一种切削挤压式防爬吸能装置技术领域
本发明属于轨道车辆被动安全技术领域，具体涉及一种列车头部的切削挤压式防
爬吸能装置。
背景技术
防爬吸能装置是列车被动安全技术领域的重要组成部分，能够大幅提高列车被动
安全性能，其基本原理是车端的吸能元件在碰撞过程中发生不可逆的塑性变形或破坏来吸
收碰撞能量。
吸能装置一般分为三类：一、基于折叠变形的折叠式吸能装置，是当前应用最多的
吸能装置。在碰撞过程中，结构发生折叠塑性变形，以此减小车体的变形程度，吸收列车碰
撞产生的能量。当结构发生弯曲塑性变形时，初始阶段其弯曲刚度较大，阻抗力在压缩过程
中会逐渐增大。变形一定程度后，管壁塑性弯曲导致阻抗力急剧下降。达到稳定状态后，管
壁其他位置继续发生弯曲变形，然后失稳，如此往复。因此折叠式吸能装置在吸能过程中的
阻抗力波动较大，不够稳定，不利于乘客安全。二、基于蜂窝结构压溃的吸能块，在碰撞过程
中逐步压溃蜂窝结构来吸收碰撞能量，该结构阻抗力变化较为平缓，但吸能容量通常比较
小。三、基于金属切削的切削式吸能装置，由于金属破裂是一种不可逆的能量耗散过程，可
以通过金属材料被切削时产生切屑的过程来吸能，切削力整体变化较为平稳，能够实现一
定的吸能效果。
根据仿真试验，折叠式吸能装置在发生变形时，其屈曲失稳会导致传递给车体的
阻抗力波动较大。而通过压溃蜂窝结构来吸收能量时效率不高，对乘客的人身安全不利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种切削挤压式防爬吸能装置，有效地解决列
车碰撞时阻抗力波动较大的问题，更稳定，且在相同行程内吸收更多的能量。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种切削挤压式防爬吸能装置，其结构为：
包括安装板，所述安装板中心设置有导向杆孔、周围设置有用于连接车体的第一
螺栓孔，安装板板面上还开有安装孔；所述安装孔上固定有法兰，所述法兰内孔为变径通
孔，通孔直径是靠近安装板一侧小，靠近吸能管一侧大；法兰内孔设置有吸能管，所述吸能
管沿其轴向开有导向槽；在法兰外围固定有若干车刀，所述车刀的刀头位于吸能管的导向
槽内；设置有防爬器，所述防爬器内侧中心处固定有导向杆，所述导向杆插入导向杆孔。
进一步的，所述吸能管连接法兰的一端为变直径开口端，另一端为等外直径封闭
端，变直径开口端具有均匀的壁厚，等直径封闭端的壁厚向内逐渐增加，呈内锥状。
进一步的，切削挤压式防爬吸能装置侧围还设置有防护罩，所述防护罩具有安装
座的一端通过第一螺栓孔连接到安装板，另一端连接到防爬器。
进一步的，所述车刀上开有第二螺栓孔，车刀与法兰通过螺栓固定。
进一步的，所述安装孔及相配套的法兰、吸能管都为4个。
进一步的，每个法兰上固定的车刀为3个。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明装置在碰撞过程中阻抗力变化平
缓，波动小，是一种更为稳定并能在相同行程内吸收更多能量的变形模式。其切削深度、阻
抗力、吸能行程与吸能管几何参数直接相关，吸能容量设计方便，是一种比较理想的吸能模
式。
附图说明
图1为本发明切削挤压式防爬吸能装置的三维视图。
图2为本发明切削挤压式防爬吸能装置的内部三维视图之一。
图3为本发明切削挤压式防爬吸能装置的内部三维视图之二。
图4为本发明切削挤压式防爬吸能装置的安装板示意图。
图5为本发明切削挤压式防爬吸能装置的防护罩示意图。
图6为本发明切削挤压式防爬吸能装置的法兰和车刀示意图。
图7为本发明切削挤压式防爬吸能装置剖视图。
图8为本发明切削挤压式防爬吸能装置的法兰剖视图。
图9为本发明切削挤压式防爬吸能装置的吸能管剖视图。
图10为本发明切削挤压式防爬吸能装置的车刀示意图。
图中：1-安装板；2-防护罩；3-防爬器；4-第一螺栓孔；5-法兰；6-车刀；7-吸能管；
8-安装孔；9-导向杆；10-导向杆孔；11-第二螺栓孔；12-导向槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明装置设有安装板1，安装板1与头车前端连接，其上布置有圆形安装孔8、导
向杆孔10，以及用于连接车体和防护罩2的第一螺栓孔4。导向杆9焊接在防爬器3上，车刀6
安装在法兰5上，车刀6上开有第二螺栓孔11，防护罩2一端设有安装座。吸能管7连接法兰5
的一端为变直径的开口端，另一端为等外直径的封闭端，变直径端具有均匀的壁厚，等直径
端的壁厚向内逐渐增加，呈内锥状。法兰5的外径设有台阶，内孔为变径通孔，该变径通孔与
吸能管7开口端的外径过盈配合。导向杆9一端通过焊接方式固定在防爬器3上，另一端穿过
安装板1的导向杆孔10。防护罩2具有安装座的一端通过第一螺栓孔4连接到安装板1，另一
端焊接到防爬器3。车刀6通过螺栓固定在法兰5上。吸能管7的开口端通过法兰5与安装板1
垂直固定安装。法兰5的一端嵌入安装孔8，法兰5外径的台阶端面通过焊接方式与安装板1
相连接。
所述安装板1上共有四个安装孔8和一个导向杆孔10。车刀6上开有第二螺栓孔11，
在单个法兰5上至少安装三个车刀6，且车刀6刀头位于吸能管7中间部位导向槽12内。
吸能管7中间部位均布有至少三个导向槽12，吸能管7等直径端壁厚逐渐增加，防
止吸能管在被切削前就发生屈曲变形。防护罩2为薄壁结构，功能是防止异物进入装置内部
并保护装置不被腐蚀，不参与吸收碰撞能量。
导向杆9的尺寸略小于安装板1的导向杆孔10。法兰5是圆形法兰。法兰5内部的变
径通孔与吸能管7的开口端外径吻合，尺寸略小于吸能管7开口端外径。
当碰撞发生后受到撞击力的作用，防爬器3在导向杆9的引导下平压吸能管7。车刀
6在导向槽12的引导下沿轴向切削吸能管7的外径，形成具有一定深度的切槽并以此吸收碰
撞产生的能量。与此同时，吸能管7的变直径端穿过连接法兰5的变径通孔，在连接法兰5的
变径通孔以及切槽的诱导下发生挤压内变形来吸收碰撞能量。
相比于折叠式吸能装置，本发明装置阻抗力变化平缓，变形模式较为稳定。车刀6
切削吸能管7不仅能吸收更多的碰撞能量，而且切槽的存在使得吸能管更易于压溃变形。同
时，由于吸能管7采用内锥形结构，使得碰撞能量的吸收变得柔缓可控，能最大程度降低碰
撞吸能的峰值加速度，提升被动安全系数，保护司机和乘客的安全。