CN104729820A - 一种车辆碰撞动力学试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆碰撞动力学试验装置及试验方法，包括试验台及测试车辆，所述测试车辆沿轨道运行，其特征在于：还包括一沿测试车辆纵向延伸并整体呈龙门形状的防护装置，所述测试车辆在由所述防护装置围成的空间内运行。本发明整体结构简单合理，安装和操作方便，可以有效保证多车碰撞动力学试验的安全性及整体结构的稳定性。不仅可以进行多车体纵向动力学试验研究，还可以通过对防护装置简单的翻转倒置，实现多车体纵向和垂向动力学两项试验内容的研究，可以在短时间内完成不同性质试验研究，提高试验研究的效率，并有效节省试验成本，还可以为车辆动力学仿真计算提供依据，进而保证列车能量分配方案的可靠性。

Description

一种车辆碰撞动力学试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及一种车辆碰撞动力学试验装置及试验方法，属于碰撞动力学试验技术领域。

背景技术

随着我国轨道交通事业的不断发展，尤其是高速动车组在国内的普及，车辆运行安全被越来越多的人们所重视，而车辆运行安全中的车辆碰撞安全性是非常重要的一部分。

列车碰撞安全保护技术分为“主动安全防护技术”和“被动安全防护技术”两个方面，“主动安全防护技术”是列车安全运行必备的，运用得当可有效防止碰撞事故的发生，该技术主要包括列车网格及列车控制技术、合理健全的铁路信号及报警系统、铁路限界安全防护等。但“主动安全防护技术”不是百分百可靠的。然而，在满足铁道车辆碰撞安全标准条件下的“被动安全防护技术”，在碰撞发生时可以最大限度地保护列车结构、设备以及司乘人员的安全。发生碰撞时，在所有主动安全保护措施失效的情况下，车辆被动安全保护措施可以为乘客提供最后一道保护，因此，越来越多地对列车整车碰撞动力学性能进行深入研究。

在专利号为201410629472.3的专利“一种轨道车辆碰撞试验台及轨道车辆碰撞试验方法”中，公开的碰撞试验台包括轨道、用于推动测试车辆的小车、用于检测测试车辆速度和位置的检测器，小车由驱动电机驱动，小车由制动电机实现制动，驱动电机和制动电机分设在轨道的两端，小车由连接牵动。小车在驱动电机的驱动下带动测试车辆加速移动，同时检测测试车辆的速度，当达到预定速度时，制动小车。该试验台及试验方法可以显著提高试验过程中对测试车辆速度控制的精确度,但该试验台中的测试车辆和测试小车没有任何的防护措施，同时，该试验台只能对测试车辆在纵向上的动力学性能进行研究，而对于测试车辆在垂向上的动力学性能则无法进行取值研究。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题，提供了一种结构简单、安全可靠，有利于对测试车辆进行垂向和纵向动力学性能进行测试的车辆碰撞动力学试验装置。

本发明的另一个主要目的在于，提供一种操作方便，可对测试车辆进行垂向和纵向动力学性能进行测试的车辆碰撞动力学试验方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种车辆碰撞动力学试验装置，包括试验台及测试车辆，所述测试车辆沿轨道运行，其特征在于：还包括一沿测试车辆纵向延伸并整体呈龙门形状的防护装置，所述测试车辆在由所述防护装置围成的空间内运行。

进一步，所述防护装置由两个沿测试车辆纵向延伸的箱形结构组成，两个箱形结构左右对称设置在轨道的两侧，所述箱形结构在朝向所述测试车辆的一侧具有一内凹部，两个所述箱形结构的内凹部对称设置，所述测试车辆在两个所述内凹部围成的空间内运行。

进一步，所述箱形结构的上顶板和/或下底板至少向所述测试车辆的方向延伸出一延伸部。

进一步，所述箱形结构由钢板拼接组焊而成。

进一步，在所述箱形结构上设置有多个工艺孔。

进一步，每个所述箱形结构分上下两部分，分别为上箱体和下箱体，所述上箱体和下箱体之间通过紧固件固定连接。

进一步，所述防护装置通过紧固件固定安装在所述试验台上。

进一步，所述试验台的一侧设置有止挡墙，所述止挡墙上安装有多个力传感器。

进一步，在所述止挡墙上安装有蜂窝铝吸能模块。

本发明的另一个技术方案是：

一种采用上述车辆碰撞动力学试验装置的试验方法，包括将龙门形状的防护装置的底部固定安装在试验台上，对测试车辆进行纵向动力学性能测试的步骤；包括将龙门形状的防护装置翻转倒置，其顶部固定安装在试验台上，对测试车辆同时进行纵向和垂向动力学性能测试的步骤。

综上内容，本发明所述的一种车辆碰撞动力学试验装置和试验方法，与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明整体结构简单合理，安装和操作方便，可以有效保证多车碰撞动力学试验的安全性及整体结构的稳定性。

(2)本发明不仅可以进行多车体纵向动力学试验研究，还可以通过对防护装置简单的翻转倒置，实现多车体纵向和垂向动力学两项试验内容的研究，可以在短时间内完成不同性质试验研究，提高试验研究的效率，并有效节省试验成本，还可以为车辆动力学仿真计算提供依据，进而保证列车能量分配方案的可靠性。

(3)箱形结构通过螺栓牢固固定安装在试验台上，不但操作简单方便，还可以保证测试车辆在试验过程中的安全可靠。

附图说明

图1是本发明试验装置结构示意图；

图2是本发明实施例一箱形结构的结构示意图；

图3是本发明实施例一箱形结构和测试车辆组装后的结构示意图；

图4是本发明实施例一箱形结构的断面示意图；

图5是本发明实施例一上箱体翻转后的断面示意图；

图6是本发明试验方法的流程图。

如图1至图6所示，试验台1、测试车辆2，动力车辆3，轨道4，止挡墙5，高速摄影采集系统6，防护装置7，箱形结构8，上箱体8a，下箱体8b，内凹部9，顶壁9a，侧壁9b，上顶板10，下底板11，延伸部12，延伸部13，安装孔14，安装孔15，工艺孔15，安装孔17，安装部18，补强板19。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例一：

如图1所示，本发明提供的一种车辆碰撞动力学试验装置，包括试验台1、测试车辆2及动力车辆3，在试验台1上安装轨道4，测试车辆2和动力车辆3在轨道4上运行。

为了简化试验难度，测试车辆2采用一种简化车辆，简化车辆的结构、编组方式和性能与真实车辆一样，只是在尺寸上按比例缩小。在测试车辆2的前端部设置有与其匹配的车钩缓冲装置、压溃管、端部吸能装置等，车体本身与真实车辆一样具有足够的刚度，各车体通过联挂装置连接，在车辆碰撞过程中上述各结构相互配合吸收能量。

动力车辆3安装在测试车辆2的后方，由牵引动力装置(图中未示出)驱动，动力车辆3的前端顶靠在测试车辆2的尾部进而带动测试车辆2在轨道4上按规定速度运行，牵引动力装置可以采用驱动电机，驱动电机可以单独安装在试验台1上，也可以安装在动力车辆3上。

在测试车辆2的前方设置一止挡墙5，止挡墙5固定在试验台1上，测试车辆2在动力车辆3的带动下向前运行，并以设定速度撞击前方的止挡墙5，完成碰撞试验。由于碰撞试验有较大的能量，因此在止挡墙5上靠近测试车辆2的位置安装蜂窝铝吸能模块，也可以采用其它具有吸能能力的吸能模块，以防止测试车辆2与止挡墙5发生刚性碰撞而产生破坏。同时，由于止挡墙5在试验过程中为不可移动的物体，为了获取更多的试验数据，在止挡墙5的背面安装有多个力传感器(图中未示出)，力传感器用来检测测试车辆2撞击止挡墙5时的各点撞击力数据，力传感器的安装位置根据试验要求而定。在试验台1的上方安装有高速摄影采集系统6，对测试车辆2的运行及碰撞过程进行全程录影，用于后期计算位移量、速度和加速度等。

该试验装置中还包括一沿测试车辆纵向延伸并整体呈龙门形状的防护装置7，测试车辆2在由防护装置7围成的空间内运行。对测试车辆进行纵向动力学性能测试时，将龙门形状的防护装置7的底部固定安装在试验台1上，对测试车辆同时进行纵向和垂向动力学性能测试时，将龙门形状的防护装置7翻转倒置，其顶部固定安装在试验台1上。龙门形状防护装置7的顶部可具有活动板，以在倒置时避开试验台1上的轨道4和止挡墙5。

本实施例中，为了简化整体结构，使安装和操作更为方便，防护装置7优选采用如图2和图3所示的分体结构，同时为了保证防护装置7的整体强度，防护装置7由两个沿测试车辆2纵向延伸的大致为矩形的箱形结构8组成，两个箱形结构8左右对称设置在轨道4的两侧，箱形结构8在朝向测试车辆2的一侧具有一内凹部9，内凹部9的断面呈矩形，两个箱形结构8的内凹部9对称设置，测试车辆2在两个内凹部9围成的空间内运行。内凹部9的顶壁9a及箱形结构8的上顶板10对测试车辆2起到防护的作用，用以实现测试车辆2在纵向方向上的稳定性，同时内凹部9的顶壁9a也可以方便采集测试车辆2在纵向和垂向方向上的性能数据。

测试车辆2距离箱形结构8内凹部9的侧壁7a及顶壁7b均具有一设定距离，不但保证测试车辆2的顺利运行，还可以保证测试车辆2在纵向和垂向方向上的安全性，也极大地减小了车辆在垂向和纵向方向上的摩擦力，同时也保证测试车辆2在纵向和垂向方向的动力学响应行为，为车辆动力学仿真计算提供依据，以保证列车能量分配方案的可靠性。在实际试验时，也可以根据试验需要，在内凹部9的顶壁9a、侧壁9b上安装力传感器等，以检测测试车辆2在沿轨道4纵向运行时及与止挡墙5撞击时的横向及垂向上的数据。

箱形结构8的上顶板10向两侧各延伸出一延伸部12，在两侧的延伸部12上各设置有多个安装孔14。下底板11也同样向两侧各延伸出一延伸部13，在两侧的延伸部13上各设置有安装孔15。延伸部12和11上的安装孔14和安装孔15通过螺栓与试验台1固定连接，安装简单方便，而且延伸部12和11的设置可以增加箱形结构8与试验台1的接触面积，使箱形结构8的固定更为牢固，另外，上顶板10的向测试车辆2方向延伸的延伸部12还具有保证试验安全性的作用。

如图4和图5所示，在对测试车辆同时进行纵向和垂向动力学性能测试时，需要将箱形结构8翻转倒置，为了方便操作，本实施例中，每个箱形结构8也采用分体结构，分成上下两部分，分别为上箱体8a和下箱体8b，上箱体8a的底壁和下箱体8b的顶壁上分别设置有多个安装孔17，上箱体8a的底壁和下箱体8b的顶壁之间通过螺栓固定连接在一起。为了牢固固定，上箱体8a的底壁和下箱体8b的顶壁各向外侧伸出一安装部18，安装孔17设置两排，一排设置在上箱体8a的底壁和下箱体8b的顶壁上，另一排则设置在伸出的安装部18。

上箱体8a和下箱体8b均由钢板拼接组焊而成，优选采用碳钢板，而且采用满焊工艺，在上箱体8a和下箱体8b的内部还焊接有补强板19，从而确保试验过程的安全性。

在只对测试车辆2进行纵向动力学性能测试时，将下底板11两侧延伸部13上的安装孔15通过螺栓固定安装在试验台1上，再将上箱体8a和下箱体8b通过螺栓固定连接在一起，测试车辆2在两个内凹部9围成的空间内沿纵向运行。

在对测试车辆同时进行纵向和垂向动力学性能测试时，则去掉下箱体8b的部分将两个上箱体8a翻转倒置，测试车辆2的上方不再受到箱形结构8的限制，其上顶板10两侧延伸部12上的安装孔14通过螺栓固定安装在试验台1上，安装时延伸部12避开试验台1上的轨道4，测试车辆2在两个箱形结构8围成的空间内运行。

如图2所示，本实施例中，在箱形结构8的上箱体8a的外侧侧壁的钢材上开设多个长圆形的工艺孔15，工艺孔15的开孔长度为100mm，主要目的是对上箱体8a和下箱体8b两部分进行固定所用。

如图6所示，下面详细描述试验步骤：

1、仿真计算：

确定试验工况，按照试验工况进行多车体碰撞有限元仿真计算，提取计算结果，包括模型位移量，模型速度，模型加速度等。

2、碰撞试验：

在只对测试车辆2进行纵向动力学性能测试时，先将箱体结构6的下底板11通过螺栓固定在试验台1上，再将上箱体8a和下箱体8b通过螺栓固定连接在一起，最后将测试车辆2落在轨道4上，固定并连接测试车辆2之间的吸能结构，确保列车在防护装置内的可运行性。

在对测试车辆同时进行纵向和垂向动力学性能测试时，则去掉下箱体8b的部分，将上箱体8a进行翻转倒置，并将上箱体8a的上顶板10通过螺栓固定在试验台1上，两个上箱体8a围成一个顶部敞口的空间，去除了测试车辆2在垂向上的限制，进而实现对测试车辆同时进行纵向和垂向动力学性能测试。

调试高速摄影采集系统6的照射位置，同时启动驱动电机，进行试验。在驱动电机的作用下，动力车辆3沿轨道4向测试车辆2方向加速运动，动力车辆3的前端顶靠在测试车辆2的尾部进而带动测试车辆2在轨道4上按规定速度运行，在测试车辆2达到规定速度后，驱动电机停止运转，动力车辆3减速脱离测试车辆2，测试车辆2以规定速度撞击止挡墙5，高速摄影采集系统6全程录影。

3、数据对比：

对比分析仿真计算与试验过程中的车辆之间的变形量、速度、加速度等数据。

4、修正：

调试仿真模型，通过修改模型参数(包括摩擦系数、模型质量、速度)，保证试验与仿真的一致。

5、验证模型：

得出修正的方法，把修正的方法应用于整列车多体动力学仿真计算。

实施例二：

箱形结构8也可以采用整体的结构，不分上下两部分，在对测试车辆2同时进行纵向和垂向动力学性能测试时，将两个箱形结构8整体翻转倒置即可，上顶板10两侧延伸部12上的安装孔14通过螺栓固定安装在试验台1上。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本是发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种车辆碰撞动力学试验装置，包括试验台及测试车辆，所述测试车辆沿轨道运行，其特征在于：还包括一沿测试车辆纵向延伸并整体呈龙门形状的防护装置，所述测试车辆在由所述防护装置围成的空间内运行。

2.根据权利要求1所述的一种车辆碰撞动力学试验装置，其特征在于：所述防护装置由两个沿测试车辆纵向延伸的箱形结构组成，两个箱形结构左右对称设置在轨道的两侧，所述箱形结构在朝向所述测试车辆的一侧具有一内凹部，两个所述箱形结构的内凹部对称设置，所述测试车辆在两个所述内凹部围成的空间内运行。

3.根据权利要求2所述的一种车辆碰撞动力学试验装置，其特征在于：所述箱形结构的上顶板和/或下底板至少向所述测试车辆的方向延伸出一延伸部。

4.根据权利要求2所述的一种车辆碰撞动力学试验装置，其特征在于：所述箱形结构由钢板拼接组焊而成。

5.根据权利要求2所述的一种车辆碰撞动力学试验装置，其特征在于：在所述箱形结构上设置有多个工艺孔。

6.根据权利要求2至5任一项所述的一种车辆碰撞动力学试验装置，其特征在于：每个所述箱形结构分上下两部分，分别为上箱体和下箱体，所述上箱体和下箱体之间通过紧固件固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种车辆碰撞动力学试验装置，其特征在于：所述防护装置通过紧固件固定安装在所述试验台上。

8.根据权利要求1所述的一种车辆碰撞动力学试验装置，其特征在于：所述试验台的一侧设置有止挡墙，所述止挡墙上安装有多个力传感器。

9.根据权利要求8所述的一种车辆碰撞动力学试验装置，其特征在于：在所述止挡墙上安装有蜂窝铝吸能模块。

10.一种采用如权利要求1-9任一项所述的车辆碰撞动力学试验装置的试验方法，其特征在于：

包括将龙门形状的防护装置的底部固定安装在试验台上，对测试车辆进行纵向动力学性能测试的步骤；

包括将龙门形状的防护装置翻转倒置，其顶部固定安装在试验台上，对测试车辆同时进行纵向和垂向动力学性能测试的步骤。