CN1669855A - 用于耐冲击吸能列车车体的底架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路车辆的车体部件，尤其是耐冲击吸能列车车体的底架，它由纵向吸能梁A与牵引梁B以及A与B之间布置控制底架变形顺序的横梁D而构成。吸能梁A上开孔的位置与牵引梁B上开孔的位置相对应，即吸能梁A上的孔a、孔b、孔c分别与牵梁上的孔e、孔f、孔g相对应。纵向吸能梁A满足2000KN的纵向压缩载荷；牵引梁B满足1500KN的纵向拉伸载荷。车体的强度和刚度满足国际铁路联盟UIC强度标准，当列车发生碰撞事故时，有效地降低撞击减速度，减少了撞车事故造成的损失。

Description

用于耐冲击吸能列车车体的底架

技术领域：

本发明涉及铁路车辆的车体部件，尤其是耐冲击吸能列车车体的底架。

背景技术：

按照我国铁道车辆强度试验标准，传统客车的牵引车钩缓冲装置能够承受980KN的纵向拉伸力和1120KN的压缩载荷，既要承受正常运行时的牵引工况载荷，又要在制动、纵向冲击发生时，传递车辆与车辆之间的纵向冲击力，制约了列车车体的耐冲击吸能性能。

发明内容：

本发明的目的在于：根据国际铁路联盟UIC标准，提供一种用于耐冲击吸能列车车体的吸能底架，实现车辆之间的牵引力的传递由车钩牵引装置来完成，而车辆之间的压缩力则由位于车体牵引梁两侧的缓冲柄装置来完成；

牵引装置满足正常工况1500KN的拉伸力，缓冲柄处要满足2000KN的纵向压缩力；

该车体结构满足正常运用情况下强度、刚度的要求，当撞车事故发生时，车体两端部结构能够首先发生塑性大变形，将列车碰撞时发生的巨大的冲击动能转化为车体端部结构的变形能，为乘员提供有效的安全空间，减少撞车事故造成的损失，提高列车的被动安全保护功能。

本发明的技术方案是：设计吸能梁底架，它由纵向吸能梁A与牵引梁B以及A与B之间布置控制底架变形顺序的横梁D而构成。

纵向吸能梁A为箱体型，由两侧壁1和上、下盖板2与筋3组焊而成；上、下盖板2上开有孔a、孔b、孔c。

牵引梁B为箱体型结构，由两根“Ⅱ”梁件4与上、下盖板6及筋5组焊而成；在位于牵引梁B前端的上盖板上开有椭圆形的孔，分别为孔e、孔f、孔g。

吸能梁A上开孔的位置与牵引梁B上开孔的位置相对应，即吸能梁A上的孔a、孔b、孔c分别与牵梁上的孔e、孔f、孔g相对应。

纵向吸能梁A满足2000KN的纵向压缩载荷；牵引梁B满足1500KN的纵向拉伸载荷。

本发明耐冲击吸能车体与现有的技术相比，它的优点如下：

1.图4吸能底架纵向冲击载荷—时间曲线上显示，纵向撞击力峰值超过2000KN时吸能底架产生塑性大变形，在吸能底架产生纵向变形的过程中，吸能底架的撞击力一直保持在2000KN以上，有效地提高了结构所吸收的冲击动能。当吸能底架被充分压缩以后，纵向撞击力逐渐降低，低于中部结构所能承受的范围内，这样，当冲击力传递到车体中间部分时，中间部分仅产生弹性变形，车体发挥了耐冲击吸能作用，实现车辆之间的牵引力的传递由车钩牵引装置来完成，而车辆之间的压缩力则由位于车体牵引梁两侧的缓冲柄装置来完成。

2.车体的强度和刚度满足国际铁路联盟UIC强度标准，正常行动时，在车体结构方面保证列车承载结构运行安全；当列车发生碰撞事故时，底架外端部至枕梁之间的非载人区域能有序地发生塑性大变形，吸收较多的冲击动能，有效地降低撞击减速度，车体载人区仅产生弹性变形，减少了撞车事故造成的损失。

附图说明：

图1：吸能底架组合示意图；吸能梁底架，它由纵向吸能梁A与牵引梁B以及A与B之间布置控制底架变形顺序的横梁D而构成。吸能梁A上开孔的位置与牵引梁B上开孔的位置相对应，即吸能梁A上的孔a、孔b、孔c分别与牵梁上的孔e、孔f、孔g相对应。纵向吸能梁A满足2000KN的纵向压缩载荷；牵引梁B满足1500KN的纵向拉伸载荷。

图2：纵向吸能梁A结构示意图；纵向吸能梁A为箱体型，由两侧壁1和上、下盖板2与筋3组焊而成；上、下盖板2上开有孔a、孔b、孔c。

图3：牵引梁B结构示意图；牵引梁B为箱体型结构，由两根“Ⅱ”梁件4与上、下盖板6及筋5组焊而成；在位于牵引梁B前端的上盖板上开有椭圆形的孔，分别为孔e、孔f、孔g。

图4：吸能底架纵向冲击载荷/时间曲线；

图5：开孔薄壁结构示意图；为了控制结构发生变形的部位和顺序，引导结构有序地发生大变形，在结构的上下盖板上都开有椭圆形的孔，分别为a、孔b、孔c，利用结构在开孔截面处刚度逐渐减弱的效应，结构的两侧壁的开孔处发生皱褶，形成塑性铰，此时沿纵向方向的侧壁在开孔的长度范围内都将产生程度不同的皱褶，直至该孔被充分压缩，从而吸收冲击动能。

图6：开孔薄壁结构受纵向冲击的大变形模式图；

图7：开孔薄壁结构受纵向冲击的大变形模式图。

从图6、7中看到孔1和孔2被压缩，这种变形模式具有稳定、压缩行程大的特点。

具体实施方式：

在客车车体两端的变形区承载由缓冲柄后面的纵向梁A和牵引梁B组成的吸能底架；正常运用时，承载吸能底架的强度阈值满足强度载荷标准；当外部载荷超过这个阈值以后，承载吸能底架能够有序地控制预定的方式产生塑性大变形。

吸能区域位于车体底架外端至底架枕梁之间，是一系列薄壁结构通过焊接而成的组合框架；在结构受到冲击时，缓冲柄受到冲击以后将冲击力传递至车体外端的底架端梁，端梁然后将力传递至吸能梁A和牵引梁B。

纵向吸能梁A如图二所示，由于纵向吸能梁位于车体底架两侧缓冲柄的位置，必须满足2000KN的纵向压缩载荷，因此纵向吸能梁的结构形式设计为箱型结构，由两侧壁1和上下盖板2组焊而成。

为了控制吸能底架发生变形的部位和顺序，引导吸能底架有序地发生大变形，在结构的上、下盖板2上都开有椭圆形的孔，分别为a、孔b、孔c，利用底架在开孔截面处刚度逐渐减弱的效应，两侧壁的开孔处发生皱褶，形成塑性铰，此时沿纵向方向的侧壁在开孔的长度范围内都将产生程度不同的皱褶，直至该孔被充分压缩，从而吸收冲击动能。如图5所示：即为开孔箱型薄壁结构的变形模式，该开孔结构在上下盖板上开有圆形的孔，分别为孔1和孔2，从图6、7中看到，孔1和孔2被安全压缩，这种变形模式具有稳定、压缩行程大的特点。

由于开孔结构是一种缺陷结构，因而对于结构的静强度和动强度都有影响，但是动强度对缺陷的敏感程度要高于对静强度的影响程度，基于此特点，在满足正常情况下2000KN的压缩载荷的情况下，利用缺陷效应使得结构在发生撞击时冲击载荷超过阈值的情况下，可以产生人为预定的塑性大变形模式。这种特点可以满足缓冲柄处纵向吸能梁A的要求，即在正常运行时纵向吸能梁能够满足车辆结构纵向冲击的要求，当撞击事故发生时，一旦撞击事故超过2000KN时，纵向吸能梁A能够可控地产生塑性大变形。

由于牵引梁B要满足1500KN的纵向拉伸载荷，在端梁与枕梁之间，牵引梁B如图3所示：由两根梁件4和上、下盖板6及筋5组焊而成一个箱型结构。靠近端梁的地方是大截面，为了防止牵引梁将过大的冲击力直接传递给后部车体，要求在发生撞击时牵引梁前部能够有序地发生塑性大变形。由于在正常牵引工况时牵引梁主要受力部位是左右两块腹板，因此在对牵引梁B进行设计时，腹板上不作任何改动，为了在削弱牵引梁B的纵向刚度的同时，底架能够通过叠缩方式来变形，又能够保证正常运行时对牵引梁B强度的要求，通过车体静强度分析，在位于前端的牵引梁B上盖板上开有椭圆形的孔，分别为孔e、孔f、孔g，如图5所示。撞击时使得牵引梁B腹板在靠近圆孔周围区域的应力急剧增加，在纵向力的作用下首先局部屈曲失稳，产生塑性铰，随着撞击力的继续作用，在腹板的失稳处开始继续产生大变形；将塑性铰周围的腹板压成皱褶。

为了保证纵向吸能梁件A与牵引梁B变形的一致性，吸能梁A上开孔的位置与牵引梁B上开孔的位置基本上相对应。见图1所示：即吸能梁A上的孔a、孔b、孔c分别与牵引梁B上的孔e、孔f、孔g相对应，在纵向吸能梁A与牵引梁B之间布置有横梁D控制底架变形的顺序。一方面可以调节纵向吸能梁A和牵引梁B在塑性大变形时基本同步；第二方面是通过连接牵引梁A和纵向吸能梁B的横梁D将纵向吸能梁分级，使得纵向吸能梁A在发生变形时能够有序地进行。

Claims (5)

1.用于耐冲击吸能列车车体的底架，其特征在于：它由纵向吸能梁A与牵引梁B以及A与B之间布置控制底架变形顺序的横梁D而构成。

2.根据权利要求1所述的用于耐冲击吸能列车车体的底架，其特征在于：纵向吸能梁A为箱体型，由两侧壁1和上、下盖板2与筋3组焊而成；上、下盖板2上开有孔a、孔b、孔c。

3.根据权利要求1所述的用于耐冲击吸能列车车体的底架，其特征在于：牵引梁B为箱体型结构，由两根“II”梁件4与上、下盖板6及筋5组焊而成；在位于牵引梁B前端的上盖板上开有椭圆形的孔，分别为孔e、孔f、孔g。

4.根据权利要求1所述的用于耐冲击吸能列车车体的底架，其特征在于：吸能梁A上开孔的位置与牵引梁B上开孔的位置相对应，即吸能梁A上的孔a、孔b、孔c分别与牵梁上的孔e、孔f、孔g相对应。

5.根据权利要求1所述的用于耐冲击吸能列车车体的底架，其特征在于：纵向吸能梁A满足2000KN的纵向压缩载荷；牵引梁B满足1500KN的纵向拉伸载荷。

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