CN102442327A - 多级浮动式机车车辆抗撞吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级浮动式机车车辆抗撞吸能装置，由一个端部活塞及两个以上分离独立放置于缸体内的浮动活塞组成；缸体中相对于各浮动活塞位置的缸壁上径向设置有顶压浮动活塞边缘侧面的弹性定位机构；各浮动活塞将缸体分成多个独立的封闭气室，并与气缸构成多组无活塞杆的游动活塞机构，各封闭气室与缸体外所设加压气管路相通；各活塞上设置有弹性爆破膜的常闭通孔。采用本发明将机车车辆的碰撞冲击破坏过程转化为多级浮动气室压缩气体贮能实现峰值动量缓冲与压缩气体按能级分极波动能量释放和余能变形破坏释放的三级分步的过程，从而有效地保护机车车辆在发生碰撞时所造成的刚性碰撞与峰值冲量危害。

Description

多级浮动式机车车辆抗撞吸能装置

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，特别涉及机车车辆碰撞吸能与有效释能的保护装置。

背景技术

对于机车车辆安全性研究除对线路及车辆本身的安全性、可靠性考虑之外，由于特定因素导致机车车辆发生碰撞对机车车辆产生的影响也是一个重要的研究内容。由于机车车辆同其它轻量化运输工具不同，机车车辆具有惯性大、能量高、碰撞破坏性强等特点。目前，对于此项目技术的研究侧重于通过特定元器件(如薄壁件)的碰撞压缩形变来吸取能量，吸取能量的大小取决于变形元器件的结构、尺寸、材质等因素。其中变形元件由碰撞接触开始，在元件产生变形的同时，机车车辆的冲击能量已大部分传递到了机车车辆的本体部分，破坏已经较大程度地产生了，车辆的安全性受到了极大的影响。本发明的目的是通过采用刚柔兼顾的吸能方式，建立一种柔性接触与能量可控释放的安全碰撞装置，降低机车车辆碰撞的损失程度，保障运乘人员生命、财产的安全。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是提供一种基于机车车辆碰撞时对碰撞能量进行分段接触受能与能量分层释放的抗撞保护装置。

本发明的目的是通过如下手段实现的：

多级浮动式机车车辆抗撞吸能装置，其特征在于，由一个端部活塞及两个以上分离独立放置于缸体内的浮动活塞组成；缸体中相对于各浮动活塞位置的缸壁上径向设置有顶压浮动活塞边缘侧面的弹性定位机构；各浮动活塞将缸体分成多个独立的封闭气室，并与气缸构成多组无活塞杆的游动活塞机构，各封闭气室与缸体外所设加压气管路相通；各活塞上设置有弹性爆破膜的常闭通孔。

采用本发明装置将机车车辆的碰撞冲击破坏过程转化为多级浮动气室压缩气体贮能实现峰值动量缓冲与压缩气体按能级分极波动能量释放和余能变形破坏释放的三级分步的过程，从而有效地保护机车车辆在发生碰撞时所造成的刚性碰撞与峰值冲量危害，实现了对碰撞冲击能量的分段、定量转换与释放，最大程度地减缓和消除机车车辆碰撞所带来的人员和物资损失。

附图说明如下：

图1是应用本发明多级浮动式机车车辆抗撞吸能装置的结构示意图。

图2为图1中B向视图。

图3为图1中A-A剖视图。

图4为图1中I部局部放大图。

图5为图1中II部局部放大图。

图6为端部活塞的轴侧图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

结合图1、图2、图3、图4、图5和图6可看出，本发明装置包括：撞击接触块1、端部活塞3、气缸8、气缸端盖5、浮动活塞9、10、12和气缸底部接触块13，气缸底部接触块13通过螺栓组件14与气缸8连接，40为缸体支架。浮动活塞9、10、12和端部活塞3装套于气缸8内，且浮动活塞9、10、12和活塞3装套于气缸8之内，所述各活塞环向设有密封环15。端部活塞3通过螺钉2与撞击接触块1连接。其中端部活塞3穿过气缸端盖5中间通孔，气缸端盖5设有实现与端部活塞3形成动态密封的密封圈4。气缸端盖5与气缸8通过螺栓组件7连接，且两者之间设有密封圈6。浮动活塞9、10、12和端部活塞3上分别设有四个有弹性爆破膜的常闭通孔，如图5所示，通孔一侧安装了爆破膜30，覆盖常闭通孔31的爆破膜30由环形压板29通过螺栓组件28压紧固定。缸体中相对于各浮动活塞位置的缸壁上径向设置有顶压浮动活塞边缘侧面的弹性定位机构，该弹性定位机构设置在浮动活塞9、10、12两侧，活塞3位置可设可不设，其具体结构如图4所示，该定位结构由圆头定位销27、压紧弹簧16、密封片17、压紧弹簧顶盖18和压紧螺钉19构成，且沿气缸8周边径向均匀设置了三组，压紧弹簧16一端穿套于圆头定位销27之上，另一端顶向压紧弹簧顶盖18内台阶，压紧弹簧顶盖18与气缸8台阶孔之间设有密封片17，并通过上端压紧螺钉19压紧固定，使圆头定位销27顶压浮动活塞边缘侧面，在下文可以看到压紧弹簧的压紧力度应该调试到合适的程度，以保证活塞在收到足够大的轴向推力时，活塞端面的切向力可沿径向将圆头定位销27向外推出以释放活塞轴向位移。由图4还可看出，加压(气)管路11与气缸8通过加气阀门组件连接，该加气阀门组件由压紧弹簧26、锥形密封塞24、锥形密封塞压块25、双头通孔接头20、密封片23、22和连接件21构成，其中压紧弹簧26一端与锥形密封塞压块25连接，另一端放置于气缸8进气孔内台阶孔内，锥形密封塞24平端与锥形密封塞压块25粘接在一起，锥形密封塞24锥面与双头通孔接头20下端接触，双头通孔接头20下端旋入气缸8进气孔，双头通孔接头20上端端面与加压(气)管路11之间设有密封片23，加压(气)管路11与连接件21之间设有密封片22，连接件21与双头通孔接头20上端通过螺纹连接。

安装时，先将浮动活塞12推进气缸8内，直至与气缸8内最左侧弹性定位机构的定位销接触，卡在两侧弹性定位机构之间，进行预定位；其次将浮动活塞10和浮动活塞9预定位于图1所示弹性定位机构位置；活塞3推至最右侧气缸端盖附近。

使用前，装置左侧端部与底部缸体支架固定在机车车辆头部，通过加压(气)管路11(一般与机车车辆上压缩机连接)同时向气缸8各密封气室添加一定压力气体(不可燃气体)。通气时，双头通孔接头20下端气压高于气缸8内气压，气体克服气缸8内气压和压紧弹簧26压紧力，推开锥形密封塞24向气缸8内各气室加压，当气室内压力与加压(气)管路11气压平衡时，锥形密封塞24与双头通孔接头20下端密封，气路被切断。当气缸8内气室压力降低时，气阀自动打开，并向气室内补充气体。

使用时，当碰撞物接触撞击接触块1时，冲击力传递到活塞3上，活塞3压缩左侧气室，当压力增大到一定程度时，浮动活塞9克服左侧柔性轴向定位约束并压缩左侧气室。同样，压力被传递到气缸8最左侧气室，冲击能量被传递和转化为各气室气体压力，气温升高完成部分能量的贮存，此时，浮动活塞9、10、12处于左右浮动状态。当冲击进一步加强时，各气压室气体压力持续升高，当压力超过端部活塞3上所设爆破膜30的抗压强度极限时，爆破膜30爆裂，能量被快速释放到活塞3右侧非压缩区。活塞3此时突破气体阻力，快速与浮动活塞9接触并继续压缩浮动活塞9左侧各气室气体。同样，当压力超过浮动活塞9上所设爆破膜30的抗压强度极限时，爆破膜30爆裂，能量被快速释放到浮动活塞9(端部活塞3)右侧非压缩区。如此循环，直至浮动活塞12上所设爆破膜30破裂，浮动活塞12、10、9和端部活塞3叠重于气缸底部接触块13上，此时各气室所吸收能量全部释放完成。其间，端部活塞3、浮动活塞9、10、12压缩过程中，压力达不到使全部爆破膜破裂时，端部活塞3将在气缸一定位置停止，并随着机车车辆运动状况活塞有一定左右位移。当冲击能量过大时，所有爆破膜破裂，并使浮动活塞12、10、9和端部活塞3叠重于气缸底部接触块13上，如还有剩余能量，浮动活塞12、10、9由于是薄壳零件，将会产生塑性变形来吸收更多的能量。

其中应注意，当碰撞发生时，气缸8内各气室压力明显高于加压(气)管路11气压，气缸8内气压将紧压锥形密封塞24，使其与双头通孔接头20下端紧密结合而加强密封，气缸8内高压气体不会反向对供气管路及气体压缩设备造成损坏。

采用本发明装置将机车车辆的碰撞冲击破坏过程转化为多级浮动气室压缩气体贮能实现峰值动量缓冲与压缩气体按能级分极波动能量释放和余能变形破坏释放的三级分步的过程，从而有效地保护机车车辆在发生碰撞时所造成的刚性碰撞与峰值冲量危害，实现了对碰撞冲击能量的分段、定量转换与释放，最大程度地减缓和消除机车车辆碰撞所带来的人员和物资损失。

本发明装置可在上述三个浮动活塞12、10、9的基础之上，结合机车车辆的结构调整气缸8的尺寸和浮动活塞的个数，以及爆破膜的强度指标，实现系列能级的碰撞吸能与能量释放。为更有效地对多级浮动气室压缩气体贮能实现峰值动量缓冲，按端部活塞与浮动活塞的相对位置关系，弹性爆破膜的抗压强度由气缸入口到气缸底部依次加强，气缸底部浮动活塞上弹性爆破膜的抗压强度最高。

本发明的气体压缩吸能与爆破释能的柔性抗撞装置除用于机车车辆端部外，也可应用于车箱端部的碰撞系统，还可应用于一般道路车辆的碰撞系统。

Claims (4)

1.多级浮动式机车车辆抗撞吸能装置，其特征在于，由一个端部活塞及两个以上分离独立放置于缸体内的浮动活塞组成；缸体中相对于各浮动活塞位置的缸壁上径向设置有顶压浮动活塞边缘侧面的弹性定位机构；各浮动活塞将缸体分成多个独立的封闭气室，并与气缸构成多组无活塞杆的游动活塞机构，各封闭气室与缸体外所设加压气管路相通；各活塞上设置有弹性爆破膜的常闭通孔。

2.根据权利要求1所述之多级浮动式机车车辆抗撞吸能装置，其特征在于，按端部活塞与浮动活塞的相对位置关系，弹性爆破膜的抗压强度由气缸入口到气缸底部依次加强，气缸底部浮动活塞上弹性爆破膜的抗压强度最高。

3.根据权利要求1所述之多级浮动式机车车辆抗撞吸能装置，其特征在于，所述加压气管路在与缸体封闭气室相通加压处设有逆向防爆与定压加气阀门。

4.根据权利要求1所述之多级浮动式机车车辆抗撞吸能装置，其特征在于，所述各活塞上有弹性爆破膜的常闭通孔设置至少一个。

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