CN110588702A - 一种轨道车辆诱导式压溃吸能装置 - Google Patents

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杨冰
刘禹昕
高宁
张相宁
陈书剑
缪得祥
肖守讷
阳光武
朱涛
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    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F19/00—Wheel guards; Bumpers; Obstruction removers or the like
    • B61F19/04—Bumpers or like collision guards

Abstract

本发明的目的是提供一种轨道车辆诱导式压溃吸能装置，属于轨道交通车辆被动安全技术领域，防爬器的背面与各吸能管前端分别焊接固定，吸能管尾端与安装座内侧固定，所述吸能管包括等长且前部均设有诱导孔的第一吸能管、第二吸能管、第三吸能管、第四吸能管，它们同轴、等距嵌套设置；所述诱导孔沿吸能管周向设置。所述安装座表面设有四个圆形凹槽，用于吸能管插入固定，同时第一吸能管与安装座焊接固定。所述第一吸能管、第二吸能管、第三吸能管和第四吸能管均设有四段形状为矩形的诱导孔，两两交叉设置。用于车辆被动安全。

Description

一种轨道车辆诱导式压溃吸能装置
技术领域
本发明属于轨道交通车辆被动安全技术领域，涉及列车端部的被动安全技术。
背景技术
近年来随着我国高速铁路快速发展，对列车高速化和轻量化的要求也越来越高，在速度提高和质量减少的同时列车的运行安全性也越来越得到业界人士的高度关注，其中列车的被动安全性能尤为关注。吸能防爬装置是轨道列车被动安全性中的重要部分，其主要作用是在机车车辆发生不可避免的碰撞时通过吸能防爬装置吸收车端的碰撞能量，减少车辆冲击，最大程度保护司乘人员和车上设备的安全，尽可能地减少碰撞事故带来的损失。
现有的轨道车辆防爬吸能装置是主要有切削式吸能、压溃式吸能、翻卷式吸能和膨胀式吸能四种，切削式吸能主要靠刀具切削材料来吸能，吸收能量较少，无法克服碰撞过程中产生的大能量波动。
金属圆管发生翻卷变形时载荷平稳，但吸能过程中容易失稳，对吸能装置的尺寸要求比较严格。
压溃结构主要依靠压溃管或者蜂窝结构吸能。压溃结构在吸收能量的时候稳态力波动较大，变形模式不确定，失稳时会突然减小失去吸能能力。
膨胀式吸能装置主要有管材的扩胀和气体膨胀，在碰撞发生时很难有效地控制其吸收的能量范围，无法克服稳态力水平低，吸能容量小的缺点。
通过以上分析可以发现，现有吸能结构各有优势和不足，最大的问题是克服峰值力过大、稳态力波动以及变形模式可控性。本发明提供的一种用于轨道车辆的诱导式吸能装置。采用4个吸能压溃管同轴等长度嵌套结构，形成单向压溃的稳定变形模式。在机车车辆发生碰撞时通过诱导孔，产生预计的变形模式，降低了峰值力，增加了稳态力的平稳性，保证了吸能装置的能量吸收能力。大大降低了司乘人员和车上设备的纵向冲击，结构简单，加工容易，对解决现存问题很有价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种轨道车辆诱导式压溃吸能装置，它能有效地降低机车车辆发生碰撞时产生的初始峰值力的问题。
本发明的目是通过以下技术方案来实现的：一种轨道车辆诱导式压溃吸能装置，包括防爬器、安装座和吸能管，防爬器的背面与各吸能管前端分别焊接固定，吸能管尾端与安装座内侧固定，所述吸能管包括等长且前部均设有诱导孔的第一吸能管、第二吸能管、第三吸能管、第四吸能管，它们同轴、等距嵌套设置；所述诱导孔沿吸能管周向设置。
所述防爬器为二级内凹结构。
所述安装座内侧表面设有四个同心的圆形凹槽，用于吸能管插入固定，同时第一吸能管与安装座焊接固定。
所述第一吸能管、第二吸能管、第三吸能管和第四吸能管均设有四段形状为矩形的诱导孔，两两交叉设置。
所述第一吸能管、第二吸能管、第三吸能管和第四吸能管前部的诱导孔距防爬器距离分别为140mm、200mm、80mm、200mm，每个诱导孔的弧长对应的角度为72o，宽为10mm。
进一步地，所述吸能结构包括第一吸能管、第二吸能管、第三吸能管、第四吸能管上的诱导孔的长度，宽度，距防爬器的距离尺寸得出方法如下：根据基础性研究，诱导孔的长度、宽度、距防爬器的距离可以认为是独立变量。诱导孔开孔角度水平范围18°-72°，宽度水平范围5-20mm，端距水平范围80-200mm,故设计出六因素四水平的正交性试验，共32组试验对比组。将吸能量与峰值力的比值设定为预期目标，通过仿真对比得出最优方案。增加了压溃变形模式的稳定性，有效的降低碰撞初始峰值力，根据仿真对比，得到力位移曲线如图3所示，所述吸能结构峰值力明显降低。
与现有技术相比的优点与效果：本发明涉及的这种用于轨道车辆的诱导式压溃吸能装置，采用4个吸能压溃管同轴等长度嵌套结构，形成单向压溃的稳定变形模式。在机车车辆发生碰撞时通过诱导孔，产生预计的变形模式，降低了峰值力，增加了稳态力的平稳性，保证了吸能装置的能量吸收能力。大大降低了司乘人员和车上设备的纵向冲击，结构简单，加工容易，对解决现存问题很有价值。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明的三维结构分解图；
图3为本发明有无诱导孔的吸能装置的力-位移曲线对比图。
具体实施方式
如图1所示，一种轨道车辆诱导式压溃吸能装置，包括防爬器1、安装座6和吸能管，防爬器1的背面与各吸能管前端分别焊接固定，吸能管尾端与安装座6内侧固定，所述吸能管包括等长且前部均设有诱导孔7的第一吸能管5、第二吸能管4、第三吸能管3、第四吸能管2，它们同轴、等距嵌套设置；所述诱导孔7沿吸能管周向设置。所述防爬器1为二级内凹结构。所述安装座6表面内侧设有四个同心的圆形凹槽，从里到外分别用于插入对应的吸能管并固定，同时第一吸能管5与安装座6焊接固定。所述第一吸能管5、第二吸能管4、第三吸能管3和第四吸能管2均设有四段形状为矩形的诱导孔7，两两交叉设置。
进一步地，所述第一吸能管5第二吸能管4、第三吸能管3和第四吸能管2端部的诱导孔7距防爬器1距离、长度、宽度、基于正交性试验得出，分别为140mm、200mm、80mm、200mm。每个诱导孔的弧长对应的角度为72o，宽10mm。
增加了压溃变形模式的稳定性，有效的降低碰撞初始峰值力，根据仿真对比，峰值力降低。
用于轨道车辆的诱导式压溃吸能装置，采用4个吸能压溃管同轴等长度嵌套结构，形成单向压溃的稳定变形模式。在机车车辆发生碰撞时通过诱导孔，产生预计的变形模式，降低了峰值力，增加了稳态力的平稳性，保证了吸能装置的能量吸收能力。大大降低了司乘人员和车上设备的纵向冲击，结构简单，加工容易，对解决现存问题很有价值。
当机车车辆发生碰撞时首先撞击防爬器，防爬器为一个二级内凹的结构，有效地防止了爬车，降低了碰撞的危害；由于纵向碰撞力的原因，使防爬器产生纵向位移，防爬器将纵向撞击力传递给各吸能管；防爬器相对于各吸能管的刚度相对于较大，几乎没有变形，故防爬器同时压缩各吸能压溃管；各吸能压溃管上的诱导孔诱导吸能管产生稳定有序的混合模式变形，吸能装置的效果峰值力对比如图3所示，峰值力明显下降，达到稳定吸能的目的。
本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种轨道车辆诱导式压溃吸能装置，包括防爬器(1)、安装座(6)和吸能管，防爬器(1)的背面与各吸能管前端分别焊接固定，吸能管尾端与安装座(6)内侧固定，其特征在于：所述吸能管包括等长且前部均设有诱导孔(7)的第一吸能管(5)、第二吸能管(4)、第三吸能管(3)、第四吸能管(2)，它们同轴、等距嵌套设置；所述诱导孔(7)沿吸能管周向设置。
2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆诱导式压溃吸能装置，其特征在于：所述防爬器(1)为二级内凹结构。
3.根据权利要求1所述的一种轨道车辆诱导式压溃吸能装置，其特征在于：所述安装座(6)内侧表面设有四个同心的圆形凹槽。
4.根据权利要求1所述的一种轨道车辆诱导式压溃吸能装置，其特征在于：所述第一吸能管(5)、第二吸能管(4)、第三吸能管(3)和第四吸能管(2)均设有四段形状为矩形的诱导孔(7)，两两交叉设置。
5.根据权利要求1所述的一种轨道车辆诱导式压溃吸能装置，其特征在于：所述第一吸能管(5)、第二吸能管(4)、第三吸能管(3)和第四吸能管(2)前部的诱导孔(7)距防爬器(1)距离分别为140mm、200mm、80mm、200mm，每个诱导孔的弧长对应的角度为72o，宽为10mm。
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