CN108423078A - 一种新型客车碰撞吸能安全车架结构 - Google Patents

一种新型客车碰撞吸能安全车架结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型客车碰撞吸能安全车架结构，包括向前倾斜地设置在客车两侧的用以支撑车顶的斜立柱、固定连接在所述斜立柱中下部可随斜立柱变形而移动的客舱地板、以及由位于客车侧围的横梁与斜立柱连接组成的若干平行四边形吸能结构，所述平行四边形吸能结构的对角线上连接设置有吸能钢索。本发明在车辆发生车顶朝下的严重翻车事故或正碰事故时，能将事故过程中产生的能量均匀传递到车身两侧的吸能装置，避免翻车事故中客车两侧立柱折断导致车顶塌陷造成严重的人员伤亡，同时能分散事故过程中的能量从而避免车身发生严重的局部车身变形，有效提高了客车在事故中乘员保护能力，且具有结构简单，便于布置的优点。

Description

一种新型客车碰撞吸能安全车架结构
技术领域
本发明涉及客车车架结构，特别涉及一种新型客车碰撞吸能安全车架结构。
背景技术
客车由于车架结构设计简单，载客量大，发生交通事故的危害性极大，尤其是当发生车顶朝下的翻车事故时，客车的两侧支撑车顶的立柱往往会折断坍塌，客车车顶完全入侵车内乘客的生存空间，导致严重的乘员伤亡的后果。虽然我国针对客车车身结构制定了强制性安全标准，如GB13094-2007《客车结构安全要求》和GB/T17578-1998《客车上部结构强度的规定》等，这些标准要求客车车顶能承受1.5倍自身车重的载荷。客车生产商一般会采用提高立柱的强度和刚度的方法，以满足国家提出的客车上部结构安全要求。但是在车顶着地的事故中所受车顶所受的载荷往往会超过1.5倍客车自身车重的载荷，此时车顶立柱会发生屈服变形并发生折断，失去应有的保护能力，车顶快速地向客舱内部入侵，造成严重的人员伤亡。而当客车发生正碰事故时，由于车头区域受力较为集中，往往会出现车头区域变形严重，车中后部却受损较为轻微情况。因此需要一种新型的客车车架结构，引入现代汽车设计中吸能缓冲的设计理念，使翻车时作用于车顶的能量科学地被吸能结构吸收，防止立柱折断，从而提高客车发生翻车事故时的保护能力：正碰时尽可能将作用力传递到车身中后部，耗散碰撞过程中的能量，避免车头区域受力过于集中的情况。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，设计一种新型的客车立柱布置方式和隐藏于客车两侧车壁内部的吸能结构，能同时在正面碰撞事故和翻车事故中起到吸能缓冲的作用，同时在车辆变形时移动客舱地板，保证车乘员的生存空间，解决了目前客车的上部结构虽有强度，但一旦负载过大时就会发生崩塌变形的问题，以及正碰事故中车头部位受力过于集中，变形严重的问题。
本发明通过下述方案实现：
一种新型客车碰撞吸能安全车架结构，包括向前倾斜地设置在客车两侧的用以支撑车顶的斜立柱、固定连接在所述斜立柱中下部可随斜立柱变形而移动的客舱地板、以及由位于客车侧围的横梁与所述斜立柱连接组成的若干平行四边形吸能结构，所述平行四边形吸能结构的对角线上连接设置有吸能钢索。
进一步地，所述的斜立柱由底部至顶部向客车车头方向倾斜。
进一步地，所有斜立柱倾斜的角度和方向相一致，平行布置在所在侧围的平面上。
进一步地，所述的斜立柱向客车车头方向倾斜的角度为8-12度。
进一步地，所述吸能钢索的材料为淬火延性钢，强度较高，延性好，满足轻量化的要求。
进一步地，所述两根吸能钢索中，较长吸能钢索的强度大于较短吸能钢索的强度，因为当客车发生翻车事故受到由车顶部向内部的作用力时，平行四边形长边对角线上的较长吸能钢索绷紧受力并发生塑性拉伸变形，而短边对角线上的较短吸能钢索松弛不起作用。
进一步地，所述位于客车侧围的横梁与地面平行且与所述斜立柱采用旋转和刚性连接相结合的连接方式，以保证车架具有足够的刚性。
进一步地，所述横梁与所述斜立柱的连接处采用中部一个大铆钉、所述大铆钉四周用若干直径小于大铆钉的小铆钉的锚固方式相连接，当碰撞发生，所述横梁与所述斜立柱之间的扭转力矩大于设定值时，四周的小铆钉会断裂，小铆钉的连接将被破坏，但中央较大的铆钉仍然保持连接，这样二者可以以中央的大铆钉为轴心产生相对旋转，令平行四边形结构可以按既定的方向变形而不破坏立柱和横梁的结构，实现平行四边形的变形吸能，同时保证立柱和横梁不会因在连接处局部受力过大而发生变形或折断。
进一步地，所述客舱地板与所述斜立柱采用旋转和刚性连接相结合的连接方式，以保证车架具有足够的刚性。
进一步地，所述客舱地板与所述斜立柱的连接处采用中部一个大铆钉、所述大铆钉四周用若干直径小于大铆钉的小铆钉的锚固方式相连接，当事故中车顶发生移位时，客舱地板会随着斜立柱的移动而移位下沉，以保证乘员生存空间的完整性。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
客车两侧的斜立柱向前倾斜，使得客车无论发生正面碰撞的事故或翻车事故，客车两侧的斜立柱都不会直接垂直或平行于碰撞方向，有利于减小碰撞瞬间斜立柱所承受的瞬时最大应力，防止斜立柱在碰撞时折断。并且倾斜的立柱设计，有利于在客车两侧的车壁内部与横梁形成平行四边形结构，该结构较传统的矩形结构更有利于诱导作用力分散传播，并发生吸能变形，吸收碰撞过程中产生的能量，防止客车局部应力过大发生折断，减少碰撞时加速度的峰值，提高碰撞安全性。客舱地板固定在斜立柱的中下部，有利于当车顶发生向内塌陷时同时降低客舱地板的位置，能尽可能地保持减少事故对车内乘员生存空间侵占的影响。
附图说明
图1为本发明实施例的整体示意图。
图2为本发明实施例的客车侧围上两相邻立柱间部分的结构图。
图3为本发明实施例的平行四边形吸能结构示意图。
图4为本发明实施例的平行四边形吸能结构内的吸能钢索的拉伸应变与应力的关系的示意图。
图5为本发明实施例的平行四边形吸能结构两相邻边连接方式的示意图。
图中：1-斜立柱；2-客舱地板；3-横梁；4-吸能钢索，5-大铆钉，6-小铆钉。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限如此。
实施例
如图1、图2所示，一种新型客车碰撞吸能安全车架结构，包括向前倾斜地设置在客车两侧的用以支撑车顶的斜立柱1、固定连接在所述斜立柱1中下部可随斜立柱1变形而移动的客舱地板2、以及由位于客车侧围的横梁3与所述斜立柱1连接组成的若干平行四边形吸能结构，所述平行四边形吸能结构的对角线上连接设置有吸能钢索4, 图2中的a-f为吸能钢索4与平行四边形的连接点。
所述的斜立柱1由底部至顶部向客车车头方向倾斜8-12度，且所有斜立柱1倾斜的角度和方向相一致，平行布置在所在侧围的平面上，具体的倾斜角度根据车辆具体的设计要求和使用环境决定。
如图3所示，所述平行四形边结构由大客车的斜立柱1、侧围内的横梁3、对角线上的两条吸能钢索4组成，吸能钢索4的两端分别固定在平行四边形的对角上。所述吸能钢索4的材料为淬火延性钢（QP钢），因其具有较高的抗拉强度和较好的延性的特征，能较好地满足结构的轻量化的要求和保证在变形过程中受力稳定不易发生断裂。另外，所述两根吸能钢索4中，较长吸能钢索4的强度大于较短吸能钢索4的强度，因为当客车发生翻车事故受到由车顶部向内部的作用力时，平行四边形长边对角线上的较长吸能钢索4绷紧受力并发生塑性拉伸变形，而短边对角线上的较短吸能钢索4松弛不起作用。
以上所述的吸能钢索4具有以下特性：
如图4所示，当车辆仅发生轻度碰撞时，车架仅发生较小程度的变形，较长吸能钢索4变形量较小，此时仍处于弹性形变范围内（如图4所示o点到a点范围），较长吸能钢索4产生的拉伸应力随变形量的增大而增加，碰撞结束后较长吸能钢索4能恢复原状，无需更换，不会对车架性能造成影响。当发生较严重的碰撞时，由于平行四边形的变形程度较大，导致较长吸能钢索4拉伸变形量较大，较长吸能钢索4处于塑性形变范围（如图4所示a点到b点范围），塑性变形过程中吸收能量，防止其它结构因受力集中而变形断裂，碰撞结束后较长吸能钢索4不会恢复原状，能量不会再次释放，保证了结构的安全性。
所述位于客车侧围的横梁3与地面平行且与所述斜立柱1采用旋转和刚性连接相结合的连接方式，以保证车架具有足够的刚性，本实施例中具体为：
如图5所述，所述横梁3与所述斜立柱1的连接处采用中部一个大铆钉5、所述大铆钉5四周用四个直径小于大铆钉5的小铆钉6的锚固方式刚性连接，正常情况下二者刚性连接，不会有任何相对运动，以保证车架具有足够的刚性，当碰撞发生，所述横梁3与所述斜立柱1之间的扭转力矩大于设定值时，四周的小铆钉会断裂，小铆钉6的连接将被破坏，但中央较大的大铆钉5仍然保持连接，这样二者可以以中央的大铆钉5为轴心产生相对旋转，令平行四边形结构可以按既定的方向变形而不破坏立柱和横梁的结构，实现平行四边形的变形吸能，同时保证立柱和横梁不会因在连接处局部受力过大而发生变形或折断。
所述客舱地板2与所述斜立柱1采用旋转和刚性连接相结合的连接方式，以保证车架具有足够的刚性，具体连接方式与横梁相似：所述客舱地板2固定在所述斜立柱1的中下部。有利于当车顶发生向内塌陷时同时降低客舱地板的位置，能尽可能地保持减少事故对车内乘员生存空间侵占的影响。
所述客舱地板2与所述斜立柱1的连接处采用中部一个大铆钉5、所述大铆钉5四周用若干直径小于大铆钉5的小铆钉6的锚固方式刚性连接，正常情况下二者刚性连接，不会有任何相对运动，以保证车架具有足够的刚性，当扭转力矩过大时各小铆钉6的连接将被破坏，可自动破坏刚性连接，两者之间可绕所述大铆钉5相互旋转但不脱离，从而防止客舱地板2被扭转力矩破坏。当斜立柱1在事故发生后发生偏转，车顶开始向下塌陷侵入车内空间时，客舱地板2会同时向车底方向移动，以争取更多的乘员生存空间。
所述客舱地板2固定在所述斜立柱1的中下部。有利于当车顶发生向内塌陷时同时降低客舱地板的位置，能尽可能地保持减少事故对车内乘员生存空间侵占的影响，争取更多的车内乘员生存空间，提高事故时乘员的生存率。
本发明是一种新型的客车车架结构，该结构的创新点包括向前倾斜的立柱，可随车体变形移动的客舱地板，以及用于吸能的平行四边形结构。其中平行四边形结构通过内部对角形位置布置的强度高，延性好的吸能钢索，在事故过程中诱导发生塑性形变，从而起到吸收能量的作用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所受实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的转换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型客车碰撞吸能安全车架结构，其特征在于：包括向前倾斜地设置在客车两侧的用以支撑车顶的斜立柱(1)、固定连接在所述斜立柱(1)中下部可随斜立柱(1)变形而移动的客舱地板(2)、以及由位于客车侧围的横梁(3)与所述斜立柱(1)连接组成的若干平行四边形吸能结构，所述平行四边形吸能结构的对角线上连接设置有两根吸能钢索(4)。
2.根据权利要求1所述的新型客车碰撞吸能安全车架结构，其特征在于：所述的斜立柱(1)由底部至顶部向客车车头方向倾斜。
3.根据权利要求1或2所述的新型客车碰撞吸能安全车架结构，其特征在于：所有斜立柱(1)倾斜的角度和方向相一致，平行布置在所在侧围的平面上。
4.根据权利要求1或2所述的新型客车碰撞吸能安全车架结构，其特征在于：所述的斜立柱(1)向客车车头方向倾斜的角度为8-12度。
5.根据权利要求1所述的新型客车碰撞吸能安全车架结构，其特征在于：所述吸能钢索(4)的材料为淬火延性钢。
6.根据权利要求1所述的新型客车碰撞吸能安全车架结构，其特征在于：所述两根吸能钢索(4)中，较长吸能钢索(4)的强度大于较短吸能钢索(4)的强度。
7.根据权利要求1所述的新型客车碰撞吸能安全车架结构，其特征在于：所述位于客车侧围的横梁(3)与地面平行且与所述斜立柱(1)采用旋转和刚性连接相结合的连接方式。
8.根据权利要求8所述的新型客车碰撞吸能安全车架结构，其特征在于：所述横梁(3)与所述斜立柱(1)的连接处采用中部一个大铆钉(5)、所述大铆钉(5)四周用若干直径小于大铆钉(5)的小铆钉(6)的锚固方式相连接。
9.根据权利要求1所述的新型客车碰撞吸能安全车架结构，其特征在于：所述客舱地板(2)与所述斜立柱(1)采用旋转和刚性连接相结合的连接方式。
10.根据权利要求9所述的新型客车碰撞吸能安全车架结构，其特征在于：所述客舱地板(2)与所述斜立柱(1)的连接处采用中部一个大铆钉(5)、所述大铆钉(5)四周用若干直径小于大铆钉(5)的小铆钉(6)的锚固方式相连接。
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