尤其与缓冲器结合使用的可更换的能量吸收结构 |
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| 申请号 | CN200880102602.0 | 申请日 | 2008-09-10 | 公开(公告)号 | CN101835669B | 公开(公告)日 | 2012-07-18 |
| 申请人 | 沃依特专利有限责任公司; | 发明人 | M·甘斯文特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 能量 吸收单元(10)，特别适于与UIC 缓冲器 或侧缓冲器(100)结合使用。本发明的目的在于提供一种与可改装的如UIC缓冲器结合使用的附加不可逆减震元件。根据本发明，能量吸收单元(10)具有用于将能量吸收装置(10)以优选地可拆卸方式连接到 铁 路结构的 支架 或 转向架 (101)的 基板 (2)，可以连接例如UIC缓冲器(100)的连接板(1)，以及无活动范围地拉紧在基板(2)和连接板(1)之间用于牺牲的能量吸收元件(3)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种侧缓冲器(100)，该侧缓冲器包括作为附加的不可逆的减震台的能量吸收单元(10)，其中，所述侧缓冲器(100)可拆卸地安装到所述能量吸收单元(10)的连接板(1)上，而且其中，所述能量吸收单元(10)能够作为一个完整的可更换组件而安装到支撑结构(101)上，而且其中，所述能量吸收单元(10)包括： |
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| 说明书全文 | 尤其与缓冲器结合使用的可更换的能量吸收结构技术领域背景技术[0002] 印刷出版物EP 0 926 381A1涉及一种具有变形管的碰撞吸收装置。为了在起动该装置以后改善变形管的变形性能，以及为了能够穿过变形路径获得最稳定的减震性，变形管设置在两个对中元件(centering element)之间，该变形管的端部分别牢固支撑，而且该对中元件相对于彼此保持为不能横向于冲击方向移动，因而变形管的端部也相对彼此不能横向于冲击方向移动。在变形管的每个端部设置有轴向支座(axial abutment)，该轴向支座在变形管因碰撞冲击而变形时用作轴向支撑。 [0003] 印刷出版物DE 297 03 351U1说明了一种用于吸收动能的元件，其中，该元件根据塑性变形原理而机械地动作。具体来说，该现有技术提出了一种包括基板和连接板的能量吸收结构，其中，在基板和连接板之间固定有能量吸收元件。所述能量吸收元件为厚壁塑料管，该厚壁塑料管一方面具有一定的初始弹性，另一方面进行近乎直角的塑性工作行程(rectangular plasticworking stroke)。该能量吸收元件的初始弹性在较小冲击时产生变形保护。 [0004] 在工作行程中超过屈服强度会出现塑性变形区域，因而该区域呈现出长度减小而外径凸出增大。 [0005] 印刷出版物DE 747 330C涉及一种具有一体的能量吸收元件的柱塞缓冲器(plunger buffer)。该现有的柱塞缓冲器包括缓冲杆，通过设置在所述缓冲杆内的缓冲棒和缓冲弹簧的帮助，所述缓冲杆连接到有轨车辆主体的前 端，从而使缓冲杆能够吸收适度的碰撞。在进行了最大可能的减震行程之后，缓冲板碰到突出到变形管的前部中的凸缘。 [0006] 从印刷出版物U S3,428,150可知一种缓冲器/牵引(drawgear)机构，该机构包括伸缩结构的变形管，该变形管在大于缓冲器/牵引机构的操作载荷的载荷的作用下连续地进行塑性变形。 [0007] 从印刷出版物GB 1 419 698A可知一种用于车辆的缓冲元件，该缓冲元件包括至少一个变形管形式的不可逆能量吸收元件。 [0008] 印刷出版物EP 0 826 569A2说明了一种用于轨道车辆的碰撞保护装置，该碰撞保护装置包括侧缓冲器和位于该侧缓冲器下游的能量吸收单元。具体地说，该能量吸收单元基本上设计为“碰撞箱(crash box)”，该碰撞箱的一侧可拆卸地连接在有轨车辆的前端，而侧缓冲器能够同样可拆卸地连接到碰撞箱的另一侧。该现有技术明确地教导了使用朝向侧缓冲器渐缩的箱形碰撞箱作为能量吸收元件，从而使能量吸收元件在发生碰撞时能够发生最大限度可控的弯曲变形。 [0009] 因此，对于有轨车辆技术领域来说，众所周知的是，当车体尚未通过转向架(bogie)连接在一起时，在例如多组件车辆(multi-member vehicle)的各个车体上装配所谓的侧缓冲器或UIC缓冲器，因而相连的两个车体之间的距离能够在车辆正常运行过程中变化。因此，这些侧缓冲器用于吸收和减弱在车辆的正常运行过程中产生的碰撞，例如在制动或提速时。 [0010] 伸缩结构通常用于侧缓冲器，该侧缓冲器包括缓冲器壳体，容纳在缓冲器壳体内的传力部件，以及弹簧或弹性体形式的阻尼元件。通过这种类型的结构，缓冲器壳体用作纵向引导并用于支撑横向力，而容纳在缓冲器壳体内的阻尼元件沿纵向方向传递力。 [0011] 欧洲标准(例如UIC 526和528标准)规定了一些类型的缓冲器的总长度和缓冲器行程，即阻尼元件的弹簧行程。符合标准的UIC缓冲器的缓冲器 行程的范围为例如100-110mm。在达到最大缓冲器行程后，侧缓冲器的缓冲性能用尽，因而超出侧缓冲器的特征操作载荷的碰撞力会未经缓冲地施加到车辆的底架。 [0012] 虽然在车辆的正常运行过程中产生的碰撞力(例如多组件车辆的各个车体之间的碰撞力)能够被例如与侧缓冲器一体的可再生设计式阻尼元件吸收，但是，当超过侧缓冲器的操作载荷时，例如在车辆与障碍物相撞时或者在车辆突然制动时，与侧缓冲器一体的阻尼元件通常不能吸收产生的全部能量。因此，侧缓冲器提供的减震性不再总体地集成到车辆的能量吸收概念中，从而使产生的碰撞力直接传递到车辆的底架。这使得车辆的底架承受极大的载荷，从而有损坏或甚至破坏该底架的可能性。 [0013] 为了防止这种损坏，已知现有技术中通常设计有柱塞缓冲器的引导部件，从而在达到缓冲器行程的最大值以后，即在侧缓冲器的引导部件(缓冲套筒和缓冲杆)撞击限定的制动器以后，还存在额外的变形可控的收缩可能性。 [0014] 例如，印刷出版物WO 2005/115818A1说明了一种柱塞缓冲器，其中，在由可再生设计式阻尼元件提供的能量吸收已经用尽后，预定的破裂接头(break joint)破裂开，从而增加缓冲器的收缩长度。该增加的收缩长度允许缓冲器壳体在过载作用下塑性变形，因而该方案能够允许碰撞能量破坏性地转变为变形和热。因此，因过载导致的缓冲器壳体的变形为侧缓冲器的减震性提供额外的保护。 [0015] 虽然本领域已知的这种侧缓冲器能够在一定程度上保护车辆的底架不因严重撞击而损坏，但因而不能使附加的减震器适用于特定的应用场合。为此，需要相应地设计缓冲器壳体变形的传力路径(force-path)特征，从而能够得到可预测的、限定的能量吸收。具体来说，由于缓冲器壳体的变形所能够实现的最大能量吸收通常较少，所以现有的方案对很多应用场合来说都不 适用。可以看到的另一个缺点是，一旦起动附加的减震器，由于该减震器与侧缓冲器一体形成，所以需要更换整个侧缓冲器，而且因为缓冲器壳体至少发生部分变形，所以侧缓冲器不能再用于正常的车辆运行中。 发明内容[0016] 基于上述现存的问题，基于提供一种能量吸收单元的目的提出本发明，该能量吸收单元用于传递在正常车辆操作过程中产生的力的部件，特别是用于侧缓冲器。通过该部件，一方面，当剧烈碰撞时通过所述侧缓冲器传递的碰撞能量能够可靠地消除，另一方面，所述能量吸收单元的传力路径特征能够尽可能精确地适于各种应用场合。另外，所述能量吸收单元能够适用于随后安装到或改进到不能提供破坏性减震的传统的侧缓冲器中。 [0017] 本发明所基于的目的通过一种能量吸收单元来实现，该能量吸收单元能够作为一个完整的、可更换的组件安装在多组件车辆(尤其是有轨车辆)的车体的支架或底架上，其中，所述能量吸收单元包括：基板，该基板用于将能量吸收结构优选可拆卸地连接到支撑结构，例如连接到有轨车辆的主体的支架或底架上；连接板，该连接板连接有用于传递在车辆正常运行过程中和碰撞中所产生的力的部件；以及破坏性的能量吸收元件，该能量吸收元件无活动范围地支撑在所述基板和连接板之间。因此，所述能量吸收元件一体形成在所述能量吸收单元中，从而使碰撞力能够沿所述能量吸收单元的纵向方向传递，而且会通过由于至少部分地通过所述能量吸收元件的力传递而产生的力流(force flow)来实现。所述能量吸收元件本身设计为：在由通过所述能量吸收元件的力流所传递的能量达到可限定的量之前，所述基板和连接板相对彼此沿所述能量吸收单元的纵向方向基本上保持刚性，而且当由通过所述能量吸收元件的力流所传递的能量超过该可限定的量时，所述基板和连接板通过所述能量吸收元件同时进行的塑性变形而沿所述能量吸收单元的纵 向方向相对于彼此移动。 [0018] 因此，本发明涉及一种形成为组件(即作为一个完整的、可更换的功能组)的能量吸收结构。因此，还可以对例如侧缓冲器或其它用于传递力的部件改造地装配(retroactively equip)附加的减震器。为此所要做的只是将所述能量吸收单元安装在所述侧缓冲器或传力部件与例如有轨车辆主体的支架或底架之间。当本发明的技术方案与侧缓冲器结合使用时，所述侧缓冲器因而可以用作可再生设计式的减震器，该可再生设计式减震器能够吸收或缓冲在车辆正常运行过程中产生的碰撞力(例如在多组件车辆的各个车体之间的碰撞力)。但是，当超过与所述侧缓冲器一体的可再生设计式缓冲元件的操作载荷时，会起动位于所述侧缓冲器下游的能量吸收单元，从而碰撞能量会通过破坏性能量吸收元件的限定的塑性变形转换为变形和发热过程。因此，能够有效地保护所述侧缓冲器的可再生设计式缓冲元件(弹簧装置)和所述侧缓冲器的其它部件免受冲撞带来的破坏或损坏。实际上，在发生碰撞之后，只需要更换作为完整组件的所述能量吸收单元。 [0019] 通过使用无活动范围地支撑在所述基板和连接板之间的所述破坏性能量吸收元件，所述破坏性能量吸收元件需要特定(可限定)的量的能量才能起动，能够使所述能量吸收元件的行为精确地适用于各个应用场合。因此，尤其能够通过所述能量吸收单元预先限定起动力和可吸收的能量的最大值，并使所述能量吸收单元精确地用于特定的应用场合。因此，可以预先限定的不仅是响应行为，还有能量吸收而导致的结果。 [0020] 这里使用的用语“基本上刚性”表示在理想情况下在所述基板和连接板之间没有活动范围(play)，包括分别在所述能量吸收元件或能量吸收单元起动之前。 [0021] 本发明的能量吸收单元的优选实施方式在权利要求中予以说明。 [0022] 因此，特别优选地，因沿所述能量吸收单元的纵向方向传递碰撞力而产 生的全部力流通过所述能量吸收元件。这使得能够通过设计所述能量吸收元件来准确地预先限定所述能量吸收单元的能量吸收，特别是用于能量吸收的特征起动力。但是，显然可以理解的是，因沿所述能量吸收单元的纵向方向传递碰撞力而产生的力流的仅一部分通过所述能量吸收元件，因而通过适当的部件引导所述力流的剩余部分通过所述能量吸收元件，从而使该部分力流从所述连接板直接传递到所述基板。 [0023] 所述能量吸收单元的一种优选实施方式中，将所述能量吸收元件设置为变形管，当由通过所述能量吸收元件的力流所传递的能量超过可限定的量时，所述变形管优选通过横截面扩大发生塑性变形，并允许所述基板和连接板相对彼此的相对移动。使用变形管作为所述能量吸收元件的能量吸收单元的特征在于，具有的确定的起动力，而力没有尖峰值(spike)。因而在起动所述能量吸收单元以后，通过由基本上成直角方式(rectangular manner)带来的该特征，能够确保最大限度的能量吸收。特别优选地，当起动所述能量吸收单元时，所述变形管在塑性变形的同时横截面扩大。但是，当然可以理解的是，所述变形管的横截面减小的同时，也实现能量吸收；为此所需的是，通过设置在例如所述能量吸收单元的基板上的管孔(nozzle opening)来挤压所述变形管，从而使塑性变形的所述能量吸收元件被挤出所述能量吸收单元。当起动所述能量吸收单元时通过扩大横截面而发生塑性变形的变形管，能够避免这种挤出已变形的能量吸收元件的情况。因此，目前优选的实施方式是使用横截面可扩大的可变形能量吸收元件。 [0024] 随后说明的所述能量吸收元件设置为变形管的优选实施方式中，所述变形管通过将所述基板连接到所述连接板的至少一个拉紧元件而支撑在所述基板和连接板之间。这确保了所述能量吸收元件无活动范围(play)地一体形成在所述能量吸收结构中，从而通过适当的初始载荷，还可以分别影响、预先限定所述能量吸收元件的响应行为。例如，可以使用柱头螺栓作为这种 拉紧元件，该拉紧元件一方面固定连接到所述基板，另一方面穿过所述连接板延伸，并通过螺母或其它类似的螺纹安装件锁定在所述连接板上。这种柱头螺栓(各拉紧元件均为柱头螺栓)不仅用于将所述变形管支撑在所述连接板和基板之间，而且在起动所述能量吸收单元且所述连接板朝向所述基板移动以后，所述变形管发生塑性变形时，还具有纵向引导功能。由于所述拉紧元件还具有引导功能，这防止在能量吸收过程中所述能量吸收单元的各个部件卡住或倾斜。因此，可以防止“咬住”或卡住，特别是在垂直或倾斜(即非完全沿轴向)的载荷作用在所述变形管上的情况下，从而基本上提供了可靠的破坏性的能量吸收功能。 [0025] 通过相应地选择所述变形管的壁厚和材料，可以预先设定由通过所述能量吸收元件的力流所传递的能量的用于起动所述能量吸收元件的特征量。这是在本发明的能量吸收单元中使用变形管的另一个优点。 [0026] 所述能量吸收单元的一种优选实施方式中，所述变形管通过所述变形管的基板侧端部材料配合连接(material fit connection)或锁合锁定(positivelylock)于所述基板，而在所述变形管的连接板侧端部设置有相比靠近所述基板的部分而言横截面扩大的部分。通过这种优选实施方式，所述能量吸收单元还具有与引导元件一体的锥形环，所述引导元件的连接板侧端部连接到所述连接板，而且所述引导元件的基板侧端部至少部分地延伸到所述变形管的扩大部分内并抵靠在该变形管部分的内表面上。 [0027] 本实施方式可获得的优点显而易见。一方面，提供了一种支撑在能量吸收单元的基板和连接板之间的变形管，获得一种所需空间尽可能小而能够最大限度地进行能量吸收的能量吸收单元。使用通过扩大横截面而进行塑性变形的变形管，基本不需要提供用于挤出发生了塑性变形的变形管的额外空间。另一方面，通过设置所述引导元件，该优选实施方式还允许非常准确地预先限定能量吸收(例如在碰撞时)所导致的结果。 [0028] 所述引导元件与所述锥形环一体形成并通过所述引导元件的连接板侧端部连接到所述能量吸收单元的连接板，所述引导元件的基板侧端部至少部分地延伸到变形管部分内，在起动所述能量吸收单元之前该变形管部分已经具有比靠近所述基板的变形管的部分扩大的横截面。因此，一方面，所述引导元件至少部分地延伸到所述变形管的扩大部分内，并抵靠在该变形管部分的内表面上，当起动所述能量吸收单元时，即带有所述锥形环和引导元件的所述连接板相对于所述基板和锁合锁定或材料配合连接到所述基板上的变形管而朝向所述基板移动时，所述引导元件的基板侧端部沿(此时还)没有扩大的变形管部分移动，并因而起到对能量吸收的轴向引导作用。该轴向引导防止所述连接板和锥形环因起动所述能量吸收单元而分别在所述变形管内倾斜，从而使所述变形管的塑性变形(即所述变形管的塑性横截面扩大)可以通过可精确预测的方式进行，而且可以将碰撞和碰撞过程中的能量吸收导致的结果作为整体精确预测。 [0029] 后说明的实施方式中，优选通过使所述锥形环和引导元件与所述连接板一体形成的方式制作能量吸收结构。然而，当然还可以理解的是，可以将具有所述引导元件的锥形环通过锁合配合或非锁合连接的方式而相应地连接到所述连接板。 [0030] 最后说明的是，随后说明的实施方式的另一个优点在于，可以通过所述变形管的壁厚、变形管的材料以及变形管的连接板侧部分的扩大程度，来准确地预先限定用于起动所述变形管的特征起动力。 [0031] 简言之，需要注意的是，根据本发明的能量吸收单元提供了一种减震器，利用该减震器能够预先限定响应行为和能量吸收过程所导致的结果。通过适当选择各能量吸收元件，还可以在整体尺寸更小的情况下使得能量吸收最大化。所述能量吸收单元尤其适用于将侧缓冲器或UIC缓冲器改装为附加的不可逆减震台，其中，所述侧缓冲器或UIC缓冲器优选为可拆卸地固定到所述 能量吸收单元的连接板上。附图说明 [0032] 下面将参照附图更详细地说明本发明的能量吸收单元的优选实施方式。 [0033] 在附图中： [0034] 图1是作为用于UIC缓冲器的附加减震台的根据本发明的能量吸收单元的优选实施方式； [0035] 图2是根据图1的能量吸收单元的详细视图；以及 [0036] 图3是根据图2的能量吸收单元的横截面视图。 具体实施方式[0037] 图1所示的能量吸收单元10与传统的侧缓冲器或UIC缓冲器100结合使用，其中，所述缓冲器例如尚未装配附加的减震器。UIC缓冲器100通过其连接凸缘102而连接于能量吸收单元10的连接板1。 [0038] 在附图所示的实施方式中，设置有用于缓冲器100的连接凸缘102的固定件103，固定件103总共包括四个螺栓，该四个螺栓能够拧入设置在连接板1上的相应的螺孔103’中。 [0039] 能量吸收单元10还包括基板2，能量吸收单元10能够通过该基板2连接到例如有轨车辆主体101的支架或底架，或者还连接到其它固定或柔性的支撑结构。在图示的实施方式中，为实现该目的使用了总共四个固定螺栓104，该固定螺栓104延伸穿过相应地设置在基板2上的通孔104’，并容纳在适当的螺孔内(附图中未明示)。 [0040] 一方面，由于能量吸收单元10能够通过基板2可拆卸地固定到支撑结构101上，另一方面，另一附加部件100(例如侧缓冲器或UIC缓冲器)同样能够可拆卸地安装到能量吸收单元10的连接板1上，所以能量吸收单元 构成单个功能组，该单个功能组能够整体更换，这尤其适于接下来的安装或更换，而无需改变支撑结构101或部件100。 [0041] 除了上述基板2和连接板1之外，附图中显示的优选实施方式的能量吸收单元10还包括作为破坏性能量吸收元件3的变形管，该破坏性能量吸收元件3无活动空间(play)地支撑在基板2和连接板1之间。特别可以从图3中看出，这里使用了以柱头螺栓为形式的拉紧元件4。该拉紧元件通过其基板侧端部以锁合配合(positive-fit)、非锁合配合(non-positive-fit)或材料配合(material-fit)的方式连接到基板2上，所述拉紧元件几乎延伸穿过变形管3的全长，并穿过相应地设置在连接板1上的通孔。拉紧元件4的前侧端部通过螺母9固定到连接板1上。为了确保连接板1的前端水平或平坦，连接板设置有凹槽8，以容纳各个螺母9。 [0042] 如上所述，拉紧元件4用于在基板2和连接板1之间支撑变形管3。在起动能量吸收单元10以后，当连接板1相对于变形管3和基板2朝向所述基板2移动时，由于拉紧元件4因其结构而能够相应地引导连接板1，因而，拉紧元件4还具有引导功能。 [0043] 设置有引导元件6的锥形环7提供另一轴向引导导向。在所示的实施方式中，引导元件6、锥形环7和连接板1为一体形成，但这不是必须的。 [0044] 具体地说，具体可以从图3中看出，变形管3在其基板侧端部3a以锁合配合(positive-fit)、非锁合配合(non-positive-fit)或材料配合(material-fit)的连接方式连接到基板2。另一方面，变形管3的连接板侧端部3b具有部分5，该部分5的横截面与更靠近基板2的部分的横截面相比扩大。该扩大的变形管部分5与引导元件6和锥形环7相互作用。因此，引导元件6的基板侧端部至少部分地延伸到扩大的变形管部分5内，并抵靠在所述变形管部分5的内表面上。当起动能量吸收单元10时，即当连接板1相对于基板2和固定连接到所述基板2的变形管3而朝向所述基板2移动时，引导元件6的基 板侧端部沿(此时还)没有扩大的变形管部分的内表面移动，并因而和拉紧元件4一起对基板2起到轴向引导作用。在能量吸收单元10起动时，对基板2的所述轴向引导能够分别防止所述基板2、锥形环7和引导元件6在变形管5内的倾斜，这还适于传递除了完全沿轴向的力以外的其它力。总之，因而变形管的塑性变形(即变形管5的塑性横截面扩大)以可预测的方式进行，在相撞情况下因能量吸收导致的结果可一并作为整体预测。 [0045] 本发明的实施不限于参照附图说明的实施方式。具体来说，可以理解的是，所述能量吸收单元可以不与侧缓冲器一起使用，而是用例如缓冲杆支架或其它类似的碰撞力传递部件代替。 [0046] 附图标记 [0047] 1 连接板 [0048] 2 基板 [0049] 3 能量吸收元件/变形管 [0050] 3a 变形管的基板侧端部 [0051] 3b 变形管的连接板侧端部 [0052] 4 拉紧元件 [0053] 5 横截面扩大的变形管部分 [0054] 6 引导元件 [0055] 7 锥形环 [0056] 8 凹槽 [0057] 9 螺母 [0058] 10 能量吸收单元 [0059] 100 UIC缓冲器/侧缓冲器 [0060] 101 支撑结构/有轨车辆主体 [0061] 102 UIC缓冲器/侧缓冲器的连接凸缘 [0062] 103 固定件 [0063] 103’螺孔 [0064] 104 固定件 [0065] 104’固定孔 |
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