[發(fā)明專利]一種碰撞試驗用臺車安全防護系統(tǒng)的設(shè)計計算方法

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• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111859547A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷正保;周偉正
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14;G06F119/04
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本發(fā)明提出了一種碰撞試驗用臺車安全防護系統(tǒng)的設(shè)計計算方法，所述防護系統(tǒng)包括制動裝置、攔截裝置、導(dǎo)向裝置；所述設(shè)計計算方法是以試驗臺車質(zhì)量、碰撞速度為設(shè)計依據(jù)的安全防護系統(tǒng)的設(shè)計計算方法，主要用于確定制動裝置需要提供的恒定的輸出阻尼力大小、攔截索直徑、導(dǎo)向裝置等設(shè)計內(nèi)容，以便在實現(xiàn)對試驗臺車安全防護的同時，確保安全防護系統(tǒng)自身能被重復(fù)利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及安全防護技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碰撞試驗用臺車安全防護系統(tǒng)的設(shè)計計算方法。

背景技術(shù)

試驗臺車與立柱碰撞過程中，在碰撞力的作用下，立柱產(chǎn)生塑性變形吸收能量。隨著試驗臺車質(zhì)量與速度的不斷提高，在臺車碰撞試驗中，撞擊力使立柱根部產(chǎn)生很大的彎矩，使材料屈服，立柱發(fā)生很大的塑性變形然后倒伏，而立柱只能少吸收部分碰撞能量，此時臺車仍以較高速度向前行駛。對于如何讓碰撞試驗中臺車安全停止的方法普遍是：在鋼筋水泥墻之前放置橡膠輪胎、防撞砂桶、防撞墊。以上將試驗臺車制動的方法制動效果不好，防護裝置和臺車都容易造成重大損傷，且發(fā)生碰撞后防護裝置的維修成本高。

受到避險車道中將失控車輛攔截停止的方法的啟發(fā)，近年來已經(jīng)提出了許多網(wǎng)索式吸能系統(tǒng)，包括滑道式網(wǎng)索吸能系統(tǒng)、金屬擠壓式網(wǎng)索吸能系統(tǒng)、攪拌式網(wǎng)索吸能系統(tǒng)等。盡管上述防護裝置能將失控車輛截停，能有效降低傳統(tǒng)碎石避險車道長度，降低工程成本?；朗胶徒饘贁D壓式阻尼器能夠控制輸出較穩(wěn)定的阻尼力，輸出較小的峰值力，但是需要長時間使用制動器來控制行駛速度，制動器長時間的工作容易引起止制動轂過熱而使制動器的制動效果減弱或者失效，導(dǎo)致車輛失控并引發(fā)交通事故，而攪拌式網(wǎng)索吸能系統(tǒng)存在著阻尼力輸出不穩(wěn)的問題，導(dǎo)致傳力索在車輛碰撞的瞬間因應(yīng)力的激增而破斷。

盡管以上防護方法中涉及的防護裝置能將失控車輛截停，但是，在產(chǎn)品投入使用之前需要進行多次試驗來驗證防護系統(tǒng)的性能能否滿足實際需要,即沒有一種現(xiàn)成的設(shè)計計算方法供研究人員參考，致使產(chǎn)品正式投入使用前需要進行多次試驗來驗證所設(shè)計的防護系統(tǒng)的可行性，這樣設(shè)計的產(chǎn)品不能很好地滿足防護要求，同時也增加了試驗成本。

因此本發(fā)明以碰撞試驗中的臺車為防護對象，實現(xiàn)對試驗臺車的安全防護，同時不降低防護系統(tǒng)本身的防護能力，達到防護系統(tǒng)和試驗臺車都能重復(fù)使用的目的，從而提出了一種將失控臺車安全截停的防護系統(tǒng)設(shè)計計算方法，試圖解決因沒有現(xiàn)成方法供設(shè)計人員參考而導(dǎo)致所設(shè)計的產(chǎn)品需多次試驗驗證進而增加試驗成本的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下方案：

一種碰撞試驗用臺車安全防護系統(tǒng)的設(shè)計計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

A.根據(jù)實際要達到的防護等級要求，將臺車的質(zhì)量劃分為[a b]區(qū)間，速度劃分為[c d]區(qū)間，根據(jù)試驗場地實際允許的停車距離，將最終的停車距離限定在區(qū)間[e f]之間。建立制動裝置輸出阻尼力與碰撞臺車質(zhì)量和速度關(guān)系式(1)：

其中，M為臺車質(zhì)量，V為臺車碰撞速度，F(xiàn)為制動裝置輸出阻尼力大小，L和B分別是攔截鋼絲繩最長放出距離、導(dǎo)向滑輪裝置的橫向間距的一半。

采用控制變量法，進行阻尼力大小的求解。計算得到阻尼力的取值范圍后，根據(jù)攔截索的最大阻尼力F_max得到設(shè)計計算的阻尼力F₁，將F₁作為設(shè)計攔截索的初始數(shù)據(jù)；

B.根據(jù)求得的設(shè)計計算阻尼力F₁，計算攔截索直徑d；

C.根據(jù)攔截索直徑d設(shè)計計算制動裝置中的卷筒；

D.根據(jù)卷筒直徑D和攔截索輸出阻尼力范圍,進一步求出制動裝置所需提供的制動力矩范圍，進而確定制動器類型和型號；

E.根據(jù)設(shè)計計算阻尼力F₁，卷筒直徑D，確定卷筒軸的最小直徑d_min1；