一种周旋式切削防爬吸能装置

1.本发明属于轨道交通安全防护领域，具体涉及一种周旋式切削防爬吸能装置。


背景技术：

2.现阶段，吸能防爬器是轨道交通领域中广泛应用的一种防止列车爬车并能缓冲吸能的机械装置，在轨道车辆发生碰撞时，通过吸能防爬器的缓冲吸能，能够为司乘人员提供更大的生存空间，并极大地降低碰撞造成的破坏。现有的吸能防爬器按作用机理的不同主要分为切削式、压溃式、膨胀式三种，其中，基于切削式吸能防爬器是通过金属材料的摩擦、破裂和塑性变形综合作用来吸收能量，吸能效果要优于金属材料仅产生塑性变形的吸能方式。因此，切削式吸能防爬器是目前研究的重点内容之一。
3.切削式吸能防爬器中利用撞击力，使得切削刀具从某一方向，如轴向、周向，对吸能管或切削基材进行切削，从而将碰撞能转化为金属材料切削能，实现碰撞能量的吸收和耗散。
4.无论是轴向切削的方式，还是周向切削的方式，都会有很大一部分切削基材没有利用，因此一方面造成基材的浪费，另一方面，单方向切削的能量转化效率较低。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种周旋式切削防爬吸能装置，该装置能够将碰撞动能向周向、径向和轴向上的切削能转化，进而实现碰撞能量的高效率的转化为金属材料的切削能，实现吸能量倍增和能量的耗散高效率，避免了基材材料的轴向切削作用下的碰撞能转化为切削能的效率低下问题，可以实现较少的基体材料耗散较大碰撞动能的作用。
6.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种周旋式切削防爬吸能装置，包括防爬齿横梁，其外侧面安装防爬齿，内侧面的中心位置安装有前轴承，以支撑螺杆的转动；安装板，其内侧的中心孔位置安装有螺旋套筒，螺旋套筒内设置有与螺杆上外螺纹配合的螺旋齿；安装板外侧设置有用于切除螺杆外螺纹的螺旋切削刀以及对螺杆轴向切削的螺杆轴向切削刀；薄壁管，其两端固接在防爬齿横梁和安装板上；切削基体，呈筒形，设置在薄壁管内，切削基体的一端固定在安装板上，另一端敞口，所述螺杆和螺旋套筒均位于切削基体内；转盘，固定连接在螺杆上靠近防爬齿横梁的一端，转盘上设置用于对切削基体敞口端端面切削的轴向切削刀以及用于对切削基体侧壁切削的周向切削刀。
7.所述周向切削刀包括内切削刀和外切削刀，内切削刀伸入切削基体内，用于对切削基体的内壁进行切削，外切削刀用于对切削基体的外壁进行切削。
8.所述内切削刀和外切削刀的切削位置在轴向方向上错开。
9.所述安装板外侧设置有后轴承基座，后轴承基座上设置有与安装板中心孔连通的
通孔，通孔前段的直径与螺杆除去螺纹后的杆体直径相当，并在通孔前段设置所述的螺旋切削刀，通孔后段安装有后轴承，所述螺杆轴向切削刀与后轴承的内圈连接。
10.所述后轴承为推力滚子轴承。
11.所述推力滚子轴承的内圈和螺杆切削刀基体固定连接，所述螺杆轴向切削刀设置有多个，并沿周向均匀间隔布置在螺杆切削刀基体上，多个螺杆轴向切削刀所围成圆环的内径小于螺杆除去螺纹后的杆体直径。
12.所述螺杆切削刀基体上设有能够和推力滚子轴承内圈过盈配合的基体固定套筒。
13.所述前轴承通过前轴承橡胶垫片安装在防爬齿横梁上，所述螺旋套筒通过螺旋套筒橡胶垫片安装在所述安装板上。
14.所述螺杆上还设置有限位套，碰撞发生后限位套随螺杆移动过程中首先与螺旋套筒接触，以避免转盘上的切削刀具碰到安装板。
15.所述在螺旋套筒上安装有用于降低限位套对螺旋套筒冲击的缓冲橡胶垫片。
16.本发明的有益效果是：本发明通过圆周切削的方式渐进式压溃切削吸能，同时起到防爬的作用，该发明将极大的提高吸能效能，降低碰撞过程中的初始峰值。
17.本发明能够将碰撞动能向周向、径向和轴向上的切削能转化，进而实现碰撞能量的高效率的转化为金属材料的切削能，实现吸能量倍增和能量的耗散高效率，避免了基材材料的轴向切削作用下的碰撞能转化为切削能的效率低下问题，可以实现较少的基体材料耗散较大碰撞动能的作用。
附图说明
18.图1为本发明的结构示意图；图2为图1中的a处局部放大图；图3为图2中的b处局部放大图；图中标记：1、薄壁管，2、防爬齿横梁，3、防爬齿，4、前轴承，5、平键，6、转盘，7、外切削刀，8、内切削刀，9、限位套，10、螺杆，11、切削基体，12、安装孔，13、安装板，14、螺旋套筒，15、轴向切削刀，16、螺旋套筒橡胶垫片，17、前轴承橡胶垫片，18、缓冲橡胶垫片，19、后轴承基座，20、后轴承端盖，21、螺旋切削刀，22、推力滚子轴承，23、螺杆轴向切削刀，24、螺杆切削刀基体，25、外螺纹，26、推力滚子轴承内圈，27、基体固定套筒。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
20.如图1所示，一种周旋式切削防爬吸能装置，该装置一端设置用于与机车车辆底架横梁螺栓连接的安装板13，另一端的防爬齿3固定在防爬齿横梁2上，防爬齿横梁2和安装板13分别固接在薄壁管1的两端，该薄壁管1可以根据需要设置不同的界面形状如圆形和方形等。所述薄壁管1内设置与薄壁管1同心的切削基体11，切削基体11为筒形结构，其一端固接在所述安装板13的内侧，另一端敞口，切削基体11的外径小于所述薄壁管1的内径、切削基体11的轴向长度小于薄壁管1的长度。
21.在切削基体11内设置有螺旋套筒14，螺旋套筒14固定在安装板13的中心，且螺旋
套筒14的中心孔和设置在安装板13上的通孔连通，螺旋套筒14的中心孔内设置有螺旋齿，用于和螺杆10螺纹配合。螺杆10一端和设置在防爬齿横梁2的前轴承4连接，另一端从安装板13穿出与安装板13外侧的推力滚子轴承22连接。所述螺杆10上还安装有随螺杆10运动的转盘6，转盘6和螺杆10通过平键5紧固连接，转盘6朝向切削基体11的一面设置轴向切削刀15和周向切削刀，所述轴向切削刀15和切削基体11的端面接触，以便在转盘6随螺杆10旋转过程中对切削基体11端面进行轴向和周向的复合切削；所述周向切削刀包括内切削刀8和外切削刀7，内切削刀8伸入切削基体11内，在周向旋转过程中对其内壁进行一定深度的径向切削，外切削刀7与切削基体11的外壁接触，在周向旋转过程中对外壁进行一定深度的径向切削，且内切削刀8的切削位置和外切削刀7的切削位置在轴向上存在一定的错位，以保证轴向切削刀15能切削位于内切削刀8和外切削刀7之间的基材，以及保证内切削刀8和外切削刀7能够切除更多基材，增加吸能量。如图1所示，内切削刀8的切削位置相较于外切削刀7更靠近切削基体11的端面。在转盘6随螺杆10旋转的过程中，轴向切削刀15、内切削刀8和外切削刀7对切削基体11进行多方位的切削。
22.再结合图1-3所示，所述安装板13外侧设置有用于安装推力滚子轴承22的后轴承基座19，后轴承基座19的中心设置有通孔，并在通孔的孔壁设置用于切除螺杆10外螺纹的螺旋切削刀21。所述推力滚子轴承22由后轴承端盖20轴向定位在后轴承基座19上，推力滚子轴承22和所述通孔以及螺杆10为同心设置。推力滚子轴承内圈26上安装有螺杆轴向切削刀23，螺杆轴向切削刀23固定在螺杆切削刀基体24上，并沿周向间隔布置多个，螺杆轴向切削刀23的内径小于切除外螺纹的螺杆10直径，用于对螺杆10轴向切削；所述螺杆切削刀基体24一端通过基体固定套筒27与推力滚子轴承内圈26过盈连接，保证推力滚子轴承内圈26和螺杆轴向切削刀23之间的稳定配合，防止出现滑动，推力滚子轴承22可以承载大的轴向力以及径向力作用。
23.安装时，将该装置安装在机车车辆的前后端的两侧，在发生两车的正碰或者追尾碰撞时，防爬装置的防爬齿3相互啮合，此时在冲击力的作用下，压缩防爬齿横梁2推动螺杆10向前移动，螺杆10与螺旋套筒14之间的螺旋齿相互啮合，使得螺杆10旋转向前移动，此时薄壁管1首先发生压溃变形，产生较小的峰值载荷，螺杆的旋转带动转盘6旋转运动，转盘6上的轴向切削刀15和内切削刀8、外切削刀7随之旋转移动，轴向切削刀15开始沿着圆周切削基体11端面的材质，内切削刀8和外切削刀7沿着圆周切削基体11内外两侧的材质，实现不同方向上的基体材质的切除；在碰撞过程中，螺杆10通过螺旋套筒14向安装板13方向螺旋前进，穿过安装板13后的螺杆10上的螺纹25被安装在后轴承基座上的螺旋切削刀21进行切削吸能，螺杆10继续向前螺旋移动，到达螺杆轴向切削刀23的位置处时，被螺杆轴向切削刀23沿着轴向切削吸能，此时的螺杆切削刀基体24固定在推力滚子轴承内圈26上，螺杆带动螺杆轴向切削刀23和螺杆切削刀基体24螺旋转动，同时同步进行轴向切削，最终被切削过的螺杆10从后轴承端盖20的中间圆孔处出来。
24.进一步的，为了提供碰撞力的缓冲，所述前轴承4和防爬齿横梁2之间还设置有前轴承橡胶垫片17，所述螺旋套筒14和安装板13之间设置螺旋套筒橡胶垫片16。
25.进一步的，在螺杆10上靠近前轴承4的一端设置有限位套9，限位套9位于切削基体11内的螺杆10上，且通过调整限位套9的安装位置，使得碰撞发生后限位套9随螺杆10移动到与螺旋套筒14接触时，保证转盘6上的切削刀具不会碰到安装板13，从而防止刀具被损
坏。
26.更进一步的，在螺旋套筒14上安装有缓冲橡胶垫片18，降低限位套9对螺旋套筒14的冲击。
27.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种周旋式切削防爬吸能装置，其特征在于：包括防爬齿横梁，其外侧面安装防爬齿，内侧面的中心位置安装有前轴承，以支撑螺杆的转动；安装板，其内侧的中心孔位置安装有螺旋套筒，螺旋套筒内设置有与螺杆上外螺纹配合的螺旋齿；安装板外侧设置有用于切除螺杆外螺纹的螺旋切削刀以及对螺杆轴向切削的螺杆轴向切削刀；薄壁管，其两端固接在防爬齿横梁和安装板上；切削基体，呈筒形，设置在薄壁管内，切削基体的一端固定在安装板上，另一端敞口，所述螺杆和螺旋套筒均位于切削基体内；转盘，固定连接在螺杆上靠近防爬齿横梁的一端，转盘上设置用于对切削基体敞口端端面切削的轴向切削刀以及用于对切削基体侧壁切削的周向切削刀。2.根据权利要求1所述的周旋式切削防爬吸能装置，其特征在于：所述周向切削刀包括内切削刀和外切削刀，内切削刀伸入切削基体内，用于对切削基体的内壁进行切削，外切削刀用于对切削基体的外壁进行切削。3.根据权利要求2所述的周旋式切削防爬吸能装置，其特征在于：所述内切削刀和外切削刀的切削位置在轴向方向上错开。4.根据权利要求1所述的周旋式切削防爬吸能装置，其特征在于：所述安装板外侧设置有后轴承基座，后轴承基座上设置有与安装板中心孔连通的通孔，通孔前段的直径与螺杆除去螺纹后的杆体直径相当，并在通孔前段设置所述的螺旋切削刀，通孔后段安装有后轴承，所述螺杆轴向切削刀与后轴承的内圈连接。5.根据权利要求4所述的周旋式切削防爬吸能装置，其特征在于：所述后轴承为推力滚子轴承。6.根据权利要求5所述的周旋式切削防爬吸能装置，其特征在于：所述推力滚子轴承的内圈和螺杆切削刀基体固定连接，所述螺杆轴向切削刀设置有多个，并沿周向均匀间隔布置在螺杆切削刀基体上，多个螺杆轴向切削刀所围成圆环的内径小于螺杆除去螺纹后的杆体直径。7.根据权利要求6所述的周旋式切削防爬吸能装置，其特征在于：所述螺杆切削刀基体上设有能够和推力滚子轴承内圈过盈配合的基体固定套筒。8.根据权利要求1所述的周旋式切削防爬吸能装置，其特征在于：所述前轴承通过前轴承橡胶垫片安装在防爬齿横梁上，所述螺旋套筒通过螺旋套筒橡胶垫片安装在所述安装板上。9.根据权利要求1所述的周旋式切削防爬吸能装置，其特征在于：所述螺杆上还设置有限位套，碰撞发生后限位套随螺杆移动过程中首先与螺旋套筒接触，以避免转盘上的切削刀具碰到安装板。10.根据权利要求9所述的周旋式切削防爬吸能装置，其特征在于：所述在螺旋套筒上安装有用于降低限位套对螺旋套筒冲击的缓冲橡胶垫片。

技术总结
一种周旋式切削防爬吸能装置，包括防爬齿横梁，其外侧面安装防爬齿，内侧面的中心位置安装有支撑螺杆转动的前轴承；安装板，其内侧的中心孔位置安装有螺旋套筒，螺旋套筒内设有与螺杆上外螺纹配合的螺旋齿；安装板外侧设有用于切除螺杆外螺纹的螺旋切削刀以及对螺杆轴向切削的螺杆轴向切削刀；薄壁管，其两端固接在防爬齿横梁和安装板上；切削基体，设置在薄壁管内，切削基体的一端固定在安装板上，另一端敞口，螺杆和螺旋套筒均位于切削基体内；转盘，固定连接在螺杆上靠近防爬齿横梁的一端，转盘上设置用于对切削基体敞口端端面切削的轴向切削刀以及用于对切削基体侧壁切削的周向切削刀。本发明可以极大地提高吸能效能，起到防爬的作用。起到防爬的作用。起到防爬的作用。


技术研发人员：谢君科 李玉如 张昊 李忠利
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：2023.02.10
技术公布日：2023/5/26