一种利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置

摘要

本发明公开了一种利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置。该装置由废旧轮胎（5）、支撑结构（1、2等）、轴向钢管（6）、框架钢管（8、9、10）、连接件和固定铰链（7）组成。该装置结合废旧轮胎，利用与固定铰链组成的、可向上滑动的矩形结构，在撞击中可形变为平行四边形的特征，及各构件的组合，完成吸收撞击力的过程。本装置的构件，具备可拆卸、替换的特征，弥补了其他类型装置施工复杂的缺陷。本装置可应对一定速度的机动车撞击过程：在反恐安保设施中，可在建筑入口的外围设置，抵御恶意冲撞；在停车场边界、地下车库坡道尽头等处，也可考虑设置；在山地下坡、冰雪路段等处，也可考虑固定本装置、用作防护设施。

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸收撞击力的应急安全装置，具体是指利用废旧轮胎和其他构造的组合装置。该装置的构件具备可拆卸、替换的特征，可较灵活的放置、使用；将废旧轮胎合理再利用的同时，可应对具有一定速度的机动车撞击过程，尤其适用于重要建筑入口的外围防护、山地下坡路段、多冰雪路段等情况。

背景技术

随着我国城市化进程的加快，居民的机动车保有量也日益攀升。在机动车、尤其是私人汽车数量迅速增加的同时，由汽车维修保养产生的废旧轮胎增多的问题也日益突出。由于信息、资源的滞后，许多废旧轮胎得不到有效回收利用。在处理大量废旧轮胎的过程中，形成了四种模式：研磨再利用、能源回收利用、直接掩埋和原型利用。

由于废旧轮胎的再加工、降解过程需要一定的技术、成本，且无法保证再加工产品的销量，故而直接掩埋的方式，被许多西方国家（如英、美、意等国）所采用。据统计，约有超过六成的废旧轮胎采用这种处理方式。但这种方式产生的弊端也是显而易见的：占用土地资源、污染土壤水体等。在土地资源有限、用地紧张的我国，应拓展对废旧轮胎的再利用途径，而非采取此类消极的处理模式。本专利设计即采用了原型利用的方式，对废旧轮胎的加工再利用提出了新思路。

在机动车交通得到普及、道路网日益扩展的今天，与机动车数量、道路长度等数值相比，防撞阻停等提升交通安全的设施数量却显得微不足道。在特殊条件下，如某路段进行维修时、在禁止通行的道路端头，混凝土墩及其他形式的防撞墙体，在阻碍机动车行进的同时，会对机动车造成较大损伤。在此类条件下，缺乏相应的软性防撞阻停设施，产生一定的安全隐患。

现有的固定式防护隔离设施，或放置于道路中央、或两侧，但并不能有效缓解汽车碰撞的撞击力。如传统的高速公路隔离带，以焊接的钢带起主要作用，但并未有效阻止车辆冲出隔离带，较易对事故车辆造成如割裂、穿入等二次伤害。

同时，在山地道路、危险多发路段中，坡度大、陡坡长的路段较多；在机动车行驶过程中，很容易出现因刹车片过热而导致控制失灵的状况。根据现状调查，现有的做法是，在山地道路的缓冲区设置一定深度的水槽、用于对刹车设备降温，或者在导出的尽端道路设置简易的软性防撞设施（如捆绑一定数量的废旧轮胎）等。这类简易设施虽在很大程度上缓解了一些交通安全问题，但在可靠性、耐久性方面仍存在较大隐患。

固定式抗撞装置中，传统的地下隐蔽安装，施工量大、耗时长，且不便拆除、缺乏机动性；浅地表安装则需要大型机械设备配合，且需在道路表面打入地脚螺栓。同时，在道路岔道等处设置的缓冲防撞设施，很难在有效距离内起作用，同时不可避免的对碰撞车体本身造成较大损害。传统的硬性防撞墙体对于提高机动车交通的安全性起了很大作用，但仍缺少能快速缓解碰撞、且对车体造成伤害较小的吸收撞击力的应急安全装置。

在当今社会状况更加复杂，突发治安事件（如自杀式暴恐活动、成规模的群体性事件等）增加的情况下，对能够快速、多手段控制交通，且造成较小伤害的需求有所增加。针对现有固定式抗撞装置的不足，多位置、多形式设置软性障碍，对减少冲突和伤亡、控制车辆强行冲撞、减少机动车事故将起到显著作用。

本发明提出的利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置，即是一种软性防撞阻停设施，可较好的应对具有一定速度的机动车冲撞。在该装置的限值以内，在阻停不利的机动车交通的同时，尽可能减少对机动车造成的二次伤害。在反恐安保设施中，可在重要建筑的入口外围布设，以抵御机动车恶意冲撞；但在布设时，应在基础部分施加一定的荷载或固定措施。在停车场边界、地下车库坡道尽头等处，也可考虑设置，以应对初速不高的机动车冲撞。在山地下坡、冰雪路段等情况，也可考虑固定本装置、用作道路防护设施，以应对刹车失灵及其他情况下发生的不利碰撞。

本发明提出的应急安全装置，是一种可灵活替换、多用途组装的防撞阻停设施，适用于阻停多种程度的撞击活动。通过对支撑结构的不同加固方式，可以便捷适应多种条件，快速安装。本装置利用了废旧轮胎作为重要构件，在废物利用的同时，提升了传统山地路段防撞设施的安全性、可靠性。但本发明作为一类软性防撞阻停设施，在实际利用时仍存在一些不足，如在抵御较强程度的撞击时、效果不佳；在承受侧向撞击力为主的情况时，存在较大的局限性；在提升本装置的防火性能方面，仍有较多细节亟待改进。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，立足于基本的几何构造和传力特性，本发明提供了一种利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置。

本发明的设计思路是，吸收、消解撞击力的过程，分别对应本装置的三个组成部分，包括初期过程的第一横列轮胎，中期过程的钢管框架和第二横列轮胎，和最终过程对应的钢筋混凝土支撑结构。本装置的核心是钢管框架构成的联动构架，起到对撞击力的分解作用。在撞击过程中，利用框架可由矩形变形为平行四边形的特性，通过各种传力方式消解撞击力。在消解撞击力的过程中，包括通过固定铰链传递到支撑结构，利用第二横列轮胎与支撑墙面的接触、与第一横列轮胎之间的接触、与承压斜墙之间的接触，以及各部分连接件之间对撞击力的消耗等部分。

本发明的传力方式采用如下技术方案：提供一种吸收撞击力的应急安全装置，将其包括的三个组成部分，废旧轮胎、钢管框架和支撑结构进行组合。该装置充分利用废旧轮胎的弹性，利用第一横列轮胎、消解在撞击初期的部分冲击力；撞击过程的剩余冲击力，由与轮胎相连的轴向钢管传至由钢管组成的框架结构；利用框架结构与固定铰链组成的、可向上滑动的平行四边形结构，和第一横列轮胎与第二横列轮胎、第二横列轮胎与支撑结构之间的弹力，以及支撑结构的作用，消解撞击过程的剩余冲击力。

需要说明的是，在本装置未使用状态时，第二横列轮胎不与支撑墙体接触；当钢管框架和废旧轮胎组成的结构发生形变、矩形结构变形为平行四边形时，二者才发生接触，并产生作用力。

第一横列轮胎在接触撞击力时，利用轮胎自身的弹性形变能力消解、吸收部分撞击力，同时将力传至第一横列的轴向钢管（6）和第二横列轮胎。由轴向钢管承受的撞击力，传递至各横向钢管。横向且固定的框架钢管（10）将一部分撞击力充分消化于第一、第二横列轮胎之间。横向且与铰链相连的框架钢管（8），将撞击力传至固定铰链（7）和承压斜墙（4）处，进而将力传递至支撑结构的同时，将一部分横向的力通过承压斜墙及地面转化为竖向的力，竖向的力推动钢管框架整体发生形变，进而将撞击力的消解过程更加多样化。

传递至支撑结构的撞击力，首先通过固定铰链（7）传至支撑墙体（1）上，进而通过斜撑构件（2）将力传至基座（3），撞击力的消解过程结束。根据不同的撞击情况、在本装置可承受的最大撞击力限值内，在撞击力消解过程结束后，轮胎、钢管框架等发生形变的部分将恢复至初始状态，利用废旧轮胎吸收撞击力的应急安全装置完成了对撞击力的消解、吸收过程。

本应急安全装置在方案设计时，主要针对具备一定速度的正面撞击过程。故而在装置中、轮胎和钢管框架的两侧设计了可上下铰动的联动设计，通过联动杆——竖向框架钢管（9）来实现。在道路中，可用于道路尽端、道路分隔岛前段、端头等处，但对护栏边缘等处、以侧向撞击为主的情况，有较大的局限性。如需适用于此类侧向撞击过程，则应相应加固联动杆处的设计，同时应对支撑结构的传力方式进行较大调整，有待本发明的后续改进。

为实现上述的设计思路，本发明的利用废旧轮胎吸收撞击力装置，采用如下技术方案：废旧轮胎（5）通过轴向钢管（6）相连，根据与支撑墙体的相对位置分为第一横列（前）、第二横列（后）。两个横列的轮胎及轴向钢管（6），通过钢管框架与支撑结构发生联系，因此形成的组合装置对消解、吸收撞击力起到协同作用。

其中，钢管框架包括轴向钢管（6）、竖向框架钢管（9）、横向且与铰链相连的框架钢管（8）、横向且固定的框架钢管（10）、钢管间的连接件和支撑墙体上的固定铰链（7）。钢管间的连接件，分为固定式和铰接两种，分别对钢管框架起到加固和带动联动的作用。钢管框架形成的整体，在接受撞击力时发生变形、联动，因此起到分解、弱化撞击力的作用。

支撑墙体（1）承担来自固定铰链（7）和第二横列轮胎的作用力。斜撑构件（2）用于加固支承墙体，基座为整个支撑结构的基础、并承担部分来自承压斜墙（4）的作用力。

附图说明

图1是根据本发明实施方案，该装置的构件示意图。

图2是根据本发明实施方案，处于结合状态的利用废旧轮胎吸收撞击力装置的轴测图。

图3是根据本发明实施方案，轮胎与其他构件分离的装置轴测图（方向规定：竖向、轴向、横向；轮胎横列标示：第一横列轮胎、第二横列轮胎）。

图4是根据本发明实施方案，轴向钢管、框架钢管、钢管间的连接件、固定铰链和支撑结构的轴测图（附图图示：1、支撑墙体；2、斜撑构件；3、基座；4、承压斜墙；5、废旧轮胎；6、轴向钢管；7、固定铰链；8、横向且与铰链相连的框架钢管；9、竖向框架钢管；10、横向且固定的框架钢管；11、固定连接件；12、铰链连接件）。

图5是将图3所示的利用废旧轮胎吸收撞击力装置中，主要连接件节点的详图1、2。

图6是根据本发明实施方案，处于结合状态的利用废旧轮胎吸收撞击力装置的正视图（附图图示：1、支撑墙体；2、斜撑构件；3、基座；4、承压斜墙；5、废旧轮胎；6、轴向钢管；7、固定铰链；8、横向且与铰链相连的框架钢管；9、竖向框架钢管；11、固定连接件；12、铰链连接件）。

图7是根据本发明实施方案，处于结合状态的利用废旧轮胎吸收撞击力装置的右视图（附图图示：1、支撑墙体；4、承压斜墙；5、废旧轮胎；6、轴向钢管；9、竖向框架钢管；10、横向且固定的框架钢管；11、固定连接件；12、铰链连接件）。

图8是根据本发明实施方案，处于转动、变形状态（第二横列轮胎与支撑墙体接触）的装置图：1、正视图，2、右视图，3、顶视图，4、透视图。

图9是根据本发明实施方案，进行改动的拓展方案示例。

图10是根据实施方案，对支撑结构进行的改进措施（至上而下为：在装置基座上增加荷载；增加基座面积，并附加荷载；扩展承压斜墙并增加基座面积，另外加铆钉锚固）。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步详细描述。

结合图2和图4所示内容，该利用轮胎吸收撞击力的应急安全装置，由废旧轮胎、钢管框架及各连接件和支撑结构组成。该装置实施例中涉及到的构件参数和基本尺寸，在以下各部分进行说明。但需要注意的是，本装置是根据中小型机动车的条件而设计，装置整体的宽度不小于3.5m，高度不小于1.5m，应根据不同的使用条件变动构件，但本装置整体构架的构成形式不应有太大变化。本装置对可承受的撞击力有限值，应根据不同的设置条件进行改动，并进行相应的测试；对于超过限制而造成装置破坏的情况，应及时调整结构薄弱点。

废旧轮胎和钢管框架、各连接件部分，由多个基本单元连接而成。连接方式由固定和铰接两种方式，其中固定部分主要涉及到与轴向钢管的连接，铰接的方式分为两种，主要涉及到钢管框架中各端头处。

废旧轮胎由两组横列共90个废旧轮胎构成，每组横列分为3层，每层分为3个小组，每小组由5个轮胎通过轴向钢管相连，每小组的5个并置轮胎即组成了废旧轮胎的基本单元。需要说明的是，本实施例中采用的轮胎为同规格小型机动车的废旧轮胎；在拓展例及其他实施条件中，应至少保证每组横列内的轮胎为统一尺寸。每小组内轮胎的个数，由所采用的轮胎型号不同而相应调整，本实施例中采用的轮胎是标准小轿车的轮胎尺寸。在本实施例中，第一、二横列相对应的轮胎处于相同的水平位置；在后面提及的拓展例中，可根据不同实施条件而相应调整。废旧轮胎与轴向钢管之间应为固定式连接，具体的连接方式根据不同的轮胎型号而定，但应采取相同的固定连接方式。

钢管框架部分，具体参照图4进行说明。在本实施例中，连接废旧轮胎的6个轴向钢管并列，分为前后两组。根据每小组5个并置轮胎的尺寸，将每层的轴向钢管分为三段，共4根横向钢管。横向钢管采用同一型号，管径小于轴向钢管，结合两种不同的连接件进行固定连接和铰接。

每层的中间两根横向钢管为固定的框架钢管（10），通过连接件（11）固定每层的前后两根轴向钢管。横向钢管（10）通过螺纹连接，与连接件（11）进行固定；轴向钢管通过连接件（11）和螺钉、螺栓进行锚固，与横向钢管进行固定。每层两端的两根横向钢管是与铰链相连的框架钢管（8），与每层的前后两根轴向钢管有两种不同的连接方式；并在支撑墙体处，通过固定铰链（7）与其相连。通过连接件（12）与第一横列的轴向钢管连接，连接方式为铰接：横向钢管（8）通过通过螺纹连接，与连接件（12）的端口进行固定；连接件（12）的端口可围绕第一横列的轴向钢管转动。横向钢管（8）通过连接件（11）与第二横列的轴向钢管连接，为固定的连接方式。至此，每层的横向钢管（8、10）可围绕固定铰链（7）进行上下转动。

2根竖向框架钢管（9）位于第一横列轮胎的两端，起到联动三层轮胎（5）、轴向钢管（6）和横向钢管（8、10）的作用。竖向框架钢管（9）与分列三层的轴向钢管（6）进行连接，通过固定和铰接的方式连接。竖向框架钢管（9）的两端，通过连接件（12）与轴向钢管（6）铰接；竖向框架钢管（9）的中部，通过连接件（11）与第二层的轴向钢管（6）固定连接。至此，整个钢管框架可围绕固定铰链（7）进行上下转动，并使上下3层、前后横列进行联动。

支撑结构部分为钢筋混凝土制成，通过斜撑构件（2）的支撑，形成较稳定的传力体系。支撑墙体（1）、斜撑构件（2）、基座（3）和承压斜墙（4）组成的支撑结构，通过固定铰链（7）和承压斜墙（4）与上述体系发生关联，在稳定整个装置的同时，起到最终消解、吸收撞击力的作用。

另外参见图10，可通过对支撑结构的加固、改造以适应多用途的使用条件。对基座（1）本体的加固措施，可以是示例（一）中的增加移动荷载，也可以结合示例（三）中的利用铆钉与地面锚固（如利用铆钉加固，需首先对基底以下的地面进行处理）。示例（一）中对基座的加固，主要用于撞击力较小的实例。示例（二）是通过扩展基底的面积，并与基座本体相连，在已拓展的基底上增加更多的移动荷载。示例（三）是扩展承压斜墙的面积，以增加斜向支撑的力度，同时提出可利用铆钉与地面锚固。以上三个示例都是对支撑结构进行的加固，如需进一步增加该装置可接受的撞击力限制，应进行更专业的力学分析，以确定可与本装置结合的最佳固定方式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的申请专利范围，因此凡其他未脱离本发明所揭示的理念下完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明案的申请专利范围内。本发明的适用范围，包括普通公路、山地下坡路段等，也可用于部队工事及其他用途。

拓展案例是在本实施例的基础上进行的改动，其实质是因轮胎尺寸不同而对装置进行的调整。第一、第二横列轮胎的组合方式，也可进行调整。但应遵循的原则是，尽量采用同一规格的废旧轮胎进行组合；应避免因轮胎规格不同，而使撞击对装置造成损坏。同时也可根据装置的安放位置，对装置的倾斜角度及钢管框架的位置、尺寸进行调整。