專利名稱：多級浮動式機車車輛抗撞吸能裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及軌道車輛技術領域，特別涉及機車車輛碰撞吸能與有效釋能的保護裝置。
背景技術：
對于機車車輛安全性研究除對線路及車輛本身的安全性、可靠性考慮之外，由于特定因素導致機車車輛發(fā)生碰撞對機車車輛產生的影響也是一個重要的研究內容。由于機車車輛同其它輕量化運輸工具不同，機車車輛具有慣性大、能量高、碰撞破壞性強等特點。 目前，對于此項目技術的研究側重于通過特定元器件(如薄壁件)的碰撞壓縮形變來吸取能量，吸取能量的大小取決于變形元器件的結構、尺寸、材質等因素。其中變形元件由碰撞接觸開始，在元件產生變形的同時，機車車輛的沖擊能量已大部分傳遞到了機車車輛的本體部分，破壞已經較大程度地產生了，車輛的安全性受到了極大的影響。本發(fā)明的目的是通過采用剛柔兼顧的吸能方式，建立一種柔性接觸與能量可控釋放的安全碰撞裝置，降低機車車輛碰撞的損失程度，保障運乘人員生命、財產的安全。

發(fā)明內容
鑒于現有技術的以上不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于機車車輛碰撞時對碰撞能量進行分段接觸受能與能量分層釋放的抗撞保護裝置。本發(fā)明的目的是通過如下手段實現的多級浮動式機車車輛抗撞吸能裝置，其特征在于，由一個端部活塞及兩個以上分離獨立放置于缸體內的浮動活塞組成；缸體中相對于各浮動活塞位置的缸壁上徑向設置有頂壓浮動活塞邊緣側面的彈性定位機構；各浮動活塞將缸體分成多個獨立的封閉氣室，并與氣缸構成多組無活塞桿的游動活塞機構，各封閉氣室與缸體外所設加壓氣管路相通；各活塞上設置有彈性爆破膜的常閉通孔。采用本發(fā)明裝置將機車車輛的碰撞沖擊破壞過程轉化為多級浮動氣室壓縮氣體貯能實現峰值動量緩沖與壓縮氣體按能級分極波動能量釋放和余能變形破壞釋放的三級分步的過程，從而有效地保護機車車輛在發(fā)生碰撞時所造成的剛性碰撞與峰值沖量危害， 實現了對碰撞沖擊能量的分段、定量轉換與釋放，最大程度地減緩和消除機車車輛碰撞所帶來的人員和物資損失。


如下圖1是應用本發(fā)明多級浮動式機車車輛抗撞吸能裝置的結構示意圖。圖2為圖1中B向視圖。圖3為圖1中A-A剖視圖。圖4為圖1中I部局部放大圖。圖5為圖1中II部局部放大圖。圖6為端部活塞的軸側圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。結合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6可看出，本發(fā)明裝置包括撞擊接觸塊1、端部活塞3、氣缸8、氣缸端蓋5、浮動活塞9、10、12和氣缸底部接觸塊13，氣缸底部接觸塊13 通過螺栓組件14與氣缸8連接，40為缸體支架。浮動活塞9、10、12和端部活塞3裝套于氣缸8內，且浮動活塞9、10、12和活塞3裝套于氣缸8之內，所述各活塞環(huán)向設有密封環(huán)15。 端部活塞3通過螺釘2與撞擊接觸塊1連接。其中端部活塞3穿過氣缸端蓋5中間通孔， 氣缸端蓋5設有實現與端部活塞3形成動態(tài)密封的密封圈4。氣缸端蓋5與氣缸8通過螺栓組件7連接，且兩者之間設有密封圈6。浮動活塞9、10、12和端部活塞3上分別設有四個有彈性爆破膜的常閉通孔，如圖5所示，通孔一側安裝了爆破膜30，覆蓋常閉通孔31的爆破膜30由環(huán)形壓板29通過螺栓組件28壓緊固定。缸體中相對于各浮動活塞位置的缸壁上徑向設置有頂壓浮動活塞邊緣側面的彈性定位機構，該彈性定位機構設置在浮動活塞9、 10、12兩側，活塞3位置可設可不設，其具體結構如圖4所示，該定位結構由圓頭定位銷27、 壓緊彈簧16、密封片17、壓緊彈簧頂蓋18和壓緊螺釘19構成，且沿氣缸8周邊徑向均勻設置了三組，壓緊彈簧16 —端穿套于圓頭定位銷27之上，另一端頂向壓緊彈簧頂蓋18內臺階，壓緊彈簧頂蓋18與氣缸8臺階孔之間設有密封片17，并通過上端壓緊螺釘19壓緊固定，使圓頭定位銷27頂壓浮動活塞邊緣側面，在下文可以看到壓緊彈簧的壓緊力度應該調試到合適的程度，以保證活塞在收到足夠大的軸向推力時，活塞端面的切向力可沿徑向將圓頭定位銷27向外推出以釋放活塞軸向位移。由圖4還可看出，加壓(氣)管路11與氣缸8通過加氣閥門組件連接，該加氣閥門組件由壓緊彈簧26、錐形密封塞24、錐形密封塞壓塊25、雙頭通孔接頭20、密封片23、22和連接件21構成，其中壓緊彈簧26 —端與錐形密封塞壓塊25連接，另一端放置于氣缸8進氣孔內臺階孔內，錐形密封塞24平端與錐形密封塞壓塊25粘接在一起，錐形密封塞24錐面與雙頭通孔接頭20下端接觸，雙頭通孔接頭20下端旋入氣缸8進氣孔，雙頭通孔接頭20上端端面與加壓(氣)管路11之間設有密封片23， 加壓(氣)管路11與連接件21之間設有密封片22，連接件21與雙頭通孔接頭20上端通過螺紋連接。安裝時，先將浮動活塞12推進氣缸8內，直至與氣缸8內最左側彈性定位機構的定位銷接觸，卡在兩側彈性定位機構之間，進行預定位；其次將浮動活塞10和浮動活塞9預定位于圖1所示彈性定位機構位置；活塞3推至最右側氣缸端蓋附近。使用前，裝置左側端部與底部缸體支架固定在機車車輛頭部，通過加壓(氣)管路 11 ( 一般與機車車輛上壓縮機連接)同時向氣缸8各密封氣室添加一定壓力氣體(不可燃氣體)。通氣時，雙頭通孔接頭20下端氣壓高于氣缸8內氣壓，氣體克服氣缸8內氣壓和壓緊彈簧26壓緊力，推開錐形密封塞24向氣缸8內各氣室加壓，當氣室內壓力與加壓(氣) 管路11氣壓平衡時，錐形密封塞24與雙頭通孔接頭20下端密封，氣路被切斷。當氣缸8 內氣室壓力降低時，氣閥自動打開，并向氣室內補充氣體。使用時，當碰撞物接觸撞擊接觸塊1時，沖擊力傳遞到活塞3上，活塞3壓縮左側氣室，當壓力增大到一定程度時，浮動活塞9克服左側柔性軸向定位約束并壓縮左側氣室。 同樣，壓力被傳遞到氣缸8最左側氣室，沖擊能量被傳遞和轉化為各氣室氣體壓力，氣溫升
4高完成部分能量的貯存，此時，浮動活塞9、10、12處于左右浮動狀態(tài)。當沖擊進一步加強時，各氣壓室氣體壓力持續(xù)升高，當壓力超過端部活塞3上所設爆破膜30的抗壓強度極限時，爆破膜30爆裂，能量被快速釋放到活塞3右側非壓縮區(qū)。活塞3此時突破氣體阻力，快速與浮動活塞9接觸并繼續(xù)壓縮浮動活塞9左側各氣室氣體。同樣，當壓力超過浮動活塞9 上所設爆破膜30的抗壓強度極限時，爆破膜30爆裂，能量被快速釋放到浮動活塞9 (端部活塞3)右側非壓縮區(qū)。如此循環(huán)，直至浮動活塞12上所設爆破膜30破裂，浮動活塞12、 10、9和端部活塞3疊重于氣缸底部接觸塊13上，此時各氣室所吸收能量全部釋放完成。其間，端部活塞3、浮動活塞9、10、12壓縮過程中，壓力達不到使全部爆破膜破裂時，端部活塞 3將在氣缸一定位置停止，并隨著機車車輛運動狀況活塞有一定左右位移。當沖擊能量過大時，所有爆破膜破裂，并使浮動活塞12、10、9和端部活塞3疊重于氣缸底部接觸塊13上，如還有剩余能量，浮動活塞12、10、9由于是薄殼零件，將會產生塑性變形來吸收更多的能量。其中應注意，當碰撞發(fā)生時，氣缸8內各氣室壓力明顯高于加壓(氣)管路11氣壓，氣缸8內氣壓將緊壓錐形密封塞24，使其與雙頭通孔接頭20下端緊密結合而加強密封， 氣缸8內高壓氣體不會反向對供氣管路及氣體壓縮設備造成損壞。采用本發(fā)明裝置將機車車輛的碰撞沖擊破壞過程轉化為多級浮動氣室壓縮氣體貯能實現峰值動量緩沖與壓縮氣體按能級分極波動能量釋放和余能變形破壞釋放的三級分步的過程，從而有效地保護機車車輛在發(fā)生碰撞時所造成的剛性碰撞與峰值沖量危害， 實現了對碰撞沖擊能量的分段、定量轉換與釋放，最大程度地減緩和消除機車車輛碰撞所帶來的人員和物資損失。本發(fā)明裝置可在上述三個浮動活塞12、10、9的基礎之上，結合機車車輛的結構調整氣缸8的尺寸和浮動活塞的個數，以及爆破膜的強度指標，實現系列能級的碰撞吸能與能量釋放。為更有效地對多級浮動氣室壓縮氣體貯能實現峰值動量緩沖，按端部活塞與浮動活塞的相對位置關系，彈性爆破膜的抗壓強度由氣缸入口到氣缸底部依次加強，氣缸底部浮動活塞上彈性爆破膜的抗壓強度最高。本發(fā)明的氣體壓縮吸能與爆破釋能的柔性抗撞裝置除用于機車車輛端部外，也可應用于車箱端部的碰撞系統，還可應用于一般道路車輛的碰撞系統。
權利要求
1.多級浮動式機車車輛抗撞吸能裝置，其特征在于，由一個端部活塞及兩個以上分離獨立放置于缸體內的浮動活塞組成；缸體中相對于各浮動活塞位置的缸壁上徑向設置有頂壓浮動活塞邊緣側面的彈性定位機構；各浮動活塞將缸體分成多個獨立的封閉氣室，并與氣缸構成多組無活塞桿的游動活塞機構，各封閉氣室與缸體外所設加壓氣管路相通；各活塞上設置有彈性爆破膜的常閉通孔。
2.根據權利要求1所述之多級浮動式機車車輛抗撞吸能裝置，其特征在于，按端部活塞與浮動活塞的相對位置關系，彈性爆破膜的抗壓強度由氣缸入口到氣缸底部依次加強， 氣缸底部浮動活塞上彈性爆破膜的抗壓強度最高。
3.根據權利要求1所述之多級浮動式機車車輛抗撞吸能裝置，其特征在于，所述加壓氣管路在與缸體封閉氣室相通加壓處設有逆向防爆與定壓加氣閥門。
4.根據權利要求1所述之多級浮動式機車車輛抗撞吸能裝置，其特征在于，所述各活塞上有彈性爆破膜的常閉通孔設置至少一個。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多級浮動式機車車輛抗撞吸能裝置，由一個端部活塞及兩個以上分離獨立放置于缸體內的浮動活塞組成；缸體中相對于各浮動活塞位置的缸壁上徑向設置有頂壓浮動活塞邊緣側面的彈性定位機構；各浮動活塞將缸體分成多個獨立的封閉氣室，并與氣缸構成多組無活塞桿的游動活塞機構，各封閉氣室與缸體外所設加壓氣管路相通；各活塞上設置有彈性爆破膜的常閉通孔。采用本發(fā)明將機車車輛的碰撞沖擊破壞過程轉化為多級浮動氣室壓縮氣體貯能實現峰值動量緩沖與壓縮氣體按能級分極波動能量釋放和余能變形破壞釋放的三級分步的過程，從而有效地保護機車車輛在發(fā)生碰撞時所造成的剛性碰撞與峰值沖量危害。
文檔編號F16F9/02GK102442327SQ20111034135
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權日2011年11月2日
發(fā)明者張衛(wèi)華, 柳忠彬, 肖守訥, 陽光武 申請人:西南交通大學