一种可滑移式氢燃料客车氢燃料电池系统保护装置的制作方法

1.本发明涉及氢能源客车防撞保护技术领域，具体为一种可滑移式氢燃料客车氢燃料电池系统保护装置。


背景技术：

2.近年来，我国汽车保有量不断增加，随之而来的道路交通安全问题也在增多，氢能源客车作为道路交通参与者，其安全问题同样不容忽视。在事故发生时，碰撞时的巨大冲击能量首先破坏汽车的车身结构，甚至改变汽车的正常行驶轨迹，对车上人员造成伤害。对于氢燃料电池客车来说，除了上述后果之外，其动力系统即氢燃料电池发动机在碰撞发生时也会受到较大伤害。
3.氢燃料电池发动机在综合众多优势的同时，造价也十分高昂。单个氢燃料电池发动机造价就达到几十万，并且安装在车辆后部，在发生追尾事故时，如果没有有效的防护装置对其进行保护，那么事故所造成的直接经济损失将会非常大。目前，氢能源汽车都没有为氢燃料电池发动机设计较为有效的保护装置以减轻在追尾事故中氢燃料电池系统受到的损害。因此要为氢燃料电池客车发动机设计一套有效的防护装置，以保证在绝大多数追尾事故中能够吸收碰撞所产生的能量，保护发动机免受伤害，减少经济损失。
4.相对于传统内燃机动力系统的汽车来说，氢燃料电池发动机本体更加脆弱，内部构造十分精密，价格昂贵且维修困难，尤其是在现在还未大规模普及氢燃料汽车，直接导致维修成本高且周期长。更重要的是如果碰撞造成氢气泄漏，将会直接导致爆炸事故发生，威胁车上乘员及附近的群众生命财产安全，因此对于氢燃料电池发动机的安全防护研究是非常有必要的。
5.但当今市面上汽车产品的前后防撞系统大部分由传统的铝合金或钢板冲压单梁加吸能盒组成，该形式防撞梁总成中的主梁和吸能盒都能够在车辆遇到低速碰撞时吸收碰撞能量，尽量减小冲击力对车身骨架和发动机的损害，这样就发挥了其对车辆及乘员的保护作用，主要用在中低速碰撞时以增强对氢燃料电池系统的保护作用，并可以在一定程度上降低对乘员的伤害。但该结构在高速碰撞时有大量变形甚至入侵，会对氢燃料电池发动机非常不利。
6.且现有氢燃料电池客车的氢燃料电池保护系统的防护结构由五根方形空心钢管拼焊在一起，通过螺栓与车架相连，碰撞时钢管直接向内弯折，对氢燃料电池系统防护作用较弱，甚至可能造成二次伤害。


技术实现要素：

7.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单，制造容易，成本低，质量轻，能量吸收量大，互换性好，碰撞后便于更换的可滑移式氢燃料客车氢燃料电池系统保护装置。技术方案如下：一种可滑移式氢燃料客车氢燃料电池系统保护装置，包括从车尾部向前依次设置
的防撞梁、缓冲器、氢燃料发动机安装框架和吸能盒；所述氢燃料发动机安装框架为内设有氢燃料发动机安装空间的立体框架，其底部框体四角通过剪切螺栓固定于车架尾部的水平台架上；所述水平台架上还设有纵向的水平滑轨，所述氢燃料发动机安装框架的底部边框与所述水平滑轨滑动连接；所述防撞梁通过缓冲器固定于氢燃料发动机安装框架车尾侧的框体上；所述吸能盒固定于氢燃料发动机安装框架车头侧框体与车架尾部的竖直台架之间。
8.进一步的，所述防撞梁为x型的交叉梁式弧形防撞梁，其四个端部分别通过四个缓冲器连接到氢燃料发动机安装框架车尾侧的框体的四角。
9.更进一步的，所述剪切螺栓的螺杆上设有环形的凹槽，所述凹槽的尺寸用于调节剪切螺栓所能承受的最大剪切力。
10.更进一步的，所述水平滑轨包括前段滑轨和后段滑轨，所述前段滑轨由竖直台架向后延伸到氢燃料发动机安装框架车头侧框体下方，所述后段滑轨与前段滑轨长度相同，并由氢燃料发动机安装框架车尾侧框体下方向前延伸。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够在后方车辆直接与防撞梁接触车辆受到较小纵向碰撞加速度时，使一级保护装置防撞梁通过自身变形吸收能量；在客车受到较大纵向碰撞加速度时，部分能量将通过防撞梁传至二级保护装置缓冲器，缓冲器将衰减该碰撞下的全部能量；在客车受到过大纵向冲击加速度时，防撞梁和缓冲器无法完全衰减碰撞所产生的全部能量，因此一部分能量将通过氢燃料发动机安装框架传至剪切螺栓，剪切螺栓断裂后，氢燃料发动机和安装框架整体将在水平滑轨中纵向移动，使三级保护装置吸能盒发生溃缩变形，以吸收剩余能量，实现当客车在发生追尾碰撞时对氢燃料电池系统的保护，尤其是在受到较大纵向加速度撞击时的保护作用尤为明显，能够保护昂贵的发动机不受损害，减少经济损失。
附图说明
12.图1为本发明可滑移式氢燃料客车氢燃料电池系统保护装置的结构示意图。
13.图2为本发明可滑移式氢燃料客车氢燃料电池系统保护装置的侧视图。
14.图3为本发明可滑移式氢燃料客车氢燃料电池系统保护装置的安装效果局部示意图。
15.图4为本发明可滑移式氢燃料客车氢燃料电池系统保护装置的安装效果整体示意图。
16.图5为本发明可滑移式氢燃料客车氢燃料电池系统保护装置中剪切螺栓的剖面示意图。
17.图中：1
‑
氢燃料发动机安装框架；2
‑
吸能盒；3
‑
防撞梁；4
‑
缓冲器；5
‑
水平滑轨；6
‑
氢燃料发动机；7
‑
水平台架；8
‑
竖直台架；9
‑
车架；10
‑
剪切螺栓。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
19.如图1～图4所示，本发明的可滑移式氢燃料客车氢燃料电池系统保护装置，包括
从车尾部向前依次设置的防撞梁3、缓冲器4、氢燃料发动机安装框架1和吸能盒2。
20.所述氢燃料发动机安装框架1为内设有氢燃料发动机6安装空间的立体框架，其底部框体四角通过剪切螺栓10固定于车架9尾部的水平台架7上；所述水平台架7上还设有纵向的水平滑轨5，所述氢燃料发动机安装框架1的底部边框与所述水平滑轨5滑动连接；所述防撞梁3通过缓冲器4固定于氢燃料发动机安装框架1车尾侧的框体上；所述吸能盒2固定于氢燃料发动机安装框架1车头侧框体与车架9尾部的竖直台架8之间。
21.在上述实施例的基础上，进一步的，本发明的防撞梁3为x型的交叉梁式弧形防撞梁，其四个端部分别通过四个缓冲器4连接到氢燃料发动机安装框架1车尾侧的框体的四角。
22.工作原理：此装置设计的目的为当客车发生追尾碰撞时，能够有效地保护氢燃料电池系统。本发明对氢燃料电池系统实现了三级保护，即分别为防撞梁、缓冲器、剪切螺栓和吸能盒；当车辆受到较小纵向碰撞加速度时，后方车辆直接与防撞梁接触，一级保护装置防撞梁通过自身变形吸收能量，即具有一定缓冲作用，因此防撞梁能够快速衰减较小冲击所产生的能量；当客车受到较大纵向碰撞加速度时，叉形防撞梁无法完全衰减碰撞所产生的能量，因此部分能量将通过叉形防撞梁传至二级保护装置缓冲器，缓冲器将衰减该碰撞下的全部能量；当客车受到过大纵向冲击加速度时，叉形防撞梁和缓冲器无法完全衰减碰撞所产生的全部能量，因此一部分能量将通过氢燃料发动机安装框架传至剪切螺栓，剪切螺栓中部设有凹槽，凹槽的尺寸和形状需保证在大幅度冲击时发生断裂，剪切螺栓断裂后，氢燃料发动机和安装框架整体将在所设计的滑轨中纵向移动，在移动的过程中，三级保护装置吸能盒发生溃缩变形，以吸收剩余能量。实现当客车在发生追尾碰撞时对氢燃料电池系统的保护，尤其是在受到较大纵向加速度撞击时的保护作用尤为明显。
23.本实施例将传统梁式沿中轴线旋转30
°
，形成交叉形式的防撞梁，将氢燃料电池发动机大部分包络起来，可对氢燃料电池发动机形成较为完整的保护，同时吸能盒的数量也从原来的两个增加到了四个。碰撞能量接收面积的增加预计在碰撞时可以通过防撞梁较小的形变实现相同甚至更多的能量吸收值。吸能盒数量的增多可以实现碰撞时更多的能量传递路径，原本的两个增加为四个意味着相同碰撞能量可以分散到更多的吸能盒上，单个吸能盒所接受的能量大幅减少，同时整个防撞梁总成的能量吸收能力更大。
24.如图5所示，所述剪切螺栓10的螺杆上设有环形的凹槽，所述凹槽的尺寸用于调节剪切螺栓10所能承受的最大剪切力。凹槽的结构形状与尺寸需要保证其在小幅冲击下不发生断裂，大幅度冲击时发生断裂，进而使氢燃料发动机安装框架直接作用于吸能盒2，可以根据需要来设定剪切螺栓10螺杆上的凹槽尺寸，使其恰好在预设的冲击力下达到剪切力临界值，及时断裂，进入第三级保护，吸收碰撞所产生的能量。
25.所述水平滑轨5包括前段滑轨和后段滑轨，如图3所示，所述前段滑轨由竖直台架8向后延伸到氢燃料发动机安装框架1车头侧框体下方，所述后段滑轨与前段滑轨长度相同，并由氢燃料发动机安装框架1车尾侧框体下方向前延伸。当剪切螺栓10因大的撞击加速度断裂后，氢燃料发动机安装框架整体会在水平滑轨中向前滑动，使得吸能盒发生溃缩，从而吸收较大碰撞时所产生的能量。