一种基于商业级蜂窝铝板的防撞缓冲包的研究

于超 三一重机有限公司

携带防撞缓冲包的专用车辆在道路施工作业中充当施工作业车辆后方的缓冲卫士，如若发生追尾事故，能够在肇事车辆和前方施工作业区域之间构建一个缓冲区域，通过缓冲装置的变形吸收撞击的能量，最大限度地降低被保护人员及设备遭到碰撞的概率。

一、主要结构、工作原理以及主要参数

（1）主要结构

防撞缓冲包结构简图见图1，主要有铝蜂窝模块1、框架2、铝管3、尾灯 4、等组成；其中铝蜂窝模块的结构图见图2。

（2）工作原理

防撞缓冲包的原理并不复杂，主要是通过铝蜂窝的变形形变来吸收车辆碰撞的能量。只需要安装在要求重量的车辆后方就可以工作了，缓冲包为可折叠结构，正常行驶中可折叠收起。

（3）主要参数

蜂窝铝材料密度计算

图1

图2

图3 蜂窝结构的分析模型

b 图单位面积为：

蜂窝铝基体面积为：

蜂窝铝平均密度为：

二、计算验证

根据NCHRP report 350 要求，TL2 阶段测试实验撞击车辆重2000kg，碰撞速度70km/h，TL3 阶段测试，试验撞击车辆重量2000kg，碰撞速度100km/h。缓冲车辆总重为m2，初始速度为0。假设碰撞为理想塑性碰撞，恢复系数k=0。地面摩擦系数

f=0.3～0.6。

以正面撞击为例，由动量守恒定律可得：

可知当碰撞条件一致时，碰撞后缓冲车速度和重量成反比，重量越大速度越小。

（1）假设碰撞后整体向前滑动距离为4m（规定不超过4 米）

u2=2ass-位移，a-加速度，u-速度

碰撞后加速度由地面摩擦提供

a=gfg= 重力加速度，f= 地面摩擦系数

可推算碰撞后速度为（4.850～6.859m/s）；

可推得TL2、TL3 测试下缓冲车辆所需的最小理论重量分别是6018kg、9456kg。

（2）动量定理

（3）动能守恒定理

TL3 测试下为例，撞击后速度4.85m/s，我们忽略地面摩擦，可以求得缓冲包吸收了撞击车辆的能量为630482J（J-焦耳）

查相关实验数据得：铝蜂窝单位体积吸能为3-5MJ/m³。基于可靠性原理，我们假设只有20%的铝蜂窝发生变形，1 立方的铝蜂窝仍然能够完全吸收TL3 测试下碰撞产生的能量。

三、结语

在临时封闭或半封闭道路施工作业中，安装有防撞缓冲包的专用车辆充当保护伞，发生后方车辆冲撞时，可大大提高道路施工人员、设备及肇事车辆人员的安全系数，碰撞事故后，而专用车只需更换缓冲装置便可继续使用。

随着国内民众安全意识的提高，特别是道路安全意识进一步觉醒，以及随着人口和车辆增加所带来的日益严峻的道路交通安全形势，使得越来越多的施工单位在道路养护作业中要求部署安装有防撞缓冲包的专用车辆。