CN105644579B - 一种轨道车辆用碰撞吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轨道车辆用碰撞吸能装置，包括连接件、基座以及设置在连接件径向外侧的吸能撕裂管，所述吸能撕裂管的内壁和外壁上含有径向位置相对应的一对或多对切缝，每对切缝均包含内切缝和外切缝，每条切缝均为非闭合的线型切缝，所述切缝的宽度均为0.05～0.8mm，每对切缝的深度之和均小于吸能撕裂管的壁厚。本发明提供的轨道车辆用碰撞吸能装置能明显降低装置的初始撞击力峰值，且有效行程理论上能达到100％。且该装置可以方便地安装在轨道车辆端部，在车辆碰撞过程中，起到耗散碰撞动能的作用。

Description

一种轨道车辆用碰撞吸能装置

技术领域

本发明属于碰撞吸能装置领域，尤其涉及一种轨道车辆用碰撞吸能装置。

背景技术

近年来，随着轨道交通的飞速发展，轨道交通车辆在运营过程中的安全问题也越来越受人们重视。同时，轨道交通的运营是集电务、工务、车辆、信号、乘务等一体的大系统，由于偶然的人为失误或者机械故障不可避免。因此，列车碰撞事故时有发生，造成巨大的人员伤亡和财产损失。提高车辆的耐撞性能是减低碰撞事故影响的最有效方法。

目前，在进行轨道车辆的耐撞性设计时，通常的做法为将车辆两端的非载人区设计为弱刚度，将载人区设计为强刚度，使车辆在碰撞事故中，非载人区产生大的塑性变形来耗散碰撞能量，载人区只产生弹性变形或者小的塑性变形，从而保证载人区空间的完整性。

非载人区耗散能量的结构主要分为两种：承载吸能结构和专用吸能结构。承载吸能结构除了在车辆碰撞事故中起吸收碰撞能量的作用，还要在正常的应用中承担载荷，该结构具有成本低、结构简单，但是碰撞发生后修复繁琐、修复成本高等特点。专用吸能结构是安装在车辆两端，平常应用中不承担任何载荷，只有在车辆发生碰撞事故时，通过其塑性变形来耗散碰撞能量，由于其变形稳定、更换方便、修复成本低等特点，在现代轨道车辆的耐撞性设计中有着广泛的应用。

如下现有技术文件中均提供了一种专用的碰撞吸能结构。

专利申请CN201010281420.3涉及一种碰撞缓冲吸能装置，其底板与导向凸台相连并与摩擦导向板保持一定距离，加工有轴向沟槽的吸能管件套装在导向凸台上，基板装在吸能管件另一端；沟槽可以加工在吸能管件的外表面也可以加工在吸能管件的内表面，吸能管件在装配时可以部分已经在沟槽处撕裂，也可以没有撕裂。当基板受压时，带动吸能管件向底板移动，移动过程中，通过吸能管件与导向凸台间的摩擦吸收一部分能量，同时，由于离底板越近导向凸台的横截面积越大，吸能管件于某一时刻在轴向沟槽处被撕裂，在撕裂过程中又吸收一部分能量，之后吸能管件被撕裂部分弯曲进入摩擦导向板与底板之间的空间，在前行中又通过摩擦吸收一部分能量，最终达到缓冲吸能效果。该碰撞缓冲吸能装置结构简单，加工制造容易，成本低廉。同时吸收能量负荷均匀，容量大，可以作为一种很好的被动安全防护设备。

另外，发明专利CN201310082195.4中也公开了一种缓冲均匀的新型吸能装置，所述吸能装置由预撕裂圆管、导向摩擦圆管及冲头组成，预撕裂圆管为薄壁金属圆管，其一端为圆台形漏斗状，具有一锥角，另一端与导向摩擦圆管通过粘结或钎焊固结在同一面板上且保持同轴，导向摩擦圆管稍长于预撕裂圆管以使吸能装置受冲击前其与冲头有部分配合，预撕裂圆管管壁及端口上分别开有撕裂槽与撕裂口，冲头头部为圆台状，与预撕裂圆管的近冲头端过渡平稳而顺滑，冲头内开有与导向摩擦圆管外壁过盈配合的通孔，起轴向定位作用，同时利用摩擦吸收一部分能量。此装置能量吸收主要依靠冲头挤压进预撕裂圆管引起的胀形及其后的圆管撕裂。具体地，所述预撕裂圆管内径尺寸为30～80mm，壁厚h1为2～5mm，长度L1为60～120mm。与传统的吸能方式相比，圆管的撕裂卷曲破坏在吸能效果上比破碎、轴向屈曲或翻转更有效，同时还具备有效行程长和冲击力平稳的特点。

但上述文件中公开的专用吸能结构均决定了其中只能采用薄壁结构的压溃吸能方式，此类型结构在初始压溃时都会有一个明显的撞击力峰值，会加大对后续结构的损伤，给耐撞性结构设计造成很大的不便。此外，薄壁结构的压溃吸能方式的最大有效行程一般均小于70％，因此该结构不能充分利用吸能装置的有效行程。

发明内容

针对现有轨道车辆吸能装置存在“初始撞击力峰值高”和“有效行程小”的缺点，本发明提供一种新的轨道车辆用碰撞吸能装置，该吸能装置能明显降低装置的初始撞击力峰值，且有效行程理论上能达到100％。且该装置可以方便地安装在轨道车辆端部，在车辆碰撞过程中，起到耗散碰撞动能的作用。此外，因现有技术中均是在预撕裂圆管的内壁或外壁上设置一定宽度的沟槽，但本申请的发明人却通过试验发现，这样的方案难以使得碰撞后预撕裂圆管有序撕裂。因此，本领域也需要一种撕裂更为稳定的吸能装置。

因此，本发明提供一种轨道车辆用碰撞吸能装置，包括连接件、基座以及设置在连接件径向外侧的吸能撕裂管，所述吸能撕裂管的内壁和外壁上含有径向位置相对应的一对或多对切缝，每对切缝均包含内切缝和外切缝，每条切缝均为非闭合的线型切缝，所述切缝的宽度均为0.05～0.8mm，每对切缝的深度之和均小于吸能撕裂管的壁厚。

在一种具体的实施方式中，所述切缝的长度方向与吸能撕裂管的长度方向一致，且切缝的宽度均为0.08～0.5mm。在一种具体的实施方式中，所述切缝的宽度为0.1～0.3mm，且所述切缝包括沿吸能撕裂管周向均匀分布的2～20对切缝。

在一种具体的实施方式中，所述吸能撕裂管为金属管材。

在一种具体的实施方式中，所述连接件和吸能撕裂管的长度方向一端均固定连接碰撞挡板，另一端均与基座连接，基座含有基座内孔且所述连接件贯穿基座内孔。

在一种具体的实施方式中，所述基座上包含半圆弧结构使得碰撞后的吸能撕裂管裂条可以在该结构的限制下定向卷曲。在吸能撕裂管撕裂成条状后，会在半圆结构的导向作用下向吸能撕裂管的周向外侧卷曲，从而进一步增加系统能耗和减小吸能装置的占用空间。

在一种具体的实施方式中，吸能撕裂管的直径为50～400mm，优选为100～200mm。半圆弧结构的直径为30～350mm，且半圆弧结构的直径比吸能撕裂管的直径小20～50mm。本发明中，将半圆弧结构31的直径限定在一个额定的范围，可使得撕裂后的裂条呈现出最适卷曲半径和最佳卷曲状态。

在一种具体的实施方式中，所述连接件2为空心的导向管，其轴向两端分别连接碰撞挡板和基座，导向管在基座内孔32中的运动可以在碰撞发生后为吸能撕裂管导向。且基座与导向管通过剪切螺栓连接用于碰撞后剪切螺栓断裂使得导向管能在基座内孔中轴向运动。在另一种具体的实施方式中，所述连接件2并不起导向作用，所述连接件2为硬质杆或柔性件，如铁丝，而通过如图2所示的基座3中轴向深入至吸能撕裂管中的一段起到内导向作用，该段的长度为撕裂管长度的1/5～2/3，优选1/3～1/2；或者通过如图5所示的外导向件5为吸能撕裂管导向，安装时，外导向件5固定安装在车体上。本发明中优选所述连接件2为柔性件，碰撞后其在撕裂管内弯折或卷曲，以便减小整个吸能装置的占用空间。

在一种具体的实施方式中，所述吸能撕裂管上靠近基座的一端设置有撕裂口，所述撕裂口贯通吸能撕裂管的壁厚方向，撕裂口的个数与切缝的对数一致且二者在轴向上连通。本发明中通过撕裂口的设置，使得吸能撕裂管膨胀后能沿撕裂口处开始产生稳定的撕裂。

在一种具体的实施方式中，所述撕裂口与切缝共同形成在吸能撕裂管的轴向上贯通两端的结构。

在一种具体的实施方式中，所述吸能撕裂管1的壁厚可以为1～50mm，但优选4～20mm，更优选6～20mm。本发明中，吸能撕裂管在碰撞撕裂后，在半圆弧结构31的导向卷曲作用下，裂条规则地卷曲。裂条的卷曲弧度与半圆弧结构31的直径有关，还与吸能撕裂管的直径和管壁厚度有关，也与撕裂后的裂片数即撕裂口12与切缝11的数目有关。

在一种具体的实施方式中，每条内切缝和外切缝的深度均为吸能撕裂管管壁厚度的1/10～2/5。

本发明至少具有如下有益效果：

1)由于吸能撕裂管1在内外表面均含有宽度极细的成对切缝，使得吸能撕裂管1在撕裂过程中，会产生更加稳定可靠的变形。

2)本发明以特定结构的切缝布置在吸能撕裂管1的内外壁上，使得本发明可以设置厚度更大的吸能撕裂管管壁，因而在有限空间内本发明提供的碰撞吸能装置的吸能效果更好。或者在实现相同碰撞吸能效果的前提下，本发明提供的装置中吸能撕裂管1可以更短，因而碰撞吸能装置所占空间更小。

3)本发明在基座3上设置特定的半圆弧结构31，所述半圆弧结构31设置在吸能撕裂管1的轴向一端，使得碰撞后的裂片会在基座半圆弧结构的约束下沿该结构规整地卷曲，具体是吸能撕裂管1撕裂后的裂片在轴向一端向其外周方向卷曲。该研发可以使得碰撞吸能装置整体占用更小的空间，同时还能增加该装置的吸能量。

4)本发明中通过吸能撕裂管1与基座3的一定长度的配合起到基础导向作用，还可以通过剪切螺栓断裂后导向管在基座内孔中的滑动对吸能撕裂管1起进一步导向作用，双重导向利于吸能撕裂管1的撕裂变形且提高了装置的导向能力。

附图说明

图1为本发明所述碰撞吸能装置的整体结构图，

图2为本发明图1所述碰撞吸能装置的剖视结构图，

图3为本发明中吸能撕裂管轴向示意图，

图4为本发明中吸能撕裂管径向示意图，

图5为本发明另一种碰撞吸能装置的剖视结构图；

图中，1、吸能撕裂管，2、连接件，3、基座，4、碰撞挡板，5、外导向件，11、切缝，111、内切缝，112、外切缝，12、撕裂口，31、半圆弧结构，32、基座内孔。

具体实施方式

图1～4显示出本发明提供一种轨道车辆用碰撞吸能装置，包括连接件2、基座3以及设置在连接件径向外侧的吸能撕裂管1，所述连接件2为软性连接件如铁丝，所述吸能撕裂管的内壁和外壁上含有径向位置相对应的八对切缝，每对切缝均包含内切缝和外切缝，每条切缝均为非闭合的线型切缝，所述切缝的宽度均为0.1～0.25mm，每条切缝的深度均为吸能圆管的管壁厚度的1/5，因而每对切缝的深度之和为吸能撕裂管的壁厚的2/5。所述连接件和吸能撕裂管的长度方向一端均固定连接碰撞挡板，另一端均与基座连接，基座含有基座内孔且且所述连接件贯穿基座内孔。所述基座上包含截面呈半圆的半圆弧结构使得碰撞后的吸能撕裂管裂条可以在该结构的限制下定向卷曲，从而进一步增加系统能耗和减小吸能装置的占用空间。图中，吸能撕裂管的直径为150mm，半圆弧结构的直径为125mm。所述吸能撕裂管上靠近基座的一端设置有贯通吸能撕裂管的壁厚方向的八个撕裂口，撕裂口与每对切缝在轴向上连通，且撕裂口与切缝共同形成在吸能撕裂管的轴向上贯通两端的结构。图中所述吸能撕裂管1的壁厚为10mm。

本发明中，所述非闭合的线型切缝是指每条切缝的首尾不相连，例如不是环状闭合切缝。所述切缝线可以是直线、曲线和折线等多种形式，当所述吸能撕裂管为圆柱管时，所述切缝例如为与吸能撕裂管轴线平行的直线；当所述吸能撕裂管为圆台管时，所述切缝例如为与圆台外壁走向一致的直线。当所述吸能撕裂管为外表曲面的管件时，所述切缝同样可设置为曲线状。在一种具体的实施方式中，每条切缝均为沿吸能撕裂管1长度方向延伸的切缝。本发明中，吸能撕裂管1上可以通过线切割形成一定深度的所述切缝，例如电火花线切割。

因现有技术中的沟槽的宽度显著大于本发明中切缝的宽度，本申请的发明人发现上述现有技术中的装置均是先把预撕裂圆管胀开再撕裂，在胀开的过程中，预撕裂圆管的塑性形变会集中在沟槽处，而不是均匀分布在预撕裂圆管的周向上，因而碰撞后这种装置的吸能效果受限。而本发明中的吸能撕裂管却没有胀开的过程，直接按照切缝的导向将吸能管撕裂。因为本发明中切缝的宽度很小，切缝宽度和深度的精度可以很高，例如可达0.001mm级，撕裂前切缝的存在不会对吸能撕裂管的结构产生影响，因而本发明中吸能撕裂管的厚度可以设置得明显大于现有技术中预撕裂圆管的壁厚。

本发明通过在吸能撕裂管的外壁和内壁均设置有宽度很小的切缝，使得撕裂时能沿轴向准确撕裂。撕裂过程中，切缝不会与基座发生接触，能形成更稳定的撕裂。

本发明中，连接件为导向管时，导向管与基座通过剪切螺栓连接，在车辆正常应用时，剪切螺栓起间接加强吸能撕裂管1与基座3之间连接的作用；在车辆碰撞时，剪切螺栓剪断，导向管在基座内孔32中滑动，对吸能撕裂管1起导向作用。在一种具体的实施方式中，所述碰撞吸能装置为轨道车辆用碰撞吸能装置，且所述碰撞挡板4设置在轨道车辆长度方向的前后两端，而基座3与轨道车辆本体固定连接。

在本发明一种具体的实施方式中，基座3起基础导向作用或起完全导向作用，当基座3仅起基础导向作用时，吸能撕裂管1与基座3的装配长度为吸能撕裂管1管长的2～30％，优选为5～20％。吸能撕裂管1与基座3的装配起基础导向作用时，且在导向管2或外导向件5的精细导向作用下，吸能撕裂管1的撕裂更稳定。本发明中，剪切螺栓的断裂极限远小于吸能撕裂管1的撕裂极限，因而在吸能撕裂管1撕裂前剪切螺栓已经断裂。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种轨道车辆用碰撞吸能装置，包括连接件(2)、基座(3)以及设置在连接件(2)径向外侧的吸能撕裂管(1)，所述吸能撕裂管(1)的内壁和外壁上含有径向位置相对应的一对或多对切缝(11)，每对切缝(11)均包含内切缝(111)和外切缝(112)，每条切缝均为非闭合的线型切缝，所述切缝的宽度均为0.05～0.8mm，每对切缝的深度之和均小于吸能撕裂管(1)的壁厚。

2.根据权利要求1所述碰撞吸能装置，其特征在于，所述切缝的长度方向与吸能撕裂管(1)的长度方向一致，且切缝的宽度均为0.08～0.5mm。

3.根据权利要求2所述碰撞吸能装置，其特征在于，所述切缝的宽度为0.1～0.3mm，且所述切缝包括沿吸能撕裂管(1)周向均匀分布的2～20对切缝。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述碰撞吸能装置，其特征在于，所述连接件(2)和吸能撕裂管(1)的长度方向一端均固定连接碰撞挡板(4)，另一端均与基座(3)连接，基座(3)含有基座内孔(32)且所述连接件(2)贯穿基座内孔。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述碰撞吸能装置，其特征在于，所述基座(3)上包含半圆弧结构(31)使得碰撞后的吸能撕裂管(1)裂条可以在该结构的限制下定向卷曲。

6.根据权利要求5所述碰撞吸能装置，其特征在于，吸能撕裂管(1)的直径为50～400mm，半圆弧结构(31)的直径为30～350mm，且半圆弧结构(31)的直径比吸能撕裂管(1)的直径小20～50mm。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述碰撞吸能装置，其特征在于，所述吸能撕裂管(1)上靠近基座(3)的一端设置有撕裂口(12)，所述撕裂口(12)贯通吸能撕裂管(1)的壁厚方向，撕裂口(12)的个数与切缝(11)的对数一致且二者在轴向上连通。

8.根据权利要求7所述碰撞吸能装置，其特征在于，所述撕裂口(12)与切缝(11)共同形成在吸能撕裂管(1)的轴向上贯通两端的结构。

9.根据权利要求1～3中任意一项所述碰撞吸能装置，其特征在于，所述吸能撕裂管(1)的壁厚为6～20mm。

10.根据权利要求1～3中任意一项所述碰撞吸能装置，其特征在于，每条内切缝(111)和外切缝(112)的深度均为吸能撕裂管(1)管壁厚度的1/10～2/5。

11.根据权利要求4所述碰撞吸能装置，其特征在于，所述连接件为空心的导向管，其轴向两端分别连接碰撞挡板和基座，导向管在基座内孔中的运动会在碰撞发生后为吸能撕裂管导向；且基座与导向管通过剪切螺栓连接用于碰撞后剪切螺栓断裂使得导向管能在基座内孔中轴向运动。