一种轨道车辆用碰撞吸能装置的制作方法

本发明涉及车辆碰撞领域，具体涉及一种轨道车辆用碰撞吸能装置。

背景技术：

轨道车辆碰撞事故是造成旅客重大伤亡的最主要原因之一，因此，如何提高轨道车辆运行的安全，尽量减少司乘人员及旅客在事故中的伤亡，成为人们普遍关注的问题。特别是现在，随着高铁等高速轨道车辆的迅速发展，车辆运行的安全性就更为突出，碰撞安全问题作为车辆设计中的重要组成部分，成为高速轨道车辆设置的一个重点。

目前国内轨道车辆，为减小车辆发生相互撞击时对于车体结构造成巨大破坏，同时为了减少人员伤亡，通常在车体的前端部设置有防爬器等安全防护装置。当车辆发生碰撞事故时，通过一对防爬齿的相互咬合，使车体之间进行正面冲击，避免出现爬车和倾覆等严重后果。同时，通过设置在头车前端部的吸能装置和车体的塑性变形，吸收巨大的撞击能量，从而最大限度的保证司乘人员和乘客的安全及保证车辆主体结构的完整。

目前关于轨道车辆用吸能装置的研究较为热门。如中国专利201420698281.8公开了一种用于轨道交通车辆的压缩式多级吸能器。该实用新型吸能筒材为二级阶梯式空心筒体，其两个阶梯端面均设有环状楔形槽，一级阶梯处设有第一筒圈体，二级阶梯处设有第二筒圈体，所述第一筒圈体的前端面设有与环状楔形槽配合第一环状楔形片，第二筒圈体的前端面设有与环状楔形槽配合第二环状楔形片；第一安装座、第二安装座均开有中心孔，它们分别与吸能筒材的二级阶梯直径配合；第一安装座前端面固结第一导向筒，第一安装座的后端面与第二安装座前端面之间设有第二导向筒。但该吸能器缓冲行程较难控制，其有效行程有限，较难达到预期的缓冲效果。

发明专利CN201310082195公开了一种缓冲均匀的新型吸能装置，旨在提供一种结构简单、在发生交通事故等冲击碰撞时能稳定高效地对能量进行均匀吸收的装置，所述吸能装置由预撕裂圆管(1)、导向摩擦圆管(2)及冲头(3)组成。此装置能量吸收主要依靠冲头(3)挤压进预撕裂圆管(1)引起的胀形及其后的圆管撕裂。与传统的吸能方式相比，圆管的撕裂卷曲破坏在吸能效果上比破碎、轴向屈曲或翻转更有效，同时还具备有效行程长和冲击力平稳的特点。

申请人的在先申请CN201510666711.7中提供一种伸缩式轨道车辆碰撞吸能装置，由单独作用的两套机构组成，分别安装在车辆端部的两侧，每套由防爬齿、吸能圆管、拉环、刀具、刀具固定块、安装座、刀具座、导向筒、双作用式气缸、底座、螺栓、扭力弹簧、销、定位槽、双作用式电磁阀、控制器、储气罐组成；吸能装置在非工作状态时，双作用式气缸为拉力状态，拉动吸能圆管缩在导向筒内部，刀具压在吸能圆管的外壁上，在列车发生碰撞前，双作用式气缸在高压空气作用下推动吸能圆管向外弹出，刀具在弹簧力的作用下压在吸能圆管的定位槽上，当吸能圆管受到外力向导向筒内退缩时，刀具切削吸能结构吸收能量。若吸能圆管伸出后若没有受到撞击作用，可以通过拉动刀具或者采用刀具下的气缸顶起刀头使吸能圆管和刀具分离，双作用式气缸拉动吸能圆管到导向筒内部。

但从上述文件可见，目前国内轨道车辆防爬吸能装置普遍采用薄壁结构的塑性压溃变形或切削变形来耗散碰撞能量，该结构具有吸能比小、有效行程短、变形受载荷条件影响大等特点。此外，在不同的碰撞条件下，该结构的吸能特性呈现出很大的差异，容易导致车辆在碰撞过程中的不可控损坏。

实用新型专利201420738264.2公开了一种挤压式吸能装置，属于轨道车辆被动安全技术领域。它能有效地解决列车受到碰撞时阻抗力有较大波动的问题。所述挤压式吸能装置由安装板、连接法兰和吸能管组成。所述安装板上开有圆形安装孔，连接法兰嵌入圆形安装孔并通过焊接固定在安装板上。所述连接法兰具有变径通孔，吸能管开口端通过过盈配合穿过连接法兰。所述安装板上开有螺栓孔，通过螺栓将吸能装置连接在车体上。主要用于列车头部被碰撞时的能量吸收。该专利内容在一定程度上解决了现有吸能管的吸能比小、有效行程短、变形受载荷条件影响大等问题，但该吸能管的挤压结构还有待进一步改进。另外，该专利提供的是一种完全被动防撞结构，而主动防撞结构与被动防撞结构相比具有有利于在有限空间内吸能管的设置等显著优势。因此，本领域有待开发一种在强度特性和碰撞性能等方面的进一步提高的挤压式吸能装置。

技术实现要素：

因此，本发明提供一种轨道车辆用碰撞吸能装置，包括设置于车体长度方向前端或后端的挡板、连接在挡板上的吸能管、与车体固定连接的基盖和基座、用于提供弹性力的弹簧、以及控制吸能管及时伸出车体外的伸缩驱动结构，所述吸能管的内径在轴向各处保持一致且其包括与挡板连接的外径较大的大径端以及远离挡板的外径逐步变小的圆台结构，所述基座包括轴向设置在车体长度方向上的内通孔，所述内通孔包括轴向上靠近挡板的大孔端以及远离挡板的小孔端；吸能管设置在基座的内通孔以及基盖的内通孔中，且径向上在基座和吸能管之间还设置有两块以上限位套，所述弹簧用于辅助所述限位套在基座的内通孔中的移动；在吸能管伸出车体外且各块限位套间径向压紧或径向间隙最小后所得的过孔直径最小处比吸能管大径端的外径最大值小2～40mm，使得轨道车辆碰撞后所述吸能管整体向所述过孔处运动且从过孔中挤出以吸收碰撞能量。

在一种具体的实施方式中，所述挡板上连接防爬齿，以防止碰撞时一辆列车被抬起而爬至另一辆列车上。

在一种具体的实施方式中，所述弹簧的数量与限位套数量一致，且弹簧均平行于吸能管设置，弹簧的两端分别抵设在限位套和基盖上。

在一种具体的实施方式中，多块限位套(5)的径向外侧设置有环状凹槽(51)，且定位环(6)设置在所述环状凹槽(51)中使得多块限位套(5)在轴向上同步运动。

在一种具体的实施方式中，所述基座(7)的内通孔中设置有轴向台阶(73)，相应在每块限位套(5)上设置有轴向挡块(52)使得所述限位套(5)在轴向上卡设在基座(7)内。

在一种具体的实施方式中，所述过孔直径最小处比吸能管大径端(22)的外径最大值小6～20mm。

在一种具体的实施方式中，所述吸能管(2)总长为100～1500mm，大径端(22)外径为30～300mm，且大径端(22)壁厚为2～30mm。

在一种具体的实施方式中，所述吸能管(2)总长为500～1000mm，大径端外径为100～200mm，且大径端壁厚为10～20mm。

在一种具体的实施方式中，所述吸能管(2)为金属管，所述基座(3)为材质强度大于吸能管用金属的金属基座；所述伸缩驱动结构为包含活塞杆的汽缸或液压缸，或所述伸缩驱动结构为电机驱动设备。

在一种具体的实施方式中，碰撞前，轴向上所述吸能管(2)与限位套(5)和基盖(3)形成一处或多处的过盈配合、过渡配合或间隙配合，且吸能管与限位套(5)和基盖(3)的配合长度为吸能管(2)管长的1/10以上。

在一种具体的实施方式中，所述限位套(5)的数量为3～6块，且多块限位套(5)均匀分布在吸能管(2)径向外侧。

在另外一种具体的实施方式中，多块限位套(5)的径向外侧设置有环状凹槽(51)，且定位环(6)设置在所述环状凹槽(51)中使得多块限位套(5)在轴向上同步运动；所述基座(7)上还设置有两个以上均与吸能管轴向垂直的销轴插孔(74)，所述销轴插孔(74)中设置有销轴(12)且销轴(12)的一端抵设在环状凹槽(51)内或定位环(6)上，销轴(12)的另一端与连接杆(11)的一端固定连接，且连接杆(11)的另一端固定设置在伸缩驱动结构的安装座上；所述销轴插孔(74)在吸能管轴向上的孔宽大于所述销轴在吸能管轴向上的尺寸，使得连接杆(11)和销轴(12)可带动多块限位套(5)在轴向上同步运动。

本发明中提供的挤压式轨道车辆用碰撞吸能装置具有更好的强度特性和碰撞性能。在识别到列车碰撞危险信号后，该装置中的吸能管主动伸出以吸收碰撞能量，吸能管的尺寸不再受限于车钩结构的位置。且针对吸能结构的误触发情况，所述伸缩驱动结构可驱动吸能管直接一键控制而方便地收回到车体内部，保证车辆之间能够通过车钩正常连挂。

附图说明

图1为吸能装置在列车正常工作时(吸能管收缩)的立体结构示意图，

图2为图1所示结构的主视图，

图3为图2所示结构的A-A截面剖视图，

图4为图2所示结构的B-B截面剖视图，

图5为吸能装置在碰撞发生前(吸能管伸出时)的立体结构示意图，

图6为图5所示结构的主视图，

图7为图6所示结构的A-A截面剖视图，

图8为图6所示结构的B-B截面剖视图，

图9为限位套的立体结构示意图。

图10为本发明第二吸能装置在列车正常工作时(吸能管收缩)的立体结构示意图，

图11为图10所示结构的A-A截面剖视图，

图12为图10所示结构的B-B截面剖视图，

图13为本发明第二吸能装置在碰撞发生前(吸能管伸出时)的立体结构示意图，

图14为图10所示结构中限位套的立体结构示意图。

图中：1、挡板，2、吸能管，3、基盖，4、弹簧，5、限位套，6、定位环，7、基座，8、活塞杆，9、气缸体，10、气缸座，11、连接杆，12、销轴；

21、圆台结构，22、大径端，51、环状凹槽，52、轴向挡块，53、径向盲孔，54、过孔，71、小孔端，72、大孔端，73、轴向台阶，74、销轴插孔。

具体实施方式

结合使用一定强度的铝合金(低强度铝合金)或低碳钢作为吸能管，该结构的吸能管可使得吸能管碰撞后从过孔54处变形挤出，从而最大限度地吸收碰撞产生的能量。本领域技术人员可知地，所述过盈配合、过渡配合或间歇配合的偏差为0.01mm级，而本发明中采用吸能管外径变形的挤出(挤压)运动来实现碰撞吸能，其吸能量与因过盈配合产生的摩擦而产生的吸能量相比差别巨大，因此，本发明中使用该装置即可实现碰撞吸能过程，而无需另外增设其它任何形式的吸能结构。

优选地，所述吸能管2总长为500～1000mm，大径端外径为100～200mm，且大径端壁厚为10～20mm。本发明中，吸能管整体保持一定的厚度以上(如大径端的壁厚为10mm以上，同时小径端的壁厚为5mm以上)可以使得碰撞后吸能管不易弯曲，且吸能量大。碰撞后的吸能管从过孔54处伸出基座，且吸能管在碰撞后缩减成外径较碰撞前更小的管，其形状大致依然是规则的直圆管。

在一种具体的实施方式中，所述吸能管2为金属管，所述基座3为材质强度大于吸能管用金属的金属基座。在一种具体的实施方式中，所述吸能管为铁管或铝管，具体为强度和硬度较小的管件，而所述基座为铝材或不锈钢，具体为强度和硬度远大于吸能管所用材料的金属件。

实施例1

图1～9为本发明实施例1的吸能装置结构，其中图1～4为列车正常运行时吸能管收缩在车体内的状态，图5～8为碰撞事故发生前吸能管已经伸出车体外吸能装置的结构图。碰撞事故发生后，所述吸能管会从如图7所示的四块限位套5共同形成的内部过孔54中挤出，具体是图7中吸能管从右至左挤出，碰撞挤出后的吸能管内径变小而吸能。

具体地，如图1～4所示，在列车正常运行的情况下，吸能管2在气缸活塞杆8的拉力作用下，收缩在车体内部，四块限位套在弹簧的压力作用下，紧紧压在基座7内表面和吸能管2的外表面之间，四块限位套轴向中部的径向外侧设置有环状凹槽51，环状凹槽51内装有定位环6，保证四块限位套能在轴向上同步运动。如图5～8所示，在列车发生碰撞事故之前，例如在位移感应器的感应下(预测将有事故发生)，吸能管2在气缸活塞杆8的推力作用下，伸出到车体外部，由于吸能管轴向靠近车体的一端为圆台结构21，待吸能管的圆台结构21与基座一端在轴向平齐时，四块限位套5在弹簧4的弹性力作用下向基座的小孔端71移动，紧紧压在基座内表面和吸能管的外表面之间，定位环保证四块限位套同步移动。

如图4和图8所示，结合图3和图7，该装置中的限位套在径向上也是可以活动的，由四块组成，每一块限位套外表面与基座内表面配合，在弹簧的弹性伸张力作用下沿着基座内表面向小孔端滑动，定位环保证四块限位套能够同时滑动，弹簧在吸能管伸出车体前始终处于压缩状态。如图8所示，待吸能管伸出后，限位套在弹簧的作用下与基座内表面配合，四块限位套之间没有间隙，与吸能管紧密配合。

实施例2

图10～14为本发明实施例2的吸能装置结构，其中图10～12为列车正常运行时吸能管收缩在车体内的状态，图13为碰撞事故发生前吸能管已经伸出车体外吸能装置的结构图。碰撞事故发生后，所述吸能管会从如图13所示的四块限位套5共同形成的内部过孔54中挤出，具体是图13中吸能管从右至左挤出，碰撞挤出后的吸能管内径缩减而吸能。

具体地，图10所示为限位套5可自动伸缩式吸能装置结构示意图，定位环6与活动销轴12连接，销轴压紧定位环，销轴12安装在连接杆11上，连接杆11另一端与气缸座相连，气缸座可小位移活动，四块限位套之间通过径向上的弹簧两两连接。如图11所示，碰撞前吸能管收缩在基座内，限位套在弹簧的作用下胀开，如图12所示，胀开后的各块限位套5之间形成一定的间隙。如图13所示，吸能管在气缸的作用下伸出车体外，气缸座向后移动，通过连接杆11拉动销轴12及定位环6轴向移动，在定位环移动的作用下，四块限位套5同步向基座7的小孔端71移动，待吸能管伸出后，限位套在定位环的作用下与基座内通孔配合，四块限位套之间不再有间隙，与吸能管紧密配合。在图10～13所示方案中，在弹簧的张力下(每两块限位套在径向间隙间设置有两根弹簧，两根弹簧轴向上一前一后，如图11和图12的四个圆圈所示，每根弹簧的两端均设置在相邻两块限位套的径向盲孔53中)四块限位套在径向上撑开呈间隙状，整个限位套此时并未锁紧吸能管。在汽缸强大的作用力的作用下，各弹簧间挤紧且限位套均位于基座内的小孔端(图11和13中基座的最左侧)，此时限位套将吸能管锁紧而有利于吸能管从限位套内各块限位套间径向压紧后所得的内孔直径最小处挤出。

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。