CN103180194A - 铁道车辆的排障装置 - Google Patents

Abstract

一种设置于铁道车辆（1）的车身底架（4）的前部的排障装置（1）；具备在车辆行驶中保护车身免受线路上的障碍物破环的排障板（11）；所述排障板（11）具有配置为利用面承受障碍物并在俯视下具有随着向行驶方向前方行进而以凸状弯曲的形状的主板部（13）、以及从所述主板部（13）向后方突出的副板部（14、15、16、17）；所述副板部（14、15、16、17）从在所述主板部（13）中以凸状弯曲的前端部分（13a）向行驶方向后方的左右一对的两侧部分并沿着所述主板部（13）连续地设置。

Description

铁道车辆的排障装置

技术领域

本发明涉及设置于铁道车辆的车身底架的前部上的排障装置。

背景技术

以往，为了在铁道车辆的高速行驶中保护车身免受线路上的障碍物破坏，而在其最前部的车辆的车身底架的前部安装有排障装置。一般的排障装置形成为具备在俯视下具有向行驶方向前方以凸状弯曲的形状的排障板，并且该排障板能够挡住障碍物的结构（例如参照日本特开2005-53346号公报）。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，近年来铁道车辆正在推进高速化，从而存在障碍物与车辆冲撞时的冲击能量增大的倾向。此时，在设计排障装置时，需要考虑吸收较大的冲击能量而提高排障装置的耐冲撞性能。

在日本特开2006-168709号公报记载的铁道车辆中，在排障板的后方设置有具备多个板簧的缓冲装置。借助于此，可以由缓冲装置充分吸收冲击能量，但是由于设置排障板和缓冲装置的两者，因此大幅度增大装置重量。在高速铁道车辆中轻量化的要求高，因此期待不增加重量的结构。

因此，本发明的目的在于在铁道车辆的排障装置中，提高冲撞时的单位重量的吸收能量，从而既轻量又能够实现有效的能量吸收。

解决问题的手段：

根据本发明的铁道车辆的排障装置是设置于铁道车辆的车身底架的前部的排障装置，具备在车辆行驶中保护车身免受线路上的障碍物破环的排障板；所述排障板具有配置为利用面承受障碍物并在俯视下具有随着向行驶方向前方行进而以凸状弯曲的形状的主板部、从所述主板部向后方突出的副板部；所述副板部从在所述主板部中以凸状弯曲的前端部分向行驶方向后方的左右一对的两侧部分并沿着所述主板部连续地设置。

根据上述结构，在线路上的障碍物与排障板的主板部的面冲撞的情况下，副板部抑制主板部的变形，因此不会增加排障装置的重量而能够提高排障板的刚性。因此，冲撞时的单位重量的吸收能量提高，从而既轻量又能够实现有效的能量吸收。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施形态的排障装置安装在铁道车辆上的状态的左视图；

图2是从左斜前上方观察根据本发明的实施形态的排障装置的立体图；

图3是从左斜后下方观察图2所示的排障装置的的立体图；

图4是图2所示的排障装置的俯视图；

图5中的（a）是示出在有限元分析中100kg的刚性球以350km／h速度从前方与排障装置的中央冲撞的状态的立体图，图5中的（b）是其侧视图；

图6是示出在图5的情况下作用于车身的负荷随着时间变化的图表；

图7中的（a）是示出在有限元分析中100kg的刚性球以350km／h速度从前方与排障装置的侧面冲撞的状态的立体图，图7中的（b）是其侧视图；

图8是示出在图7的情况下作用于车身的负荷随着时间变化的图表；

图9中的（a）是示出在有限元分析中将刚性壁以36km／h速度推入至排障装置的排障板而推入量达到500mm的状态的立体图，图9中的（b）是其侧视图；

图10中的（a）是示出从图9的状态进一步推入至排障板而推入量达到700mm的状态的立体图，图10中的（b）是其侧视图；

图11是示出在图9及图10的情况下作用于车身的负荷和推入量之间的关系的图表。

具体实施方式

以下，参照附图说明根据本发明的实施形态。

图1是示出根据本发明的实施形态的排障装置10安装于铁道车辆1上的状态的左视图。如图1所示，在高速行驶的铁道车辆1中，在其最前端的车辆2的车身3的底架4的下侧前部上安装有保护车身3免受线路上的障碍物破环的排障装置10。排障装置10具备保护车身免受障碍物破环的排障板11、和用于将排障板11与底架4连接的支持装置12。

图2是从左斜前上方观察根据本发明的实施形态的排障装置10的立体图。图3是从左斜后下方观察图2所示的排障装置10的立体图。图4是图2所示的排障装置10的俯视图。另外，在以下说明中，将车辆行驶方向（前后方向）作为X，车宽方向作为Y，垂直方向作为Z。如图2至图4所示，排障装置10由钢和铝合金等的金属材料左右对称地形成。排障板11具备：配置为利用面承受前方的障碍物并在俯视下具有以随着向行驶方向前方行进而凸出的圆弧状弯曲的形状的主板部13；从主板部13的上端部向后方突出的上副板部14；从主板部13的下端部向后方突出的下副板部15；和从主板部13的上下方向的中间部分向后方突出而上下彼此隔着间隔配置的多个（本示例中为两个）的中间副板部16、17。

主板部13配置为具有以凸状弯曲的前端部分13a、和从前端部分13a连续地向行驶方向后方的左右两侧延伸的一对两侧部分13b，并且其法线方向成为大致水平方向。另外，在本实施形态中，将在主板部13的前后方向X的全长中相当于从前端为1／3的区域的部分作为前端部分13a，剩余的2／3的部分作为两侧部分13b。在主板部13的前端部分13a上，多个（本示例中为四个）板状的防爬器29～32以上下隔着等间隔向前方突出。

上副板部14及下副板部15从主板部13的前端部分13a至左右一对的两侧部分13b的后端连续地被设置，并且通过焊接等固定于主板部13的上端缘及下端缘上。在上副板部14及下副板部15中从主板部13的前端部分13a突出的部分的突出量小于在上副板部14及下副板部15中从主板部13的两侧部分13b突出的部分的突出量。具体的是，上副板部14及下副板部15具有从主板部13的前端部分13a突出的突出量大致一定的前侧一定区域14a、15a、从主板部13的两侧部分13b突出并随着向后方行进而突出量逐渐地增加以与前侧一定区域14a、15a顺滑地连续的渐增区域14b、15b、和从主板部13的两侧部分13b突出而突出量大致一定以与渐增区域14b、15b的后侧连续连接的后侧一定区域14c、15c。

在沿着主板部13的方向中，前侧一定区域14a、15a的长度形成为大于渐增区域14b、15b的长度。前侧一定区域14a、15a的突出量小于主板部13的上下宽度。后侧一定区域14c、15c的突出量及渐增区域14b、15b的最大突出量为前侧一定区域14a、15a的突出量的两倍（double）以上。

中间副板部16、17从主板部13的前端部分13a至下述的箱部18连续地被设置，并且通过焊接等固定于主板部13的后表面上。中间副板部16、17的突出量与上副板部14及下副板部15的前侧一定区域14a、15a的突出量大致相同。各副板部14～17配置为其法线方向成为大致垂直方向。又，各副板部14～17彼此在上下以等间隔配置。各个副板部14～17以大致相同高度配置为以与各个防爬器29～32分别夹持主板部13。

在主板部13的两侧部分13b的后部的背面侧（内表面侧）上设置有由中空六面体构成的箱部18。箱部18的上表面及下表面分别由上副板部14及下副板部15的后侧一定区域14c、15c形成。箱部18的外侧面由主板部13的两侧部分13b的后部形成。箱部18的内侧面由通过焊接等与上副板部14及下副板部15的后侧一定区域14c、15c的突出端接合的内板构件19形成。箱部18的前表面及后表面由通过焊接等与上副板部14的下表面、下副板部15的上表面及主板部13的背面接合的前板构件20及后板构件21形成。又，中间副板部16、17中在沿着主板部13的方向上的左右两端部与箱部18的前板构件20抵接。又，在俯视下，箱部18的前表面和主板部13的交点A、即箱部18的前板构件20和主板部13的交点A配置在比线路R靠近车宽方向外侧的位置上。

主板部13通过箱部18与支持装置12连接。支持装置12由钢等的金属制成的刚体形成，是用于将排障板11与底架4（参照图1）连接的构件。支持装置12具备用于约束排障板11的上下方向位移的第一支持构件25、用于约束排障板11的前后方向位移的第二支持构件26、用于约束排障板11的车宽方向的位移的第三支持构件27、和用于将这些支持构件25～27安装于排障板11的箱部18的安装构件23。在安装构件23的与箱部18相对的一侧上通过焊接等固定有安装板24，并且其安装板24螺栓固定于箱部18的内板构件19上。排障板11和支持装置12的连接面，即安装板24和内板构件19的连接面倾斜配置为在俯视下随着向后方行进而向车宽方向外侧扩展。

具体的是，安装构件23具有作为水平面的上表面23a、作为法线方向朝向行驶方向后方的垂直面的背面23b、和作为与背面23b成直角地形成的垂直面的内表面23c。第一支持构件25以下端固定于安装构件23的上表面23a的状态向上方延伸，并且其另一端安装于底架4（参照图1）的下部。第二支持构件26以前端固定于安装构件23的背面23b的状态向斜后上方延伸，并且其另一端安装于底架4（参照图1）的下部。第三支持构件27以水平方向安装为连接左右的安装构件23的彼此相对的内表面23c。通过这样的结构的支持装置12可以约束排障板11的各方向的位移。

根据以上说明的结构，在线路上的障碍物与排障板11的主板部13的前表面冲撞的情况下，由于副板部14～17抑制主板部13的变形，因此不会增加排障装置100的重量而能够提高排障板11的刚性。又，由主板部13、上副板部14和下副板部15形成向前方成为凸状的纵截面形状，因此可以有效地提高排障板11的刚性。此外，由于中间副板部16、17也抑制主板部13的变形，因此可以更有效地提高在障碍物与主板部13的上下方向的中间部分冲撞时的排障板11的刚性。因此，可以提高在冲撞时单位重量的吸收能量，从而既轻量又能够实现有效的能量吸收。

又，在上副板部14及下副板部15上设置有渐增区域14b、15b，因此在上副板部14及下副板部15中靠近支持装置12的部分的强度提高，因此能够更加提高排障板11的刚性。又，通过提高在上副板部14及下副板部15中靠近支持装置12的部分的强度，可以抑制主板部13在靠近支持装置12的部分集中性地变形的情况，从而可以提高通过主板部13的前端部分13a的冲击能量吸收性能。

此外，在上副板部14及下副板部15中，在俯视下在沿着主板部13的方向上，一定区域14a、15a比渐增区域14b、15b长，因此可以抑制障碍物与主板部13的前端部分13a冲撞时的初期负荷（initial load）变得过大的情况，可以缓和传递至车身3的冲击。因此，可以适当地实现冲击能量吸收性能和冲击缓和性能的两方面。

又，由于通过箱部18提高排障板11中靠近支持装置12的部分的强度，因此在障碍物与主板部13冲撞而前端部分13a较大地变形时，可以抑制排障板11的前端部分向下方垂下地扭转变形的情况，从而可以防止变形后的排障板11的前端部分对地面的干扰。此外，箱部18利用主板部13、上副板部14及下副板部15的一部分而形成，因此可以减少部件数量及装置重量。

又，中间副板部16、17的左右两端部由箱部18的前板构件20限制，因此在障碍物与主板部13冲撞时中间副板部16、17变形，从而可以更有效地吸收冲击能量。此外，在排障板11中强度高的交点A的部位位于比线路R靠近车宽方向外侧的位置上，以此位于排障板11的充分的后侧，因此利用比该交点A靠近前侧的部分可以充分吸收传递至车身的冲击。又，由于在主板部13的前端部分13a的前表面上设置有多个防爬器29～32，因此在来自前方的障碍物与排障板11冲撞时，可以抑制障碍物到达排障板11的上部的情况。

又，在主板部13中从前端至与支持装置12的连接部分（箱部18）之间的部分不支持于车身侧，在冲撞时变形的部分的前后方向尺寸设定得充分，因此即使对于车辆之间的冲撞也能够确保充分的变形冲程（deformation stroke），同时也容易实现向车身的安装。

另外，在上述实施形态中，使箱部18形成为中空六面体，但是也可以在其内部容纳吸收体。又，在上述实施形态中，在中间副板部16、17中在沿着主板部13的方向上的左右两端部与箱部18的前板构件20抵接，但是也可以不是抵接而是通过焊接等固定。本发明并不限于上述实施形态，在不脱离本发明的主旨的范围内可以变更、增加或者删除其结构。

接着参照图5至图11说明通过利用有限元分析的计算机模拟使障碍物与排障装置10冲撞时的分析结果。另外，分析条件为以下的（1）至（4）；

（1）分析模型

使图2所示的形状的排障装置10网格化的有限元模型（参照图5）；

（2）材料物理性质值

表1示出用于分析的材料物理性质值，并且表2示出其允许应力（MPa）。另外，在排障板11中使用SS400，在安装构件23及第一支持构件25中使用A5083-O，在第二支持构件26及第三支持构件27中使用A6N01-T5。

[表1]

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[表2]

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（3）分析求解

分析代码（analysis code）：LS-DYNA Ver.971（Livermore Software Technology Corporation，美国利弗莫尔软件技术公司）；

单精度版·阳解法（冲撞分析）；

（4）分析条件

在表3示出分析示例。

[表3]

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图5中的（a）是示出在有限元分析中100kg的刚性球B1以350km／h速度从前方与排障装置10的中央冲撞的状态的立体图，图5中的（b）是其侧视图。图6是示出在图5的情况下作用于车身的负荷随着时间变化的图表。如图5及图6所示，在刚性球B1与排障板11的主板部13的前端部分13a冲撞时，副板部14～17抑制主板部13的变形，因此X方向的初期负荷某种程度增大。但是，由于在上副板部14及下副板部15中作为前端部分的一定区域14a、15a的突出量减小，因此能够抑制在刚性球B1与主板部13的前端部分13a冲撞时的初期负荷过度增大的情况。因此，已证实可以防止传递至车身3的冲击过大的情况，同时可以良好地吸收冲击能量。

又，在上副板部14及下副板部15上设置有渐增区域14b、15b，因此通过其变形抑制效果能够抑制主板部13在靠近支持装置12的部分上集中性地变形的情况。因此，已证实也可以良好地防止传递至车身的负荷随着时间的经过而较大地变化的情况。又，通过箱部18提高在排障板11中靠近支持装置12的部分的强度，因此在刚性球B1与主板部13冲撞而前端部分13a较大地变形时，能够抑制排障板11的前端部分向下方垂下地扭转变形的情况。因此，已证实可以适当地防止变形后的排障板11的前端部分对地面的干扰。

图7中的（a）是示出在有限元分析中100kg的刚性球以350km／h速度从前方与排障装置的侧面冲撞的状态的立体图，图7中的（b）是其侧视图。图8是示出在图7的情况下作用于车身的负荷随着时间变化的图表。如图7及图8所示，在刚性球B1与排障板11的主板部13的两侧部分13b冲撞的情况下，X方向及Y方向的两个方向的期负荷增大。已证实该X方向及Y方向的初期负荷是，其峰值小于图6所示的X方向的初期负荷的峰值，但是经过长时间产生负荷而充分吸收冲击能量。又，与图6相同地，能够抑制主板部13在靠近支持装置12的部分上集中性地变形的情况，从而可以良好地防止传递至车身的负荷随着时间经过而较大地变化的情况，同时可以适当地防止变形后的排障板11的前端部分对地面的干扰。

图9中（a）是示出在有限元分析中将刚性壁B2以36km／h速度推入至排障装置10的排障板11而推入量达到500mm的状态的立体图，图9中（b）是其侧视图。图10（a）是示出从图9的状态进一步推入至排障板11而推入量达到700mm的状态的立体图，图10中（b）是其侧视图。图11是示出在图9及图10的情况下作用于车身的负荷和推入量之间的关系的图表。如图9至图11所示，在将车宽方向长度与排障板11相同程度的刚性壁B2推入至主板部13的情况下，已证实X方向的初期负荷增大，之后，在推入量增加的期间产生负荷而能够吸收冲击能量。而且，在推入量超过500mm的附近，上副板部14及下副板部15的渐增区域14b、15b像起波浪那样较大地弯曲，以此负荷再次增加。借助于此，已证实不仅在冲撞初期，而且在冲撞后期也良好地吸收冲击能量的情况。 

Claims (10)

1.一种铁道车辆的排障装置，是设置于铁道车辆的车身底架的前部的排障装置；

所述排障装置具备在车辆行驶中保护车身免受线路上的障碍物破环的排障板；

所述排障板具有配置为利用面承受障碍物并在俯视下具有向行驶方向前方以凸状弯曲的形状的主板部、和从所述主板部向后方突出的副板部；

所述副板部从在所述主板部中以凸状弯曲的前端部分向行驶方向后方的左右一对的两侧部分并沿着所述主板部连续地设置。

2.根据权利要求1所述的铁道车辆的排障装置，其特征在于，

所述排障装置具备将所述排障板的所述两侧部分与所述底架连接的支持装置；

所述副板部在从所述两侧部分突出的部分上具有随着从所述前端部分侧向所述支持装置侧靠近而突出量逐渐地增加的渐增区域。

3.根据权利要求2所述的铁道车辆的排障装置，其特征在于，

所述副板部具有包含从所述前端部分突出的部分并与所述渐增区域顺滑地连续地连接的突出量大致一定的一定区域；

在俯视下在沿着所述主板部的方向上，所述一定区域的长度形成为大于所述渐增区域的长度。

4.根据权利要求1所述的铁道车辆的排障装置，其特征在于，所述副板部包含从所述主板部的上端部向后方突出的上副板部、和从所述主板部的下端部向后方突出的下副板部。

5.根据权利要求1所述的铁道车辆的排障装置，其特征在于，所述副板部包含从所述主板部的上下方向的中间部分向后方突出的中间副板部。

6.根据权利要求1所述的铁道车辆的排障装置，其特征在于，

所述排障装置具备用于将所述排障板的所述两侧部分与所述底架连接的支持装置；

所述主板部和所述支持装置通过箱部结合。

7.根据权利要求6所述的铁道车辆的排障装置，其特征在于，

所述副板部包含从所述主板部的上端部向后方突出的上副板部、和从所述主板部的下端部向后方突出的下副板部；

所述箱部的上表面及下表面分别由所述上副板部及所述下副板部的一部分形成；

所述箱部的外侧面由所述主板部的一部分形成；

所述箱部的内侧面由与所述上副板部及所述下副板部的突出端接合的内板构件形成；

所述箱部的前表面及后表面由其端缘与所述上副板部的下表面、所述下副板部的上表面以及所述主板部的背面接合的前板构件及后板构件形成。

8.根据权利要求6所述的铁道车辆的排障装置，其特征在于，

在俯视下，所述箱部的前表面和所述主板部的交点配置在比线路靠近左右方向外侧的位置上。

9.根据权利要求6所述的铁道车辆的排障装置，其特征在于，

所述副板部包含从所述主板部的上下方向的中间部分向后方突出的中间副板部；

所述中间副板部中在沿着所述主板部的方向上的左右两端部与所述箱部抵接。

10.根据权利要求1所述的铁道车辆的排障装置，其特征在于，

所述排障装置具备从所述主板部向前方突出的板状的防爬器。

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