本發(fā)明涉及車輛碰撞領(lǐng)域，具體涉及一種軌道車輛用碰撞吸能裝置。

背景技術(shù)：

軌道車輛碰撞事故是造成旅客重大傷亡的最主要原因之一，因此，如何提高軌道車輛運(yùn)行的安全，盡量減少司乘人員及旅客在事故中的傷亡，成為人們普遍關(guān)注的問題。特別是現(xiàn)在，隨著高鐵等高速軌道車輛的迅速發(fā)展，車輛運(yùn)行的安全性就更為突出，碰撞安全問題作為車輛設(shè)計(jì)中的重要組成部分，成為高速軌道車輛設(shè)置的一個(gè)重點(diǎn)。

目前國內(nèi)軌道車輛，為減小車輛發(fā)生相互撞擊時(shí)對(duì)于車體結(jié)構(gòu)造成巨大破壞，同時(shí)為了減少人員傷亡，通常在車體的前端部設(shè)置有防爬器等安全防護(hù)裝置。當(dāng)車輛發(fā)生碰撞事故時(shí)，通過一對(duì)防爬齒的相互咬合，使車體之間進(jìn)行正面沖擊，避免出現(xiàn)爬車和傾覆等嚴(yán)重后果。同時(shí)，通過設(shè)置在頭車前端部的吸能裝置和車體的塑性變形，吸收巨大的撞擊能量，從而最大限度的保證司乘人員和乘客的安全及保證車輛主體結(jié)構(gòu)的完整。

目前關(guān)于軌道車輛用吸能裝置的研究較為熱門。如中國專利201420698281.8公開了一種用于軌道交通車輛的壓縮式多級(jí)吸能器。該實(shí)用新型吸能筒材為二級(jí)階梯式空心筒體，其兩個(gè)階梯端面均設(shè)有環(huán)狀楔形槽，一級(jí)階梯處設(shè)有第一筒圈體，二級(jí)階梯處設(shè)有第二筒圈體，所述第一筒圈體的前端面設(shè)有與環(huán)狀楔形槽配合第一環(huán)狀楔形片，第二筒圈體的前端面設(shè)有與環(huán)狀楔形槽配合第二環(huán)狀楔形片；第一安裝座、第二安裝座均開有中心孔，它們分別與吸能筒材的二級(jí)階梯直徑配合；第一安裝座前端面固結(jié)第一導(dǎo)向筒，第一安裝座的后端面與第二安裝座前端面之間設(shè)有第二導(dǎo)向筒。但該吸能器緩沖行程較難控制，其有效行程有限，較難達(dá)到預(yù)期的緩沖效果。

發(fā)明專利CN201310082195公開了一種緩沖均勻的新型吸能裝置，旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單、在發(fā)生交通事故等沖擊碰撞時(shí)能穩(wěn)定高效地對(duì)能量進(jìn)行均勻吸收的裝置，所述吸能裝置由預(yù)撕裂圓管(1)、導(dǎo)向摩擦圓管(2)及沖頭(3)組成。此裝置能量吸收主要依靠沖頭(3)擠壓進(jìn)預(yù)撕裂圓管(1)引起的脹形及其后的圓管撕裂。與傳統(tǒng)的吸能方式相比，圓管的撕裂卷曲破壞在吸能效果上比破碎、軸向屈曲或翻轉(zhuǎn)更有效，同時(shí)還具備有效行程長和沖擊力平穩(wěn)的特點(diǎn)。

申請(qǐng)人的在先申請(qǐng)CN201510666711.7中提供一種伸縮式軌道車輛碰撞吸能裝置，由單獨(dú)作用的兩套機(jī)構(gòu)組成，分別安裝在車輛端部的兩側(cè)，每套由防爬齒、吸能圓管、拉環(huán)、刀具、刀具固定塊、安裝座、刀具座、導(dǎo)向筒、雙作用式氣缸、底座、螺栓、扭力彈簧、銷、定位槽、雙作用式電磁閥、控制器、儲(chǔ)氣罐組成；吸能裝置在非工作狀態(tài)時(shí)，雙作用式氣缸為拉力狀態(tài)，拉動(dòng)吸能圓管縮在導(dǎo)向筒內(nèi)部，刀具壓在吸能圓管的外壁上，在列車發(fā)生碰撞前，雙作用式氣缸在高壓空氣作用下推動(dòng)吸能圓管向外彈出，刀具在彈簧力的作用下壓在吸能圓管的定位槽上，當(dāng)吸能圓管受到外力向?qū)蛲矁?nèi)退縮時(shí)，刀具切削吸能結(jié)構(gòu)吸收能量。若吸能圓管伸出后若沒有受到撞擊作用，可以通過拉動(dòng)刀具或者采用刀具下的氣缸頂起刀頭使吸能圓管和刀具分離，雙作用式氣缸拉動(dòng)吸能圓管到導(dǎo)向筒內(nèi)部。

但從上述文件可見，目前國內(nèi)軌道車輛防爬吸能裝置普遍采用薄壁結(jié)構(gòu)的塑性壓潰變形或切削變形來耗散碰撞能量，該結(jié)構(gòu)具有吸能比小、有效行程短、變形受載荷條件影響大等特點(diǎn)。此外，在不同的碰撞條件下，該結(jié)構(gòu)的吸能特性呈現(xiàn)出很大的差異，容易導(dǎo)致車輛在碰撞過程中的不可控?fù)p壞。

實(shí)用新型專利201420738264.2公開了一種擠壓式吸能裝置，屬于軌道車輛被動(dòng)安全技術(shù)領(lǐng)域。它能有效地解決列車受到碰撞時(shí)阻抗力有較大波動(dòng)的問題。所述擠壓式吸能裝置由安裝板、連接法蘭和吸能管組成。所述安裝板上開有圓形安裝孔，連接法蘭嵌入圓形安裝孔并通過焊接固定在安裝板上。所述連接法蘭具有變徑通孔，吸能管開口端通過過盈配合穿過連接法蘭。所述安裝板上開有螺栓孔，通過螺栓將吸能裝置連接在車體上。主要用于列車頭部被碰撞時(shí)的能量吸收。該專利內(nèi)容在一定程度上解決了現(xiàn)有吸能管的吸能比小、有效行程短、變形受載荷條件影響大等問題，但該吸能管的擠壓結(jié)構(gòu)還有待進(jìn)一步改進(jìn)。另外，該專利提供的是一種完全被動(dòng)防撞結(jié)構(gòu)，而主動(dòng)防撞結(jié)構(gòu)與被動(dòng)防撞結(jié)構(gòu)相比具有有利于在有限空間內(nèi)吸能管的設(shè)置等顯著優(yōu)勢。因此，本領(lǐng)域有待開發(fā)一種在強(qiáng)度特性和碰撞性能等方面的進(jìn)一步提高的擠壓式吸能裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明提供一種軌道車輛用碰撞吸能裝置，包括設(shè)置于車體長度方向前端或后端的擋板、連接在擋板上的吸能管、與車體固定連接的基蓋和基座、用于提供彈性力的彈簧、以及控制吸能管及時(shí)伸出車體外的伸縮驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述吸能管的內(nèi)徑在軸向各處保持一致且其包括與擋板連接的外徑較大的大徑端以及遠(yuǎn)離擋板的外徑逐步變小的圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，所述基座包括軸向設(shè)置在車體長度方向上的內(nèi)通孔，所述內(nèi)通孔包括軸向上靠近擋板的大孔端以及遠(yuǎn)離擋板的小孔端；吸能管設(shè)置在基座的內(nèi)通孔以及基蓋的內(nèi)通孔中，且徑向上在基座和吸能管之間還設(shè)置有兩塊以上限位套，所述彈簧用于輔助所述限位套在基座的內(nèi)通孔中的移動(dòng)；在吸能管伸出車體外且各塊限位套間徑向壓緊或徑向間隙最小后所得的過孔直徑最小處比吸能管大徑端的外徑最大值小2～40mm，使得軌道車輛碰撞后所述吸能管整體向所述過孔處運(yùn)動(dòng)且從過孔中擠出以吸收碰撞能量。

在一種具體的實(shí)施方式中，所述擋板上連接防爬齒，以防止碰撞時(shí)一輛列車被抬起而爬至另一輛列車上。

在一種具體的實(shí)施方式中，所述彈簧的數(shù)量與限位套數(shù)量一致，且彈簧均平行于吸能管設(shè)置，彈簧的兩端分別抵設(shè)在限位套和基蓋上。

在一種具體的實(shí)施方式中，多塊限位套(5)的徑向外側(cè)設(shè)置有環(huán)狀凹槽(51)，且定位環(huán)(6)設(shè)置在所述環(huán)狀凹槽(51)中使得多塊限位套(5)在軸向上同步運(yùn)動(dòng)。

在一種具體的實(shí)施方式中，所述基座(7)的內(nèi)通孔中設(shè)置有軸向臺(tái)階(73)，相應(yīng)在每塊限位套(5)上設(shè)置有軸向擋塊(52)使得所述限位套(5)在軸向上卡設(shè)在基座(7)內(nèi)。

在一種具體的實(shí)施方式中，所述過孔直徑最小處比吸能管大徑端(22)的外徑最大值小6～20mm。

在一種具體的實(shí)施方式中，所述吸能管(2)總長為100～1500mm，大徑端(22)外徑為30～300mm，且大徑端(22)壁厚為2～30mm。

在一種具體的實(shí)施方式中，所述吸能管(2)總長為500～1000mm，大徑端外徑為100～200mm，且大徑端壁厚為10～20mm。

在一種具體的實(shí)施方式中，所述吸能管(2)為金屬管，所述基座(3)為材質(zhì)強(qiáng)度大于吸能管用金屬的金屬基座；所述伸縮驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)為包含活塞桿的汽缸或液壓缸，或所述伸縮驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。

在一種具體的實(shí)施方式中，碰撞前，軸向上所述吸能管(2)與限位套(5)和基蓋(3)形成一處或多處的過盈配合、過渡配合或間隙配合，且吸能管與限位套(5)和基蓋(3)的配合長度為吸能管(2)管長的1/10以上。

在一種具體的實(shí)施方式中，所述限位套(5)的數(shù)量為3～6塊，且多塊限位套(5)均勻分布在吸能管(2)徑向外側(cè)。

在另外一種具體的實(shí)施方式中，多塊限位套(5)的徑向外側(cè)設(shè)置有環(huán)狀凹槽(51)，且定位環(huán)(6)設(shè)置在所述環(huán)狀凹槽(51)中使得多塊限位套(5)在軸向上同步運(yùn)動(dòng)；所述基座(7)上還設(shè)置有兩個(gè)以上均與吸能管軸向垂直的銷軸插孔(74)，所述銷軸插孔(74)中設(shè)置有銷軸(12)且銷軸(12)的一端抵設(shè)在環(huán)狀凹槽(51)內(nèi)或定位環(huán)(6)上，銷軸(12)的另一端與連接桿(11)的一端固定連接，且連接桿(11)的另一端固定設(shè)置在伸縮驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的安裝座上；所述銷軸插孔(74)在吸能管軸向上的孔寬大于所述銷軸在吸能管軸向上的尺寸，使得連接桿(11)和銷軸(12)可帶動(dòng)多塊限位套(5)在軸向上同步運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明中提供的擠壓式軌道車輛用碰撞吸能裝置具有更好的強(qiáng)度特性和碰撞性能。在識(shí)別到列車碰撞危險(xiǎn)信號(hào)后，該裝置中的吸能管主動(dòng)伸出以吸收碰撞能量，吸能管的尺寸不再受限于車鉤結(jié)構(gòu)的位置。且針對(duì)吸能結(jié)構(gòu)的誤觸發(fā)情況，所述伸縮驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可驅(qū)動(dòng)吸能管直接一鍵控制而方便地收回到車體內(nèi)部，保證車輛之間能夠通過車鉤正常連掛。

附圖說明

圖1為吸能裝置在列車正常工作時(shí)(吸能管收縮)的立體結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2為圖1所示結(jié)構(gòu)的主視圖，

圖3為圖2所示結(jié)構(gòu)的A-A截面剖視圖，

圖4為圖2所示結(jié)構(gòu)的B-B截面剖視圖，

圖5為吸能裝置在碰撞發(fā)生前(吸能管伸出時(shí))的立體結(jié)構(gòu)示意圖，

圖6為圖5所示結(jié)構(gòu)的主視圖，

圖7為圖6所示結(jié)構(gòu)的A-A截面剖視圖，

圖8為圖6所示結(jié)構(gòu)的B-B截面剖視圖，

圖9為限位套的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明第二吸能裝置在列車正常工作時(shí)(吸能管收縮)的立體結(jié)構(gòu)示意圖，

圖11為圖10所示結(jié)構(gòu)的A-A截面剖視圖，

圖12為圖10所示結(jié)構(gòu)的B-B截面剖視圖，

圖13為本發(fā)明第二吸能裝置在碰撞發(fā)生前(吸能管伸出時(shí))的立體結(jié)構(gòu)示意圖，

圖14為圖10所示結(jié)構(gòu)中限位套的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、擋板，2、吸能管，3、基蓋，4、彈簧，5、限位套，6、定位環(huán)，7、基座，8、活塞桿，9、氣缸體，10、氣缸座，11、連接桿，12、銷軸；

21、圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，22、大徑端，51、環(huán)狀凹槽，52、軸向擋塊，53、徑向盲孔，54、過孔，71、小孔端，72、大孔端，73、軸向臺(tái)階，74、銷軸插孔。

具體實(shí)施方式

結(jié)合使用一定強(qiáng)度的鋁合金(低強(qiáng)度鋁合金)或低碳鋼作為吸能管，該結(jié)構(gòu)的吸能管可使得吸能管碰撞后從過孔54處變形擠出，從而最大限度地吸收碰撞產(chǎn)生的能量。本領(lǐng)域技術(shù)人員可知地，所述過盈配合、過渡配合或間歇配合的偏差為0.01mm級(jí)，而本發(fā)明中采用吸能管外徑變形的擠出(擠壓)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)碰撞吸能，其吸能量與因過盈配合產(chǎn)生的摩擦而產(chǎn)生的吸能量相比差別巨大，因此，本發(fā)明中使用該裝置即可實(shí)現(xiàn)碰撞吸能過程，而無需另外增設(shè)其它任何形式的吸能結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述吸能管2總長為500～1000mm，大徑端外徑為100～200mm，且大徑端壁厚為10～20mm。本發(fā)明中，吸能管整體保持一定的厚度以上(如大徑端的壁厚為10mm以上，同時(shí)小徑端的壁厚為5mm以上)可以使得碰撞后吸能管不易彎曲，且吸能量大。碰撞后的吸能管從過孔54處伸出基座，且吸能管在碰撞后縮減成外徑較碰撞前更小的管，其形狀大致依然是規(guī)則的直圓管。

在一種具體的實(shí)施方式中，所述吸能管2為金屬管，所述基座3為材質(zhì)強(qiáng)度大于吸能管用金屬的金屬基座。在一種具體的實(shí)施方式中，所述吸能管為鐵管或鋁管，具體為強(qiáng)度和硬度較小的管件，而所述基座為鋁材或不銹鋼，具體為強(qiáng)度和硬度遠(yuǎn)大于吸能管所用材料的金屬件。

實(shí)施例1

圖1～9為本發(fā)明實(shí)施例1的吸能裝置結(jié)構(gòu)，其中圖1～4為列車正常運(yùn)行時(shí)吸能管收縮在車體內(nèi)的狀態(tài)，圖5～8為碰撞事故發(fā)生前吸能管已經(jīng)伸出車體外吸能裝置的結(jié)構(gòu)圖。碰撞事故發(fā)生后，所述吸能管會(huì)從如圖7所示的四塊限位套5共同形成的內(nèi)部過孔54中擠出，具體是圖7中吸能管從右至左擠出，碰撞擠出后的吸能管內(nèi)徑變小而吸能。

具體地，如圖1～4所示，在列車正常運(yùn)行的情況下，吸能管2在氣缸活塞桿8的拉力作用下，收縮在車體內(nèi)部，四塊限位套在彈簧的壓力作用下，緊緊壓在基座7內(nèi)表面和吸能管2的外表面之間，四塊限位套軸向中部的徑向外側(cè)設(shè)置有環(huán)狀凹槽51，環(huán)狀凹槽51內(nèi)裝有定位環(huán)6，保證四塊限位套能在軸向上同步運(yùn)動(dòng)。如圖5～8所示，在列車發(fā)生碰撞事故之前，例如在位移感應(yīng)器的感應(yīng)下(預(yù)測將有事故發(fā)生)，吸能管2在氣缸活塞桿8的推力作用下，伸出到車體外部，由于吸能管軸向靠近車體的一端為圓臺(tái)結(jié)構(gòu)21，待吸能管的圓臺(tái)結(jié)構(gòu)21與基座一端在軸向平齊時(shí)，四塊限位套5在彈簧4的彈性力作用下向基座的小孔端71移動(dòng)，緊緊壓在基座內(nèi)表面和吸能管的外表面之間，定位環(huán)保證四塊限位套同步移動(dòng)。

如圖4和圖8所示，結(jié)合圖3和圖7，該裝置中的限位套在徑向上也是可以活動(dòng)的，由四塊組成，每一塊限位套外表面與基座內(nèi)表面配合，在彈簧的彈性伸張力作用下沿著基座內(nèi)表面向小孔端滑動(dòng)，定位環(huán)保證四塊限位套能夠同時(shí)滑動(dòng)，彈簧在吸能管伸出車體前始終處于壓縮狀態(tài)。如圖8所示，待吸能管伸出后，限位套在彈簧的作用下與基座內(nèi)表面配合，四塊限位套之間沒有間隙，與吸能管緊密配合。

實(shí)施例2

圖10～14為本發(fā)明實(shí)施例2的吸能裝置結(jié)構(gòu)，其中圖10～12為列車正常運(yùn)行時(shí)吸能管收縮在車體內(nèi)的狀態(tài)，圖13為碰撞事故發(fā)生前吸能管已經(jīng)伸出車體外吸能裝置的結(jié)構(gòu)圖。碰撞事故發(fā)生后，所述吸能管會(huì)從如圖13所示的四塊限位套5共同形成的內(nèi)部過孔54中擠出，具體是圖13中吸能管從右至左擠出，碰撞擠出后的吸能管內(nèi)徑縮減而吸能。

具體地，圖10所示為限位套5可自動(dòng)伸縮式吸能裝置結(jié)構(gòu)示意圖，定位環(huán)6與活動(dòng)銷軸12連接，銷軸壓緊定位環(huán)，銷軸12安裝在連接桿11上，連接桿11另一端與氣缸座相連，氣缸座可小位移活動(dòng)，四塊限位套之間通過徑向上的彈簧兩兩連接。如圖11所示，碰撞前吸能管收縮在基座內(nèi)，限位套在彈簧的作用下脹開，如圖12所示，脹開后的各塊限位套5之間形成一定的間隙。如圖13所示，吸能管在氣缸的作用下伸出車體外，氣缸座向后移動(dòng)，通過連接桿11拉動(dòng)銷軸12及定位環(huán)6軸向移動(dòng)，在定位環(huán)移動(dòng)的作用下，四塊限位套5同步向基座7的小孔端71移動(dòng)，待吸能管伸出后，限位套在定位環(huán)的作用下與基座內(nèi)通孔配合，四塊限位套之間不再有間隙，與吸能管緊密配合。在圖10～13所示方案中，在彈簧的張力下(每兩塊限位套在徑向間隙間設(shè)置有兩根彈簧，兩根彈簧軸向上一前一后，如圖11和圖12的四個(gè)圓圈所示，每根彈簧的兩端均設(shè)置在相鄰兩塊限位套的徑向盲孔53中)四塊限位套在徑向上撐開呈間隙狀，整個(gè)限位套此時(shí)并未鎖緊吸能管。在汽缸強(qiáng)大的作用力的作用下，各彈簧間擠緊且限位套均位于基座內(nèi)的小孔端(圖11和13中基座的最左側(cè))，此時(shí)限位套將吸能管鎖緊而有利于吸能管從限位套內(nèi)各塊限位套間徑向壓緊后所得的內(nèi)孔直徑最小處擠出。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。