第二安装槽，压头通过第二安装槽与第一安装槽过盈配合安装在压头安装定位块上，压头通过螺栓固定安装在固定框架上，压头的下端具有用于挤压薄壁圆管的斜面。

进一步地，压头安装定位块上于第一安装槽的两端分别设有一定位爪，压头卡接在压头安装定位块上时，两个定位爪分别卡设在压头的两侧。

进一步地，固定框架的内角为圆角。

进一步地，受力板上设有沉头孔，压头结构和导杆均通过螺栓安装在受力板上，螺栓设置在沉头孔内。

进一步地，沉头孔包括第一沉头孔和第二沉头孔，导杆通过穿设在第一沉头孔内的螺栓固定安装在受力板上，压头结构通过穿设在第二沉头孔内的螺栓固定安装在受力板上，受力板上设置有多组第二沉头孔，每一组第二沉头孔与受力板的中心点之间的距离不相等。

进一步地，肋板向外延伸的一端的端面为弧形面，肋板向外延伸的一端的端面转角为圆角。

进一步地，安装底板为方形，导向柱呈十字形，导向柱上的肋板沿安装底板的对角线设置。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)、通过立柱、导向孔和导杆一起对压头结构进行定位，通过固定框架防止在碰撞过程中压头结构在横向力作用下向外移动或被挤胀变形，通过立柱、导向孔、导杆和固定框架共同作用，确保了多个压头结构能够同时接触到薄壁圆管，保证挤压力沿薄壁圆管的轴线方向加载，使作用力更加平稳，而不会发生由于压头结构没有同时挤压薄壁圆管而产生斜向加载，引发变形吸能装置侧翻的情况；

(2)、该安装结构通过立柱、导向孔和导杆一起对压头结构进行定位，能够确保压头结构处于挤压变形区的中间位置，能够充分利用挤压空间，确保吸能效果；

(3)、通过将导向柱和薄壁圆管设置在安装底板上，将压头结构安装在受力板上，该安装结构整体通过安装底板安装在车辆上，在安装结构安装端的车辆上无需预留出供薄壁圆管和导向柱伸出的空间，安装适用性更好；

(4)、采用分体式的压头结构，将压头安装定位块和压头之间通过第一安装槽和第二安装槽过盈配合连接，连接结构简单、连接稳定性好、便于安装拆卸和更换压头；在压头安装定位块的第一安装槽的两端还分别设置定位爪，通过该定位爪分别卡设在压头的两侧，能够有效避免压头在受力作用下发生左右晃动和偏转的情况，进一步提高了该安装结构作用力的平稳性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书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为本发明实施例的安装结构的总体分解图。

图2为本发明实施例的安装结构中受力板、压头结构、导杆和固定框架的分解图。

图3为本发明实施例的安装结构中安装底板、立柱和导向柱的分解图。

图4为本发明实施例的安装结构中压头结构的分解图。

图5为本发明实施例的安装结构中固定框架的结构示意图。

图6为本发明实施例的安装结构中导向柱的结构示意图。

图7为本发明实施例的安装结构中受力板、压头结构、导杆和固定框架的分解图(其中受力板上开设有多组第二沉头孔)。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、安装底板；20、导向柱；21、肋板；22、挤压变形区；30、薄壁圆管；40、立柱；41、导向孔；50、受力板；51、第一沉头孔；52、第二沉头孔；60、压头结构；61、压头安装定位块；62、压头；70、固定框架；80、导杆；611、第一安装槽；612、定位爪；621、第二安装槽。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于直接的连接，而是可以通过其他中间连接件间接的连接。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

一种本发明实施例的用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构，该安装结构与金属材质的薄壁圆管30一起安装在列车车辆上，在列车发生碰撞事故时，通过该安装结构对薄壁圆管30进行挤压，使薄壁圆管30发生变形，从而达到吸收和耗散碰撞动能的目的。该安装结构的结构示意图如图1至图6，由图可见，其主要包括安装底板10、导向柱20、立柱40、受力板50、压头结构60、固定框架70和导杆80。其中，安装底板10用于将该安装结构整体安装在列车车辆上，安装底板10的一个侧面与列车车辆连接；导向柱20安装在安装底板10的另一个侧面上，该导向柱20上具有多块肋板21，并且相邻的两块肋板21之间形成一个扇形的挤压变形区22；薄壁圆管30可拆卸地套设在该导向柱20的外侧；立柱40安装在安装底板10上，该立柱40的数量为多根，多根立柱40均布设置在导向柱20及薄壁圆管30的***，在每根立柱40上均设置有导向孔41；压头结构60安装在受力板50的一侧，压头结构60的数量为多个，且每一个压头结构60均对应一个挤压变形区22设置；固定框架70围设在多个压头结构60的外侧，压头结构60固定安装在该固定框架70上；导杆80安装在受力板50上，与压头结构60同侧设置，导杆80的数量为多根，其数量与立柱40的数量相等，多根导杆80活动穿设在立柱40上的导向孔41内。

上述的用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构，将导向柱20设置在安装底板10上，在安装底板10上设置多根立柱40，在立柱40上设置导向孔41，将压头结构60安装在受力板50上，在受力板50上设置多根导杆80，将导杆80穿设在导向孔41内，并且设置固定框架70对压头结构60进行固定；通过立柱40、导向孔41和导杆80一起可以对压头结构60进行定位，通过固定框架70可以防止在碰撞过程中压头结构60在横向力作用下向外移动或被挤胀变形；使用时将薄壁圆管30套设在导向柱20外，通过立柱40、导向孔41、导杆80和固定框架70共同作用，确保了多个压头结构60能够同时接触到薄壁圆管30，保证挤压力沿薄壁圆管30的轴线方向加载，使作用力更加平稳，而不会发生由于压头结构60没有用时挤压薄壁圆管30而产生斜向加载，引发吸能装置侧翻的情况；并且，该安装结构能够确保压头结构60处于挤压变形区22的中间位置，能够充分利用挤压空间，确保吸能效果；由于将该安装结构的导向柱20和薄壁圆管30设置在安装底板10上，而将压头结构60安装在受力板50上，安装底板10的另一侧安装在列车车辆上，在发生碰撞时，安装底板10一侧相对静止，受力板50受力带动压头结构60沿薄壁圆管30的轴向移动，因此，在安装结构安装端的车辆上无需预留出供薄壁圆管30和导向柱20伸出的空间，安装适用性更好。

具体来说，参见图1、图2和图4，在本实施例中，压头结构60包括压头安装定位块61和压头62。其中，在压头安装定位块61的一端通过螺栓安装在受力板50上，在该压头安装定位块61的另一端设置有一个第一安装槽611；在压头62的一端设置有与该第一安装槽611相匹配的第二安装槽621，压头62通过该第二安装槽621与第一安装槽611过盈配合安装在压头安装定位块61上，压头62通过螺栓固定安装在固定框架70上，压头62的下端具有用于挤压薄壁圆管30的斜面。如此设置，压头结构60采用分体式的压头安装定位块61和压头62，相比于现有的将诱变齿设置在顶端盖板的圆环内部的方式，本发明的压头结构60更加方便进行加工制造，压头安装定位块61和压头62之间通过第一安装槽611和第二安装槽621过盈配合连接，连接结构简单、连接稳定性好、便于安装和拆卸。另外，由于在碰撞时压头62需要与薄壁圆管30进行挤压和摩擦，重复使用多次后可能发生磨损，采用本发明的分体式的压头结构60也方便更换压头62。

在该安装结构受到碰撞时，压头62在受力作用下，可能会发生左右晃动和偏转。为了解决上述问题，参见图1、图2和图4，在本实施例中，在压头安装定位块61上于第一安装槽611的两端还分别设置有一个定位爪612，当压头62通过过盈配合卡接在压头安装定位块61上时，可以通过该两个定位爪612分别卡设在压头62的两侧。这样设置，能够有效避免压头62在受力作用下发生左右晃动和偏转的情况，进一步提高了该安装结构作用力的平稳性。

参见图1、图2和图5，在本实施例中，固定框架70的内角为圆角。在该安装结构中固定框架70的主要作用是防止压头结构60受横向力作用向外移动或被挤胀变形。在该安装结构受到碰撞时，压头结构60受到横向力，该横向力作用于固定框架70上，通过将固定框架70的内角设置为圆角，能够增强固定框架70的刚性，有效避免方形的固定框架70由于受力过大而失效断开。

具体来说，在本实施例中，在受力板50上设置有多个沉头孔，压头结构60和导杆80均通过螺栓安装在受力板50上，螺栓设置在这些沉头孔内。通过将螺栓设置在沉头孔内，避免了螺栓顶帽高于受力板50所在的平面而不利于力的施加的情况，能够使得整个受力板50同时受力，受力更加均匀。更具体地，参见图1和图2，在本实施例中，该沉头孔包括第一沉头孔51和第二沉头孔52，导杆80通过穿设在该第一沉头孔51内的螺栓固定安装在受力板50上，压头结构60中的压头安装定位块61通过穿设在该第二沉头孔52内的螺栓固定安装在受力板50上。

为了方便调整压头结构60对薄壁圆管30的挤压深度，可选地，参见图7，还可以再受力板50上设置多组第二沉头孔52，且每一组第二沉头孔52与受力板50的中心点之间的距离不相等，多组第二沉头孔52中同一方位的多个第二沉头孔52呈直线排列。这样设置，当需要调整压头结构60对薄壁圆管30的挤压深度，进而调节薄壁圆管30的吸能效果，以适应不同场合的需要时，只需将压头结构60固定在相应组的第二沉头孔52处即可，操作非常方便。

参见图1、图3和图6，在本实施例中，肋板21向外延伸的一端的端面优选采用弧形面，肋板21向外延伸的一端的端面转角也优选为圆角。这样设置，可以使肋板21向外延伸的端面与薄壁圆管30的接触更加充分；将端面转角设置为圆角(即对肋板21的侧棱进行圆滑处理)，能够避免由于肋板21的侧棱刮伤薄壁圆管30而影响挤压变形吸能过程。

参见图1和图3，在本实施例中，安装底板10为方形，导向柱20呈十字形，并且，该导向柱20上的肋板21沿安装底板10的对角线设置。这样设置，可以使得压头结构60有更加充足的活动空间。

需要进一步说明的是，为了便于导杆80和导向孔41之间的装配，并且减少导杆80与导向孔41之间不必要的摩擦，导向孔41的直径应设置得略大于导杆80的直径；薄壁圆管30的内径应稍大于导向柱20的整体宽度，以薄壁圆管30不会轻易晃动为最佳，这样设置的合适间隙有利于薄壁圆管30的安装与拆卸；导向柱20上的肋板21的宽度可以根据实际需要具体设置，肋板21的宽度不同，挤压力的大小也会不同，从而产生的吸能效果也会不同；另外，压头结构60的数量、压头62的形状(包括压头62的宽度、长度、高度、侧面倾斜角度等参数)以及导向柱20上的肋板21的数量也可根据实际情况进行设置，不同数量的压头结构60和肋板21会在薄壁圆管30上产生不同数量的变形沟槽，压头62的形状不同，薄壁圆管30产生的吸能效果也会不同。

该安装结构使用时，通过安装底板10将整个安装结构安装在列车车辆上，将薄壁圆管30套设在导向柱20上，在发生碰撞时，碰撞动能加载在受力板50上，由于设置沉头孔，整个受力板50的受力面处于同一平面内，可以使力的加载端与受力板50均匀接触，不会发生受力板50受力不均匀而发生偏转的现象；压头结构60、导杆80和固定框架70随着受力板50沿着薄壁圆管30的轴线方向移动，由导杆80引导压头结构60的移动方向，使压头结构60的挤压方向保持确定；薄壁圆管30由于受到来自压头结构60的压力，沿着薄壁圆管30的径向方向向内挤压薄壁圆管30，使得薄壁圆管30沿径向向内凹陷形成沟槽，随着压头结构60的不断向下移动，变形沟槽越来越长；在变形沟槽的形成过程中，薄壁圆管30由于发生塑性变形和与导向柱20的肋板21侧面产生摩擦，达到吸收碰撞动能的目的；当压头结构60的下端面快要接触到安装底板10时，整个挤压变形过程结束，完成一次吸能行程。

以上所述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)

1.一种用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构，其特征在于，所述安装结构包括：

安装底板(10)；

导向柱(20)，安装在所述安装底板(10)上，所述导向柱(20)上具有多块肋板(21)，相邻的两块所述肋板(21)之间形成挤压变形区(22)；薄壁圆管(30)可拆卸地套设在所述导向柱(20)的外侧；

多根立柱(40)，安装在所述安装底板(10)上，所述立柱(40)上设有导向孔(41)；所述立柱(40)设置在所述薄壁圆管(30)的***；

受力板(50)；

多个压头结构(60)，安装在所述受力板(50)上，每个所述压头结构(60)对应一个所述挤压变形区(22)设置；

固定框架(70)，围设在多个所述压头结构(60)的外侧，所述压头结构(60)固定安装在所述固定框架(70)上；

多根导杆(80)，安装在所述受力板(50)上，所述导杆(80)穿设在所述导向孔(41)内。

2.根据权利要求1所述的用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构，其特征在于，所述压头结构(60)包括：

压头安装定位块(61)，所述压头安装定位块(61)的一端通过螺栓安装在所述受力板(50)上，所述压头安装定位块(61)的另一端设有第一安装槽(611)；

压头(62)，所述压头(62)的一端设有与所述第一安装槽(611)相匹配的第二安装槽(621)，所述压头(62)通过所述第二安装槽(621)与所述第一安装槽(611)过盈配合安装在所述压头安装定位块(61)上，所述压头(62)通过螺栓固定安装在所述固定框架(70)上，所述压头(62)的下端具有用于挤压薄壁圆管(30)的斜面。

3.根据权利要求2所述的用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构，其特征在于，所述压头安装定位块(61)上于所述第一安装槽(611)的两端分别设有一定位爪(612)，所述压头(62)卡接在所述压头安装定位块(61)上时，两个所述定位爪(612)分别卡设在所述压头(62)的两侧。

4.根据权利要求1所述的用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构，其特征在于，所述固定框架(70)的内角为圆角。

5.根据权利要求1所述的用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构，其特征在于，所述受力板(50)上设有沉头孔，所述压头结构(60)和所述导杆(80)均通过螺栓安装在所述受力板(50)上，所述螺栓设置在所述沉头孔内。

6.根据权利要求5所述的用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构，其特征在于，所述沉头孔包括第一沉头孔(51)和第二沉头孔(52)，所述导杆(80)通过穿设在所述第一沉头孔(51)内的螺栓固定安装在所述受力板(50)上，所述压头结构(60)通过穿设在所述第二沉头孔(52)内的螺栓固定安装在所述受力板(50)上，所述受力板(50)上设置有多组所述第二沉头孔(52)，每一组所述第二沉头孔(52)与所述受力板(50)的中心点之间的距离不相等。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构，其特征在于，所述肋板(21)向外延伸的一端的端面为弧形面，所述肋板(21)向外延伸的一端的端面转角为圆角。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的用于薄壁圆管径向挤压变形的安装结构，其特征在于，所述安装底板(10)为方形，所述导向柱(20)呈十字形，所述导向柱(20)上的所述肋板(21)沿所述安装底板(10)的对角线设置。

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