CN102180181A - 一种列车碰撞专用吸能部件碰撞阈值实现方法 - Google Patents

Abstract

一种列车碰撞专用吸能部件碰撞阈值实现方法，其特征在于所述实现方法包括：在列车车体的端部设置非结构承载的专用吸能部件；该专用吸能部件包括具有塑变诱导结构、预变形吸能结构、带压溃吸能管的车钩缓冲装置，通过控制塑变诱导结构、预变形吸能结构、带压溃吸能管的结构实现碰撞阈值的控制。该实现方法通过对列车结构及吸能部件的结构改变控制，实现破坏阈值以及结构阈值的可控性，该控制方法设计合理，实现方式简单，能够用于车体端部专用吸能部件的设计与安装，有效的保证列车碰撞的安全保护。

Description

一种列车碰撞专用吸能部件碰撞阈值实现方法

技术领域

本发明属于列车的碰撞吸能安全保护技术，具体的涉及一种通过研究列车端部的主用吸能结构，建立的列车主用吸能结构的阈值控制方法。

背景技术

碰撞是列车面临的主要事故风险之一。通过列车结构产生碰撞塑性变形，吸收冲击能量，实现被动安全防护，保护旅客生命安全，降低事故损失，成为近年来的研究热点。

就列车碰撞问题而言，与汽车、飞机等运载工具最大的不同就是，列车由多节车辆编组而成，相邻车辆间通过车钩缓冲装置连接。为实现列车的碰撞吸能安全保护，列车在正常运行时需要有足够的强度和刚度传递纵向力，在发生碰撞时需要迅速产生可控塑性大变形吸收能量，碰撞吸能列车需要同时满足两个条件。其一，在没有发生碰撞事故的列车正常运行及制动情况时，列车结构需要有足够的强度和刚度，满足相应规范规定要求，不允许发生塑性变形及破坏，并具有良好的传递纵向力性能，保证列车运行安全。其二，在较高速下发生碰撞事故时，列车结构需要在预定区域发生破坏，产生塑性大变形，吸收足够冲击动能，保护乘客安全。这就需要研究列车发生破坏的条件，也就是列车碰撞塑性变形破坏阈值。

发明内容

本发明提供了一种列车碰撞专用吸能部件碰撞阈值实现方法，其通过对列车结构及吸能部件的结构改变控制，实现破坏阈值以及结构阈值的可控性，该控制方法设计合理，实现方式简单，能够用于车体端部专用吸能部件的设计与安装，有效的保证列车碰撞的安全保护。

本发明所采用的技术方案如下：

一种列车碰撞专用吸能部件碰撞阈值实现方法，其特征在于所述实现方法包括：

在列车车体的端部设置非结构承载的专用吸能部件；

该专用吸能部件包括具有塑变诱导结构、预变形吸能结构、带压溃吸能管的车钩缓冲装置，通过控制塑变诱导结构、预变形吸能结构、带压溃吸能管的结构实现碰撞阈值的控制。

具体实施方式中，所述专用吸能部件的前、后具有两连接端，多个吸能纵梁延伸至两连接端设置，所述吸能纵梁的一端设置诱导槽，吸能纵梁之间固定有补强板，补强板上设置加强筋。

一实施方式中，所述实现方法包括：

在所述专用吸能部件的吸能纵梁上设置预变形吸能结构，该预变形吸能结构包括采用方筒型结构的吸能纵梁，该吸能纵梁的两相对侧壁设计为波纹板，使波纹板上的波峰波谷成为预先设定的预变形结构，并通过控制波纹板的波长、波幅、板厚，控制结构阈值。

另一实施方式中，所述实现方法包括：

对于具有塑变诱导结构的车钩缓冲装置，采用弯曲式纵梁并在纵梁的合适位置设置弯曲区域，使纵梁在纵向碰撞过程中发生弯曲变形，变形的部位通过纵梁的横截面来确定；

或者，对于具有塑变诱导结构的车钩缓冲装置，采用横截面削弱式纵梁，将纵梁上若干位置处的横截面削弱，使纵梁在碰撞过程首先在削弱位置发生大变形。

再一实施方式中，所述实现方法包括：

采用具有圆弧形塑变诱导结构的吸能结构或者过渡圆弧形塑变诱导结构的薄壁圆管，并通过控制所述塑变诱导结构形式、深度、位置，可实现其碰撞阈值。

又一实施方式中，所述实现方法进一步包括：

对于具有压溃吸能管结构的车钩缓冲装置，在该压溃吸能管的初始位置设置锥形坡度，通过改变初始位置的锥形坡度产生相对应的结构压溃诱发载荷。

该列车碰撞专用吸能部件碰撞阈值实现方法通过对列车结构及吸能部件的结构改变控制，实现破坏阈值以及结构阈值的可控性，该控制方法设计合理，实现方式简单，能够用于车体端部专用吸能部件的设计与安装，有效的保证列车碰撞的安全保护。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中耐冲击吸能成体的结构示意图；

图2是图1中I部位专用吸能部件的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式中具有预变形吸能结构的吸能纵梁的结构示意图；

图4A、图4B和图4C是本发明具体实施方式中分别设有过渡圆弧形塑变诱导结构的吸能纵梁的吸能部件图；图4D为改变各吸能结构诱导结构参数所获取的撞击特性曲线图。

图5是本发明具体实施方式中压溃管的形变原理图；

图6A和图6B是图5中不同锥度的压溃管的撞击特性时变曲线图。

具体实施方式

该列车碰撞专用吸能部件碰撞阈值实现方法可用于现有高速列车的车体碰撞防护设计，其实现方法为在列车车体的端部设置非结构承载的专用吸能部件；该专用吸能部件包括具有塑变诱导结构、预变形吸能结构、带压溃吸能管的车钩缓冲装置，通过控制塑变诱导结构、预变形吸能结构、带压溃吸能管的结构实现碰撞阈值的控制。如图1所示，专用吸能部件I在列车车体中不作为结构承载用，其安装在车体的端部，仅在发生撞击事故时产生塑性大变形吸收能量，以增加吸能结构的比吸能，专用吸能结构在碰撞中失效后可以替换。

如图2所示，该专用吸能部件的前、后具有两连接端，多个吸能纵梁21延伸至两连接端设置，每个吸能纵梁的一端均设置诱导槽22，吸能纵梁之间固定有补强板24，补强板上设置加强筋23，其中吸能纵梁21为空心的薄壁方管结构。

实际应用中，可以在专用吸能部件的吸能纵梁上设置预变形吸能结构。如图3所示，该预变形吸能结构包括采用方筒型结构的吸能纵梁31，该吸能纵梁的两相对侧壁32设计为波纹板，使波纹板上的波峰波谷成为预先设定的预变形结构，并通过控制波纹板的波长、波幅、板厚，控制结构阈值。撞击发生时诱导结构依次在预变形结构处发生屈曲，从而人为控制结构开始发生塑性大变形。具体对于具有塑变诱导结构的车钩缓冲装置，采用弯曲式纵梁并在纵梁的合适位置设置弯曲区域，使纵梁在纵向碰撞过程中发生弯曲变形，变形的部位通过纵梁的横截面来确定；或者，对于具有塑变诱导结构的车钩缓冲装置，采用横截面削弱式纵梁，将纵梁上若干位置处的横截面削弱，使纵梁在碰撞过程首先在削弱位置发生大变形。采用具有圆弧形塑变诱导结构的吸能结构或者过渡圆弧形塑变诱导结构的薄壁圆管，并通过控制所述塑变诱导结构形式、深度、位置，可实现其碰撞阈值。

发明人认为：为了消除结构力-变形特性曲线中力的脉冲幅度较大部分，达到使结构的整个力-变形特性曲线平稳的目的，采用两种实现结构力-变形特性曲线平稳的方法。其一是采用弯曲式吸能纵梁，在吸能纵梁的合适位置设置一个弯曲区域，使吸能纵梁在纵向碰撞过程中发生弯曲变形，变形的部位通过横截面来确定；其二是采用横截面削弱式吸能纵梁，将吸能纵梁上若干位置处的横截面削弱，使吸能纵梁在碰撞过程首先在削弱位置发生大变形，由于截面被削弱，发生大变形所需要的力随之相应减少，从而使结构的力-变形特性曲线平稳并能人为地控制变形部位和顺序。

鉴于以上结论，对于普通的方形薄壁结构，可以在其端部开一个有一定曲率的诱导槽(如图2中所示)，诱导槽有以下两个作用：

(1).削弱结构的初始纵向承载能力，降低初始撞击力峰值，从而降低碰撞初始阶段产生的冲击减速度；

(2).引导结构发生有序塑性变形，能够充分挖掘结构吸收冲击动能的能力。

另外，这种梁结构在承受纵向冲击时的屈曲形式近似对称，如果该结构所受到的冲击载荷不对称的话，侧壁的皱折变形将会以不对称的形式发展，从而导致该结构整体失稳。对于方形薄壁结构，容易出现结构整体失稳情况，从而大大降低结构的吸能能力。鉴于这一点，要考虑吸能结构的整体失稳情况，在本方案用于列车的吸能结构设计中，可考虑将四个方管组合起来共同组成一个吸能部件。

塑变诱导结构包含三角、矩形、圆弧等多种形式，例如图4A、图4B和图4C分别为设有过渡圆弧形塑变诱导结构的薄壁圆管。

因此，通过控制塑变诱导结构形式、深度、位置，即可实现其碰撞阈值。如图4D所示为改变各吸能结构诱导结构参数时，其撞击特性的相关研究结果。其中曲线1为具有30度折角的撞击特性曲线图；曲线2为具有60度折角的撞击特性曲线图，曲线3为无折角的撞击特性曲线图。

对于具有压溃吸能管结构的车钩缓冲装置，在该压溃吸能管的初始位置设置锥形坡度，通过改变初始位置的锥形坡度产生相对应的结构压溃诱发载荷。

如图5所示，通过将车钩缓冲装置的压溃管在初始位置设置一个锥形坡度51，当车钩缓冲器达到压缩最大行程时，此时车钩拉杆推动压溃管前端的刚性圆柱筒沿着锥形坡度压迫压溃管，使得压溃管管壁沿径向均匀膨胀，产生塑性变形。通过改变初始位置的锥形坡度、产生相对应的结构压溃诱发载荷，达到控制规定的破坏阈值的目的。当改变压溃管的内芯锥度角和外壳锥度角时，其撞击特性时变曲线如图6A和图6B所示。该图6A中，曲线1为外壳锥度角30，内芯锥度角25的压溃管撞击特性时变曲线，曲线2为外壳锥度角30，内芯锥度角30的压溃管撞击特性时变曲线，曲线3为外壳锥度角30，内芯锥度角35的压溃管撞击特性时变曲线。图6B中，曲线1为外壳锥度角25，内芯锥度角30的压溃管撞击特性时变曲线，曲线2为外壳锥度角30，内芯锥度角30的压溃管撞击特性时变曲线，曲线3为外壳锥度角35，内芯锥度角30的压溃管撞击特性时变曲线。

Claims (6)

1.一种列车碰撞专用吸能部件碰撞阈值实现方法，其特征在于所述实现方法包括：

在列车车体的端部设置非结构承载的专用吸能部件；

该专用吸能部件包括具有塑变诱导结构、预变形吸能结构、带压溃吸能管的车钩缓冲装置，通过控制塑变诱导结构、预变形吸能结构、带压溃吸能管的结构实现碰撞阈值的控制。

2.根据权利要求1所述的列车碰撞专用吸能部件碰撞阈值实现方法，其特征在于所述专用吸能部件的前、后具有两连接端，多个吸能纵梁延伸至两连接端设置，所述吸能纵梁的一端设置诱导槽，吸能纵梁之间固定有补强板，补强板上设置加强筋。

3.根据权利要求2所述的列车碰撞专用吸能部件碰撞阈值实现方法，其特征在于所述实现方法包括：

在所述专用吸能部件的吸能纵梁上设置预变形吸能结构，该预变形吸能结构包括采用方筒型结构的吸能纵梁，该吸能纵梁的两相对侧壁设计为波纹板，使波纹板上的波峰波谷成为预先设定的预变形结构，并通过控制波纹板的波长、波幅、板厚，控制结构阈值。

4.根据权利要求1所述的列车碰撞专用吸能部件碰撞阈值实现方法，其特征在于所述实现方法包括：

对于具有塑变诱导结构的车钩缓冲装置，采用弯曲式纵梁并在纵梁的合适位置设置弯曲区域，使纵梁在纵向碰撞过程中发生弯曲变形，变形的部位通过纵梁的横截面来确定；

或者，对于具有塑变诱导结构的车钩缓冲装置，采用横截面削弱式纵梁，将纵梁上若干位置处的横截面削弱，使纵梁在碰撞过程首先在削弱位置发生大变形。

5.根据权利要求1所述的列车碰撞专用吸能部件碰撞阈值实现方法，其特征在于所述实现方法包括：

采用具有圆弧形塑变诱导结构的吸能结构或者过渡圆弧形塑变诱导结构的薄壁圆管，并通过控制所述塑变诱导结构形式、深度、位置，可实现其碰撞阈值。

6.根据权利要求1所述的列车碰撞专用吸能部件碰撞阈值实现方法，其特征在于所述实现方法进一步包括：

对于具有压溃吸能管结构的车钩缓冲装置，在该压溃吸能管的初始位置设置锥形坡度，通过改变初始位置的锥形坡度产生相对应的结构压溃诱发载荷。

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