[发明专利]震动能量吸收器

说明书

相关申请

根据35 U.S.C.§§119,120,363,365,和37C.F.R.§1.55和§1.78，本申请在此要求在2009年11月16日提交的美国临时申请序列No.61/281,314的优先权。

政府权利

根据由联邦铁路管理局所获得的合同No.DTFR53-07-D-00003-TO7，由美国政府支持进行创造了本发明。在本发明中政府享有特定的权利。

技术领域

本发明涉及一种能量吸收器。

背景技术

通常，震动吸收器是油液型或油气型，在所述震动吸收器中，在由撞击力所引致的增压作用下，迫使油穿过多个缸体活塞结构内的孔口，并且由此阻尼掉缸体和活塞之间的相对运动，并使传动力幅值减弱。替代的震动吸收器可以使用薄的有围壁的中空缸体，所述缸体在撞击条件下溃缩并且吸收能量。这种震动吸收器的几何尺寸与撞击力和/或待吸收的动能的幅值同比例大幅度增加。对用于与车辆耐碰撞性和乘客安全性有关的碰撞能量管理系统，仅非常小的空间可用于容纳这些传统震动吸收器。

发明内容

本公开提供了一种紧凑的震动能量吸收器系统的新型概念，所述震动能量吸收器系统能够有效地用于缓冲。基于一系列由本发明人所实施的实验室试验和原型试验，得出：通过本发明能够在撞击或碰撞事件中吸收大量的能量。另外，这类震动吸收系统能够按比例放大或缩小以及最优化，以便满足宽范围的撞击能量管理情景，与替代的能量吸收系统相比，所述这类震动吸收系统造价低廉并且非常小或者不必进行维护作业。

能够最优化在此描述的震动能量吸收器系统，以便通过适当的调整几何尺寸以及通过在非常有限的空间中有效吸收撞击体的可获得的动能来限制峰值动态力的幅值。在车辆碰撞或撞击事件中，这种震动能量吸收器能够潜在地减轻或最小化财产受损的严重程度以及对乘客造成的伤害。

本发明的示例提供了一种新型震动吸收器系统，所述新型震动吸收器系统利用一种新颖的设计并利用当承受压缩撞击力时在受限空间内所发生的超高分子量聚乙烯（Ultra High Molecular Weight （UHWM）Polyethylene）或者类似材料的独特的弹塑性变形。这允许通过能量吸收过程快速地吸收动能以及限制撞击力的幅值。示例包括对固态阻尼材料的创新使用，所述固态阻尼材料可在各种等级中获得，如超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）。

传统上，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）和高密度聚乙烯（HDPE）材料已经广泛用于这样的应用中，在所述应用中低摩擦系数和高耐磨性均至关重要。在一些实例中，挤压的超高分子量聚乙烯的区段和梁也已经被用作缓冲区（诸如，在水路运输系统的码头和水闸中），这是因为它们具有抵抗侧向撞击的高抗弯曲强度。已经发现包括高分子量的高密度聚乙烯（HMW-HDPE）的聚合弹道材料和由这种弹道材料制成的产品适于停止弹道抛射体。也参见以引用方式并入本文的美国专利申请公报No.2006/0013977。

本发明人已经开发和创新使用了被限制在金属（例如，钢）缸体内的圆柱状超高分子量聚乙烯棒，用于利用锥形前端吸收撞击柱塞的动能。这旨在利用作为所提出的用于机车耐撞性应用的碰撞能量管理（CEM）系统的一部分的适当缩放和最优化的构造。其它潜在应用可以包括其它路上交通工具。

包括在压缩试验机中所进行的超高分子量聚乙烯圆柱状棒的准静态测试的初步调查提供了不错的结果并且深入了解了在压缩载荷作用下的变形性能的两种截然不同的管理方法。从力对准静态测试的位移曲线得出的能量吸收的计算结果同样理想，所述准静态测试的位移曲线呈现了其应用为碰撞能量吸收器的潜能，证明了在高速撞击条件下其高应变率反应性能。为了对此进行评估，也进行了摆锤式撞击试验，并且在大约17英尺/秒的撞击速度时所产生的试验数据支持利用超高分子量聚乙烯材料的非常小的轴向变形来有效吸收高能量震动的概念。还进行了其它试验。

根据本发明的示例的震动能量吸收器包括容器以及位于容器中处于固态的阻尼材料，并且所述阻尼材料在被柱塞加压时由固态转变成粘性流态。柱塞定位成被驱动到阻尼材料中而吸收能量。

容器典型地包括缸体，所述缸体具有闭合端和开口端。在缸体的闭合端处设有凸缘，用于安装缸体。还包括围绕缸体的开口端固定并且包围柱塞的套筒。套筒可以包括围绕柱塞的支承件。优选地，柱塞具有抵接阻尼材料的锥形端。在一些示例中，阻尼材料包括座部，所述座部将柱塞的锥形端接纳在所述座部中。