一種動(dòng)能衰減裝置及應(yīng)用該裝置的通用等級(jí)公路護(hù)欄的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于公路安全防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動(dòng)能衰減裝置及應(yīng)用該裝置的通用等級(jí)公路護(hù)欄。
【背景技術(shù)】
[0002]公路護(hù)欄是防止車輛越出路外或進(jìn)入對(duì)向車道發(fā)生安全事故的重要安全設(shè)施。目前使用的公路護(hù)欄有三種結(jié)構(gòu)形式:波紋鋼板結(jié)構(gòu)的半剛性護(hù)欄、混凝土結(jié)構(gòu)的剛性護(hù)欄及鋼纜索結(jié)構(gòu)的柔性護(hù)欄。其技術(shù)特點(diǎn)是:剛性護(hù)欄主要是依靠失控車輛碰撞后爬高、轉(zhuǎn)向來(lái)吸收碰撞能量；半剛性護(hù)欄則是利用土基、立柱、波紋鋼板的變形來(lái)吸收碰撞能量，并迫使失控車輛改變方向；柔性護(hù)欄依靠纜索的拉應(yīng)力來(lái)抵抗車輛的碰撞，吸收碰撞能量。
[0003]交通運(yùn)輸事業(yè)與旅游事業(yè)的高速發(fā)展，帶來(lái)客運(yùn)、貨運(yùn)流量的急劇增長(zhǎng)，18000kg、25000kg的大型、特大型車輛的擁有量與日俱增，由此車輛越出路面、側(cè)翻等重大事故、惡性事故屢見不鮮。事實(shí)上，原有護(hù)欄產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)不符合對(duì)大型、特大型車輛防護(hù)等級(jí)的規(guī)定，2013年10月31日《公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)實(shí)施，根據(jù)增強(qiáng)路側(cè)護(hù)欄性能的必要性，將公路護(hù)欄等級(jí)向上增加了兩個(gè)級(jí)別，分別對(duì)18000kg大型客、貨車(六級(jí)SS)、25000kg特大型客、貨車(七級(jí)HB)、25000kg特大型客與55000kg特大型貨車(八級(jí)HA)的防護(hù)等級(jí)作出了規(guī)定?！稑?biāo)準(zhǔn)》實(shí)施后，達(dá)到了規(guī)定的防護(hù)等級(jí)，但是大型、特大型車輛防護(hù)護(hù)欄產(chǎn)品目前在市場(chǎng)上還是空白，公路實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)還是存在很大安全隱患。
[0004]傳統(tǒng)公路護(hù)欄產(chǎn)品存在兩大經(jīng)濟(jì)技術(shù)弊端:
[0005]其一，傳統(tǒng)護(hù)欄的技術(shù)開發(fā)是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中都沒有特定的消能結(jié)構(gòu)部件及其動(dòng)能轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型的情況下進(jìn)行的，這種僅僅依靠護(hù)欄材料變形范圍長(zhǎng)度的技術(shù)理念沒有直接針對(duì)車輛撞擊護(hù)欄時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)換的本質(zhì)問題，過(guò)于理想、簡(jiǎn)單，且對(duì)護(hù)欄結(jié)構(gòu)“力-功-能”變化轉(zhuǎn)換的能力“心中無(wú)底”?？傊?，并不盡人意。
[0006]其二，由于技術(shù)方案結(jié)構(gòu)原理的因素，目前公路護(hù)欄產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性與安全性的價(jià)值取向相悖。若提高護(hù)欄防護(hù)性能，其造價(jià)也隨著急劇增長(zhǎng)頗，如SBM半剛型護(hù)欄造價(jià)為680元/m，而SBM剛型護(hù)欄造價(jià)則高達(dá)1050元/m，因此考慮到工程造價(jià)的因素，護(hù)欄設(shè)計(jì)往往不得不降低防護(hù)等級(jí)，使用SB級(jí)(四級(jí))護(hù)欄；而對(duì)于非理性的車輛事故，發(fā)生SB級(jí)以上的撞擊是完全可能的，所以對(duì)于這種受造價(jià)制約而降低產(chǎn)品性能的方式存在很大安全隱串
■/Q1、O
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型旨在提供一種防護(hù)性能等級(jí)高，消能效果好，造價(jià)及維護(hù)費(fèi)用低的動(dòng)能衰減裝置及應(yīng)用該裝置的通用等級(jí)公路護(hù)欄。
[0008]本實(shí)用新型解決問題的技術(shù)方案是:一種動(dòng)能衰減裝置，包括兩端封閉的中空殼體，殼體兩側(cè)端蓋上分別設(shè)有供欄索穿過(guò)的通孔，且兩通孔與殼體中心軸線同軸；
[0009]所述殼體內(nèi)設(shè)有能夠產(chǎn)生伸縮形變將壓力轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或熱能，從而消能的形變體，形變體兩端分別連接有破損裝置，破損裝置兩側(cè)分別固定設(shè)有承受壓力F后失效，從而消能的至少一個(gè)破損體；
[0010]常態(tài)下，形變體兩端的破損裝置分別與欄索連接且被限制在破損裝置兩側(cè)的破損體之間。
[0011]所述形變體由彈性部件構(gòu)成，優(yōu)選為拉簧或復(fù)合橡膠。
[0012]具體的，所述殼體為圓筒狀，其內(nèi)壁兩端分別嵌有內(nèi)套管，該內(nèi)套管與殼體內(nèi)壁緊密配合，內(nèi)壁兩端的內(nèi)套管之間留有間隙，該間隙與殼體內(nèi)壁之間形成了環(huán)形凹槽，且環(huán)形凹槽與內(nèi)套管之間形成有臺(tái)階面；
[0013]所述破損裝置為圓柱形壓塊，該圓柱形壓塊包括直徑小于等于環(huán)形凹槽的直徑且大于內(nèi)套管內(nèi)徑的圓柱端部，該圓柱端部卡合在環(huán)形凹槽中，圓柱端部軸向一側(cè)設(shè)置有直徑小于等于內(nèi)套管內(nèi)壁的撞擊部，該撞擊部配合安裝于內(nèi)套管內(nèi)壁；
[0014]該圓柱形壓塊能夠在殼體中沿圓筒狀殼體的軸線移動(dòng)，同時(shí)所述圓柱端部可在環(huán)形凹槽中軸向移動(dòng)，并最終被限位于環(huán)形凹槽與內(nèi)套管之間形成的臺(tái)階面。
[0015]所述破損體為由剛性材料制成的圓柱體剪截柱，該圓柱體剪截柱與殼體壁通過(guò)螺紋連接。圓柱體剪截柱優(yōu)選為螺桿；
[0016]或者，所述破損體為由剛性材料制成的中空狀可損體，中空狀可損體上設(shè)有供欄索穿過(guò)的通孔，該中空狀可損體置于圓柱形壓塊與殼體兩側(cè)端蓋之間的空腔中。
[0017]進(jìn)一步的，為使得事故發(fā)生后護(hù)欄維護(hù)時(shí)，方便的恢復(fù)到原狀，所述殼體兩側(cè)端蓋可拆卸，用于更換破損體。破損體更換完成然后安裝殼體兩側(cè)端蓋即可將護(hù)欄恢復(fù)到常用狀態(tài)，維修簡(jiǎn)單迅速。
[0018]相應(yīng)的，本實(shí)用新型還提供了應(yīng)用上述動(dòng)能衰減裝置的通用等級(jí)公路護(hù)欄，包括間隔設(shè)置固定于路基的立柱，在立柱上至上而下間隔固定有欄索，并且所有欄索在同一平面上，每?jī)筛⒅g的欄索上均設(shè)有上述動(dòng)能衰減裝置，所述欄索分別與動(dòng)能衰減裝置內(nèi)的兩個(gè)破損裝置固定連接，動(dòng)能衰減裝置依次串聯(lián)在每根欄索上。
[0019]優(yōu)選的，所述整個(gè)護(hù)欄系統(tǒng)的欄索設(shè)置方式為平行間隔布置，上下欄索之間兩兩平行。
[0020]甚至，所述每?jī)筛⒅g設(shè)置的動(dòng)能衰減裝置上還可以并聯(lián)有至少一個(gè)動(dòng)能衰減裝置。使得碰撞過(guò)程中護(hù)欄的軸向變形量與只有一個(gè)動(dòng)能衰減裝置的軸向變形量相同，但是能夠吸收的碰撞能量卻增大。這樣更加能夠避免護(hù)欄軸向變形量大了之后車輛會(huì)沖出路基。
[0021]進(jìn)一步的，為使得欄索固定于立柱上之后能夠張緊，并且能夠更多的吸收碰撞能量，所述立柱與地面接觸的根部為用彈性材料制成的柔性柱。這樣，在事故發(fā)生時(shí)，柔性立柱首先會(huì)起到一定的緩沖作用。
[0022]更進(jìn)一步的，所述立柱中下部設(shè)有用于緩沖的柔性墊環(huán)，以主要針對(duì)重心低的車輛起緩沖作用；
[0023]具體的，整個(gè)護(hù)欄系統(tǒng)包括5根欄索，位于立柱中下部的柔性墊環(huán)上固定有2根欄索，立柱中上部固定有3根欄索，中上部的3根欄索通過(guò)墊板與立柱固定，墊板與柔性墊環(huán)具有相同的厚度，以確保中上部的3根欄索與中下部的2根欄索在同一平面。
[0024]欄索拉伸強(qiáng)度大于破損體與形變體強(qiáng)度之和。
[0025]此外，立柱還可以做成中空的，可在立柱空腔中灌入砂子，亦可在一定程度上起到緩沖消能作用。
[0026]本實(shí)用新型的工作原理是:車輛撞擊時(shí)對(duì)欄索進(jìn)行拉伸，欄索將拉伸力傳遞到動(dòng)能衰減裝置，變?yōu)閷?duì)其中破損體和形變體的作用力，破損體和形變體突發(fā)機(jī)械變形，將車輛撞擊動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能和熱能，由此實(shí)現(xiàn);S減車輛撞擊動(dòng)能的技術(shù)目標(biāo)。其能量轉(zhuǎn)換平衡公式為:
[0027]Ed= Σ Ez(I)
[0028]其中，Ed為車輛動(dòng)能，Ez為動(dòng)能衰減裝置吸收的能量；
[0029]公式(I)中，車輛撞擊護(hù)欄動(dòng)能Ed由《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的防護(hù)等級(jí)確定；Σ Ez為動(dòng)能衰減裝置吸收的能量之和，動(dòng)能轉(zhuǎn)換的能力由動(dòng)能衰減裝置使用的形變體、破損體使用的材料、結(jié)構(gòu)及數(shù)量確定；
[0030]護(hù)欄軸向變量(欄索長(zhǎng)度變量)等于串聯(lián)在護(hù)欄系統(tǒng)中動(dòng)能衰減裝置的軸向變量之和。并聯(lián)的動(dòng)能衰減裝置增強(qiáng)系統(tǒng)動(dòng)能轉(zhuǎn)換能力，不增加護(hù)欄軸向變形量。
[0031]破損體與形變體消耗的能量之和確定護(hù)欄的轉(zhuǎn)換能量；
[0032]破損裝置在環(huán)形凹槽中的行程之和確定欄索護(hù)欄長(zhǎng)度的變形量；
[0033]該種技術(shù)方案的特點(diǎn)是:當(dāng)車輛撞擊護(hù)欄時(shí)，系統(tǒng)中總會(huì)有一批動(dòng)能衰減裝置會(huì)突發(fā)機(jī)械變形，其消耗的能量會(huì)與車輛撞擊相當(dāng)，由此吸收可能釀成事故的撞擊動(dòng)能。
[0034]本實(shí)用新型的技術(shù)方案的各部分工作過(guò)程為:拉索被拉伸，將拉力傳遞給動(dòng)能衰減裝置中的破損裝置，破損裝置在環(huán)形凹槽中平移并作用在破損體上，當(dāng)破損體所承受的壓力超過(guò)其極限值之后，破損體被破壞，此過(guò)程中，破損體對(duì)破損裝置的阻礙作用吸收了部分撞擊能量；
[0035]之后，破損裝置繼續(xù)被欄索拉伸，與破損裝置連接的形變體逐漸在拉伸力的作用下產(chǎn)生彈性形變，通過(guò)將撞擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能從而起到消能作用，破損裝置到達(dá)限位臺(tái)階面后停止，至此，一個(gè)動(dòng)能衰減裝置的能量轉(zhuǎn)換完成。
[0036]對(duì)于整個(gè)護(hù)欄系統(tǒng)，在一個(gè)動(dòng)能衰竭裝置受力的同時(shí)，可將其余的撞擊力迅速地傳遞到其它動(dòng)能衰減裝置，消除更多的車輛撞擊能量。
[0037]其主要技術(shù)特征的作用如下:
[0038]破損體:一般由剛性材料制成，通過(guò)自身破壞從而進(jìn)行緩沖消能?？沙惺艿膲毫由其結(jié)構(gòu)、材料性能、數(shù)量等確定，其抗剪力T為:
[0039]T=tA(2)
[0040]其中t為抗剪強(qiáng)度，A為受剪面積。
[0041]形變體:通過(guò)產(chǎn)生彈性變形從而吸收撞擊能量。
[0042]破損裝置:主要作用就是使破損體破損。
[0043]內(nèi)套管:主要起限位作用，防止形變體的變形量過(guò)大而使得破損裝置與兩端端蓋接觸，從在端蓋與破損裝置之間預(yù)留了