特别用于轨道导向车辆的减震器的能量吸收装置 |
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| 申请号 | CN201180038611.X | 申请日 | 2011-05-16 | 公开(公告)号 | CN103068664A | 公开(公告)日 | 2013-04-24 |
| 申请人 | 沃依特专利有限责任公司; | 发明人 | A·康特茨基; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 能量 吸收装置（20），特别是用于轨道导向车辆的减震器（100）的能量吸收装置（20），其中，所述能量吸收装置（20）具有实施为 变形 管（1）的能量吸收元件和与所述变形管（1）以这种方式相互作用的反向元件（5）：当超过施加到所述能量吸收装置（20）的临界冲击 力 时，反向元件（5）和变形管（1）朝向彼此移动，同时，同时地吸收施加到所述能量吸收装置（20）的冲击能量的至少一部分。为了确保即使在力非轴向地施加到能量吸收装置（20）中时也能够根据预定的事情顺序进行能量吸收，本发明设置的反向元件（5）和变形管（1）通过沿变形管（1）的周向匹配地 锁 定的连接方式连接，从而防止反向元件（5）相对于变形管（1）扭转。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种能量吸收装置（20），该能量吸收装置（20）特别用于轨道导向车辆的减震器（100），该能量吸收装置（20）包括被设计为变形管（1）的能量吸收元件和与所述变形管（1）相互作用的反向元件（5），从而当超过引入所述能量吸收装置（20）的临界冲击力时，所述反向元件（5）和所述变形管（1）进行朝向彼此的相对移动，同时，引入所述能量吸收装置（20）的冲击能量的至少一部分被同时地吸收， |
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| 说明书全文 | 特别用于轨道导向车辆的减震器的能量吸收装置[0002] 根据本发明，本发明涉及一种特别用于轨道导向车辆的减震器（shock absorber）的能量吸收装置，其中，该能量吸收装置包括设计成变形管的能量吸收元件和反向元件（counter element）。所述反向元件与变形管相互作用，使得当超过引入能量变形装置的临界冲击力时，反向元件和变形管实现朝向彼此的相对移动，同时，引入能量吸收装置的冲击能量的至少一部分被同时地吸收。 [0003] 本文使用的术语“反向元件”基本上是能量吸收装置的部件，当促动能量吸收装置时，该部件导致能量吸收元件的塑性变形。所述反向元件可以特别地包括锥形环或被设计成锥形环，当促动能量吸收装置时，该锥形环挤压到被设计成变形管的能量吸收元件中，并且该锥形环使变形管通过塑性的横截面扩张变形。 [0004] 上述说明的类型的能量吸收装置的原理是本领域的公知常识并被用于例如铁路车辆技术，特别是作为减震器的一部分。在铁路车辆中，这种减震器通常由牵引装置（drawgear）（例如形成为弹簧机构）和包括不可逆的能量吸收元件的能量吸收装置的结合构成，其中所述能量吸收元件用于保护车辆，特别是甚至克服较高的后端撞击速度。通常，牵引装置设置为承受达到限定的值的牵引和冲击力，并且设置为首先将超过所述值的力传送（route）到能量吸收装置的能量吸收元件并随后将超过为能量吸收装置设计的（更确切地，为能量吸收装置的能量吸收元件设计的）能量等级的冲击能量传送到车辆的底盘。 [0005] 对于牵引装置，虽然在正常行驶过程中产生的牵引和冲击力（例如在多 部件铁路车辆的各车体之间产生的牵引和冲击力）例如通过这种常规的可再生式设计的牵引装置来吸收，但是，当超过牵引装置的操作载荷时（例如在车辆撞击障碍物时），牵引装置和可能设置在各车体之间（各车体的界面之间）的任何枢转连接或耦合连接可能被破坏或损坏。在较高的撞击能量作用下，牵引装置不足以靠其自身吸收由撞击导致的全部能量。因此存在车辆底盘或整个车体将被用来吸收更多能量的危险。这使牵引装置承受过大的载荷，这可能会损坏或甚至破坏牵引装置。在这种情况下，铁路车辆有出轨的危险。 [0006] 除了通常的再生式设计的牵引装置以外，为了在承受强烈的后端撞击时保护车辆底盘免遭破坏，经常使用具有毁坏式设计（destructively-designed）的能量吸收元件的能量吸收装置，所述能量吸收装置例如被设计成在牵引装置的工作吸收能力耗尽时响应并且至少部分地吸收沿穿过能量吸收元件的力流传递的能量并将该能量消散。但是显然还可以想到不设置任何再生式设计的牵引装置且仅使用具有毁坏式设计的能量吸收元件的能量吸收装置来保护车辆底盘免受后端撞击的损害。 [0007] 特别可以将可变形主体用作能量吸收元件，当超过临界挤压力时，可变形主体将导致的冲击能量的至少一部分转变为变形能和热，并因此通过（有意的（intentional））毁坏式塑性变形“吸收”该变形能和热。 [0008] 例如，使用变形管来转变冲击能量的能量吸收元件具有基本上为矩形的特性曲线（characteristic curve），从而能够在能量吸收元件已经响应后确保最大限度的能量吸收。 [0009] 图1示意性地描绘了减震器100的纵向横截面视图，减震器100包括牵引装置110和现有技术的能量吸收装置120，一方面，牵引装置110具有再生式设计的弹簧机构，另一方面，能量吸收装置120具有不可逆的能量吸收元件121。图1中示意地描绘的减震器100与中心缓冲车钩的车钩柄（coupler shank）一体形成。 [0010] 在图示的实施方式中，减震器100的牵引装置110以具有再生式设计的弹簧元件111的缓冲机构的形式实现，其中，弹簧元件111用于缓冲正常行驶过程中产生的牵引和冲击力。在图1所示的减震器100中，正常行驶过程中产生的牵引和冲击力通过传力元件102传递给用作缓冲机构的牵引装置110。在图1所示的减震器100中，传力元件102在其连接平面侧端部形成为叉形件（fork），该叉形件用于容纳例如枢转连接布置（图1未明确图示）的、与该叉形件相应地互补形成的突耳（lug）。所述叉形件和容纳在叉形件内的突耳通过枢转销106安装，从而能够在水平面内枢转。 [0011] 正如已经提及，除了作为缓冲机构实现的牵引装置110，图1中示意性地描绘的减震器100还包括具有毁坏式设计的能量吸收元件121的能量吸收装置120。该能量吸收装置120用于在超过预定的临界冲击力时响应并将由能量吸收装置120传递的所述冲击力的至少一部分转变为热和变形功，并且因而通过能量吸收元件121的塑性变形吸收这些热和变形功。 [0012] 如图1所示，能量吸收元件121被设计为变形管，该变形管包括车体侧的第一变形管部122和相对设置的第二变形管部123。第二变形管部123具有相比第一变形管部122扩大的横截面。实现为缓冲机构的牵引装置110完全容纳在能量吸收元件121的第二变形管部123中并因而与第二变形管部123一体形成。 [0013] 所述缓冲机构具有第一压板112和第二压板113，在第一压板112和第二压板113之间设置有弹簧机构的弹簧元件111。当传力元件102将正常行驶过程中产生的牵引和冲击力导入减震器100中时，牵引装置110用作缓冲机构，两个压板112、113朝向彼此移动，使得压板112和113之间的距离同时地沿牵引装置110的纵向方向收缩。用于第一压板112的第一限制止动件114和用于第二压板113的第二限制止动件115设置为机械冲击限制器 （mechanical stroke limiter）。这两个限制止动件114、115限制两个压板112、113的纵向位移。 [0014] 将牵引和冲击力传递给牵引装置110的传力元件102形成为缓冲机构，该缓冲机构包括延伸穿过第一压板112、弹簧机构的弹簧元件111和第二压板113的车体侧端部102a并且具有位于其车体侧端的反向元件103。反向元件103与第二压板113至少在传递牵引力时相互作用，从而将牵引力从传力元件102传递到第二压板113。在图1所示的实施方式中，反向元件103与传力元件102的车体侧端部102a通过螺栓连接119连接。 [0015] 在第一变形管部122和第二变形管部123之间的过渡部设置有锥形环116，该锥形环116与第二限制止动件115相互作用，使得在冲击力传递过程中从第二压板113传递到第二限制止动件115的力通过锥形环116传递到第一变形管部122。锥形环116包括导向元件117，该导向元件117至少部分地突出到第一变形管部122中并邻接第一变形管部122的内表面区域。 [0016] 图1中所示的现有技术的减震器100设计为通过多个阶段消散由传递冲击力导致的冲击能量：在设置在牵引装置110内的弹簧元件111的工作吸收耗尽以后，能量吸收装置120响应。接下来，将设置在第一变形管部122和第二变形管部123之间的过渡部的锥形环 116挤压到第一变形管部122内。接着，第一变形管部122的横截面塑性地扩张，使得传递的冲击力的至少一部分转变为变形功和热。 [0017] 根据图1的减震器100所使用的能量吸收装置120的缺点在于传统的能量吸收装置120主要被设计为仅用于轴向导入减震器100中的冲击力。传统的能量吸收装置120中，根据可预见的事情顺序的能量吸收只能用于轴向引入的冲击力。但是，当斜向地（即相对于能量吸收元件121的纵向轴线L非轴向地）引入冲击时，无法确保同样的效果，例如当装配有能量吸收装置120的铁路车辆在经过曲线行驶时与障碍物碰撞时。当非轴向冲击引入到能量吸 收装置120中时，特别是存在因形成为变形管的能量吸收元件121塑性变形而不可避免地形成在变形管材料中的裂纹不会线性地平行于变形管121的纵向轴线L的风险。取而代之，将在变形管材料中形成斜向于能量吸收元件121的纵向轴线L延伸的无差别的裂纹（indiscriminate crake），因而不再能够准确地预测能量吸收过程。 [0018] 从上述提出的问题出发，本发明的任务基于进一步改进开头说明的类型并用于例如图1所示的减震器100中的能量吸收装置，使得当非轴向地引入力时也能够根据可预测的事情顺序吸收能量。 [0020] 因此，根据本发明的方案特别将反向元件设置为通过与变形管的周向形状匹配的连接而连接到变形管。该形状匹配的连接能够有效地防止反向元件相对于变形管扭转（twisting）。设置该旋转保护增加了能量吸收装置相对于侧向（即非轴向）冲击力的稳定性。特别地，在能量吸收装置响应于非轴向冲击力的引入而被促动以后，在反向元件被挤压到变形管中时，还能够有效地防止反向元件克服变形管楔入。位于反向元件和变形管之间的所述与变形管的周向形状匹配的连接还用作轴向导向，以在能量吸收装置被促动时导向反向元件和变形管的相对移动。 [0021] 根据本发明的方案的一种优选实施方式一方面通过平行于变形管的纵向轴线延伸的至少一个凹部，以及另一方面通过与所述凹部互补形成并与所述凹部相互作用的导向轨道来提供用于形成与变形管的周向形状匹配的连接，从而所述导向轨道也平行于变形管的纵向轴线延伸并与所述凹部匹配地（positively）连接。例如，可以想见在变形管的内表面区域上的至少某些区域设置至少一个平行于变形管的纵向轴线延伸的凹部，并且在反向元件上设置与所述凹部结构互补的导向轨道，从而所述导向轨道与凹部形成形状匹配 的连接。可选择地或者另外地，可以想见至少在变形管的内表面区域的某些区域中设置平行于变形管的纵向轴线延伸的导向轨道，并且在反向元件中设置与导向轨道结构互补的凹部，从而形成所述形状匹配的连接。 [0022] 本文使用的用语“凹部”特别表示槽或凹口。用语“导向轨道”大致表示突起区域，例如匹配的键（fitted key）。所述导向轨道可以具有任意横截面结构，例如矩形、三角形或圆形横截面结构并构成与凹部互补。 [0023] 特别地，例如可以想见在变形管的内表面区域中的至少某些部分处设置切槽，其中，该切槽平行于变形管的纵向轴线延伸。因此，反向元件设置有与设置在变形管的内表面区域上的切槽结构互补的表面。 [0024] 根据本发明的另一优选实施方式，变形管包括第一变形管部和相对设置的第二变形管部，从而第二变形管部相比第一变形管部设置有扩大的横截面，并且从而反向元件至少部分地容纳在第二变形管部中。因此，当在变形过程中促动能量吸收装置时，反向元件位于第二变形管部的内部中并在变形管中导向。 [0025] 根据本发明的方案设置为能量吸收元件被设计成变形管，当超过引入能量吸收元件的临界冲击力时，该变形管优选通过扩大横截面而塑性变形并允许反向元件的相对移动。形成为变形管的能量吸收元件的特征在于，呈现限定的响应特性而不具有任何力峰值（force peak）。由于基本上为矩形特性曲线，因而在促动能量吸收装置后能够确保最大限度的能量吸收。 [0026] 特别优选地，在促动能量吸收装置时，变形管通过同时地扩大横截面而塑性变形。但是，当然也可以想见通过同时地减小变形管的横截面来吸收能量；这里需要将变形管挤压穿过相应的接管开孔（nozzle opening），从而能够产生塑性横截面减小。但是，在促动能量吸收装置时通过横截面扩大而塑性变形的变形管能够防止变形管在变形后被排出能量吸收装置，而在通过横截面减少而塑性变形的情况下，变形管在变形后可能会被排出能量吸收装 置。为此，目前优选的是具有通过横截面扩大而能够变形的变形管的实施方式。 [0027] 对于本发明的方案，容纳在扩大的第二变形管部中的反向元件在能量吸收装置响应后被挤压到第一变形管部中。接下来，第一变形管部的横截面塑性地扩大，从而在冲击力的传递过程中引入能量吸收装置的冲击能量的至少一部分被转变为变形功和热。为了能够由此使得第一变形管部的横截面以可预测的方式扩大，反向元件优选包括锥形环，该锥形环具有朝向第一变形管部渐缩的外表面。锥形环的该渐缩的外表面在第一变形管部和第二变形管部之间的过渡区域（肩部区域）中与变形管的内表面区域邻接。 [0028] 根据本发明的方案的一个优选实施方式中，锥形环包括导向元件，该导向元件至少部分地突出到第一变形管部中并邻接第一变形管部的内表面区域。设置该导向元件能够使反向元件实现：当促动能量吸收装置时，根据可预测的事情顺序，锥形环相对于第一变形管部移动（特别是不会斜入（canting）或楔入（wedging））。 [0029] 在后说明的实施方式特别优选，导向部设置为环形结构并具有纵向轴线，该纵向轴线对应于变形管的纵向轴线。设置的用于导向反向元件的相对移动的导向表面通过导向部的环形结构而获得最大化。特别优选的是，使用环形导向部在反向元件和变形管之间形成与变形管的周向形状匹配的连接。因此，例如可以想见，在环形导向部中设置平行于变形管的纵向轴线延伸的至少一个槽状凹部，该槽状凹部与设置在第一变形管部的内表面区域中并平行于变形管的纵向轴线延伸的突起区域形成形状匹配的连接，其中，突起区域的结构与槽状凹部的结构互补并用作导向轨道。 [0030] 显然，还可以想见，在环形导向部的整个外表面上设置切槽，从而每个切槽形成为平行于变形管的纵向轴线。在这种情况下，第一变形管部的内表面区域形成有表面结构，该表面结构用于在该处相应地互补。 [0031] 通过适当地选择变形管的壁厚且特别是第一变形管部的壁厚，并且/或者，通过适当地选择变形管的材料（更确切地，第一变形管部的材料），并且/或者，通过适当地选择第一变形管部在促动能量吸收装置时通过锥形环产生的扩大程度，能够预先限定能量吸收装置所响应的临界冲击力。有利地，该临界冲击力应当是数量级（an order of magnitude），达到该数量级时，例如额外于能量吸收装置而设置的缓冲机构的缓冲性能耗尽。 [0032] 如果形成为变形管的能量吸收元件被支撑（brace）在一侧的限制止动元件和另一侧的反向元件之间，响应力和能够通过能量吸收装置吸收的能量的最大值还能够预先限定并精确地适于特定的应用。这因而特别确保了能量吸收装置与例如减震器的无间隙（slack-free）一体化。为了在变形管上施加适当的预拉紧并因此能够影响或预先限定能量吸收装置的响应特性，可以想见利用一侧连接到反向元件且另一侧连接到限制止动元件的拉紧装置，并且该拉紧装置通过在反向元件和限制止动元件上都施加牵引力而将变形管夹紧在反向元件和限制止动元件之间。 [0033] 根据本发明的能量吸收装置特别适于作为用于铁路车辆的减震器的一部分。例如，可以想见在上文参考的图1所示的减震器100中使用本发明的能量吸收装置，其中，可以去掉传统的变形管121。 [0035] 附图中： [0036] 图1是结合在轨道导向车辆的车钩柄内的减震器的纵向横截面视图，其中减震器包括现有技术的能量吸收装置；以及 [0037] 图2是根据本发明的能量吸收装置的一种实施方式的部分剖视的立体图，该能量吸收装置特别适于在减震器中使用。 [0038] 在图1中以纵向横截面示意地描绘的是减震器100，该减震器100包括牵引装置110和现有技术的能量吸收装置120，一方面，牵引装置110具有 再生式构造的弹簧机构，另一方面，能量吸收装置120包括不可逆式（irreversible）能量吸收元件121。图1中示意地描绘的减震器100与中心缓冲车钩（central buffer coupling）的车钩柄（coupler shank）一体形成。 [0039] 图2说明了本发明的能量吸收装置20的一种实施方式的部分剖视的立体图。该能量吸收装置20适于例如作为图1所示的减震器100的一部分。 [0040] 根据图2所示，根据本发明的能量吸收装置20的典型实施方式包括形成为变形管1的能量吸收元件。变形管1包括第一变形管部2和相对设置的第二变形管部4。该第二变形管部4具有相比第一变形管部2扩大的横截面。第一变形管部2和第二变形管部4之间设置有肩部区域3。 [0041] 除变形管1以外，根据图2所示的典型实施方式的能量吸收装置20还包括反向元件5，该反向元件5容纳在扩大横截面的第二变形管部4中。反向元件5包括锥形环8，该锥形环8具有朝向第一变形管部2渐缩的外表面。如图2所示，锥形环8的锥形渐缩的外表面与变形管1的位于肩部区域3内的内表面区域邻接。 [0042] 锥形环8还设置有与第一变形管部2的内表面区域邻接的导向元件9。特别地，导向元件9在图示的实施方式中为环形结构并具有纵向轴线L’，该纵向轴线L’与变形管1的纵向轴线L对应。 [0043] 变形管1形成为：当超过引入变形管1的临界冲击力时，变形管1能够通过横截面扩张而发生塑性变形，从而使具有锥形环8的反向元件5和导向元件9相对于变形管1朝向第一变形管部2移动。用于促动变形管1的特性冲击力优选以变形管1的壁厚和/或材料以及/或者变形管1的扩宽程度来预先设定。 [0044] 在根据图2中所示的本发明的能量吸收装置20的典型实施方式中，反向元件5（以及特别是与反向元件5相关的导向元件9）通过与变形管1的周向形状匹配连接（circumferential form-fit connection）的方式连接到变形管 1，从而特别有效地防止当能量吸收装置20被促动时反向元件5相对于变形管1扭转。与变形管1的周向形状匹配连接通过多个凹部6形成，该凹部6形成在第一变形管部2的内表面区域中并平行于变形管1的纵向轴线L延伸。具体地，第一变形管部2的内表面区域具有切槽，从而每个切槽（凹部6）平行于变形管1的纵向轴线L延伸。 [0045] 另一方面，反向元件5（以及特别是环形导向元件9）也设置有相应的切槽结构（fluted structure）。形成在环形导向元件9的外表面上的切槽平行于变形管1的纵向轴线L延伸并且形成为与设置在第一变形管部2的内表面区域中的切槽互补。因此，形成在环形导向元件9的外表面上的切槽与形成在第一变形管部22的内表面区域中的切槽匹配地（positively）接合，并且因而导致反向元件5相对于变形管1的旋转保护。无论如何，所述切槽用作用于反向元件5和变形管1的相对移动的轴向导向装置。具体地，在变形管1和反向元件之间与变形管1所呈的周向形状匹配连接一方面通过形成在第一变形管部2的内表面区域中的切槽的突起区域（导向轨道7）与形成在环形导向元件9的外表面中的凹部6’匹配地接合来形成，另一方面通过形成在环形导向元件9的外表面中切槽的突起区域（导向轨道7’）与形成在第一变形管部2的内表面区域中的凹部6匹配地接合来形成。 [0046] 虽然图2中未明确显示，但显然可以理解只有一个平行于变形管1的纵向轴线L延伸的凹部6设置在变形管1的内表面中，例如形成为槽或凹口，从而形成与设置在反向元件5上的、设置为与凹部6互补的导向轨道7’的形状匹配连接。所述导向轨道7’也可以特别以匹配的键的形式来实现。 [0047] 导向轨道7（即，平行于变形管1的纵向轴线L延伸的突起区域）可以具有矩形、三角形或甚至圆形横截面。 [0048] 本发明不仅限于上述参考图2说明的作为举例的实施方式，而是以在此公开的所有特征的概括。 [0049] 附图标记列表 [0050] 1变形管 [0051] 2第一变形管部 [0052] 3肩部区域 [0053] 4第二变形管部 [0054] 5反向元件 [0055] 6、6’凹部 [0056] 7、7’突出区域/导向轨道 [0057] 8锥形环 [0058] 9导向元件 [0059] 20能量吸收装置 [0060] 100减震器 [0061] 102传力元件 [0062] 102a传力元件的车体侧端部 [0063] 103反向元件 [0064] 106螺栓 [0065] 110牵引装置 [0066] 111弹簧元件 [0067] 112第一压板 [0068] 113第二压板 [0069] 114第一限位止动件 [0070] 115第二限位止动件 [0071] 116锥形环（现有技术） [0072] 117导向元件（现有技术） [0073] 119螺栓连接 [0074] 120能量吸收装置（现有技术） [0075] 121能量吸收元件（现有技术） [0076] 122第一变形管部（现有技术） [0077] 123第二变形管部（现有技术） [0078] L变形管的纵向轴线 [0079] L’导向元件的纵向轴线 。 |
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