CN111055874B - 一种多级主动伸出式列车防撞缓冲结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级主动伸出式列车防撞缓冲结构，该结构设置在车头与第一节车厢之间，该结构包括多级依次可伸缩套设的首级防撞缓冲模块以及多个次级防撞缓冲模块，所述的首级防撞缓冲模块与车头连接，最后一个次级防撞缓冲模块与第一节车厢连接，每个次级防撞缓冲模块的尺寸依次增大，并在其两侧内壁设有多层呈倒刺状的阻尼材料块，用以吸收撞击能量。与现有技术相比，本发明具有占用空间小、撞击能吸收效果高、成本低、可靠性高等优点。

Description

一种多级主动伸出式列车防撞缓冲结构

技术领域

本发明涉及交通安全领域，尤其是涉及一种多级主动伸出式列车防撞缓冲结构。

背景技术

列车运行过程中的安全问题一直是人们关注的重点，每次列车发生碰撞都会引起严重的生命财产安全问题，社会影响也随之受到波动。因为在机械装备碰撞发生时，基本所有的撞击能都会被装备本身材料的形变吸收，所以每次列车发生撞击后，列车前部车厢都会有严重的变形且车厢内人员安全得不到保障。但随着技术的发展与应用，列车的无人驾驶对列车安全提出了更高的要求，所以列车的安全研究是现在的当务之急。在现有的技术研究中两个方向是最主要的：

1、增大缓冲空间，

2、靠材料的形变来吸收掉撞击能。

这两个途径是解决撞击问题的主要方向。

目前大多数的列车撞击研究，是通过改变其固有空间内的内部支撑结构与改进其结构材料来保护乘客的安全，但这种通过被动保护的方式方法基本已经接近极限，因为车辆的整体结构尺寸空间受到国家法律法规的规定约束，所以内部空间是固定的，对于被动安全结构的提升空间已不大，但目前随着列车速度的进一步提升，运营安全的要求越来越高，被动安全固然重要，但由于列车内部空间的限制已无法满足当今需要，所以如何利用、拓展列车外部空间，是列车运营保护的趋势。

在列车运行中，列车只有沿轨道轴向的运行，所以对于列车头来说，不光代表未来无人驾驶列车，当今列车的列车车头依然扮演者缓冲吸能的作用。但每次列车撞击后经研究发现，整列列车人员受到伤害程度最大为列车车头后的第一节车厢，第二节为金属件变形较大相对第一节车厢内的人员伤害较小，所以如何保护列车后的第一节车厢乘客则是需要考虑的主要问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多级主动伸出式列车防撞缓冲结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多级主动伸出式列车防撞缓冲结构，该结构设置在车头与第一节车厢之间，该结构包括多级依次可伸缩套设的首级防撞缓冲模块以及多个次级防撞缓冲模块，所述的首级防撞缓冲模块与车头连接，最后一个次级防撞缓冲模块与第一节车厢连接，每个次级防撞缓冲模块的尺寸依次增大，并在其两侧内壁设有多层呈倒刺状的阻尼材料块，用以吸收撞击能量。

所述的首级防撞缓冲模块由一体成型的主壳体与底板构成，所述的主壳体中空，其顶端与车头固接，所述的底板嵌套在第一个次级防撞缓冲模块内，并且能够在次级防撞缓冲模块内滑动。

每个次级防撞缓冲模块均呈桶状，且由主筒体与底部撞击板构成，所述的阻尼材料块设置在主筒体的两侧内壁上，每个次级防撞缓冲模块的底部撞击板均套嵌在下一个次级防撞缓冲模块的主筒体内共同构成多级可伸缩套设结构，最后一个次级防撞缓冲模块的底部撞击板与第一节车厢固接。

所述的阻尼材料块包括固定在主筒体内壁上的固定挡块和支铰座以及一端与支铰座铰接另一端通过弹簧固定连接主筒体内壁的矩形挡块，所述的矩形挡块在弹簧固定应力的作用下与主筒体内壁呈一定角度设置，并且张开方向对准上一个次级防撞缓冲模块的底部撞击板或首级防撞缓冲模块的底板，所述的固定挡块设置在矩形挡块后部，用以防止矩形挡块在受到撞击后的回转角度大于90度。

所述的矩形挡块在弹簧固定应力的作用下与主筒体内壁呈45度。

所述的首级防撞缓冲模块的主壳体表面以及每个次级防撞缓冲模块的主筒体表面均设有用以加大形变并以设定角度屈曲的折点。

每个次级防撞缓冲模块的主筒体和底部撞击板以及阻尼材料块的材料硬度小于下一个次级防撞缓冲模块，使得前一个次级防撞缓冲模块较下一个次级防撞缓冲模块更容易发生破坏变形。

每个次级防撞缓冲模块内的阻尼材料块的尺寸以及被破坏所需的能量随次级防撞缓冲模块尺寸的增大依次增大。

最后一个次级防撞缓冲模块的底部撞击板通过一中空的连接筒与第一节车厢固定连接。

在该结构未使用时，首级防撞缓冲模块以及每个次级防撞缓冲模块均回缩到下一个次级防撞缓冲模块内，每个次级防撞缓冲模块内阻尼材料块的矩形挡块被压合，在该结构使用时，首级防撞缓冲模块以及每个次级防撞缓冲模块依次伸出，每个次级防撞缓冲模块内阻尼材料块的矩形挡块在弹簧固定应力的作用下弹出。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明的列车防撞缓冲结构采用多级可伸缩的结构，不但占用空间小，且在发生碰撞工作时可大大增加列车碰撞时的缓冲空间。

二、本发明通过在各个次级防撞缓冲模块的侧壁上安装了阻尼材料块，在发生碰撞时的被动破坏吸收撞击能，效果好、成本低且可靠性高。

三、本发明采用递进式的吸能方式，在整个次级防撞缓冲模块中，前一个次级防撞缓冲模块的材料硬度低于相对后一个次级防撞缓冲模块的材料硬度，且设有折点更易于后一个次级防撞缓冲模块的破坏，通过次级防撞缓冲模块的被动破坏吸收撞击产生的能量，递进式的吸能方式能够大大增加吸能的效果。

附图说明

图1为本发明的未工作时的列车结构示意图。

图2为本发明的工作时的列车结构示意图。

图3为伸缩车厢的结构示意图。

图4为阻尼材料块的结构示意图。

图5为车厢模块凹槽的偏角视图。

图6为装置安装列车上的侧剖面图。

图7为本发明在未使用时的结构示意图。

图8为本发明在使用时的结构示意图。

图9为矩形挡块的结构示意图，其中，图(9a)为主结构示意图，图(9b)为侧视图，图(9c)为底面结构示意图。

图中标记说明：

其中：1、列车车厢A，2、列车车厢B，3、未工作时的防撞缓冲结构，4、车头，5、工作时的防撞缓冲结构，6、首级防撞缓冲模块，7、第一个次级防撞缓冲模块，8、第二个次级防撞缓冲模块，9、内壁，10、最后一个次级防撞缓冲模块，11、底部撞击板，12、底板，13、主筒体侧壁滑动范围，14、阻尼材料块，15、矩形挡块，16、弹簧，17、铰支座，18、固定挡块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明在结构可靠性的前提下，通过车厢壁的伸缩来实现缓冲空间的大数量级的增加，通过车厢壁内阻尼材料块与车厢模块壁的变形来增大撞击能量的吸收。

如图1-3所示，本发明提供一种多级主动伸出式列车防撞缓冲结构，用以在轨道交通列车发生撞击的情况中，本结构设置于列车的车头4后，与车头4和车头后部的第一节车厢进行连接如图6所示，包括通过多级依次可伸缩套设的首级防撞缓冲模块6以及多个次级防撞缓冲模块，首级防撞缓冲模块6与车头4连接，最后一个次级防撞缓冲模块与第一节车厢连接，每个次级防撞缓冲模块的尺寸依次增大，并在其两侧内壁9设有多层呈倒刺状的阻尼材料块14，用以吸收撞击能量。

首级防撞缓冲模块6由一体成型的主壳体与底板12构成，主壳体中空，其顶端与车头4固接，底板12嵌套在第一个次级防撞缓冲模块内，并且能够在次级防撞缓冲模块内滑动。

每个次级防撞缓冲模块均呈桶状，且由主筒体与底部撞击板11构成，阻尼材料块14设置在主筒体的两侧内壁9上，每个次级防撞缓冲模块的底部撞击板11均套嵌在下一个次级防撞缓冲模块的主筒体内共同构成多级可伸缩套设结构，最后一个次级防撞缓冲模块的底部撞击板11与第一节车厢固接。

如图4、5和9所示，阻尼材料块14包括固定在主筒体内壁9上的固定挡块18和支铰座17以及一端与支铰座17铰接另一端通过弹簧16固定连接主筒体内壁9的矩形挡块15，矩形挡块15在弹簧16固定应力的作用下与主筒体内壁9呈一定角度设置，并且张开方向对准上一个次级防撞缓冲模块的底部撞击板11或首级防撞缓冲模块6的底板12，固定挡块18设置在矩形挡块15后部，用以防止矩形挡块15在受到撞击后的回转角度大于90度。

本发明采用递进的方式吸能，阻尼材料块14中的矩形挡块15和固定挡块18均由硬度相对于前一个防撞缓冲模块较小的材料制成，所以在发生撞击后，通过阻尼材料块14的形变破坏进行吸收撞击能，且各个防撞缓冲模块中的阻尼材料块14的大小随防撞缓冲模块的尺寸依次增大，因此，在被撞击压缩程度越大，被破坏所需的能量就越高(前一个阻尼材料块14的硬度小于后一个防撞缓冲模块的材料硬度)。并且前一个防撞缓冲模块相对于后一个防撞缓冲模块的材料硬度小，所以在撞击发生后前一个防撞缓冲模块相较于后一个防撞缓冲模块更容易被破坏，通过防撞缓冲模块和阻尼材料块14的共同破坏变形，达到对撞击能的吸收的效果，另外，防撞缓冲模块的主筒体上设置类似于汽车前纵梁的折点，使防撞缓冲模块在发生碰撞时更有利于向设计的角度发生变形，增强对撞击能的吸收。

如图7和8所示，在列车运行时由列车前置传感器实时检测预警，当前置传感器达到预定设置的阈值后将自动发生工作，利用此车头和后部列车厢在刹车时的速度差，在撞击前把此装置拉伸开，当撞击发生时，会通过此装置材料的形变吸收掉绝大多数的撞击能，达到列车装车后保护乘客安全的目的。

当发生碰撞前，这时弹簧下压的每个防撞缓冲模块会被顺势拉出，当碰撞发生后矩形挡块15被前一个防撞缓冲模块向后推，但矩形挡块15后接固定挡块18使矩形挡块15的回转角度不大于90°，从而使得矩形挡块15达到阻挡前一个防撞缓冲模块向后位移的效果。

本发明结构的控制，是通过其前接的车头与后接车身的刹车时的速度差，将其伸缩车厢中的各个防撞缓冲模块在发生工作时拉出，从而达到增大缓冲空间的作用。

当在列车车头部位装有的电子传感器检测的值达到预先设定的阈值时，例如：距离传感器阈值为500m，车速传感器的阈值为50km/h，列车会自动启动本结构，在车头与第一节车厢车厢的减速差的2秒内，将此装置拉开，增大其列车的碰撞缓冲空间，又依靠可伸缩的防撞缓冲模块中的阻尼材料块14在撞击中的被动破坏吸收掉绝大多数的撞击能，从而达到列车乘客生命财产安全的作用。

本发明为通过预警机制，对轨道轴向前方列车的实时监测，一旦达到预设预警值，则表明列车会极大可能发生相撞事件。此时，将自动进入列车刹车程序，通过刹车时此装置前后连接的车头和后接车厢的减速度的不同(车头的速度大于后续车厢)，将该结构在撞击前拉伸完毕，迎接撞击。此时就相当于，在车头和车头后连接的车厢中间出现一个长距离的撞击缓冲区，那么通过改装后的列车，通过有限元在同样定量条件下，加装本结构后的列车车厢内的的人员承受伤害的程度大数量级降低，本发明可大大保证列车车头后的第一节车厢乃至整列列车内的人员安全，即便当发生同样的列车撞击这种非常严重的列车事故，加设此装置后的列车，列车上的人员安全将得到大大的保障。此装置为可伸缩结构，占用空间小，列车加设后基本不影响列车长度和列车原本的基础设计，也因其制造成本小、效果明显，对于当今列车的加装改造和进一步的研究开发新型的主动安全装备都有非常大应用和借鉴前景。

最后有必要在此指出的是：以上仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多级主动伸出式列车防撞缓冲结构，该结构设置在车头(4)与第一节车厢之间，其特征在于，该结构包括多级依次可伸缩套设的首级防撞缓冲模块(6)以及多个次级防撞缓冲模块，所述的首级防撞缓冲模块(6)与车头(4)连接，最后一个次级防撞缓冲模块与第一节车厢连接，每个次级防撞缓冲模块的尺寸依次增大，并在其两侧内壁(9)设有多层呈倒刺状的阻尼材料块(14)，用以吸收撞击能量，所述的首级防撞缓冲模块(6)由一体成型的主壳体与底板(12)构成，所述的主壳体中空，其顶端与车头(4)固接，所述的底板(12)嵌套在第一个次级防撞缓冲模块内，并且能够在次级防撞缓冲模块内滑动，每个次级防撞缓冲模块均呈桶状，且由主筒体与底部撞击板(11)构成，所述的阻尼材料块(14)设置在主筒体的两侧内壁(9)上，每个次级防撞缓冲模块的底部撞击板(11)均套嵌在下一个次级防撞缓冲模块的主筒体内共同构成多级可伸缩套设结构，最后一个次级防撞缓冲模块的底部撞击板(11)与第一节车厢固接，所述的阻尼材料块(14)包括固定在主筒体内壁(9)上的固定挡块(18)和支铰座(17)以及一端与支铰座(17)铰接另一端通过弹簧(16)固定连接主筒体内壁(9)的矩形挡块(15)，所述的矩形挡块(15)在弹簧(16)固定应力的作用下与主筒体内壁(9)呈一定角度设置，并且张开方向对准上一个次级防撞缓冲模块的底部撞击板(11)或首级防撞缓冲模块(6)的底板(12)，所述的固定挡块(18)设置在矩形挡块(15)后部，用以防止矩形挡块(15)在受到撞击后的回转角度大于90度。

2.根据权利要求1所述的一种多级主动伸出式列车防撞缓冲结构，其特征在于，所述的矩形挡块(15)在弹簧(16)固定应力的作用下与主筒体内壁(9)呈45度。

3.根据权利要求1所述的一种多级主动伸出式列车防撞缓冲结构，其特征在于，所述的首级防撞缓冲模块(6)的主壳体表面以及每个次级防撞缓冲模块的主筒体表面均设有用以加大形变并以设定角度屈曲的折点。

4.根据权利要求1所述的一种多级主动伸出式列车防撞缓冲结构，其特征在于，每个次级防撞缓冲模块的主筒体和底部撞击板(11)以及阻尼材料块(14)的材料硬度小于下一个次级防撞缓冲模块，使得前一个次级防撞缓冲模块较下一个次级防撞缓冲模块更容易发生破坏变形。

5.根据权利要求4所述的一种多级主动伸出式列车防撞缓冲结构，其特征在于，每个次级防撞缓冲模块内的阻尼材料块(14)的尺寸以及被破坏所需的能量随次级防撞缓冲模块尺寸的增大依次增大。

6.根据权利要求1所述的一种多级主动伸出式列车防撞缓冲结构，其特征在于，最后一个次级防撞缓冲模块的底部撞击板(11)通过一中空的连接筒与第一节车厢固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种多级主动伸出式列车防撞缓冲结构，其特征在于，在该结构未使用时，首级防撞缓冲模块(6)以及每个次级防撞缓冲模块均回缩到下一个次级防撞缓冲模块内，每个次级防撞缓冲模块内阻尼材料块(14)的矩形挡块(15)被压合，在该结构使用时，首级防撞缓冲模块(6)以及每个次级防撞缓冲模块依次伸出，每个次级防撞缓冲模块内阻尼材料块(14)的矩形挡块(15)在弹簧(16)固定应力的作用下弹出。

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