本發(fā)明主要涉及軌道車輛領(lǐng)域，也涉及其他機械領(lǐng)域，尤其涉及一種大行程緩沖吸能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

為了吸收多余的沖擊動能，不同形式的緩沖吸能裝置被廣泛應(yīng)用在軌道車輛等機械領(lǐng)域。

中國專利CN202264797U公開了一種與車輛的車鉤緩沖裝置集成的過載保護擴張式緩沖吸能裝置，發(fā)生碰撞事故時，產(chǎn)生的沖擊力將脹套強行壓入變形管使其發(fā)生徑向擴張以吸收沖擊動能，進而保護乘員和車輛結(jié)構(gòu)安全。該裝置盡管具有結(jié)構(gòu)簡單、裝配容易的優(yōu)點，但也存在著裝置軸向尺寸過大，緩沖行程利用率低，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(fā)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沖擊動能，與普通壓潰吸能結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)具有工作可靠、吸能量高的優(yōu)點，但這種方案在應(yīng)用中也存在以下問題：一、切削產(chǎn)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(chǎn)生潛在的安全威脅；二、高速碰撞時產(chǎn)生大量的熱使刀具性能急劇下降，削弱了其緩沖吸能的能力。

此外，通過薄壁金屬管的軸向屈曲來吸收沖擊動能的吸能裝置，以其變形破壞達到緩沖吸能的目的，具有模式穩(wěn)定、吸收可控等優(yōu)點，在碰撞安全領(lǐng)域得到大量的應(yīng)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、緩沖平穩(wěn)性差，整體緩沖吸能性能有待提升。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明目的在于提供一種大行程、低初始峰值力的緩沖吸能系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種緩沖吸能系統(tǒng)，包括支撐裝置、預(yù)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(zhuǎn)輪，所述旋轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)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制成，所述渦卷帶兩端分別連接有一個所述旋轉(zhuǎn)輪并圍繞所述旋轉(zhuǎn)輪卷繞形成兩側(cè)的渦卷部，所述雙渦卷部件上位于兩側(cè)的渦卷部之間設(shè)置有容置所述預(yù)壓縮部件的凹陷部。該系統(tǒng)不僅能夠在較小裝置內(nèi)實現(xiàn)大行程平穩(wěn)的的緩沖吸能的功能，而且通過設(shè)置預(yù)壓縮部件，降低了初始峰值力。

進一步的，所述兩側(cè)的渦卷部上渦卷帶的卷繞方向相反，采用該種卷向相反的對稱設(shè)置，更有利于預(yù)壓縮部件及其連接的需要緩沖的運動部件在緩沖時受力均勻。

進一步的，還包括所述凹陷部與渦卷部之間的導(dǎo)向裝置，所述渦卷帶從渦卷部經(jīng)過導(dǎo)向裝置后延伸至凹陷部，且渦卷帶沿導(dǎo)向裝置呈類“S”路徑通過，該導(dǎo)向裝置使渦卷帶迂回曲折地沿導(dǎo)向裝置呈“S”路徑通過時不斷產(chǎn)生“折彎-拉直”過程，即產(chǎn)生的大的塑性變形將需要緩沖的運動部件的剩余動能轉(zhuǎn)移。

進一步的，所述導(dǎo)向裝置包括至少一個大導(dǎo)向輪，所述渦卷帶貼合通過所述大導(dǎo)向輪，所述大導(dǎo)向輪設(shè)置于所述凹陷部兩側(cè)并與所述支撐裝置連接，通過大導(dǎo)向輪可以引導(dǎo)引導(dǎo)渦卷帶的彎曲變形。

進一步的，兩側(cè)的所述大導(dǎo)向輪均為2個，兩側(cè)渦卷帶交叉貼合繞過所述2個大導(dǎo)向輪，在該種設(shè)置下，通過渦卷帶的兩次彎曲變形，在實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)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(dǎo)向裝置還包括設(shè)置在靠近渦卷部的大導(dǎo)向輪和渦卷部之間的小導(dǎo)向輪，所述大導(dǎo)向輪和所述小導(dǎo)向輪位于渦卷帶兩側(cè)并與之貼合，小導(dǎo)向輪對渦卷帶有張緊作用，防止工作時渦卷帶與凹陷部的干涉。

進一步的，所述渦卷部、大導(dǎo)向輪、小導(dǎo)向輪相對于預(yù)壓縮部件左右對稱設(shè)置，對稱的設(shè)置，不僅有利于加工的劃線等加工工序，而且使左右兩側(cè)的渦卷彈簧受力均勻，減少應(yīng)力集中效應(yīng)。

進一步的，所述導(dǎo)向裝置包括設(shè)置在凹陷部兩側(cè)的導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌上設(shè)置有類“S”形狀的導(dǎo)向槽，所述渦卷帶從所述導(dǎo)軌的導(dǎo)向槽內(nèi)通過，該種實施方式同樣能簡便的實現(xiàn)緩沖吸能。

進一步的，所述預(yù)壓縮部件為蜂窩型多孔隙結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為一種仿生結(jié)構(gòu)，保證在少材料、小體積的情況下保證整體較大的強度，在緩沖初始階段，降低系統(tǒng)的初始峰值力，保護了雙渦卷部件不被沖斷。

進一步的，所述蜂窩型多孔隙結(jié)構(gòu)的孔隙方向與所述預(yù)壓縮部件運動方向一致或者垂直，該種設(shè)置方式能能相對其他設(shè)置方式承受更大的沖擊力。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、在較小的空間里面可以實現(xiàn)超大行程的緩沖吸能，緩沖吸能能力強。

2、緩沖吸能平穩(wěn)，初始峰值力小，能避免較大的沖擊破壞。

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

下面將參照附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例公開的緩沖吸能系統(tǒng)軸測結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例公開的雙渦卷部件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例公開的緩沖吸能系統(tǒng)運動初始位置示意圖；

圖4是本發(fā)明優(yōu)選實施例公開的緩沖吸能系統(tǒng)運動結(jié)束位置示意圖；

圖5是本發(fā)明第二實施例公開的緩沖吸能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖例說明：

1、預(yù)壓縮部件；2、支撐裝置；3、大導(dǎo)向輪；4、小導(dǎo)向輪；5、雙渦卷部件；6、旋轉(zhuǎn)輪；7、凹陷部；8、渦卷部；9、導(dǎo)軌。

具體實施方式

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

本發(fā)明實施例公開了一種緩沖吸能系統(tǒng)，如圖1-圖2所示，包括支撐裝置2、預(yù)壓縮部件1和雙渦卷裝置，該雙渦卷裝置包括設(shè)置于支撐裝置2上的雙渦卷部件5和旋轉(zhuǎn)輪6，旋轉(zhuǎn)輪6的旋轉(zhuǎn)軸與支撐裝置2連接并能繞其旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，雙渦卷部件5由可以展開成長帶狀的渦卷帶制成，渦卷帶兩端分別連接在旋轉(zhuǎn)輪6上，其連接方式可以采用鉸接方式連接在旋轉(zhuǎn)輪6上，可選的，采用銷式固定、V形固定或者襯片固定。同時，渦卷帶圍繞旋轉(zhuǎn)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(zhì)量的彈簧鋼60Si2MnA，同時，可選的，為50CrVA或其他金屬材料,如不銹鋼、鉻鎳鐵合金等，經(jīng)過彎卷、沖壓及熱處理等工藝制成。渦卷帶的厚度、寬度以及渦卷部8的渦卷卷數(shù)都可以根據(jù)沖擊載荷和緩沖工作行程的大小等實際情況確定。雙渦卷部件5上兩側(cè)的渦卷部8之間設(shè)置有凹陷部7，而預(yù)壓縮部件1則設(shè)置于在該凹陷部7內(nèi)，本實施例中，預(yù)壓縮部件1采用螺栓連接方式與凹陷部7處的渦卷帶連接。在實際應(yīng)用當(dāng)中，預(yù)壓縮部件1兩側(cè)的部件可以采用非對稱或者對稱的形式設(shè)置，但在本實施例中，出于加工制造以及整體受力均勻、減少應(yīng)力集中等因素的考慮，如無特別說明，均采用左右對稱設(shè)置。因此，在本實施例中，兩側(cè)的渦卷部8相對于預(yù)壓縮部件1左右對稱。在實際應(yīng)用中，預(yù)壓縮部件1連接有需要緩沖的運動部件，該運動部件可以是火車相鄰車廂連接處的掛鉤，也可以是其他機械裝置中需要吸能緩沖的運動部件。在兩側(cè)渦卷部的實際設(shè)置中，兩側(cè)渦卷部8的卷繞方向相反，采用該種卷向相反的對稱設(shè)置，更有利于預(yù)壓縮部件1及其連接的需要緩沖的運動部件在緩沖時的均勻受力。本實施例中，如圖1的設(shè)置所示，左側(cè)渦卷部8呈順時針方向卷繞，而右側(cè)的渦卷部8呈逆時針方向卷繞。本發(fā)明是通過將軌道車輛或者其他機械裝置上的運動部件的沖擊動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡p渦卷部件5的渦卷帶大的塑性變形而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，進而減少沖擊破壞作用。

在本實施例中，還包括設(shè)置在凹陷部7與渦卷部8之間的導(dǎo)向裝置，渦卷帶沿導(dǎo)向裝置呈類“S”路徑迂回曲折地通過，導(dǎo)向裝置通過在該系統(tǒng)發(fā)生緩沖吸能作業(yè)時，渦卷帶從渦卷部8伸出，迂回曲折地從導(dǎo)向裝置內(nèi)呈“S”路徑通過，并不斷產(chǎn)生“折彎-拉直”過程，即產(chǎn)生的大的塑性變形將需要緩沖的運動部件的剩余動能轉(zhuǎn)移。具體方案實現(xiàn)時，為兩側(cè)的渦卷彈簧帶貼合通過相同數(shù)量的至少一個大導(dǎo)向輪3，大導(dǎo)向輪3的旋轉(zhuǎn)軸固定在支撐裝置2上，大導(dǎo)向輪3及其旋轉(zhuǎn)軸可以采用滾動或者滑動軸承方式連接。其中，大導(dǎo)向輪3的直徑和高度根據(jù)具體實施情況變更。在本實施例中，兩側(cè)的大導(dǎo)向輪3的數(shù)量均為2個，各側(cè)渦卷帶交叉貼合繞過2個大導(dǎo)向輪3，當(dāng)凹陷部7向下運動時，渦卷帶即可不斷產(chǎn)生“折彎-拉直”過程，實現(xiàn)緩沖吸能。

同時，具體實施時還包括設(shè)置在靠近渦卷部8的大導(dǎo)向輪3和渦卷部8之間的小導(dǎo)向輪4，該大導(dǎo)向輪3和小導(dǎo)向輪4位于渦卷帶兩側(cè)并與渦卷帶貼合，通過小導(dǎo)向輪4的張緊調(diào)節(jié)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(dǎo)向輪3，防止凹陷部7向下運動時與渦卷帶7的干涉。

而相應(yīng)的，可以在在大導(dǎo)向輪3和小導(dǎo)向輪4表面設(shè)置槽結(jié)構(gòu)，槽結(jié)構(gòu)的寬度大于渦卷帶的寬度，因此，渦卷帶可以從槽結(jié)構(gòu)內(nèi)通過，從而在實際運動過程當(dāng)中渦卷帶不易脫離導(dǎo)向輪，提高了本發(fā)明的可靠性。

可選的，如圖5所示，導(dǎo)向裝置包括設(shè)置在凹陷部兩側(cè)的導(dǎo)軌9，該導(dǎo)軌9可以為常規(guī)金屬板料。通過螺栓固定在支撐裝置2上，該導(dǎo)軌9上設(shè)置有類“S”形狀的導(dǎo)向槽，該導(dǎo)向槽可以通過銑削成型，或者通過線切割金屬板料后再裝調(diào)設(shè)置而成。渦卷帶從導(dǎo)軌9的導(dǎo)向槽內(nèi)通過，工作時，通過該導(dǎo)向槽對渦卷帶運動軌跡的限制作用以及渦卷帶在導(dǎo)向槽內(nèi)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(zhuǎn)移沖擊動能。

本實施例中，預(yù)壓縮部件1為多孔隙蜂窩型結(jié)構(gòu)，通過螺栓連接方式固定在雙渦卷部件5的凹陷部7內(nèi)，本實施例的多孔隙蜂窩型結(jié)構(gòu)材料采用的是鋁，能在較輕重量下保證較大的強度，而蜂窩型結(jié)構(gòu)為一種仿生優(yōu)化結(jié)構(gòu)，具有節(jié)點強度、抗壓抗拉強度高以及有優(yōu)良的抗沖擊性能，能在使用較少材料的情況下保證整體的強度，適用于軌道交通、船舶以及航空航天等領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)成型方法可以采用3D打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(yù)壓縮部件1的作用是在緩沖吸能的初始階段，通過預(yù)壓縮部件1的壓潰變形來緩解沖擊以避免雙渦卷部件5在凹陷部7處被沖斷，避免大初始峰值力，實現(xiàn)對雙渦卷部件5的保護作用，同時也能夠吸收部分沖擊動能。

而在預(yù)壓縮部件1的實際設(shè)置時，采用蜂窩型孔隙結(jié)構(gòu)的孔隙方向與預(yù)壓縮部件1運動方向一致或者垂直，該種設(shè)置方式能相對其他方向的設(shè)置方式承受更大的沖擊力。

本發(fā)明的工作過程如圖3-圖4所示：當(dāng)與預(yù)壓縮部件1連接的運動部件仍有一部分初始動能需要緩沖釋放時，首先會壓縮預(yù)壓縮部件1，在預(yù)壓縮部件1的壓潰變形過程中，吸收一部分動能，待預(yù)壓縮部件1被壓實后，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(dǎo)向裝置，不斷地重復(fù)著“折彎-拉直”的變形過程，運動部件的動能逐漸轉(zhuǎn)化為克服雙渦卷部件5塑性變形而轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥詣菽芎蛢?nèi)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，然后隨著預(yù)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(wěn)過程，避免了較大的剛性沖擊。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。