一种新型车钩碰撞双向回转阻尼结构的制作方法

1.本发明属于轨道车辆耐碰撞性技术领域，尤其是涉及一种车钩碰撞阻尼结构。


背景技术：

2.铁路是重要的经济命脉，铁路运输安全更是关乎生命安危。由于列车是在专有的轨道上运行，发生碰撞事故的可能性要远小于其他交通运输工具。
3.然而，轨道列车质量大，速度高，一旦发生意外事故，就会带来严重的人员伤亡和经济损失。近年来，轨道车辆交通事故时有发生，给我国造成了非常严重的经济损失和极为恶劣的社会影响，因此，必须进一步提高轨道车辆的安全性。
4.列车耐碰撞性是指：在碰撞过程中，列车结构的承载能力、变形形式及列车结构自身吸收撞击动能的能力等方面的综合特性。列车的耐碰撞性并不是要求列车结构在承受撞击后毫无损伤，而是要求列车在一定的撞击速度下，列车结构压溃区(吸能区)能按照人的意志有序地发生变形，在吸收较多的撞击动能的同时能有效地降低撞击加速度，车体结构载人部位能较多为司乘人员和客室内的乘客提供生存空间，从而降低碰撞给人带来的伤害。
5.车辆的结构压溃区设计理念为通过结构或部件沿车辆纵向的压缩塑性变形来耗散动能。车钩作为车辆间的联接重要部件，在正常运营工况下需要车钩能够绕回转中心水平转动，在碰撞过程中起到传递碰撞界面力的关键作用。因车钩绕回转中心水平转动角度过大(大于17
°
)，碰撞界面力无法有效的沿车钩纵向传递，预先设计的结构压溃区没能完全发生塑性变形耗散动能，可能会导致到乘客的生存空间减小，乘员受到损害；同时车辆受到的横向分力、横向位移过大，导致车辆发生“之”字形脱轨的事故。
6.在保证车钩正常运营连挂功能的情况下，限制车钩回转角度过大需要综合考虑，制定行之有效的方案。


技术实现要素：

7.为解决车钩绕回转中心水平转动角度过大，致使碰撞界面力无法有效的沿车钩纵向传递，预先设计的结构压溃区没能完全发生塑性变形耗散动能，车辆受到的横向分力、横向位移过大，导致车辆发生“之”字形脱轨事故，导致到乘客的生存空间减小，乘员受到损害的技术问题，本发明提供一种新型的车钩碰撞回转阻尼结构，不改变与车辆的接口，在既有车钩结构基础上优化设计，节约成本。
8.为实现上述目的，本发明提供一种新型车钩双重限制回转阻尼结构，包括钩体和底座，其特征在于：底座两边对称各设一回转阻尼机构，两个回转阻尼机构之间的底座前端面为中心对称的楔形面，列车发生碰撞时，钩体的定位面与底座的楔形面配合实现限位；
9.所述的回转阻尼机构包括柱塞、密封活塞、单向阀、增压阀，柱塞与增压阀连接，密封活塞置于柱塞内，增压阀中心开有节流孔，单向阀置于节流孔内，柱塞与密封活塞之间为储气腔，增压阀与底座之间为第一液压油腔，密封活塞和增压阀之间为第二液压油腔，储气
腔、第一液压油腔以及第二液压油腔为各自独立的腔室。
10.优选的，增压阀由阀体和阀芯两部分连接构成，阀芯前端面凸出于阀体的前端面，为了安装单向阀及调节流量作用。
11.优选的，阀芯上的节流孔为阶梯孔，通过截面变化控制流量，从而调节流速。
12.优选的，密封活塞断面形状为弓字形，增加活塞的刚度，避免变形。
13.优选的，阀体和阀芯之间通过阶梯面配合，通过截面变化控制流量，同时增加密封性能。
14.优选的，中心对称的两个楔形面夹角为146度-150度。
15.优选的，储气腔内充入的是氮气。
16.本发明在车钩钩体与车钩底座之间设有双向回转阻尼机构，当列车正常运营时，车钩绕回转中心回转时，柱塞以准静态压缩(阻抗力较小且平稳)曲线工作，保证车钩正常转动，当车钩转角达到17
°
时(车钩正常连挂转动小于17
°
)，钩体定位面与底座楔形面重合，完全限制车钩转动自由度。
17.当列车发生碰撞时，车辆间碰撞界面力通过车钩传递，当车钩绕回转中心偏转时，气液柱塞以动态压缩(阻抗力大且平稳)曲线工作，触发阻抗力阻止车钩继续转动趋势，从而实现碰撞界面力纵向传递。随着碰撞界面力的加大，钩体转动力矩增大，气液活塞开始缓慢的被压缩，直至钩体定位面与底座楔形面重合，完全限制车钩转动自由度，在此过程中车辆受到的纵向力远远大于横向力，横向位移在车辆容许范围之内，列车碰撞界面力的能够实现纵向传递，碰撞能量通过车辆纵向的可控、有序的塑性变形耗散，故此确保列车不会发生“之”字形脱轨，实现列车的被动安全性设计指标。具体优势如下：
18.1、通过增加车钩回转阻尼机构，在列车发生碰撞过程中，车钩偏转趋势得到有效限制，使车钩能够正确传递纵向碰撞界面力，车辆结构压溃区能够被正确有序可控的发挥作用，从而实现车辆的被动安全防护功能。
19.2、基于既有车钩结构利用钩体与底座之间的空间，应用气液柱塞在准静态和动态下完全不同的力学性能，设计实施此碰撞防转装置方案，降低设计和改造成本，具有极大的推广实用价值。
附图说明
20.图1是本发明的结构示意图；
21.图2是本发明碰撞过程状态图；
22.图3是本发明卸荷曲线图。
具体实施方式
23.参照图1，本发明主要由底座1、柱塞2、密封活塞3、单向阀4、增压阀5、节流孔6构成。柱塞、密封活塞、单向阀、增压阀构成回转阻尼机构。柱塞与增压阀连接，密封活塞置于柱塞内，增压阀中心开有节流孔，单向阀置于节流孔内。增压阀5由阀体501和阀芯502两部分连接构成，阀芯502前端面凸出于阀体501的前端面，为了安装单向阀及调节流量作用。阀体501和阀芯502之间为过渡配合，需要时有相对运动，起节流作用；增压阀5与底座1之间密封过渡配合，有相对运动；增压阀5和柱塞2是固定在一起的。阀芯502上的节流孔6为阶梯
孔，通过截面变化控制流量，从而调节流速。阀体501和阀芯502之间为阶梯面配合，增加活塞的刚度，避免变形。
24.密封活塞断面形状为弓字形，通过截面变化控制流量，同时增加密封性能)
25.柱塞2、密封活塞3、增压阀5、底座1之间形成3个各自独立的空腔，分别为第一液压油腔7、第二液压油腔8、氮气储气腔9。
26.回转阻尼机构之间的底座前端面为中心对称且夹角为146度的楔形面，列车发生碰撞时，钩体的定位面与底座的楔形面配合实现限位。
27.参照图2、图3，在车钩正常工况下转动时，气液柱塞以准静态压缩(阻抗力较小且平稳)曲线a工作，钩体将柱塞2压入底座1，当压缩力超过气液柱塞装置触发力值时，第一液压油腔7中的液压油经节流孔6进入第二液压油腔8，压缩能量转化为液压油高速流动产生的热能，第二液压油腔8的液压油推动密封活塞3进一步压缩储气腔9中氮气；车钩回正后，压缩过程结束后柱塞2在压缩储气腔9中氮气的反作用力作用下，推动第二液压油腔8中液压油经单向阀4和节流孔6流回第一液压油腔7，柱塞2恢复到初始位置。
28.当列车发生碰撞时，当车钩绕回转中心回转时，钩体极速将柱塞2压入底座1时，柱塞以动态压缩(阻抗力大且平稳)曲线b工作，当压缩力超过气液柱塞装置触发力值时，第一液压油腔7中的液压油经节流孔6进入第二液压油腔8时受阻变慢，钩体将柱塞2被压入底座1时阻抗力变大瞬间升至峰值，阻止车钩的转动趋势，随着柱塞2收到碰撞界面力不断增大，柱塞2才开始延迟压入底座1，压缩能量转化为液压油低速流动产生的热能，第二液压油腔8的液压油推动密封活塞3进一步压缩储气腔中9氮气，直至将柱塞2压至底座1平齐。此时车钩旋转至17
°
(极限值)时，钩体定位面与底座1楔形面重合，完全限制车钩转动自由度。在此过程中车辆受到的纵向力远远大于横向力，横向位移在车辆容许范围之内，列车碰撞界面力的能够实现纵向传递，碰撞能量通过车辆纵向的可控、有序的塑性变形耗散。

技术特征：
1.一种新型车钩双重限制回转阻尼结构，包括钩体和底座，其特征在于：底座两边对称各设一回转阻尼机构，两个回转阻尼机构之间的底座前端面为中心对称的楔形面，列车发生碰撞时，钩体的定位面与底座的楔形面配合实现限位；所述的回转阻尼机构包括柱塞、密封活塞、单向阀、增压阀，柱塞与增压阀连接，密封活塞置于柱塞内，增压阀中心开有节流孔，单向阀置于节流孔内，柱塞与密封活塞之间为储气腔，增压阀与底座之间为第一液压油腔，密封活塞和增压阀之间为第二液压油腔，储气腔、第一液压油腔以及第二液压油腔为各自独立的腔室。2.根据权利要求1所述的一种新型车钩双重限制回转阻尼结构，其特征在于：所述的增压阀由阀体和阀芯两部分连接构成，阀芯前端面凸出于阀体的前端面。3.根据权利要求2所述的一种新型车钩双重限制回转阻尼结构，其特征在于：所述的阀芯上的节流孔为阶梯孔。4.根据权利要求2所述的一种新型车钩双重限制回转阻尼结构，其特征在于：阀体和阀芯之间通过阶梯面配合。5.根据权利要求1所述的一种新型车钩双重限制回转阻尼结构，其特征在于：密封活塞断面形状为弓字形。6.根据权利要求1所述的一种新型车钩双重限制回转阻尼结构，其特征在于：中心对称的两个楔形面夹角为146度-150度。7.根据权利要求1所述的一种新型车钩双重限制回转阻尼结构，其特征在于：储气腔内充入的是氮气。

技术总结
一种新型车钩双重限制回转阻尼结构，包括钩体和底座，其特征在于：底座两边对称各设一回转阻尼机构，两个回转阻尼机构之间的底座前端面为中心对称的楔形面，列车发生碰撞时，钩体的定位面与底座的楔形面配合实现限位。通过车钩回转阻尼机构，在列车发生碰撞过程中，车钩偏转趋势得到有效限制，使车钩能够正确传递纵向碰撞界面力，车辆结构压溃区能够被正确有序可控的发挥作用，从而实现车辆的被动安全防护功能。应用气液柱塞在准静态和动态下完全不同的力学性能，设计实施此碰撞防转装置方案，降低设计和改造成本，具有极大的推广实用价值。值。值。


技术研发人员：姜士鸿 金辉 王雷 王成强
受保护的技术使用者：中车长春轨道客车股份有限公司
技术研发日：2022.09.09
技术公布日：2023/6/3