一种可恢复变形的列车吸能装置

1.本发明涉及列车被动安全技术领域，尤其涉及一种可恢复变形的列车吸能装置。

背景技术：

2.随着中国铁路交通建设的跨越式发展，列车时速不断提高，列车碰撞是造成旅客人员重大伤亡的主要原因之一，如何提高列车的运行安全，降低司机及乘客在事故中的伤亡，是列车被动安全技术研究的重点问题。
3.被动安全技术是通过吸能结构和车体局部结构的塑性变形有序的吸收碰撞瞬间产生的巨大能量，当发生碰撞后，通过自身压缩变形吸收碰撞能量，降低碰撞力初始峰值，减少对司乘人员伤害。
4.当前采用的列车吸能装置发生碰撞后，吸能装置本体产生不可恢复的塑性变形，即便是在低速碰撞下，也必须通过更换部件进行维修，造成材料浪费，增加维修成本。

技术实现要素：

5.本发明提供一种可恢复变形的列车吸能装置，以克服当前采用的列车吸能装置发生碰撞后，吸能装置本体产生不可恢复的塑性变形，即便是在低速碰撞下，也必须通过更换部件进行维修，造成材料浪费，增加维修成本的问题。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
7.一种可恢复变形的列车吸能装置，包括：吸能箱和安装在吸能箱内部的缓冲结构；
8.所述吸能箱包括前箱体和后箱体，所述前箱体和后箱体相邻的一端相互套接，所述前箱体和后箱体套接形成的空腔能够容纳缓冲结构；
9.所述缓冲结构是由缓冲单元体组成的点阵结构，所述缓冲单元体为形状记忆合金材质的负泊松比结构；
10.所述前箱体远离后箱体的一端设有防爬齿板；
11.所述后箱体远离前箱体的一端与能够安装在列车上的底座固定连接。
12.进一步的，所述缓冲单元体由内凹六角蜂窝结构经过变形、镜像后，旋转变换而成；
13.所述内凹六角蜂窝结构由两条平行设置的长杆、四条斜杆和两条短杆构成；
14.各所述长杆与斜杆围成一个两侧向内凹陷的六边形，所述长杆与相邻的斜杆之间的夹角为内侧夹角，所述内侧夹角为60度，相邻的两条斜杆之间的夹角为外侧夹角，所述外侧夹角为120度，所述短杆设在相邻的两条斜杆之间，所述短杆沿外侧夹角的角平分线方向设置，所述短杆自外侧夹角的顶点向六边形外侧沿伸，所述长杆、斜杆和短杆的长度比例关系为2:1:1；
15.所述变形是指内凹六角蜂窝结构沿外侧夹角的角平分线折弯90度，折弯后得到第一内凹六角蜂窝结构；
16.所述第一内凹六角蜂窝结构的两条长杆之间构成镜像面，所述镜像是指第一内凹
六角蜂窝结构通过镜像面镜像得到第二内凹六角蜂窝结构；
17.所述第一内凹六角蜂窝结构和第二内凹六角蜂窝结构构成旋转基体，所述旋转是指所述旋转基体绕任一外侧夹角的角平分线旋转，每一次旋转90度，旋转一周后得到所述缓冲单元体。
18.进一步的，所述缓冲结构靠近防爬齿板的一端设有一圈压溃控制槽，所述压溃控制槽能够引导缓冲结构有序、稳定的压溃变形。
19.进一步的，所述后箱体与前箱体相邻的一端设有一圈后箱体压溃控制槽，所述后箱体压溃控制槽能够引导后箱体有序、稳定的压溃变形。
20.进一步的，还包括导杆，所述导杆的轴线与前箱体的轴线平行，所述导杆一端与防爬齿板固定连接，所述导杆另一端贯穿底座，所述导杆能够与底座滑动连接。
21.进一步的，所述底座设有螺栓孔。
22.进一步的，所述后箱体为铝合金材质。
23.进一步的，所述缓冲单元体为tini形状记忆合金材质。
24.进一步的，所述缓冲结构采用增材制造一体成型。
25.本发明的有益效果：
26.吸能箱的前箱体和后箱体套接形成的空腔能够安装缓冲结构，缓冲结构是由负泊松比结构的缓冲单元体组成的点阵结构，负泊松比结构能够起到缓冲吸能的作用，缓冲单元体呈阵列排布，并采用受热可恢复变形的形状记忆合金材质，解决了当前采用的列车吸能装置发生碰撞后，会产生不可恢复的塑性变形，即便是在低速碰撞下，也必须更换部件维修，不仅浪费材料，而且增加维修成本的问题。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明公开的一种可恢复变形的列车吸能装置的剖视图；
29.图2为本发明公开的一种可恢复变形的列车吸能装置的结构示意图；
30.图3为本发明公开的一种可恢复变形的列车吸能装置的内凹六角蜂窝结构的示意图；
31.图4a为本发明公开的一种可恢复变形的列车吸能装置的缓冲单元体的结构示意图；
32.图4b为本发明公开的一种可恢复变形的列车吸能装置的第一内凹六角蜂窝结构的结构示意图；
33.图4c为本发明公开的一种可恢复变形的列车吸能装置的镜像面的示意图；
34.图4d为本发明公开的一种可恢复变形的列车吸能装置的第二内凹六角蜂窝结构的结构示意图；
35.图4e为本发明公开的一种可恢复变形的列车吸能装置的旋转基体的结构示意图；
36.图5为本发明公开的一种可恢复变形的列车吸能装置的缓冲结构的示意图；
37.图6为本发明公开的一种可恢复变形的列车吸能装置的缓冲单元体连接的示意图；
38.图7为本发明公开的一种可恢复变形的列车吸能装置的压溃控制槽的示意图；
39.图8为本发明公开的一种可恢复变形的列车吸能装置的后箱体压溃控制槽的示意图；
40.图中：1、防爬齿板，2、导杆，3、前箱体，31、缓冲结构，311、缓冲单元体，312、压溃控制槽，4、后箱体，41、后箱体压溃控制槽，42、导向槽，43、销孔，5、固定螺栓，6、螺栓孔，7、底座，71、底座销孔，a、吸能箱，b、内凹六角蜂窝结构，b1、长杆，b2、斜杆，b3、短杆，b4、内侧夹角，b5、外侧夹角，b6、镜像面，ba、第一内凹六角蜂窝结构，bb、第二内凹六角蜂窝结构，c、旋转基体。
具体实施方式
41.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.本实施例提供了一种可恢复变形的列车吸能装置，如图1和图2所示，包括：吸能箱a和安装在吸能箱内部的缓冲结构31；
43.所述吸能箱a包括前箱体3和后箱体4，所述前箱体3和后箱体4相邻的一端相互套接，所述前箱体3和后箱体4套接形成的空腔能够容纳缓冲结构31；
44.所述缓冲结构31是由缓冲单元体311组成的点阵结构，如图4a所示，所述缓冲单元体311为形状记忆合金材质的负泊松比结构，负泊松比结构受外力压缩后，整体呈收缩状态，能够避免对前箱体3内壁造成破坏；
45.如图5所示，缓冲单元体311呈阵列排布，在提高能量吸收的同时提高了结构的承载能力，使其保持吸能的稳定性与持续性，图6为相邻的缓冲单元体连接的示意图；
46.所述前箱体3远离后箱体4的一端设有防爬齿板1，前箱体3与防爬齿板1通过焊接固定；
47.所述后箱体4远离前箱体3的一端与能够安装在列车上的底座7固定连接；如图1和图2所示，后箱体4设有销孔43，底座7设有底座销孔71，后箱体4与底座7通过螺栓与销固定连接，方便后箱体4进行拆卸更换；
48.如图1所示，底座7通过固定螺栓5安装在列车前端车体底部，当发生碰撞后，通过缓冲结构31压缩变形吸收碰撞能量，降低碰撞力初始峰值，减少对司乘人员伤害，在低速碰撞下，具有吸能效率高，变形后可恢复，结构稳定，维修方便等特点。
49.在具体实施例中，如图3至图4e所示，所述缓冲单元体311由内凹六角蜂窝结构b经过变形、镜像后，旋转变换而成；
50.如图3所示，所述内凹六角蜂窝结构b由两条平行设置的长杆b1、四条斜杆b2和两条短杆b3构成；
51.各所述长杆b1与斜杆b2围成一个两侧向内凹陷的六边形，所述长杆b1与相邻的斜杆b2之间的夹角为内侧夹角b4，所述内侧夹角b4为60度，相邻的两条斜杆b2之间的夹角为
外侧夹角b5，所述外侧夹角b5为120度，所述短杆b3设在相邻的两条斜杆b2之间，所述短杆b3沿外侧夹角b5的角平分线方向设置，所述短杆b3自外侧夹角b5的顶点向六边形外侧沿伸，所述长杆b1、斜杆b2和短杆b3的长度比例关系为2:1:1；
52.所述内凹六角蜂窝结构b为负泊松比结构，由内凹六角蜂窝结构b经过变换后形成的缓冲单元体311同样为负泊松比结构，通过选用合适的内侧夹角b4和外侧夹角b5，能够使缓冲单元体311内的孔隙适中，进而保证缓冲单元体311具有一定的结构强度；
53.所述变形是指内凹六角蜂窝结构b沿外侧夹角b5的角平分线折弯90度，如图4b所示，折弯后得到第一内凹六角蜂窝结构ba；
54.如图4c所示，所述第一内凹六角蜂窝结构ba的两条长杆b1之间构成镜像面b6，如图4d所示，所述镜像是指第一内凹六角蜂窝结构ba通过镜像面b6镜像得到第二内凹六角蜂窝结构bb；
55.如图4e所示，所述第一内凹六角蜂窝结构ba和第二内凹六角蜂窝结构bb构成旋转基体c，所述旋转是指所述旋转基体c绕任一外侧夹角b5的角平分线旋转，每一次旋转90度，如图4a所示，旋转一周后得到所述缓冲单元体311。
56.如图6所示，相邻的缓冲单元体311的侧壁接合，形成一个内凹六角蜂窝结构。
57.在具体实施例中，所述缓冲结构31整体呈梯度分布，缓冲结构31靠近防爬齿板1一端的部分为缓冲结构31的上部，远离防爬齿板1一端的部分为缓冲结构31的下部，构成缓冲结构31上部的缓冲单元体311相较于构成缓冲结构31下部的缓冲单元体311，其长杆b1、斜杆b2和短杆b3均相对纤细，使得缓冲结构31在受力后更容易自上而下压溃，进而使得缓冲结构31能够有序的压溃变形。
58.在具体实施例中，如图7所示，所述缓冲结构31靠近防爬齿板1的一端设有一圈压溃控制槽312，所述压溃控制槽312能够引导缓冲结构31有序、稳定的压溃变形。
59.缓冲结构31开设缓压溃控制槽312的部分相对其他部分强度更低，受力时更易被压溃，能够起到缓冲作用，使得缓冲结构31能够自开设缓压溃控制槽312的一端至另一端被压溃，保证碰撞压溃过程中缓冲结构31变形的稳定性，降低碰撞力初始峰值。
60.在具体实施例中，如图8所示，所述后箱体4与前箱体3相邻的一端设有一圈后箱体压溃控制槽41，所述后箱体压溃控制槽41能够引导后箱体4有序、稳定的压溃变形。
61.后箱体4开设后箱体压溃控制槽41的部分相对其他部分强度更低，受力时更易被压溃，能够起到缓冲作用，使得后箱体4能够自开设后箱体压溃控制槽41的一端至另一端被压溃，保证碰撞压溃过程中后箱体4变形的稳定性，降低碰撞力初始峰值。
62.当发生碰撞时，外力作用到防爬齿板1上，前箱体3沿轴向滑动，前箱体3不参与受力压缩过程，外力传递到缓冲结构31上，缓冲结构31在压溃控制槽312的引导下，进行一级能量吸收，缓冲结构31压溃后，完成一级能量吸收；缓冲结构31受到外力时，发生屈服变形，随着力的增加，会逐渐发生应变，当外力增加到缓冲结构31所能承受的极限时，缓冲结构31被完全压溃。
63.若外力较大使得缓冲结构31被完全压溃时，外力会进一步通过压溃后的缓冲结构31作用到后箱体4上，后箱体4在后箱体压溃控制槽41的引导下，进行有序的塑性变形，进行二级能量吸收。
64.通过两级的吸能结构，大大提高了吸能效率，使得列车发生碰撞时，通过缓冲结构
31和后箱体4有序的塑性变形，消耗列车碰撞时产生的巨大动能，减小冲击力并降低列车速度。
65.在具体实施例中，如图1和图2所示，还包括导杆2，所述导杆2的轴线与前箱体3的轴线平行，所述导杆2一端与防爬齿板1固定连接，所述导杆2另一端贯穿底座7，所述导杆2能够与底座7滑动连接。
66.导杆2能够起到导向作用，能够保证后箱体4与前箱体3的位置和相对运动方向的准确性。
67.在具体实施例中，如图2所示，后箱体4的外壁设有导向槽42，前箱体3的内壁设有与导向槽42相对应的导轨，能够对后箱体4与前箱体3的相对运动起到辅助的导向作用。
68.在具体实施例中，如图2所示，所述底座7设有螺栓孔6。螺栓孔6能够用于底座7和后箱体4固定连接。
69.在具体实施例中，所述后箱体4为铝合金材质。铝合金的比强度高、质量轻、成本低，充型能力强，因而适用于制造后箱体4。
70.在具体实施例中，所述缓冲单元体311为tini形状记忆合金材质。tini形状记忆合金是一种多元素合金，由于溶质原子与位错的交互作用产生强度和硬度的提高，有效提高由缓冲单元体311构成的缓冲结构31的承载能力与稳定性，进而使得缓冲结构31在低速碰撞下，变形后可恢复，结构稳定，维修方便；
71.tini形状记忆合金在温度改变时，马氏体和奥氏体两种晶体相互转化，因而具有在一定温度下可以自动恢复到原始形状的特性，因此由缓冲单元体311构成的缓冲结构31变形后，能够通过加热恢复原状，使得缓冲结构31可重复使用，降低维修费用。
72.在具体实施例中，所述缓冲结构31采用增材制造一体成型。通过基于离散-堆积原理的激光增材制造技术，使形状记忆合金逐点逐层累积叠加成实体，快速精密制作出复杂的负泊松比结构的缓冲结构，不仅能够减少制造工序，缩短制造周期，而且能够实现构件的轻量化、功构设计与制造一体化。
73.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：

1.一种可恢复变形的列车吸能装置，其特征在于，包括：吸能箱(a)和安装在吸能箱内部的缓冲结构(31)；所述吸能箱(a)包括前箱体(3)和后箱体(4)，所述前箱体(3)和后箱体(4)相邻的一端相互套接，所述前箱体(3)和后箱体(4)套接形成的空腔能够容纳缓冲结构(31)；所述缓冲结构(31)是由缓冲单元体(311)组成的点阵结构，所述缓冲单元体(311)为形状记忆合金材质的负泊松比结构；所述前箱体(3)远离后箱体(4)的一端设有防爬齿板(1)；所述后箱体(4)远离前箱体(3)的一端与能够安装在列车上的底座(7)固定连接。2.根据权利要求1所述的一种可恢复变形的列车吸能装置，其特征在于，所述缓冲单元体(311)由内凹六角蜂窝结构(b)经过变形、镜像后，旋转变换而成；所述内凹六角蜂窝结构(b)由两条平行设置的长杆(b1)、四条斜杆(b2)和两条短杆(b3)构成；各所述长杆(b1)与斜杆(b2)围成一个两侧向内凹陷的六边形，所述长杆(b1)与相邻的斜杆(b2)之间的夹角为内侧夹角(b4)，所述内侧夹角(b4)为60度，相邻的两条斜杆(b2)之间的夹角为外侧夹角(b5)，所述外侧夹角(b5)为120度，所述短杆(b3)设在相邻的两条斜杆(b2)之间，所述短杆(b3)沿外侧夹角(b5)的角平分线方向设置，所述短杆(b3)自外侧夹角(b5)的顶点向六边形外侧沿伸，所述长杆(b1)、斜杆(b2)和短杆(b3)的长度比例关系为2:1:1；所述变形是指内凹六角蜂窝结构(b)沿外侧夹角(b5)的角平分线折弯90度，折弯后得到第一内凹六角蜂窝结构(ba)；所述第一内凹六角蜂窝结构(ba)的两条长杆(b1)之间构成镜像面(b6)，所述镜像是指第一内凹六角蜂窝结构(ba)通过镜像面(b6)镜像得到第二内凹六角蜂窝结构(bb)；所述第一内凹六角蜂窝结构(ba)和第二内凹六角蜂窝结构(bb)构成旋转基体(c)，所述旋转是指所述旋转基体(c)绕任一外侧夹角(b5)的角平分线旋转，每一次旋转90度，旋转一周后得到所述缓冲单元体(311)。3.根据权利要求1所述的一种可恢复变形的列车吸能装置，其特征在于，所述缓冲结构(31)靠近防爬齿板(1)的一端设有一圈压溃控制槽(312)，所述压溃控制槽(312)能够引导缓冲结构(31)有序、稳定的压溃变形。4.根据权利要求1所述的一种可恢复变形的列车吸能装置，其特征在于，所述后箱体(4)与前箱体(3)相邻的一端设有一圈后箱体压溃控制槽(41)，所述后箱体压溃控制槽(41)能够引导后箱体(4)有序、稳定的压溃变形。5.根据权利要求1所述的一种可恢复变形的列车吸能装置，其特征在于，还包括导杆(2)，所述导杆(2)的轴线与前箱体(3)的轴线平行，所述导杆(2)一端与防爬齿板(1)固定连接，所述导杆(2)另一端贯穿底座(7)，所述导杆(2)能够与底座(7)滑动连接。6.根据权利要求1所述的一种可恢复变形的列车吸能装置，其特征在于，所述底座(7)设有螺栓孔(6)。7.根据权利要求1所述的一种可恢复变形的列车吸能装置，其特征在于，所述后箱体(4)为铝合金材质。8.根据权利要求1所述的一种可恢复变形的列车吸能装置，其特征在于，所述缓冲单元
体(311)为tini形状记忆合金材质。9.根据权利要求1所述的一种可恢复变形的列车吸能装置，其特征在于，所述缓冲结构(31)采用增材制造一体成型。

技术总结

本发明公开了一种可恢复变形的列车吸能装置，包括：吸能箱和安装在吸能箱内部的缓冲结构；吸能箱包括前箱体和后箱体，前箱体和后箱体相邻的一端相互套接，前箱体和后箱体套接形成的空腔能够容纳缓冲结构；缓冲结构是由缓冲单元体组成的点阵结构，缓冲单元体为形状记忆合金材质的负泊松比结构；前箱体远离后箱体的一端设有防爬齿板；后箱体远离前箱体的一端与能够安装在列车上的底座固定连接。解决了当前采用的列车吸能装置发生碰撞后，会产生不可恢复的塑性变形，即便是在低速碰撞下，也必须更换部件维修，不仅浪费材料，而且增加维修成本的问题。本的问题。本的问题。