TWI551491B - Railway vehicle energy absorbing device and a railway vehicle collision - Google Patents

Description

鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置及鐵道車輛

本發明係關於一種鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置及具備其之鐵道車輛。

習知在鐵道車輛中使用有碰撞能量吸收裝置。例如，在專利文獻1中，揭示有以蓋體覆蓋碰撞時將被壓壞之能量吸收元件之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置。

專利文獻1中所揭示之碰撞能量吸收裝置中的蓋體，係用於防止輕度之衝擊影響能量吸收元件，使能量吸收元件在碰撞時破斷而發揮功能。具體而言，蓋體係以從前端覆蓋從支持板朝向前方突出之能量吸收元件之方式，形成朝向支持板開口之箱狀。在蓋體之前壁中央，設置有於左右方向延伸之狹縫(slit)，在蓋體之兩側之側壁，設置有於前後方向延伸之狹縫。而且，蓋體於碰撞時沿狹縫破斷，並朝向支持板呈V字狀地被二分成上下兩部分。

專利文獻1：日本特許第4943905號公報

專利文獻1中所揭示之碰撞能量吸收裝置中的蓋體，由於具有承受輕度衝擊之強度，因此要到達破斷為止必需有某程度的負載。然而，在使用如此般之相對較高強度之蓋體的情形，蓋體佔負載-位移(衝程)特性 之影響較大，難以設計如何吸收碰撞能量。而且，一旦蓋體本身破斷，則有可能破壞位於周圍之電線、使周邊機器損傷等。因此，有必要在碰撞能量吸收裝置之周圍確保空間。

因此，本發明之目的在於提供一種容易設計如何吸收碰撞能量、且無需周圍之空間的碰撞能量吸收裝置及具備其之鐵道車輛。

為了解決該課題，本發明之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置，具備：能量吸收元件，係於碰撞時被壓壞；以及框體，係以於內部收容該能量吸收元件之方式於車輛長邊方向延伸，一端被支持於鐵道車輛之主構造物，且以相互疊合之部分彼此結合而成之複數個筒狀體構成，於碰撞時該筒狀體彼此之結合部破斷並呈伸縮式收縮。

根據上述之構成，由於能夠僅以使框體之筒狀體彼此之結合部破斷之方式使能量吸收元件發揮功能，因此容易設計如何吸收碰撞能量。此外，一旦筒狀體彼此之結合部破斷則框體呈伸縮式收縮，因此無需在碰撞能量吸收裝置之周圍確保空間。而且，在已呈伸縮式收縮之框體內，保持已壓壞之能量吸收元件，因此能夠防止能量吸收元件之碎片飛散。

此外，本發明之鐵道車輛，具備上述之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置。

根據本發明，能夠提供一種容易設計如何吸收碰撞能量，且無需周圍之空間的碰撞能量吸收裝置。

1A~1C‧‧‧碰撞能量吸收裝置

10‧‧‧鐵道車輛

11‧‧‧主構造物

2‧‧‧底板

21‧‧‧導引件

3‧‧‧頂板

31‧‧‧導引件

4‧‧‧能量吸收元件

4a‧‧‧貫通孔

40‧‧‧中心軸

41‧‧‧平板

42‧‧‧波板

45‧‧‧中空片材

5‧‧‧框體

51‧‧‧筒狀體

52‧‧‧鉚釘(結合部)

6‧‧‧線材

圖1A，係第1實施形態之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置之縱剖面圖； 圖1B，係沿圖1A之I-I線之橫剖面圖。

圖2A，係具備有第1實施形態之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置之鐵道車輛的前視圖；圖2B，係該鐵道車輛之前頭部分的側視圖。

圖3，係用於說明捲材之構成的圖式。

圖4，係因碰撞而變形之碰撞能量吸收裝置之縱剖面圖。

圖5，係表示第1實施形態之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置之負載-位移特性之圖。

圖6A及6B，係表示碰撞能量吸收裝置之配置位置之變形例的圖式。

圖7，係第2實施形態之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置之縱剖面圖。

圖8A，係第3實施形態之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置之縱剖面圖；圖8B，係該碰撞能量吸收裝置之後視圖。

圖9，係省略底板之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置之縱剖面圖。

(第1實施形態)

在圖1A及1B中，表示第1實施形態之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置1A，在圖2A及2B中，表示具備有該碰撞能量吸收裝置1A之鐵道車輛10。

圖2A及2B所示之鐵道車輛10係前頭車輛，在鐵道車輛10之主構造物11之前面下部，以夾著連結器13而分隔之方式配置有一對碰撞能量吸收裝置1A。更詳細而言，主構造物11，包含台座框、側構造體、端構造體及車頂構造體，且一對碰撞能量吸收裝置1A，從台座框之前面之兩端部往前方(車輛長邊方向之外方側)突出。碰撞能量吸收裝置1A，可以鐵道車輛10之外殼12覆蓋，亦可從外殼12突出。

但是，安裝碰撞能量吸收裝置1A之鐵道車輛10，並不一定要為前頭車輛。例如，如圖6A所示，安裝碰撞能量吸收裝置1A之鐵道車輛10亦可為中間車輛。在該情形，碰撞能量吸收裝置1A，亦可在台座框之前面之兩端部(圖中之A位置)配置2個。或者，碰撞能量吸收裝置1A，亦可在端構造體之中間高度位置的兩側(圖中之B位置)配置2個，在端構造體之中央之門的上方(圖中之C位置)配置1個，在台座框之兩端部的下方(圖中之D位置)配置2個。在台座框之下方配置碰撞能量吸收裝置1A的情形，亦可將下述之底板2透過托架(未圖示)安裝於台座框。

或者，碰撞能量吸收裝置1A，如圖6B所示，亦可配置於鐵道車輛10(前頭車輛與中間車輛之哪一個均可)之連結器13的後方(車輛長邊方向之內方側)。在該情形，亦可將下述之底板2透過托架(未圖示)安裝於台座框。

回到圖1A及1B，碰撞能量吸收裝置1A，包含碰撞時被壓壞之能量吸收元件4、及夾持該能量吸收元件4之底板2及頂板3。此外，碰撞能量吸收裝置1A，在底板2與頂板3之間包含收容能量吸收元件4之框體5。

底板2，係安裝於鐵道車輛10之主構造物11的於前後方向(車輛長邊方向)扁平之板。頂板3，係以夾著能量吸收元件4之方式與底板2對向之於前後方向扁平之板。在本實施形態中，底板2及頂板3，為相同大小之矩形狀。但是，底板2及頂板3之大小及形狀，亦可相互不同。例如，底板2及頂板3之一者或兩者之形狀，亦可為圓形狀或橢圓狀。

能量吸收元件4，只要是可藉由挫曲(buckling)而吸收碰撞能量者，則亦可具有任何的構造。例如，能量吸收元件4，亦可為以碳纖維強化塑膠(CFRP)構成之管。在本實施形態中，能量吸收元件4，係捲繞如圖3所示般之金屬製之中空片材45而成之捲材。具體而言，中空片材45，如圖1A及1B所示，捲繞於在連結頂板3與底板2之方向即車輛長邊方向延伸之中心軸40周圍。亦即，能量吸收元件4，係於車輛長邊方向延伸之圓柱狀。但是，在使用捲材以外者作為能量吸收元件4之情形，能量吸收元件4，例如亦可為剖面為四角形或八角形般之多角形狀之柱，亦可為圓筒、圓錐、角錐等。此外，能量吸收元件4，亦可為由發泡樹脂構成之實心構件。在該情形，可採用各種形狀(例如，立方體)作為能量吸收元件4之形狀。

中空片材45，具有平板41與波板42積層而成之構造。平板41及波板42，例如係由鋁構成之薄板。波板42之波形，可為梯形狀，亦可為脈波狀，亦可為圓滑之曲線狀。

能量吸收元件4即捲材，於中央具有於前後方向(捲材之軸方向)延伸之貫通孔4a。在頂板3及底板2，分別設置有嵌合於貫通孔4a之導引件31、21。在本實施形態中，導引件31、21，係於前後方向延伸之管，且在插通於設於頂板3及底板2之孔的狀態下，例如藉由熔接(焊接)而固定於頂板3及底板2。

但是，並不一定要在頂板3及底板2設置供導引件31、21插通之孔。例如，亦可為：導引件21、31係實心之圓柱，且該導引件21、31，在抵接於頂板3及底板2之一方之主面的狀態下，藉由貫通頂板3及底 板2之螺栓而固定於頂板3及底板2。

進一步地，在本實施形態中，能量吸收元件4即捲材之兩端面，藉由接著劑而接著於底板2及頂板3。

於內部收容能量吸收元件4之框體5，於前後方向延伸，其兩端固定於底板2及頂板3。亦即，框體5之一端，透過底板2而支持於鐵道車輛10之主構造物11。

更詳細而言，框體5，係由以前後方向作為軸方向之複數個(在圖例中為3個)筒狀體51構成。各筒狀體51之剖面形狀，雖在本實施形態中為矩形狀，但亦可為六角形或八角形般之多角形狀或圓形狀。

在本實施形態中，筒狀體51之大小，以相鄰之筒狀體51之端部彼此疊合之方式，隨著越接近底板2而逐漸變大。而且，筒狀體51之疊合的部分彼此藉由鉚釘52結合。但是，筒狀體51之大小，亦可為與本實施形態相反，隨著越接近頂板3而逐漸變大。此外，筒狀體51之疊合的部分彼此，並不一定要以鉚釘52結合，例如，亦可以點焊或螺栓-螺帽結合。

於兩端之筒狀體51設置有凸緣53，兩端之筒狀體51，藉由該凸緣53而固定於底板2或頂板3。固定於頂板3之最小的筒狀體51之大小，以在與能量吸收元件4之間，即使於碰撞時能量吸收元件4被壓毀而往徑方向擴大亦能確保收納其之空間的方式設定。另外，筒狀體51彼此之間隙及兩端之筒狀體51與底板2及頂板3之間隙，為了防止雨水之侵入而較佳為以密封材密封。

筒狀體51彼此之結合部即鉚釘52之強度，以於鐵道車輛 10之碰撞時鉚釘52破斷之方式設定。因此，於碰撞時，鉚釘52破斷，框體5如圖4所示般呈伸縮(telescopic)式收縮。

如此般，在本實施形態中，能夠僅以使鉚釘52(筒狀體51彼此之結合部)破斷而使能量吸收元件4發揮功能，因此容易設計如何吸收碰撞能量。換言之，鉚釘52破斷之後，能夠主要僅以能量吸收元件4吸收碰撞能量。此外，一旦鉚釘52破斷則框體5呈伸縮式收縮，因此無需於碰撞能量吸收裝置1A之周圍確保空間。而且，在呈伸縮式收縮後之框體5內，保持已壓壞之能量吸收元件4，因此能夠防止能量吸收元件4之碎片飛散。

圖5，係表示本實施形態之碰撞能量吸收裝置1A之負載-位移特性之圖。另外，在圖5中，以虛線表示能量吸收元件4單體之負載-位移特性。

在本實施形態中，能量吸收元件4，係捲繞中空片材45而成之捲材，因此如圖5中以虛線表示般以大致一定之負載壓壞。藉此，能夠抑制因碰撞時之減速度之變化而使作用於乘員(乘客及乘務員)之慣性力變動。

此外，在本實施形態中，能量吸收元件4，預先以既定量壓壞。「既定量」只要是些微的即可，例如為能量吸收元件4之壓壞前(製造時)之長度的1/10以下。在能量吸收元件4未預先壓壞的情形下，於碰撞時能量吸收元件4開始被壓壞時所需的初期負載會非常大。相對於此，如本實施形態般若預先壓壞能量吸收元件4，則能夠抑制此種初期負載需較高才能起作用的情況。另外，預先壓壞的效果，即使是能量吸收元件4不以金屬 構成的情形亦能夠同樣地獲得。

而且，預先壓壞之能量吸收元件4，外觀不佳、且亦發生腐蝕，因此若以框體5包圍預先壓壞之能量吸收元件4，則能夠謀求提高美觀及防止能量吸收元件4之腐蝕。

進一步地，在本實施形態中，嵌合於能量吸收元件4即捲材之貫通孔4a的導引件21、31設置於底板2及頂板3，因此能夠以簡易之構成保持捲材。

此外，在本實施形態中，捲材之兩端面藉由接著劑而接著於底板2及頂板3，因此能夠容易地固定具有多個開口之捲材之端面。而且，能量吸收元件4收容於框體5，因此能夠防止接著劑之劣化。另外，即使接著劑之接著力降低，亦能夠藉由設於底板2及頂板3的導引件21、31，使能量吸收元件4繼續夾持於底板2與頂板3之間。亦即，能夠實現一般行進時之耐久性佳的構造。

(第2實施形態)

接著，參照圖7，說明第2實施形態之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置1B。另外，在本實施形態及下述之第3實施形態中，對與第1實施形態為相同之構成元件標記相同符號，並省略重複之說明。

在本實施形態中，於底板2與頂板3之間，前後排列地配置有2個能量吸收元件4及2個框體5。具體而言，於底板2與頂板3之間配置中間板7，2個能量吸收元件4以夾著中間板7之狀態而夾持於底板2與頂板3之間。亦即，本實施形態之碰撞能量吸收裝置1B，具有以下之構成： 前後排列第1實施形態之碰撞能量吸收裝置1A，且使用一片中間板7作為前方的碰撞能量吸收裝置1A之底板2與後方的碰撞能量吸收裝置1A之頂板3。

即使是在本實施形態，各能量吸收元件4亦係於中央具有貫通孔4a之捲材。而且，於中間板7，以貫通中間板7之方式設置有嵌合於兩者之能量吸收元件4之貫通孔4a的導引件71。此外，前方的能量吸收元件4之後端面與後方的能量吸收元件4之前端面，藉由接著劑而接著於中間板7。

即使是在如本實施形態般之構成中，亦能夠得到與第1實施形態同樣之效果。此外，根據本實施形態，能夠以簡易之構成呈串聯地排列能量吸收元件4。藉此，能夠吸收較習知更大之碰撞能量。

(第3實施形態)

接著，參照圖8A及8B，說明第3實施形態之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置1C。即使是在本實施形態中，能量吸收元件4亦係於中央具有貫通孔4a之捲材。而且，藉由插通於貫通孔4a之線材(wire)6而能量吸收元件4受頂板3及底板2之拘束。

在本實施形態中，於頂板3中的與能量吸收元件4之上側頂點與下側頂點對應之位置，設置有2個線材插通孔32。同樣地，於底板2中的與能量吸收元件4之上側頂點與下側頂點對應之位置，設置有2個線材插通孔23。進一步地，於底板2之後側的主面，設置有從插通於導引件21之孔往各線材插通孔23延伸之2個溝槽22。線材6，通過線材插通孔23、 溝槽22、導引件21之內部、貫通孔4a、導引件31之內部、線材插通孔32而配置，且在能量吸收元件4之外周面上將端部彼此緊固。

但是，線材6之配置方法並不限於此。例如，亦可不在底板2設置線材插通孔23及溝槽22，而將線材6之一端接合於導引件21，另一端在能量吸收元件4之外側與底板2接合。或者，亦可於底板2上設置捲繞線材6之捲繞機構。

即使是在如本實施形態般之構成中，亦能夠得到與第1實施形態同樣之效果。此外，在本實施形態中藉由線材6固定能量吸收元件4，因此能夠較使用接著劑之情形提高一般行進時之耐久性。

(其他實施形態)

收容於框體5之能量吸收元件4之數量，並不一定必需為一個，亦可為複數個。

此外，框體5，並不一定要以3個筒狀體51構成，亦可以2個筒狀體51構成。但是，框體5若以3個以上之筒狀體51構成，則能夠使能量吸收元件4在全長之大約2/3以上順利地壓壞。

進一步地，底板2，亦可省略。例如，如圖9所示般，亦可將框體5之一端直接固定於鐵道車輛10之主構造物11。

本發明之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置，對於各種之車輛係有貢獻效果的。

1A‧‧‧碰撞能量吸收裝置

2‧‧‧底板

21‧‧‧導引件

3‧‧‧頂板

31‧‧‧導引件

4‧‧‧能量吸收元件

4a‧‧‧貫通孔

40‧‧‧中心軸

5‧‧‧框體

51‧‧‧筒狀體

52‧‧‧鉚釘(結合部)

53‧‧‧凸緣

Claims (8)

1. 一種鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置，其特徵在於，具備：能量吸收元件，在中央具有往車輛長邊方向延伸之貫通孔，於碰撞時被壓壞；框體，係以於內部收容該能量吸收元件之方式於車輛長邊方向延伸，一端被支持於鐵道車輛之主構造物，且以相互疊合之部分彼此結合而成之複數個筒狀體構成，於碰撞時該筒狀體彼此之結合部破斷並呈伸縮式收縮；以及頂板，與該主構造物一起夾持該能量吸收元件；在該頂板設有嵌合於該貫通孔之導引件。
2. 如申請專利範圍第1項之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置，其中，該框體，係以3個以上之筒狀體構成。
3. 如申請專利範圍第1或2項之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置，其中，該能量吸收元件，係將平板與波板積層而成之中空片材捲繞於在車輛長邊方向延伸之中心軸周圍而成之捲材。
4. 如申請專利範圍第3項之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置，其中，該捲材之兩端面，藉由接著劑接著於該主構造物及該頂板。
5. 一種鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置，其特徵在於，具備：能量吸收元件，係於碰撞時被壓壞；框體，係以於內部收容該能量吸收元件之方式於車輛長邊方向延伸，一端被支持於鐵道車輛之主構造物，且以相互疊合之部分彼此結合而成之複數個筒狀體構成，於碰撞時該筒狀體彼此之結合部破斷並呈伸縮式收縮； 底板，安裝於鐵道車輛之主構造物且固定有該框體之一端；以及頂板，與該底板一起夾持該能量吸收元件；該能量吸收元件於中央具有往車輛長邊方向延伸之貫通孔；在該底板及該頂板，設置有嵌合於該貫通孔之導引件。
6. 一種鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置，其特徵在於，具備：能量吸收元件，係於碰撞時被壓壞；框體，係以於內部收容該能量吸收元件之方式於車輛長邊方向延伸，一端被支持於鐵道車輛之主構造物，且以相互疊合之部分彼此結合而成之複數個筒狀體構成，於碰撞時該筒狀體彼此之結合部破斷並呈伸縮式收縮；底板，安裝於鐵道車輛之主構造物且固定有該框體之一端；以及頂板，與該底板一起夾持該能量吸收元件；該能量吸收元件於中央具有往車輛長邊方向延伸之貫通孔，且藉由插通於該貫通孔之線材而受該頂板及該底板之拘束。
7. 如申請專利範圍第1、2、5、6項中任一項之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置，其中，該能量吸收元件，預先以既定量壓壞。
8. 一種鐵道車輛，其特徵在於：具備申請專利範圍第1至7項中任一項之鐵道車輛用碰撞能量吸收裝置。