导向复合式专用吸能结构及其在列车上的应用

摘要

一种本发明的导向复合式专用吸能结构及其应用，包括前挡板(1)、导向杆(2)、薄壁金属吸能结构(4)和后挡板(5)，前挡板(1)通过薄壁金属吸能结构(4)与后挡板(5)固接成一整体，导向杆(2)的一端固接在前挡板(1)，另一端穿过薄壁金属吸能结构(4)后插入到后挡板(5)中，薄壁金属吸能结构(4)的外表面开设有供导向杆(2)穿过的凹槽(41)。可以将该专用吸能结构安装在列车头部车体底架结构前端横梁上，具有制作工艺相对简单、安装方便、变形稳定可控、比吸能大等优点。

权利要求

1.一种导向复合式专用吸能结构，所述专用吸能结构包括前挡板（1）、导向杆（2）、薄壁金属吸能结构（4）和后挡板（5），所述前挡板（1）通过薄壁金属吸能结构（4）与所述后挡板（5）固接成一整体，其特征在于，所述导向杆（2）的一端固接在前挡板（1）的背面，所述导向杆（2）的另一端穿过薄壁金属吸能结构（4）后插入到后挡板（5）上开设的通孔（51）中，所述薄壁金属吸能结构（4）的外表面开设有供所述导向杆（2）穿过的凹槽（41）；

所述导向杆（2）的数量为偶数多根，所述薄壁金属吸能结构（4）的外表面开设的凹槽（41）的数量为偶数多条，每条凹槽（41）中分别布设一根导向杆（2）；且多根导向杆（2）相对于薄壁金属吸能结构（4）的中截面呈对称布置；

所述导向杆（2）为圆柱形、三棱柱或四棱柱，所述凹槽（41）的横截面为梯形，所述薄壁金属吸能结构（4）的横截面呈工字形或蝶形。

2.根据权利要求1所述的导向复合式专用吸能结构，其特征在于：两根导向杆（2）穿过通孔（51）的端部通过一连接板（6）固接成一整体。

3.根据权利要求1所述的导向复合式专用吸能结构，其特征在于：在所述薄壁金属吸能结构（4）未开设凹槽（41）的两个相对外侧面上，还设有多个长条形的诱导槽（42）；所述诱导槽（42）靠近薄壁金属吸能结构（4）的前端布置。

4.根据权利要求1或2 所述的导向复合式专用吸能结构，其特征在于：所述后挡板（5）上开设的通孔（51）与所述导向杆（2）之间的配合为间隙配合；所述后挡板（5）的两侧开设有用于设置紧固件的安装孔（52）。

5.根据权利要求1或2 所述的导向复合式专用吸能结构，其特征在于：所述薄壁金属吸能结构（4）为中空腔体结构，且薄壁金属吸能结构（4）的腔体中填充有吸能蜂窝结构（3）；所述吸能蜂窝结构（3）为蜂窝铝、蜂窝钢或泡沫铝，且蜂窝铝或蜂窝钢的孔隙方向与所述薄壁金属吸能结构（4）的中空管孔方向一致。

6.根据权利要求1或2 所述的导向复合式专用吸能结构，其特征在于：所述前挡板（1）上均匀分布有防爬齿（11）。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的导向复合式专用吸能结构在列车上的应用，其特征在于：将所述专用吸能结构安装在列车头部车体底架结构前端横梁上。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述前端横梁上设置两组所述的专用吸能结构，且两组专用吸能结构相对于底架结构的中心垂向平面呈对称布置。

说明书

导向复合式专用吸能结构及其在列车上的应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种吸能结构及其应用，尤其涉及一种专用吸能结构及其在列车上的应用。

背景技术

[0002] 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。尤其是近年来随着路面有轨电车的不断兴起，地面碰撞概率大大增加。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。因此，当列车碰撞事故无法避免时，亟需开展铁道车辆被动安全保护研究。

[0003] 当铁道车辆发生碰撞事故后，在碰撞过程中由于被动安全保护的需要，初始碰撞动能要被完全吸收或耗散，车辆结构必须满足一定的耐撞性要求。一个设计良好的耐撞性结构必须以可控制的方式吸收或耗散全部撞击动能，在材料和结构的这些能量吸收机制中，金属薄壁结构和铝蜂窝结构作为一种低成本、高强重比、高吸能效率的吸能结构，得到了广泛的实际应用。

[0004] 吸能结构分为承载吸能结构和专用吸能结构。所谓承载吸能结构：在正常运行条件下，具有良好的传递纵向力性能，在发生撞击事故时产生塑性大变形吸收能量；所谓专用吸能结构：不作为结构承载用，仅在发生撞击事故时产生塑性大变形吸收能量，以增加吸能结构的“比吸能”，专用吸能结构在碰撞中失效后可以替换。然后，现有的吸能结构存在结构复杂、制作繁琐、安装困难、吸能方式不可控、吸能效果不佳等缺陷，开发一种结构和制作工艺相对简单、安装方便、变形稳定可控、比吸能大的新型吸能结构，对于本领域技术人员来说具有重要意义。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种具有结构和制作工艺相对简单、安装方便、变形稳定可控、比吸能大的导向复合式专用吸能结构及其在列车上的应用。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种导向复合式专用吸能结构，所述专用吸能结构包括前挡板、导向杆、薄壁金属吸能结构和后挡板，所述前挡板通过薄壁金属吸能结构与所述后挡板固接成一整体，所述导向杆的一端固接在前挡板的背面，所述导向杆的另一端穿过薄壁金属吸能结构后插入到后挡板上开设的通孔中，所述薄壁金属吸能结构的外表面开设有供所述导向杆穿过的凹槽。

[0007] 上述本发明的技术方案中，在薄壁金属吸能结构的外表面设置有凹槽结构，设置凹槽结构的作用包括：一是提高专用吸能结构的耗能量，二是更方便安装导向杆，三是可以进一步提高整体专用吸能结构的横向和垂向抗弯能力，防止整个专用吸能结构在横向和垂向上失稳。更优选的，所述导向杆的数量为偶数多根(例如两根)，所述薄壁金属吸能结构的外表面开设的凹槽的数量为偶数多条(例如两条)，每条凹槽中分别布设一根导向杆；且偶数多根导向杆相对于薄壁金属吸能结构的中截面呈对称布置。更优选的，所述导向杆为圆柱形、三棱柱或四棱柱，所述凹槽的横截面为梯形，所述薄壁金属吸能结构的横截面呈工字形或蝶形；特别是在薄壁金属吸能结构的上、下表面均设置凹槽，这不仅优化了布局，而且可与对称布置的导向杆形成更好的配合，同时还能够使薄壁金属吸能结构的横截面呈现工字形或蝶形，起到更好的吸能效果和防失稳效果。

[0008] 上述的导向复合式专用吸能结构中，优选的：多根导向杆穿过通孔的端部通过一连接板固接成一整体。在该优选的技术方案中，使两根导向杆的后端通过一连接板结构固接起来，可以增加整个导向结构的横向和垂向抗弯强度，更好地起到纵向导向的效果。

[0009] 上述的导向复合式专用吸能结构中，优选的：在所述薄壁金属吸能结构未开设凹槽的两个相对外侧面上，还设有多个长条形的诱导槽；所述诱导槽靠近薄壁金属吸能结构的前端布置。这些诱导槽优选也是相对于薄壁金属吸能结构的中截面呈对称布置，用以引导该专用吸能结构从前端开始发生有序塑性变形，并且削弱结构的初始纵向承载能力，降低初始撞击力峰值，从而降低碰撞初始阶段产生的冲击减速度。

[0010] 上述的导向复合式专用吸能结构，优选的，所述后挡板上开设的通孔与所述导向杆之间的配合为间隙配合。所述导向杆通过在后挡板上圆柱形通孔的相对滑动，来控制整个专用吸能结构只沿纵向变形。

[0011] 上述的导向复合式专用吸能结构，优选的，所述后挡板的两侧开设有用于设置紧固件的安装孔，这样可以用螺栓等紧固件将专用吸能结构固定在各种车辆的底架横梁上。

[0012] 上述的导向复合式专用吸能结构，优选的，所述薄壁金属吸能结构为中空腔体结构，且薄壁金属吸能结构的腔体中填充有吸能蜂窝结构。更优选的：所述吸能蜂窝结构为蜂窝铝、蜂窝钢或泡沫铝，且蜂窝铝或蜂窝钢的孔隙方向与所述薄壁金属吸能结构的中空管孔方向一致。

[0013] 上述的导向复合式专用吸能结构，优选的，所述前挡板上均匀分布有防爬齿。

[0014] 作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的导向复合式专用吸能结构在列车上的应用，具体是将所述专用吸能结构(可通过螺栓等)安装在列车车体底架结构前端横梁上。

[0015] 上述的应用中，优选的，所述前端横梁上设置两组所述的专用吸能结构，且两组专用吸能结构相对于底架结构的中心垂向平面呈对称布置。

[0016] 当发生碰撞时，本发明的导向复合式专用吸能结构在纵向冲击力的作用下发生变形，其中薄壁金属吸能结构通过纵向屈曲变形、而吸能蜂窝结构可通过纵向压溃变形来耗散大量的冲击动能，从而实现车辆的被动安全保护。

[0017] 与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明的技术方案中，综合了薄壁金属吸能结构、金属蜂窝结构、导向机构等的特点，具有结构和制作工艺相对简单、安装方便等优点，并且本发明的导向复合式专用吸能结构变形稳定可控、比吸能大，可广泛应用于铁道车辆或汽车等系统的能量耗散装置中。

附图说明

[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0019] 图1为本发明具体实施方式中导向复合式专用吸能结构在列车上应用的结构示意图。

[0020] 图2为图1中A框选处的局部放大图。

[0021] 图3为本发明具体实施方式中导向复合式专用吸能结构的结构示意图。

[0022] 图4为图3中所示导向复合式专用吸能结构的分解图。

[0023] 图5为本发明具体实施方式中圆柱形导向杆与前挡板组合后的结构示意图。

[0024] 图6为与圆柱形导向杆相配合的后挡板的结构示意图。

[0025] 图7为本发明三棱柱形导向杆与前挡板组合后的结构示意图。

[0026] 图8为与三棱柱形导向杆相配合的后挡板的结构示意图。

[0027] 图9为本发明四棱柱形导向杆与前挡板组合后的结构示意图。

[0028] 图10为与四棱柱形导向杆相配合的后挡板的结构示意图。

[0029] 图11为本发明具体实施方式中薄壁金属吸能结构的结构示意图。

[0030] 图12为本发明具体实施方式中薄壁金属吸能结构的主视图。

[0031] 图13为本发明具体实施方式中吸能蜂窝结构的结构示意图。

[0032] 图例说明

[0033] 1、前挡板；11、防爬齿；2、导向杆；3、吸能蜂窝结构；4、薄壁金属吸能结构；41、凹槽；42、诱导槽；5、后挡板；51、通孔；52、安装孔；6、连接板。

具体实施方式

[0034] 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。

[0035] 需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。

[0036] 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。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

[0037] 除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

[0038] 实施例：

[0039] 一种如图3-图6所示本发明的导向复合式专用吸能结构，该专用吸能结构包括前挡板1、导向杆2、薄壁金属吸能结构4和后挡板5，前挡板1通过薄壁金属吸能结构4与后挡板5固接成一整体。导向杆2的一端固接在前挡板1的背面，导向杆2的另一端穿过薄壁金属吸能结构4后插入到后挡板5上开设的通孔51中，薄壁金属吸能结构4的外表面开设有供导向杆2穿过的凹槽41。

[0040] 如图3、图4所示，本实施例的导向复合式专用吸能结构中，薄壁金属吸能结构4为中空腔体结构，且薄壁金属吸能结构4的腔体中填充有吸能蜂窝结构3(参见图4)；吸能蜂窝结构3可以为蜂窝铝、蜂窝钢或泡沫铝，本实施例选用蜂窝铝，且蜂窝铝的孔隙方向与薄壁金属吸能结构4的中空管孔方向一致(参见图13)。如图4所示，本实施例中导向杆2的数量为两根，薄壁金属吸能结构4的外表面开设的凹槽41的数量亦为两条，每条凹槽41中分别布设一根导向杆2；且两根导向杆2相对于薄壁金属吸能结构4的中截面呈对称布置。如图4，每条凹槽41的横截面为梯形，而整个薄壁金属吸能结构4的横截面呈工字形或蝶形(参见图11、图12)。本实施例中特别设计的薄壁金属吸能结构4不仅可以提高整个结构的耗能量，而且方便安装导向杆2，还可以提高整体吸能结构的横向和垂向抗弯能力，防止整个吸能结构的横向或垂向失稳。另外，在薄壁金属吸能结构4未开设凹槽41的两个相对外侧面上，还设有多个长条形的诱导槽42(本实施例中每个侧面上开设有两条)；诱导槽42靠近薄壁金属吸能结构4的前端布置。该诱导槽42可用以引导吸能结构从前端开始发生有序塑性变形，并且削弱结构的初始纵向承载能力，降低初始撞击力峰值，从而降低碰撞初始阶段产生的冲击减速度。

[0041] 本发明的导向杆2除了可以设置成本实施例中的圆柱形外(参见图5)，还可设置成三棱柱形(参见图7)或四棱柱形(参见图9)，而与圆柱形导向杆、三棱柱形导向杆或四棱柱形导向杆相配合的后挡板5的形状和结构，则可分别设置成图6、图8和图10所示。后挡板5上开设的通孔51与导向杆2之间的配合为间隙配合，导向杆2通过在后挡板5上的通孔51中进行相对滑动，来控制整个吸能结构只能沿纵向变形。在后挡板5的两侧还开设有用于设置紧固件的安装孔52，通过该安装孔52并借助螺栓可将本实施例的吸能结构固定在列车底架横梁上。

[0042] 如图3、图4所示，本实施例中两根导向杆2穿过通孔51的那一端还通过一连接板6固接成一整体。

[0043] 如图3、图4所示，本实施例中前挡板1上均匀分布有防爬齿11。

[0044] 如图1、图2所示，上述本实施例的导向复合式专用吸能结构在列车上应用时的结构示意图如图1所示，将上述本实施例的导向复合式专用吸能结构安装在列车头部车体底架结构前端横梁上，且前端横梁上设置两组导向复合式专用吸能结构，这两组导向复合式专用吸能结构相对于底架结构的中心垂向平面呈对称布置。

[0045] 本实施例的导向复合式专用吸能结构的工作原理如下：当发生碰撞时，整个导向复合式专用吸能结构在纵向冲击力的作用下发生变形，其中薄壁金属吸能结构4通过纵向屈曲变形，吸能蜂窝结构3通过纵向压溃变形来耗散大量的冲击动能，从而实现车辆的被动安全保护。