一种嵌套圆管抗冲击多级能量吸收装置的制作方法

本发明涉及能量吸收装置的技术领域，具体而言，本发明是一种应用于电梯地板在紧急条件下具备抗冲击、缓冲吸能的嵌套圆管组合多级能量吸收装置。

背景技术：

随着经济化的发展和城镇化进程的加快，各大城市高层建筑日益增多的同时也导致电梯数量急剧的增长，但是近年来电梯事故频发严重地影响人们的生命财产安全，因此，如何减少电梯在发生高空坠落事故引起的危害已成为人们极其关心的话题。常用的电梯防坠落安全装置主要分为三种：1、防坠安全器，当下降速度达到正常运行速度的1.6倍时，安全器动作锥鼓锁死，靠输出齿轮与齿条制动同时控制电路断电；2、下限位行程开关和三相极限开关，若由于司机操作不当或制动摩擦片磨损严重，导致电梯墩底时，下限位行程开关和三相极限开关靠下碰铁动作控制电路断电停车；3、缓冲弹簧座，为使电梯不致硬性墩底，最下面的缓冲弹簧座可有效促使电梯下落时与地面的软接触。这些措施均是以机构的瞬间锁定的方式来达到在突发情况下缓冲吸能的目的，同时在较大的坠落速度下电梯的机构锁定能力可能发生失效。此外常用的能量吸收装置通常是在引入缓冲、吸能的设计概念将冲击能量转化为结构的塑性变形能，以此减少在冲击载荷作用对被保护物破坏，保障人们的生命财产安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对电梯现有的缓冲装置存在的问题，提出了一种比吸能高、初始峰值载荷低及平均冲击力大的新型嵌套圆管抗冲击多级能量吸收装置。此装置可铺设于电梯地板中，当电梯由于高空坠落与地面发生碰撞时，可通过结构的塑性变形耗散冲击能量，减小高空坠落对人体的损伤保障乘员安全。

为了达到以上目的，本发明的技术方案为：一种嵌套圆管抗冲击多级能量吸收装置，该装置自上而下包括上层面板、中间的嵌套圆管组合夹心层以及下层面板；所述的上层面板及下层面板为梯形波纹夹芯板结构，其波纹沿结构的横向分布；所述的中间的嵌套圆管组合夹心层包括若干嵌套组合圆管，若干嵌套组合圆管沿圆管的纵向并列放置，每个嵌套组合圆管由多个不同直径的圆管嵌套组合而成。

其中，所述的中间的嵌套圆管组合夹心层，每个嵌套组合的圆管数目为三个或者以上构成多级嵌套级连式结构，各圆管的壁厚可以相同或者不同，其截面也可以为圆形、椭圆形、六边形或者八边形。

其中，中间的嵌套圆管组合结构之间的距离不超过最大圆环直径的三分之二，相连圆环的直径差不超过最大圆环的半径。

其中，嵌套圆环和上下梯形波纹夹芯板均采用的材料为铝合金或者钢材中的一种，所有的平板通过冷轧工艺方法制备，上下面板中的梯形波纹夹心层通过模压成型或者冲压成型制备。

其中，嵌套组合圆环夹心层通过螺栓与上下面板相连，而上下表面的梯形波纹结构与上下面板通过预浸料后固化法相连。

其中，上下面板中的梯形波纹夹心层的波纹方向与嵌套圆管组合夹心层的圆管方向正交，保证结构在横向和纵向能量吸收的协调性。

其中，上层面板和下层面板的梯形波纹夹芯板结构中波纹为等腰四边梯形，内角为60度，波纹方向沿该能量吸收装置的横向。

其中，中间嵌套圆管夹心层由多个嵌套内相切圆管沿该能量吸收装置的纵向并列放置，保证上下层面板中的梯形波纹夹芯板的波纹方向与中间嵌套组合圆管方向正交，以保证该缓冲装置在横向和纵向的能量吸收的协调性，梯形波纹夹心层通过预浸料后固化法与上下层面板相连，而中间的嵌套圆环组合结构采用螺栓与上下面板相连。

本发明所设计的嵌套圆环抗冲击多级能量吸收装置在与地面发生碰撞时，首先与下层面板产生接触，下层面板最先产生塑性变形，同时产生一个较大的初始峰值载荷，此后加速度开始减小，最外层金属圆管产生结构的弹性和塑性变形，外环进入塑性状态后随着挠度的增加，平板受到的载荷增长减缓产生第一个载荷平台。如何初始速度足够大就能够一次触发第二层及第三层等圆管产生塑性变形，并且依次形成相对应的载荷平台，这样碰撞过程中的载荷会多级分层增大。对于三级嵌套圆管组合结构不能达到能量吸收需求的情形，可逐级增加嵌套圆管数目改善结构的吸能特性。

本发明与现有技术相比的有益效果：

1.提供一种新型嵌套圆管抗冲击能量吸收装置，作为一种高比强度、比刚度、抗冲击的嵌套多级夹芯结构可应用于电梯地板，提高突发情况下乘员的保护能力，同时还可以广泛应用于航空航天、船舶及汽车等工程防护领域。

2.相比于传统的能量吸收结构，此新型嵌套圆管抗冲击多级能量吸收装置可大大降低承受的初始峰值载荷，通过嵌套圆管设计将结构在冲击条件下的平台力分为多个不同大小的载荷平台，可根据不同的初始速度选择对应的吸能环境，最大化地增大了结构的体积比吸能。

3.中间的嵌套圆管组合结构与上下面板采用的是螺栓连接，这样的优势在于在受到冲击载荷后对于参与能量吸收的圆管可实现快速跟换，而未产生塑性变形的圆管可以继续使用，从而可节省材料实现多次利用。

附图说明

图1为嵌套圆管抗冲击多级能量吸收装置总图；

图2为嵌套圆管抗冲击多级能量吸收装置正视图；

图3为嵌套圆管抗冲击多级能量吸收装置右视图；

图4为中间嵌套管夹心层结构图，其中，图4(a)为二级嵌套示意图，图4(b)为三级嵌套示意图，图4(c)为四级嵌套示意图；

图5为三级嵌套圆管抗冲击能量吸收装置承受冲击载荷时结构变形图；

图6为三级嵌套圆管抗冲击能量吸收装置承受冲击载荷时载荷位移曲线。

图中附图标记含义：1为上层面板，2为下层面板，3为嵌套组合圆筒夹心层，4为梯形波纹夹心层，5为螺栓。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明进行详细说明，下文中通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在解释本发明中提出了新型嵌套组合圆环抗冲击多级能量吸收装置，而不能视为对本发明的限制。

本发明提出了一种嵌套圆管抗冲击多级能量吸收装置，如附图1所示，下面根据附图1对本发明实施例的嵌套圆管抗冲击多级能量吸收装置进行详细的描述。根据本发明的实施例，该多级抗冲击能量吸收结构整体为金属材料制成的多个嵌套圆管等距平行分布的组合结构，自上而下包括：上层面板1、下层面板2以及中间嵌套组合圆管夹心层3。其中上层面板以及下层面板为梯形波纹夹芯板结构，此夹芯板结构主要由上表层平板、梯形波纹夹心层4以及下表层平板组成。梯形波纹夹心层4通过预浸料后固化法与上、下表层平板连接，而中间的嵌套组合圆管结构与上、下面板通过螺栓5连接，目的是结构在承受冲击在作用后，对于其中因参与能量吸收而产生塑性变形的圆管可及时跟换，而未产生塑性变形的圆管可作为能量吸收结构继续使用。嵌套圆管结构中的圆管分布如附图2所示，外层圆管的直径径为20cm，中层圆管直径为16cm，内层圆管直径为12cm，三层圆管底边内相切并沿该结构的纵向等距分布，相邻嵌套圆管之间的间距为6cm。本发明中的嵌套圆管结构并不限于三级嵌套，可由附图4中所列的其它嵌套模式替代，根据吸能环境需求来决定圆管的嵌套级别。

以下根据结构的落锤实验介绍嵌套组合圆管抗冲击多级能量吸收装置的能量吸收特性，实验中落锤质量为43.45Kg，冲击实验中落锤与该能量吸收装置碰撞的初始速度为10m/s，其中三级嵌套圆管的变形模式如附图5所示，首先是外层圆管在冲击载荷作用下产生塑性变形从而吸收部分冲击动能，当外层圆管与中层圆管接触之后，中层圆管产生塑性变形，此时外层圆管和中层圆管均会吸收部分能量，如果载荷足够大，内层圆管进而也产生塑性变形同样吸收部分冲击能量，这样可以做到结构根据冲击载荷的强度自适应地选择能量吸收环境，其对应的载荷时间曲线如附图6所示，首先是外层圆管在冲击载荷载荷分为了三个对应的能力吸收平台，证明了此嵌套组合圆管结构可以达到多级吸能的目的。

提供以上实例仅仅是为了描述本发明的目的，而不是限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。