CN116534071B - 一种高速轨道交通多级吸能防撞结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轨道交通安全防护技术领域，具体涉及一种高速轨道交通多级吸能防撞结构，包括非牛顿流体D3O保护层、金属蜂窝吸能层、缓冲弹簧和压力油防护装置，所述非牛顿流体D3O保护层附着在基础弧形机架的内侧，所述金属蜂窝吸能层设置在非牛顿流体D3O保护层的内侧，所述缓冲弹簧有多个，设置在金属蜂窝吸能层的后侧，且集中分布在基础弧形机架的顶端位置，所述缓冲弹簧的一端与金属蜂窝吸能层的内壁相连，另一端与压力油防护装置连接。本发明转变了传统轨道交通防撞被动保护措施的倾向性，从列车自身安全角度进行考虑，综合了撞击力的分散、撞击动能的吸收缓冲以及关键部位的主动防护措施，直接面向对司乘人员安全的保护。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通安全防护技术领域，具体涉及一种高速轨道交通多级吸能防撞结构。
背景技术
近年来轨道交通在我国得到了快速的发展，高铁、地铁等作为最具代表性的轨道交通客运方式，在追求更快的速度、更高的舒适度的同时，对安全防护所提出的要求也到达了前所未有的高度。近些年来在信息化、自动化技术的加持下，高速轨道交通碰撞事故的概率越来越小。然而，受限于轨道交通系统的复杂性，技术缺陷、设备故障、网络故障、多方协作失误以及自然环境的突变等不可抗力因素都仍可能导致碰撞事故的发生。目前相关技术部门，已经针对高速轨道交通的撞击防护性，在易发生事故的地段设立了诸如越线警报装置、站房防撞承重柱之类的保护装置，这些防护装置多为被动防护，更多是为了减少碰撞后带来的附加影响。然而针对列车的“主动安全防护技术”仍缺乏合理有效的解决手段。以高铁为例，实际事故统计表明，即使事故后紧急制动，在列车车速降至70Km/h左右时，大部分机头也会发生不可逆的大幅损毁，撞击能量会急速向后方车厢传递，严重危害乘客及货物的安全。为了最大限度的保护高速轨道交通的结构、设备及司乘人员的安全，从根源上降低撞击冲击事故对在运行的轨道交通设施及随行人员的安全影响，迫切需要提出防护潜能更好，可行性更高的解决方案。
发明内容
本发明针对上述问题提供了一种高速轨道交通多级吸能防撞结构。
为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：
一种高速轨道交通多级吸能防撞结构，包括非牛顿流体D3O保护层、金属蜂窝吸能层、缓冲弹簧和压力油防护装置，所述非牛顿流体D3O保护层附着在基础弧形机架的内侧，凭借其高粘度的流体材料特性，在撞击发生时承载并快速的将撞击力由撞击点向周边分散，以降低撞击力的瞬时值，所述金属蜂窝吸能层设置在非牛顿流体D3O保护层的内侧，金属蜂窝吸能层的正六边形内部结构，受到冲击时可横纵双向承载，并通过六边形结构较大的变形缓冲撞击能量，降低大幅撞击及重复撞击所带来的影响，所述缓冲弹簧有多个，设置在金属蜂窝吸能层的后侧，且集中分布在基础弧形机架的顶端位置，所述缓冲弹簧的一端与金属蜂窝吸能层的内壁相连，另一端与压力油防护装置连接，通过缓冲弹簧进一步缓冲撞击力，所述压力油防护装置通过挤压，使压力油流进可变形油囊，带动可变形油囊鼓胀，直接保护司乘人员安全。
进一步，所述压力油防护装置包括弹性金属薄板、压力油箱和多个可变形油囊，所述弹性金属薄板设置在压力油箱的前端，对压力油箱进行密封，所述弹性金属薄板与缓冲弹簧连接，通过弹性金属薄板的变形改变压力油箱的容积，实现液压油的挤出，所述可变形油囊均匀分布设置在驾驶舱的周边，直接保护司乘人员的安全，所述可变形油囊通过连接管道与压力油箱连接，在所述连接管道上设置有提前施加预紧力的单向阀。
再进一步，所述非牛顿流体D3O保护层的厚度为50mm。
更进一步，所述金属蜂窝吸能层由7075铝合金材料制备，厚度为20 mm。
更进一步，在所述金属蜂窝吸能层的前后两侧均涂覆有聚脲涂层，聚脲涂层可以在提升金属蜂窝吸能层材料抗性的同时，保护金属蜂窝吸能层，避免小碰撞带来的不必要损伤。
更进一步，所述缓冲弹簧为重型工业用机械弹簧，压缩极限强度为10 N/S，材质为高强弹簧钢。
更进一步，所述弹性金属薄板采用退火处理后的软态不锈钢板制备。
更进一步，所述单向阀为CL单向阀，所述单向阀的预紧力范围设置为 207 bar ~414 bar，使其仅在大程度撞击的时候工作，降低了压力油防护装置的维修成本。
更进一步，所述连接管道由3A级别的23-02型丁晴橡胶制成，规避了硬性管道在受到撞击的瞬间损坏的可能性，保障压力油的输送。
更进一步，所述可变形油囊由3A级别的23-02型丁晴橡胶制成，耐油耐冲击，可直接保护司乘人员的安全。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
本发明转变了传统轨道交通防撞被动保护措施的倾向性，从列车自身安全角度进行考虑，综合了撞击力的分散、撞击动能的吸收缓冲以及关键部位的主动防护措施，直接面向对司乘人员安全的保护；
本发明采用了多级防护措施，改善了传统防护结构的单一的防撞措施，综合考虑了撞击力的分散、能量缓冲、直接保护等方面的需求；非牛顿流体的引入，在第一时间便尽可能分散了撞击力集中的分布，降低了极限冲击的不可逆后果；金属蜂窝吸能层和缓冲弹簧，分别利用先进材料结构性能和机械缓冲，极大程度延阻了冲击能量向后续车厢结构的传递；压力油防护装置，在毁灭性撞击的情况下，在最后环节对驾驶舱及车厢起到直接的保护作用；本发明综合了瞬时冲击力的分散、冲击能的缓冲、关键部位防护等特征性能，逐级降低了冲击作用对车载人员安全的威胁。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明压力油防护装置的结构示意图；
图3为本发明可变形油囊的结构示意图；
图中，非牛顿流体D3O保护层—1、金属蜂窝吸能层—2、缓冲弹簧—3、压力油防护装置—4、驾驶舱—5、弹性金属薄板—401、压力油箱—402、可变形油囊—403、连接管道—404、单向阀—405。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。
如图1至图3所示，一种高速轨道交通多级吸能防撞结构，包括非牛顿流体D3O保护层1、金属蜂窝吸能层2、缓冲弹簧3和压力油防护装置4，所述非牛顿流体D3O保护层1附着在基础弧形机架的内侧，厚度为50mm，凭借其高粘度的流体材料特性，在撞击发生时承载并快速的将撞击力由撞击点向周边分散，以降低撞击力的瞬时值，所述金属蜂窝吸能层2设置在非牛顿流体D3O保护层1的内侧，金属蜂窝吸能层2的正六边形内部结构，受到冲击时可横纵双向承载，并通过六边形结构较大的变形缓冲撞击能量，降低大幅撞击及重复撞击所带来的影响，在所述金属蜂窝吸能层2的前后两侧均涂覆有聚脲涂层，聚脲涂层可以在提升金属蜂窝吸能层2材料抗性的同时，保护金属蜂窝吸能层2，避免小碰撞带来的不必要损伤，所述金属蜂窝吸能层2由7075铝合金材料制备，厚度为20 mm，所述缓冲弹簧3有多个，设置在金属蜂窝吸能层2的后侧，且集中分布在基础弧形机架的顶端位置，所述缓冲弹簧3为重型工业用机械弹簧，压缩极限强度为10 N/S，材质为高强弹簧钢，所述缓冲弹簧3的一端与金属蜂窝吸能层2的内壁相连，另一端与压力油防护装置4连接，通过缓冲弹簧3进一步缓冲撞击力，所述压力油防护装置4通过挤压，使压力油流进可变形油囊403，带动可变形油囊403鼓胀，直接保护司乘人员安全。
所述压力油防护装置4包括弹性金属薄板401、压力油箱402和多个可变形油囊403，所述弹性金属薄板401采用退火处理后的软态不锈钢板制备，所述弹性金属薄板401设置在压力油箱402的前端，对压力油箱402进行密封，所述弹性金属薄板401与缓冲弹簧3连接，通过弹性金属薄板401的变形改变压力油箱402的容积，实现液压油的挤出，所述可变形油囊403均匀分布设置在驾驶舱5的周边，直接保护司乘人员的安全，所述可变形油囊403由3A级别的23-02型丁晴橡胶制成，耐油耐冲击，可直接保护司乘人员的安全，所述可变形油囊403通过连接管道404与压力油箱402连接，所述连接管道404由3A级别的23-02型丁晴橡胶制成，规避了硬性管道在受到撞击的瞬间损坏的可能性，保障压力油的输送，在所述连接管道404上设置有提前施加预紧力的单向阀405，所述单向阀405为CL单向阀，所述单向阀405的预紧力范围设置为 207 bar ~ 414 bar，使其仅在大程度撞击的时候工作，降低了压力油防护装置4的维修成本。
以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种高速轨道交通多级吸能防撞结构，其特征在于：包括非牛顿流体D3O保护层（1）、金属蜂窝吸能层（2）、缓冲弹簧（3）和压力油防护装置（4），所述非牛顿流体D3O保护层（1）附着在基础弧形机架的内侧，凭借其高粘度的流体材料特性，在撞击发生时承载并快速的将撞击力由撞击点向周边分散，以降低撞击力的瞬时值，所述金属蜂窝吸能层（2）设置在非牛顿流体D3O保护层（1）的内侧，金属蜂窝吸能层（2）的正六边形内部结构，受到冲击时可横纵双向承载，并通过六边形结构较大的变形，缓冲撞击能量，降低大幅撞击及重复撞击所带来的影响，所述缓冲弹簧（3）有多个，设置在金属蜂窝吸能层（2）的后侧，且集中分布在基础弧形机架的顶端位置，所述缓冲弹簧（3）的一端与金属蜂窝吸能层（2）的内壁相连，另一端与压力油防护装置（4）连接，通过缓冲弹簧（3）进一步缓冲撞击力，所述压力油防护装置（4）通过挤压，使压力油流进可变形油囊（403），带动可变形油囊（403）鼓胀，直接保护司乘人员安全。
2.根据权利要求1所述的一种高速轨道交通多级吸能防撞结构，其特征在于：所述压力油防护装置（4）包括弹性金属薄板（401）、压力油箱（402）和多个可变形油囊（403），所述弹性金属薄板（401）设置在压力油箱（402）的前端，对压力油箱（402）进行密封，所述弹性金属薄板（401）与缓冲弹簧（3）连接，通过弹性金属薄板（401）的变形改变压力油箱（402）的容积，实现液压油的挤出，所述可变形油囊（403）均匀分布设置在驾驶舱（5）的周边，直接保护司乘人员的安全，所述可变形油囊（403）通过连接管道（404）与压力油箱（402）连接，在所述连接管道（404）上设置有提前施加预紧力的单向阀（405）。
3.根据权利要求1所述的一种高速轨道交通多级吸能防撞结构，其特征在于：所述非牛顿流体D3O保护层（1）的厚度为50mm。
4.根据权利要求1所述的一种高速轨道交通多级吸能防撞结构，其特征在于：所述金属蜂窝吸能层（2）由7075铝合金材料制备，厚度为20 mm。
5.根据权利要求1所述的一种高速轨道交通多级吸能防撞结构，其特征在于：在所述金属蜂窝吸能层（2）的前后两侧均涂覆有聚脲涂层，聚脲涂层可以在提升金属蜂窝吸能层（2）材料抗性的同时，保护金属蜂窝吸能层（2），避免小碰撞带来的不必要损伤。
6.根据权利要求1所述的一种高速轨道交通多级吸能防撞结构，其特征在于：所述缓冲弹簧（3）为重型工业用机械弹簧，压缩极限强度为10 N/S，材质为高强弹簧钢。
7.根据权利要求2所述的一种高速轨道交通多级吸能防撞结构，其特征在于：所述弹性金属薄板（401）采用退火处理后的软态不锈钢板制备。
8.根据权利要求2所述的一种高速轨道交通多级吸能防撞结构，其特征在于：所述单向阀（405）为CL单向阀，所述单向阀（405）的预紧力范围设置为 207 bar ~ 414 bar，使其仅在大程度撞击的时候工作，降低了压力油防护装置（4）的维修成本。
9.根据权利要求2所述的一种高速轨道交通多级吸能防撞结构，其特征在于：所述连接管道（404）由3A级别的23-02型丁晴橡胶制成，规避了硬性管道在受到撞击的瞬间损坏的可能性，保障压力油的输送。
10.根据权利要求2所述的一种高速轨道交通多级吸能防撞结构，其特征在于：所述可变形油囊（403）由3A级别的23-02型丁晴橡胶制成，耐油耐冲击，可直接保护司乘人员的安全。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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