一種緩衝吸能系統的製作方法

2023-11-02 23:08:47 1

本發明主要涉及軌道車輛領域，也涉及其他機械領域，尤其涉及一種大行程緩衝吸能系統。

背景技術：

為了吸收多餘的衝擊動能，不同形式的緩衝吸能裝置被廣泛應用在軌道車輛等機械領域。

中國專利CN202264797U公開了一種與車輛的車鉤緩衝裝置集成的過載保護擴張式緩衝吸能裝置，發生碰撞事故時，產生的衝擊力將脹套強行壓入變形管使其發生徑向擴張以吸收衝擊動能，進而保護乘員和車輛結構安全。該裝置儘管具有結構簡單、裝配容易的優點，但也存在著裝置軸向尺寸過大，緩衝行程利用率低，吸能量不足的缺點。

中國專利CN102107664A公開了一種切削式吸能裝置，在發生碰撞事故時該裝置主要是通過金屬刀具切削金屬管來吸收衝擊動能，與普通壓潰吸能結構相比，該結構具有工作可靠、吸能量高的優點，但這種方案在應用中也存在以下問題：一、切削產生的高速、高溫金屬飛屑對車輛乘坐人員和車輛附近人員產生潛在的安全威脅；二、高速碰撞時產生大量的熱使刀具性能急劇下降，削弱了其緩衝吸能的能力。

此外，通過薄壁金屬管的軸向屈曲來吸收衝擊動能的吸能裝置，以其變形破壞達到緩衝吸能的目的，具有模式穩定、吸收可控等優點，在碰撞安全領域得到大量的應用，如直升機墜毀防護裝置、高速列車碰撞吸能裝置。但該類吸能裝置的初始峰值力偏高、緩衝平穩性差，整體緩衝吸能性能有待提升。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明目的在於提供一種大行程、低初始峰值力的緩衝吸能系統。

為實現上述目的，本發明提供了一種緩衝吸能系統，包括支撐裝置、預壓縮部件以及雙渦卷裝置，所述雙渦卷裝置包括雙渦卷部件和兩個旋轉輪，所述旋轉輪的旋轉軸均固定在支撐裝置上，所述雙渦卷部件由能展開成長帶狀的渦卷帶製成，所述渦卷帶兩端分別連接有一個所述旋轉輪並圍繞所述旋轉輪卷繞形成兩側的渦卷部，所述雙渦卷部件上位於兩側的渦卷部之間設置有容置所述預壓縮部件的凹陷部。該系統不僅能夠在較小裝置內實現大行程平穩的的緩衝吸能的功能，而且通過設置預壓縮部件，降低了初始峰值力。

進一步的，所述兩側的渦卷部上渦卷帶的卷繞方向相反，採用該種卷向相反的對稱設置，更有利於預壓縮部件及其連接的需要緩衝的運動部件在緩衝時受力均勻。

進一步的，還包括所述凹陷部與渦卷部之間的導向裝置，所述渦卷帶從渦卷部經過導向裝置後延伸至凹陷部，且渦卷帶沿導向裝置呈類「S」路徑通過，該導向裝置使渦卷帶迂迴曲折地沿導向裝置呈「S」路徑通過時不斷產生「折彎-拉直」過程，即產生的大的塑性變形將需要緩衝的運動部件的剩餘動能轉移。

進一步的，所述導向裝置包括至少一個大導向輪，所述渦卷帶貼合通過所述大導向輪，所述大導向輪設置於所述凹陷部兩側並與所述支撐裝置連接，通過大導向輪可以引導引導渦卷帶的彎曲變形。

進一步的，兩側的所述大導向輪均為2個，兩側渦卷帶交叉貼合繞過所述2個大導向輪，在該種設置下，通過渦卷帶的兩次彎曲變形，在實現能量轉移的功能需求下，還能合理的利用裝置的空間。

進一步的，所述導向裝置還包括設置在靠近渦卷部的大導向輪和渦卷部之間的小導向輪，所述大導向輪和所述小導向輪位於渦卷帶兩側並與之貼合，小導向輪對渦卷帶有張緊作用，防止工作時渦卷帶與凹陷部的幹涉。

進一步的，所述渦卷部、大導向輪、小導向輪相對於預壓縮部件左右對稱設置，對稱的設置，不僅有利於加工的劃線等加工工序，而且使左右兩側的渦卷彈簧受力均勻，減少應力集中效應。

進一步的，所述導向裝置包括設置在凹陷部兩側的導軌，所述導軌上設置有類「S」形狀的導向槽，所述渦卷帶從所述導軌的導向槽內通過，該種實施方式同樣能簡便的實現緩衝吸能。

進一步的，所述預壓縮部件為蜂窩型多孔隙結構，該結構為一種仿生結構，保證在少材料、小體積的情況下保證整體較大的強度，在緩衝初始階段，降低系統的初始峰值力，保護了雙渦卷部件不被衝斷。

進一步的，所述蜂窩型多孔隙結構的孔隙方向與所述預壓縮部件運動方向一致或者垂直，該種設置方式能能相對其他設置方式承受更大的衝擊力。

本發明具有以下有益效果：

1、在較小的空間裡面可以實現超大行程的緩衝吸能，緩衝吸能能力強。

2、緩衝吸能平穩，初始峰值力小，能避免較大的衝擊破壞。

3、本裝置主要是通過卷形金屬板的彎曲變形吸收衝擊動能的，所以不會產生金屬飛屑等異物的問題。

下面將參照附圖，對本發明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是本發明優選實施例公開的緩衝吸能系統軸測結構示意圖；

圖2是本發明優選實施例公開的雙渦卷部件結構示意圖；

圖3是本發明優選實施例公開的緩衝吸能系統運動初始位置示意圖；

圖4是本發明優選實施例公開的緩衝吸能系統運動結束位置示意圖；

圖5是本發明第二實施例公開的緩衝吸能系統結構示意圖。

圖例說明：

1、預壓縮部件；2、支撐裝置；3、大導向輪；4、小導向輪；5、雙渦卷部件；6、旋轉輪；7、凹陷部；8、渦卷部；9、導軌。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。

本發明實施例公開了一種緩衝吸能系統，如圖1-圖2所示，包括支撐裝置2、預壓縮部件1和雙渦卷裝置，該雙渦卷裝置包括設置於支撐裝置2上的雙渦卷部件5和旋轉輪6，旋轉輪6的旋轉軸與支撐裝置2連接並能繞其旋轉軸轉動，雙渦卷部件5由可以展開成長帶狀的渦卷帶製成，渦卷帶兩端分別連接在旋轉輪6上，其連接方式可以採用鉸接方式連接在旋轉輪6上，可選的，採用銷式固定、V形固定或者襯片固定。同時，渦卷帶圍繞旋轉輪6螺旋卷繞形成渦卷部8，本實施例中，渦卷帶的材料可以選用高質量的彈簧鋼60Si2MnA，同時，可選的，為50CrVA或其他金屬材料,如不鏽鋼、鉻鎳鐵合金等，經過彎卷、衝壓及熱處理等工藝製成。渦卷帶的厚度、寬度以及渦卷部8的渦卷卷數都可以根據衝擊載荷和緩衝工作行程的大小等實際情況確定。雙渦卷部件5上兩側的渦卷部8之間設置有凹陷部7，而預壓縮部件1則設置於在該凹陷部7內，本實施例中，預壓縮部件1採用螺栓連接方式與凹陷部7處的渦卷帶連接。在實際應用當中，預壓縮部件1兩側的部件可以採用非對稱或者對稱的形式設置，但在本實施例中，出於加工製造以及整體受力均勻、減少應力集中等因素的考慮，如無特別說明，均採用左右對稱設置。因此，在本實施例中，兩側的渦卷部8相對於預壓縮部件1左右對稱。在實際應用中，預壓縮部件1連接有需要緩衝的運動部件，該運動部件可以是火車相鄰車廂連接處的掛鈎，也可以是其他機械裝置中需要吸能緩衝的運動部件。在兩側渦卷部的實際設置中，兩側渦卷部8的卷繞方向相反，採用該種卷向相反的對稱設置，更有利於預壓縮部件1及其連接的需要緩衝的運動部件在緩衝時的均勻受力。本實施例中，如圖1的設置所示，左側渦卷部8呈順時針方向卷繞，而右側的渦卷部8呈逆時針方向卷繞。本發明是通過將軌道車輛或者其他機械裝置上的運動部件的衝擊動能轉變為雙渦卷部件5的渦卷帶大的塑性變形而實現能量轉化，進而減少衝擊破壞作用。

在本實施例中，還包括設置在凹陷部7與渦卷部8之間的導向裝置，渦卷帶沿導向裝置呈類「S」路徑迂迴曲折地通過，導向裝置通過在該系統發生緩衝吸能作業時，渦卷帶從渦卷部8伸出，迂迴曲折地從導向裝置內呈「S」路徑通過，並不斷產生「折彎-拉直」過程，即產生的大的塑性變形將需要緩衝的運動部件的剩餘動能轉移。具體方案實現時，為兩側的渦卷彈簧帶貼合通過相同數量的至少一個大導向輪3，大導向輪3的旋轉軸固定在支撐裝置2上，大導向輪3及其旋轉軸可以採用滾動或者滑動軸承方式連接。其中，大導向輪3的直徑和高度根據具體實施情況變更。在本實施例中，兩側的大導向輪3的數量均為2個，各側渦卷帶交叉貼合繞過2個大導向輪3，當凹陷部7向下運動時，渦卷帶即可不斷產生「折彎-拉直」過程，實現緩衝吸能。

同時，具體實施時還包括設置在靠近渦卷部8的大導向輪3和渦卷部8之間的小導向輪4，該大導向輪3和小導向輪4位於渦卷帶兩側並與渦卷帶貼合，通過小導向輪4的張緊調節作用，限制了渦卷帶從渦卷部8伸出時的運動軌跡，使其緊貼大導向輪3，防止凹陷部7向下運動時與渦卷帶7的幹涉。

而相應的，可以在在大導向輪3和小導向輪4表面設置槽結構，槽結構的寬度大於渦卷帶的寬度，因此，渦卷帶可以從槽結構內通過，從而在實際運動過程當中渦卷帶不易脫離導向輪，提高了本發明的可靠性。

可選的，如圖5所示，導向裝置包括設置在凹陷部兩側的導軌9，該導軌9可以為常規金屬板料。通過螺栓固定在支撐裝置2上，該導軌9上設置有類「S」形狀的導向槽，該導向槽可以通過銑削成型，或者通過線切割金屬板料後再裝調設置而成。渦卷帶從導軌9的導向槽內通過，工作時，通過該導向槽對渦卷帶運動軌跡的限制作用以及渦卷帶在導向槽內的摩擦等作用，同樣能完成「折彎-拉直」的大塑性變形過程，進而轉移衝擊動能。

本實施例中，預壓縮部件1為多孔隙蜂窩型結構，通過螺栓連接方式固定在雙渦卷部件5的凹陷部7內，本實施例的多孔隙蜂窩型結構材料採用的是鋁，能在較輕重量下保證較大的強度，而蜂窩型結構為一種仿生優化結構，具有節點強度、抗壓抗拉強度高以及有優良的抗衝擊性能，能在使用較少材料的情況下保證整體的強度，適用於軌道交通、船舶以及航空航天等領域。其結構成型方法可以採用3D列印或者焊接等工藝成型。材料可選的，金屬材料的鋼材或者非金屬材料的木材均可。該預壓縮部件1的作用是在緩衝吸能的初始階段，通過預壓縮部件1的壓潰變形來緩解衝擊以避免雙渦卷部件5在凹陷部7處被衝斷，避免大初始峰值力，實現對雙渦卷部件5的保護作用，同時也能夠吸收部分衝擊動能。

而在預壓縮部件1的實際設置時，採用蜂窩型孔隙結構的孔隙方向與預壓縮部件1運動方向一致或者垂直，該種設置方式能相對其他方向的設置方式承受更大的衝擊力。

本發明的工作過程如圖3-圖4所示：當與預壓縮部件1連接的運動部件仍有一部分初始動能需要緩衝釋放時，首先會壓縮預壓縮部件1，在預壓縮部件1的壓潰變形過程中，吸收一部分動能，待預壓縮部件1被壓實後，一起向下運動，雙渦卷部件5的渦卷部8受到拉力釋放渦卷帶，渦卷帶通過導向裝置，不斷地重複著「折彎-拉直」的變形過程，運動部件的動能逐漸轉化為克服雙渦卷部件5塑性變形而轉變為彈性勢能和內能，在剛開始向下運動時，雙渦卷部件5的形變很小，即作用在運動部件上的力也很小，然後隨著預壓縮部件1不斷向下運動，所受的反作用力會逐漸增大，而整個作用在運動部件上的反作用力是一個從較小的初始值逐漸增大的平穩過程，避免了較大的剛性衝擊。

以上僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。