CN112721988B - 一种轨道车辆及其车头吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轨道车辆及其车头吸能装置，包括车钩缓冲装置、防爬器吸能装置和铝蜂窝吸能箱形成由前至后的三级缓冲结构；还包括车体前端吸能架，车体前端吸能架包括骨架和底架前端，底架前端包括底板、防撞前端梁和防撞后端梁，防撞前端梁通过吸能纵梁和吸能侧梁与防撞后端梁连接，铺设底板，骨架包括前后间隔设置且相对车辆中心线对称设置的两个前立柱和两个后立柱，两个前立柱之间通过前端下横梁连接，两个前立柱的顶端均向上依次连接一个第一竖向倾斜柱和一个的第二竖向倾斜柱与上横梁连接，两个后立柱的下部各通过一个横向倾斜柱与一个前立柱连接，两个后立柱的上部通过上横梁连接。整体吸能结构多达四级吸能，从而提高安全性。

Description

一种轨道车辆及其车头吸能装置

技术领域

本发明涉及轨道车辆结构技术领域，尤其涉及一种轨道车辆及其车头吸能装置。

背景技术

地铁是在城市中修建的快速、大运量、用电力牵引的轨道交通，属于城市轨道交通的种类的一种。

列车在全封闭的线路上运行，常规情况下是，位于中心城区的线路基本设在地下隧道内，中心城区以外的线路一般设在高架桥或地面上，地铁是涵盖了城市地区各种地下与地上的路权专有、高密度、高运量的城市轨道交通系统。

列车的前端一般会配备吸能结构，而传统的车体前端吸能主要采用成熟的吸能元件参与吸能，主要包括车钩缓冲装置、防爬器等成熟吸能元件，而车体结构不参与吸能，即无车体前端结构吸能设计。

受制于吸能空间的影响，吸能行程较短，吸能量较少，不能满足低强度、高速度等级碰撞的车体吸能，易导致车体客室结构变形受损，威胁乘客安全。

因此，如何提供一种车头吸能装置，以提高安全性，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种车头吸能装置，以提高安全性。本发明的另一目的在于提供一种采用上述车头吸能装置的轨道车辆。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种车头吸能装置，用于轨道车辆，包括车钩缓冲装置、防爬器吸能装置、铝蜂窝吸能箱和车体前端吸能架，其中，

所述车钩缓冲装置固定在所述轨道车辆的车体上，

所述防爬器吸能装置固定在所述轨道车辆的车体上，所述防爬吸能装置的内部设置有刚性杆，所述刚性杆通过多个所述铝蜂窝吸能箱与所述轨道车辆的车体固定连接，

所述车钩缓冲装置、所述防爬器吸能装置和所述铝蜂窝吸能箱形成由前至后的三级缓冲结构；

所述车体前端吸能架包括骨架和底架前端，

所述底架前端包括底板、防撞前端梁和防撞后端梁，所述防撞前端梁的两端各通过一个吸能侧梁与所述防撞后端梁的两端连接，所述防撞后端梁的长度大于所述防撞前端梁，所述吸能侧梁为弯折梁，

所述防撞前端梁和所述防撞后端梁之间设置有吸能纵梁，所述底板铺设在所述防撞前端梁、所述防撞后端梁和所述吸能侧梁上且固定连接，

所述骨架包括前后间隔设置且相对车辆中心线对称设置的两个前立柱和两个后立柱，所述后立柱比所述前立柱远离所述车辆中心线，

两个所述前立柱分别固定在所述防撞前端梁的两端，两个所述后立柱分别固定在所述防撞后端梁的两端，

两个所述前立柱之间通过前端下横梁连接，两个所述前立柱的顶端均向上连接一个第一竖向倾斜柱，

两个所述后立柱的下部各通过一个横向倾斜柱与一个所述前立柱连接，两个所述后立柱的上部通过上横梁连接，

两个所述第一竖向倾斜柱的顶端各通过一个的第二竖向倾斜柱与所述上横梁连接。

优选的，上述车钩缓冲装置上设置有缓冲器和压溃管，

所述车钩缓冲装置与所述轨道车辆的车体螺栓连接。

优选的，上述防爬器吸能装置为刨削式吸能结构，

所述防爬器吸能装置与所述轨道车辆的车体螺栓连接。

优选的，上述铝蜂窝吸能箱与所述轨道车辆的车体螺栓连接。

优选的，上述车体前端吸能架为全焊接结构。

优选的，上述前立柱与所述第一竖向倾斜柱呈150°夹角设置。

优选的，上述吸能侧梁为两段梁呈75°夹角拼焊而成，在所述梁的内侧开设有第一变形孔。

优选的，上述底板为波纹底板，

所述底板由3mm厚的铝板压型而成。

优选的，上述吸能纵梁为两根，

所述吸能纵梁上开设有第二变形孔。

本发明还提供一种轨道车辆，包括车体，还包括如上述1-9任意一项所述的车头吸能装置，

所述车头吸能装置连接在所述车体的前端。

本发明提供的车头吸能装置，用于轨道车辆，包括车钩缓冲装置、防爬器吸能装置、铝蜂窝吸能箱和车体前端吸能架，其中，

所述车钩缓冲装置固定在所述轨道车辆的车体上，

所述防爬器吸能装置固定在所述轨道车辆的车体上，所述防爬吸能装置的内部设置有刚性杆，所述刚性杆通过多个所述铝蜂窝吸能箱与所述轨道车辆的车体固定连接，

所述车钩缓冲装置、所述防爬器吸能装置和所述铝蜂窝吸能箱形成由前至后的三级缓冲结构；

所述车体前端吸能架包括骨架和底架前端，

所述底架前端包括底板、防撞前端梁和防撞后端梁，所述防撞前端梁的两端各通过一个吸能侧梁与所述防撞后端梁的两端连接，所述防撞后端梁的长度大于所述防撞前端梁，所述吸能侧梁为弯折梁，

所述防撞前端梁和所述防撞后端梁之间设置有吸能纵梁，所述底板铺设在所述防撞前端梁、所述防撞后端梁和所述吸能侧梁上且固定连接，

所述骨架包括前后间隔设置且相对车辆中心线对称设置的两个前立柱和两个后立柱，所述后立柱比所述前立柱远离所述车辆中心线，

两个所述前立柱分别固定在所述防撞前端梁的两端，两个所述后立柱分别固定在所述防撞后端梁的两端，

两个所述前立柱之间通过前端下横梁连接，两个所述前立柱的顶端均向上连接一个第一竖向倾斜柱，

两个所述后立柱的下部各通过一个横向倾斜柱与一个所述前立柱连接，两个所述后立柱的上部通过上横梁连接，

两个所述第一竖向倾斜柱的顶端各通过一个的第二竖向倾斜柱与所述上横梁连接。

本发明提供的车头吸能装置，其吸能设计由两大部分组成，分别为吸能元件吸能和车体结构变形吸能，吸能元件吸能按照吸能顺序逐级吸能，分为三级，车钩缓冲装置、防爬器吸能装置和铝蜂窝吸能箱依次吸能；车体结构变形吸能即车体前端吸能架吸能，主要由骨架和底架前端变形吸能区组成；按照整车吸能顺序，车体结构变形吸能位于吸能元件吸能之后，相当于第四级吸能，从而提高安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的车体前端吸能架的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的车钩缓冲装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的防爬器吸能装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的铝蜂窝吸能箱的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的车头吸能装置应用在轨道车辆上的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的底架前端的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的防撞前端梁的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的防撞后端梁的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的吸能侧梁的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的底板的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的吸能纵梁的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的骨架的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的车头吸能装置的吸能曲线示意图。

上图1-13中：

车体前端吸能架1、骨架2、前立柱21、后立柱22、前端下横梁23、第一竖向倾斜柱24、第二竖向倾斜柱25、上横梁26、横向倾斜柱27、底架前端3、防撞前端梁31、防撞后端梁32、吸能侧梁33、底板34、吸能纵梁35、第一变形孔36、第二变形孔37、车钩缓冲装置4、防爬器吸能装置5、铝蜂窝吸能箱6。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1至图13，图1为本发明实施例提供的车体前端吸能架的结构示意图；图2为本发明实施例提供的车钩缓冲装置的结构示意图；图3为本发明实施例提供的防爬器吸能装置的结构示意图；图4为本发明实施例提供的铝蜂窝吸能箱的结构示意图；图5为本发明实施例提供的车头吸能装置应用在轨道车辆上的结构示意图；图6为本发明实施例提供的底架前端的结构示意图；图7为本发明实施例提供的防撞前端梁的结构示意图；图8为本发明实施例提供的防撞后端梁的结构示意图；图9为本发明实施例提供的吸能侧梁的结构示意图；图10为本发明实施例提供的底板的结构示意图；图11为本发明实施例提供的吸能纵梁的结构示意图；图12为本发明实施例提供的骨架的结构示意图；图13为本发明实施例提供的车头吸能装置的吸能曲线示意图。

本发明实施例提供的车头吸能装置，用于轨道车辆，包括车钩缓冲装置4、防爬器吸能装置5、铝蜂窝吸能箱6和车体前端吸能架1，其中，

车钩缓冲装置4固定在轨道车辆的车体上，

防爬器吸能装置5固定在轨道车辆的车体上，防爬吸能装置5的内部设置有刚性杆，刚性杆通过多个铝蜂窝吸能箱6与轨道车辆的车体固定连接，

车钩缓冲装置4、防爬器吸能装置5和铝蜂窝吸能箱6形成由前至后的三级缓冲结构；

车体前端吸能架1包括骨架2和底架前端3，

底架前端3包括底板34、防撞前端梁31和防撞后端梁32，防撞前端梁31的两端各通过一个吸能侧梁33与防撞后端梁32的两端连接，防撞后端梁32的长度大于防撞前端梁31，吸能侧梁33为弯折梁，

防撞前端梁31和防撞后端梁32之间设置有吸能纵梁35，底板34铺设在防撞前端梁31、防撞后端梁32和吸能侧梁33上且固定连接，

骨架2包括前后间隔设置且相对车辆中心线对称设置的两个前立柱21和两个后立柱22，后立柱22比前立柱21远离车辆中心线，

两个前立柱21分别固定在防撞前端梁31的两端，两个后立柱22分别固定在防撞后端梁32的两端，

两个前立柱21之间通过前端下横梁23连接，两个前立柱21的顶端均向上连接一个第一竖向倾斜柱24，

两个后立柱22的下部各通过一个横向倾斜柱27与一个前立柱21连接，两个后立柱22的上部通过上横梁26连接，

两个第一竖向倾斜柱24的顶端各通过一个的第二竖向倾斜柱25与上横梁26连接。

本发明实施例提供的车头吸能装置，其吸能设计由两大部分组成，分别为吸能元件吸能和车体结构变形吸能，吸能元件吸能按照吸能顺序逐级吸能，分为三级，车钩缓冲装置4、防爬器吸能装置5和铝蜂窝吸能箱6依次吸能；车体结构变形吸能即车体前端吸能架1吸能，主要由骨架2和底架前端3变形吸能区组成；按照整车吸能顺序，车体结构变形吸能位于吸能元件吸能之后，相当于第四级吸能，从而提高安全性。

为了进一步优化上述方案，车钩缓冲装置4上设置有缓冲器和压溃管，车钩缓冲装置4与轨道车辆的车体螺栓连接，可拆卸。

为了进一步优化上述方案，防爬器吸能装置5为刨削式吸能结构，防爬器吸能装置5与轨道车辆的车体螺栓连接，可拆卸。

为了进一步优化上述方案，铝蜂窝吸能箱6与轨道车辆的车体螺栓连接，可拆卸。

为了进一步优化上述方案，车体前端吸能架1为全焊接结构，保证碰撞吸能过程的连续性和稳定性。

为了进一步优化上述方案，前立柱21与第一竖向倾斜柱24呈150°夹角设置，易于变形。

为了进一步优化上述方案，吸能侧梁33为两段梁呈75°夹角拼焊而成，在梁的内侧开设有第一变形孔36，便于压缩变形，提高压缩变形的稳定性。

为了进一步优化上述方案，底板34为波纹底板，底板34由3mm厚的铝板压型而成，波纹状地板设计，提高了变形的连续性和稳定性。

为了进一步优化上述方案，吸能纵梁35为两根，吸能纵梁35上开设有第二变形孔37，利于变形吸能。

本发明还提供一种轨道车辆，包括车体，还包括如上述任意一项实施例所述的车头吸能装置，车头吸能装置连接在车体的前端。

本发明实施例提供的车头吸能装置，利用车体前端多级吸能元件的选配，并结合车体前端变形结构吸能的设计，最终实现车体的一体化吸能。在车体前端有限的吸能空间内最大化车辆前端的吸能能力，利用多级吸能元件与车体变形结构吸能设计，满足地铁车辆碰撞吸能要求，提高乘客的安全性。

本发明实施例提供的车头吸能装置，包括：

1)多级吸能元件选择：依据地铁列车车辆25km/h速度碰撞吸能要求，选择车体前端吸能元件，分为三级吸能；第一级吸能元件为车钩缓冲装置4，第二级吸能元件为防爬器吸能元件，即防爬器吸能装置5，第三级吸能元件为铝蜂窝吸能箱6；

2)车体前端吸能结构的设计：设计司机室骨架变形吸能区和底架前端变形吸能结构，即骨架2和底架前端3；

3)利用吸能元件逐级递进式吸能和车体前端吸能结构的变形吸能，实现吸能元件与结构吸能的一体化吸能设计。

本发明实施例提供的车头吸能装置，为车体前端吸能设计，由两大部分组成，分别为吸能元件吸能和车体结构变形吸能；吸能元件吸能按照吸能顺序逐级吸能，分为三级，分别为车钩吸能元件-防爬器吸能元件-吸能箱吸能元件；车体结构变形吸能主要由司机室骨架变形吸能区和底架前端变形吸能区；按照整车吸能顺序，车体结构变形吸能位于吸能元件吸能之后，相当于第四级吸能；

本发明实施例提供的车头吸能装置，其采用：

1、车钩缓冲装置4：车钩缓冲吸能元件为车体的第一级吸能元件，位于司机室最前端；车钩缓冲吸能元件主要依靠缓冲器、压溃管进行吸能，与车体通过螺栓连接，连接方式可拆卸。

2、防爬器：防爬器吸能元件为第二级吸能元件，待车钩缓冲吸能元件吸能完毕后，开始参与车体吸能。防爬器吸能元件主要采用刨削式吸能，防爬器与车体通过螺栓连接，可拆卸。

3、吸能箱：吸能箱为铝蜂窝结构，为车体第三级吸能元件。待前两级吸能完毕后，开始进行吸能。铝蜂窝吸能箱6与防爬器通过一根刚性杆进行导向，满足第二、第三级的连续吸能要求。铝蜂窝吸能箱6与车体通过螺栓连接，可拆卸。

4、车体前端吸能结构设计：本技术方案提供的车体前端吸能架包括底架前端3和骨架2，即车体前端碰撞吸能结构包括底架前端吸能结构和司机室骨架吸能结构；其中，底架前端吸能结构由防撞前端梁31、吸能侧梁33、吸能纵梁35、防撞后端梁32、波纹地板构成；司机室骨架吸能结构主要由前端变形梁、防撞立柱等部件组成。整个车体前端吸能结构采用全焊接结构，结构设计保证了碰撞吸能过程的连续性和稳定性；

具体的，底架前端吸能结构主要由防撞前端梁31、吸能侧梁33、吸能纵梁35、防撞后端梁32、波纹地板通过焊接而成，其中防撞前端梁31和防撞后端梁32为高强度梁，在碰撞吸能过程中不变形，保证变形吸能过程的连续性和稳定性；

吸能侧梁33为两段成75°夹角度梁拼焊而成，在梁的内侧开有变形孔，便于压缩变形，提高压缩变形的稳定性；

波纹地板采用3mm的铝板压型而成，波纹状地板设计，提高了变形的连续性和稳定性；

吸能纵梁35一共有2根，位于波纹地板下方，并在吸能纵梁35上加工有变形孔，利于变形吸能；

具体的，司机室骨架吸能结构主要由前端变形梁、防撞立柱等部件焊接而成。前端变形吸能梁采取折弯结构，折弯角度为150°，易于变形，即前立柱21与第一竖向倾斜柱24呈150°夹角设置组成前端变形吸能梁；防撞立柱进行高强度设计，避免在碰撞中发生变形，能够抵挡碰撞时的前端冲击力。

本发明实施例提供的车头吸能装置，车体吸能过程中，随着车体吸能层级的递进，缓冲力逐渐增大，各级吸能元件连续稳定的参与车体吸能，最终实现了吸能的递进性。

本发明实施例提供的车头吸能装置，包括：

1)车体多级吸能元件的选型设计：车体前端吸能元件按照车钩缓冲装置

4、防爬器吸能装置5、铝蜂窝吸能箱6逐级连续递进吸能，并可拆卸更换；

2)车体前端结构吸能设计：进行车体司机室骨架变形吸能结构和底架前端变形吸能结构设计，在递进吸能过程中，保证了车体结构变形的连续性和稳定性，最终保证了整车的吸能要求；

3)多级吸能元件与结构吸能的一体化设计：通过选型成熟的多级吸能元件进行搭配，并结合车体前端的结构变形吸能，实现逐级连续递进式的吸能设计，实现了多级吸能元件与结构变形吸能的一体化吸能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种车头吸能装置，用于轨道车辆，其特征在于，包括车钩缓冲装置、防爬器吸能装置、铝蜂窝吸能箱和车体前端吸能架，其中，

所述车钩缓冲装置固定在所述轨道车辆的车体上，

所述防爬器吸能装置固定在所述轨道车辆的车体上，所述防爬器吸能装置的内部设置有刚性杆，所述刚性杆通过多个所述铝蜂窝吸能箱与所述轨道车辆的车体固定连接，

所述车钩缓冲装置、所述防爬器吸能装置和所述铝蜂窝吸能箱形成由前至后的三级缓冲结构；

所述车体前端吸能架包括骨架和底架前端，

所述底架前端包括底板、防撞前端梁和防撞后端梁，所述防撞前端梁的两端各通过一个吸能侧梁与所述防撞后端梁的两端连接，所述防撞后端梁的长度大于所述防撞前端梁，所述吸能侧梁为弯折梁，

所述防撞前端梁和所述防撞后端梁之间设置有吸能纵梁，所述底板铺设在所述防撞前端梁、所述防撞后端梁和所述吸能侧梁上且固定连接，

所述骨架包括前后间隔设置且相对车辆中心线对称设置的两个前立柱和两个后立柱，所述后立柱比所述前立柱远离所述车辆中心线，

两个所述前立柱分别固定在所述防撞前端梁的两端，两个所述后立柱分别固定在所述防撞后端梁的两端，

两个所述前立柱之间通过前端下横梁连接，两个所述前立柱的顶端均向上连接一个第一竖向倾斜柱，

两个所述后立柱的下部各通过一个横向倾斜柱与一个所述前立柱连接，两个所述后立柱的上部通过上横梁连接，

两个所述第一竖向倾斜柱的顶端各通过一个的第二竖向倾斜柱与所述上横梁连接。

2.根据权利要求1所述的车头吸能装置，其特征在于，所述车钩缓冲装置上设置有缓冲器和压溃管，

所述车钩缓冲装置与所述轨道车辆的车体螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的车头吸能装置，其特征在于，所述防爬器吸能装置为刨削式吸能结构，

所述防爬器吸能装置与所述轨道车辆的车体螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的车头吸能装置，其特征在于，所述铝蜂窝吸能箱与所述轨道车辆的车体螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的车头吸能装置，其特征在于，所述车体前端吸能架为全焊接结构。

6.根据权利要求1所述的车头吸能装置，其特征在于，所述前立柱与所述第一竖向倾斜柱呈150°夹角设置。

7.根据权利要求1所述的车头吸能装置，其特征在于，所述吸能侧梁为两段梁呈75°夹角拼焊而成，在所述梁的内侧开设有第一变形孔。

8.根据权利要求1所述的车头吸能装置，其特征在于，所述底板为波纹底板，

所述底板由3mm厚的铝板压型而成。

9.根据权利要求1所述的车头吸能装置，其特征在于，所述吸能纵梁为两根，

所述吸能纵梁上开设有第二变形孔。

10.一种轨道车辆，包括车体，其特征在于，还包括如上述权利要求1-9任意一项所述的车头吸能装置，

所述车头吸能装置连接在所述车体的前端。

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