CN106364521A - 用于轨道车辆的组合式专用吸能装置及设有该装置的轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轨道车辆的组合式专用吸能装置以及轨道车辆，吸能装置包括凸模冲头组件、凹模组件和吸能组件；吸能组件装设于凹模组件内，包括薄壁塑变吸能结构和压溃式吸能结构，薄壁塑变吸能结构的侧翼板插设于凹模组件内且套设于压溃式吸能结构外侧。凸模冲头组件包括防爬齿板、冲击杆以及导向杆，冲击杆的另一端设有矩形匀力板，导向杆插设于凹模组件的导向孔内，匀力板与薄壁塑变吸能结构的封闭端贴合接触，凸模冲头组件通过匀力板将承受的纵向冲击力均匀传递给所述薄壁塑变吸能结构和压溃式吸能结构。本发明的轨道车辆上装设有两组吸能装置。本发明具有结构和制作工艺相对简单、安装方便且变形稳定可控、比吸能大等优点。

Description

用于轨道车辆的组合式专用吸能装置及设有该装置的轨道 车辆

技术领域

本发明涉及铁道车辆的安全保护领域，特别涉及专用于轨道车辆的吸能装置及设有该装置的铁道车辆。

背景技术

国内外频繁发生的铁道车辆碰撞事故，给人们带来了沉重和惨痛的教训。尤其是近年来随着路面有轨电车的不断兴起，地面碰撞概率大大增加。铁路作为国民经济重要的基础设施和大众交通工具，应始终把保护旅客和司乘人员的生命财产安全作为轨道交通运行安全的出发点。因此，当列车碰撞事故无法避免时，亟需开展铁道车辆被动安全保护研究。

在车辆碰撞过程中，由于安全防护的需要，碰撞动能要完全被吸收或耗散，因此需要采用专门的元件作为能量吸收结构，以满足车辆结构的耐撞性要求。一个设计良好的耐撞性结构必须以可控制的方式吸收或耗散全部撞击动能，在材料和结构的这些能量吸收机制中，金属薄壁结构和铝蜂窝结构作为一种低成本、高强重比、高吸能效率的吸能结构，得到了广泛的实际应用。

吸能结构分为承载吸能结构和专用吸能结构，所谓承载吸能结构：在正常运行条件下，具有良好的传递纵向力性能，在发生撞击事故时产生塑性大变形吸收能量；所谓专用吸能结构：不作为结构承载用，仅在发生撞击事故时产生塑性大变形吸收能量，以增加吸能结构的“比吸能”，专用吸能结构在碰撞中失效后可以替换。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构和制作工艺简单、安装方便、变形稳定可控、可以复合吸能且比吸能大的用于轨道车辆的组合式专用吸能装置；还提供一种设有该吸能装置的轨道车辆。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于轨道车辆的组合式专用吸能装置，包括凸模冲头组件、能固定于车辆底架上的凹模组件以及装设于凹模组件内的吸能组件；所述吸能组件包括薄壁塑变吸能结构和压溃式吸能结构，所述压溃式吸能结构一端可拆卸装设于所述凹模组件内，所述薄壁塑变吸能结构为一端开口的筒状结构，其侧壁开设有多条开口槽形成多条独立的侧翼板；所述筒状结构的开口端通过所述侧翼板插设于凹模组件内且套设于压溃式吸能结构的另一端外侧，所述凸模冲头组件包括防爬齿板、设于防爬齿板背面中部的冲击杆以及设于防爬齿板背面四周的导向杆，所述冲击杆的另一端设有与防爬齿板平行的矩形匀力板，所述导向杆插设于所述凹模组件的导向孔内，匀力板与薄壁塑变吸能结构的封闭端贴合接触，所述凸模冲头组件通过匀力板将承受的纵向冲击力均匀传递给所述薄壁塑变吸能结构和压溃式吸能结构。

作为对上述技术方案的进一步改进：

优选的，所述薄壁塑变吸能结构为薄壁金属板结构，所述封闭端为一十字形底板，所述侧翼板为四条，四条侧翼板由所述十字形底板的四条边于相应位置90度折弯后形成。

优选的，所述导向杆设为四根且呈矩形分布于防爬齿板背面的四角，所述凹模组件包括凹模底座，所述凹模底座包括矩形底板以及四根设于矩形底板四周的空心导向支柱，导向支柱的另一端通过四根方形诱变梁连接成一整体，各诱变梁的两端均设有一凸起台阶，两个凸起台阶之间形成一限位槽，所述薄壁塑变吸能结构的四条侧翼板通过相应的限位槽插设于凹模底座的空腔内，且端部与矩形底板接触；所述矩形底板两侧设有多个能与车辆底架连接固定的连接孔，矩形底板中部设有凸出的矩形限位框，所述压溃式吸能结构的一端嵌设于所述矩形限位框内。

优选的，所述凹模组件还包括凹模盖板，所述凹模盖板包括矩形顶板以及围设于顶板四周的边缘挡板，所述边缘挡板盖设于所述诱变梁的外侧，所述顶板的四角开设有导孔和第一螺栓孔，顶板的中部开设有方孔，所述导向杆从所述导孔中穿出后插设于所述导向支柱的中间空心孔中，所述匀力板通过所述方孔与所述薄壁塑变吸能结构的十字形底板接触；顶板通过穿设于所述第一螺栓孔内的螺栓固定于诱变梁上。

优选的，所述压溃式吸能结构为薄壁金属压溃式吸能结构或多孔隙吸能结构；所述多孔隙吸能结构为蜂窝铝、蜂窝钢或泡沫铝；当压溃式吸能结构为蜂窝铝或蜂窝钢时，其孔隙方向与纵向冲击方向一致。

优选的，所述冲击杆与防爬齿板和匀力板之间均焊接有加强肋板。

优选的，所述防爬齿板的正面均匀设置有防爬齿。

优选的，所述冲击杆为棱柱形冲击杆。

优选的，所述导向杆为圆柱形或棱柱形结构；所述导向支柱的空心为与导向杆配合的圆柱形孔或棱柱形孔。

作为同一个发明构思，本发明还提供一种轨道车辆，包括车体底架，所述车体底架的前端对称于底架的纵向中线方向装设有两组上述的组合式专用吸能装置，其中所述凹模底座的矩形底板通过穿设于其两侧连接孔内的螺栓可拆卸装设于所述车体底架上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种组合式专用吸能装置，除了能像传统的铁道车辆专用吸能结构一样利用压溃式吸能结构的塑性变形吸收能量，还能充分利用车辆底架结构上的安装空间，结合冲压塑变原理，通过在凸模冲头组件与凹模组件之间装设薄壁塑变吸能结构，也能在冲压过程当中产生塑性变形吸收冲击能量，使整个装置在受到冲击时既可以复合吸能，从而吸收更多的冲击动能；还能产生有序可控的塑性大变形来吸收冲击动能。薄壁塑变吸能结构的耗能量还可以根据凹模底座和凹模盖板之间的预紧力进行调整：预紧力越大，其发生冲压塑性变形时吸收的能量也越大。且在正常运行条件下，该装置中的主要组成结构还具有一定的承载能力，承受一定的横向和垂向载荷。本发明具有结构和制作工艺相对简单、安装方便等优点，并且其变形稳定可控、比吸能大，可广泛应用于铁道车辆的能量耗散结构中。本发明的轨道车辆底架前端装设有两组上述的专用吸能装置，同样也具有上述的优点。

附图说明

图1是本发明实施例1的总装结构示意图。

图2是本发明实施例1的分解结构示意图。

图3是本发明实施例1中凸模冲头组件的立体结构示意图。

图4是本发明实施例1中薄壁塑变吸能结构的立体结构示意图。

图5是本发明实施例1中凹模盖板的立体结构示意图。

图6是本发明实施例1中凹模底座的立体结构示意图。

图7是本发明实施例2的结构示意图。

图例说明：

1、凸模冲头组件；11、防爬齿板；12、导向杆；13、匀力板；14、冲击杆；15、肋板；2、凹模盖板；21、导孔；22、第一螺栓孔；23、方孔；24、顶板；25、边缘挡板；3、薄壁塑变吸能结构；4、压溃式吸能结构；5、凹模底座；51、诱变梁；52、导向支柱；53、矩形底板；54、限位框；55、连接孔；56、中间空心孔；57、限位槽；58、第二螺栓孔；6、组合式专用吸能装置。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

实施例1

如图1-图6所示，一种本发明的用于轨道车辆的组合式专用吸能装置实施例，包括凸模冲头组件1、能固定于车辆底架上的凹模组件以及装设于凹模组件内的吸能组件；其中的吸能组件用于碰撞时产生变形来吸收碰撞能，包括薄壁塑变吸能结构3和压溃式吸能结构4，压溃式吸能结构4一端可拆卸装设于凹模组件内底部，薄壁塑变吸能结构3为一端开口的筒状结构，其侧壁开设有多条开口槽形成多条独立的侧翼板；筒状结构的开口端通过侧翼板插设于凹模组件内且套设于压溃式吸能结构4的另一端外侧。凸模冲头组件1包括防爬齿板11、设于防爬齿板11背面中部的冲击杆14以及设于防爬齿板11背面四周的四根导向杆12，冲击杆14的另一端设有与防爬齿板11平行的矩形匀力板13，导向杆12插设于凹模组件的导向孔内，匀力板13与薄壁塑变吸能结构3的封闭端贴合接触，凸模冲头组件1通过匀力板13将承受的纵向冲击力均匀传递给薄壁塑变吸能结构3和压溃式吸能结构4。本发明中的吸能组件通过同时设置压溃式吸能结构和薄壁塑变吸能结构，使其除了像传统的铁道车辆专用吸能结构一样能利用压溃式吸能结构的塑性变形吸收能量，还能充分利用车辆底架结构上的安装空间，结合冲压塑变原理，通过设置于凸模冲头组件与凹模组件之间的薄壁塑变吸能结构，在冲压过程中发生塑性变形吸收冲击能量，使整个装置在受到冲击时可以复合吸能，从而吸收更多的冲击动能。

本实施例中，凹模组件包括凹模底座5和凹模盖板2，凹模底座5包括矩形底板53，矩形底板53的四角处分别设有一根空心圆柱结构导向支柱52，四根导向支柱52的另一端通过四根方形杆状诱变梁51连接成一整体，使整个凹模底座为一整体结构，结构稳定可靠，导向支柱52除了导向作用外还能起到传递部分纵向力的作用。各诱变梁51的两端均设有一凸起台阶，两个凸起台阶之间形成一限位槽57用于侧翼板的插设和限位导向，本实施例中，限位槽57的深度为4mm。薄壁塑变吸能结构3为薄壁金属板结构，其封闭端为一十字形底板，侧翼板为四条，四条侧翼板是由其十字形底板的四条边于相应位置90度折弯后形成。薄壁塑变吸能结构3的四条侧翼板从相应的限位槽57内***凹模底座5的空腔内，端部与矩形底板53接触；限位槽57对侧翼板起到定位和导向的作用。在受冲压时侧翼板流过限位槽57两端的两个直角边缘依次发生折弯---伸直---再折弯的塑性变形而吸收冲击动能。矩形底板53两侧设有多个连接孔55，通过穿设螺栓可将整套吸能装置固定在车辆底架上，可承载和均化纵向冲击力以传递至车体底架。矩形底板53的中部设有凸出的矩形限位框54，压溃式吸能结构4的一端嵌设于矩形限位框54内，起固定和限位作用。

本实施例中，凹模盖板2为与凹模底座5相配合的结构，其包括矩形顶板24，顶板24四周围设有边缘挡板25，边缘挡板25盖设于诱变梁51的外侧。顶板24的四角开设有导孔21，中部开设有方孔23，四根导向杆12从导孔21中穿出后插设于导向支柱52的中间空心孔56中，匀力板13穿过该方孔23与薄壁塑变吸能结构3的十字形底板接触；顶板24的四角上还设有第一螺栓孔22，通过在第一螺栓孔22和诱变梁51的第二螺栓孔58内穿设螺栓可将凹模盖板2固定于诱变梁51上。顶板24和边缘挡板25均有限制薄壁塑变吸能结构3变形走向的作用。薄壁塑变吸能结构3的耗能量还可以根据凹模底座5和凹模盖板2之间的预紧力进行调整：预紧力越大，其发生冲压塑性变形时吸收的能量也越大。

本实施例中，压溃式吸能结构4为薄壁金属压溃式吸能结构或多孔隙吸能结构；多孔隙吸能结构为蜂窝铝、蜂窝钢或泡沫铝；当压溃式吸能结构4为蜂窝铝或蜂窝钢时，其孔隙方向与承受的纵向冲击方向一致。当发生碰撞后，该吸能装置中的薄壁塑变吸能结构3和压溃式吸能结构4在凸模冲头组件1的纵向冲击作用下发生塑性变形吸收冲击动能，因塑性变形损耗了的薄壁塑变吸能结构3和压溃式吸能结构4可以更换掉，整个吸能装置又可以重复使用。

本实施例中，冲击杆14与防爬齿板11和匀力板13之间均焊接有加强肋板15。冲击杆14为棱柱形冲击杆14。导向杆12为圆柱形或棱柱形结构；导向支柱52的空心为与导向杆12配合的圆柱形孔或棱柱形孔。

本发明的组合式专用吸能装置的工作原理：

如图1所示，当凸模冲头组件受到纵向冲击作用时，冲击杆以速度v ₁沿着纵向运行，一方面通过方形匀力板冲压后面的薄壁塑变吸能结构，使薄壁塑变吸能结构的中部十字形底板向凹模组件内部发生纵向变形，薄壁塑变吸能结构的四个侧翼板在诱变梁两端的两个直角拐角处依次发生折弯---伸直---再折弯的塑性变形来吸收冲击动能；另一方面，匀力板通过冲压薄壁塑变吸能结构向内移动而挤压压溃式吸能结构，使压溃式吸能结构发生塑性变形继而吸收更多的冲击动能。

该组合式吸能装置在发生碰撞事故时不仅能产生有序可控的塑性大变形来吸收冲击动能，而且在正常运行条件下，该装置中的凸模冲头组件、凹模组件还具有一定的承载能力，承受一定的横向和垂向载荷。

实施例2

如图7所示，本发明还提供一种轨道车辆，包括车体底架，车体底架的前端安装空间内装设有两组实施例1中的组合式专用吸能装置6，两组组合式专用吸能装置6对称于车体底架的纵向中线方向安装。其中，凹模底座5的矩形底板53通过穿设于其两侧连接孔55内的螺栓可拆卸装设于车体底架上，凸模冲头组件1水平伸出车体底架前端。

本发明的轨道车辆在受到冲击时，可充分利用车辆底架结构上的安装空间，将组合式专用吸能装置6中冲击杆的纵向冲击单一压缩作用转换为薄壁塑变吸能结构的折弯作用和压溃式吸能结构的压溃变形作用，使整个装置在折弯和压溃塑性变形时都能产生吸能作用，从而吸收更多的冲击动能。薄壁塑变吸能结构和压溃式吸能结构在发生塑性变形后可以更换掉，整个吸能装置又可以重复使用，安装简便，可节约成本。

Claims (10)

1.一种用于轨道车辆的组合式专用吸能装置，其特征在于：包括凸模冲头组件、能固定于车辆底架上的凹模组件以及装设于凹模组件内的吸能组件；所述吸能组件包括薄壁塑变吸能结构和压溃式吸能结构，所述压溃式吸能结构一端可拆卸装设于所述凹模组件内，所述薄壁塑变吸能结构为一端开口的筒状结构，其侧壁开设有多条开口槽形成多条独立的侧翼板；所述筒状结构的开口端通过所述侧翼板插设于凹模组件内且套设于压溃式吸能结构的另一端外侧，所述凸模冲头组件包括防爬齿板、设于防爬齿板背面中部的冲击杆以及设于防爬齿板背面四周的导向杆，所述冲击杆的另一端设有与防爬齿板平行的矩形匀力板，所述导向杆插设于所述凹模组件的导向孔内，匀力板与薄壁塑变吸能结构的封闭端贴合接触，所述凸模冲头组件通过匀力板将承受的纵向冲击力均匀传递给所述薄壁塑变吸能结构和压溃式吸能结构。

2.根据权利要求1所述的组合式专用吸能装置，其特征在于：所述薄壁塑变吸能结构为薄壁金属板结构，所述封闭端为一十字形底板，所述侧翼板为四条，四条侧翼板由所述十字形底板的四条边于相应位置90度折弯后形成。

3.根据权利要求2所述的组合式专用吸能装置，其特征在于：所述导向杆设为四根且呈矩形分布于防爬齿板背面的四角，所述凹模组件包括凹模底座，所述凹模底座包括矩形底板以及四根设于矩形底板四周的空心导向支柱，导向支柱的另一端通过四根方形诱变梁连接成一整体，各诱变梁的两端均设有一凸起台阶，两个凸起台阶之间形成一限位槽，所述薄壁塑变吸能结构的四条侧翼板通过相应的限位槽插设于凹模底座的空腔内，且端部与矩形底板接触；所述矩形底板两侧设有多个能与车辆底架连接固定的连接孔，矩形底板中部设有凸出的矩形限位框，所述压溃式吸能结构的一端嵌设于所述矩形限位框内。

4.根据权利要求3所述的组合式专用吸能装置，其特征在于：所述凹模组件还包括凹模盖板，所述凹模盖板包括矩形顶板以及围设于顶板四周的边缘挡板，所述边缘挡板盖设于所述诱变梁的外侧，所述顶板的四角开设有导孔和第一螺栓孔，顶板的中部开设有方孔，所述导向杆从所述导孔中穿出后插设于所述导向支柱的中间空心孔中，所述匀力板通过所述方孔与所述薄壁塑变吸能结构的十字形底板接触；顶板通过穿设于所述第一螺栓孔内的螺栓固定于诱变梁上。

5.根据权利要求4所述的组合式专用吸能装置，其特征在于：所述压溃式吸能结构为薄壁金属压溃式吸能结构或多孔隙吸能结构；所述多孔隙吸能结构为蜂窝铝、蜂窝钢或泡沫铝；当压溃式吸能结构为蜂窝铝或蜂窝钢时，其孔隙方向与纵向冲击方向一致。

6.根据权利要求5所述的组合式专用吸能装置，其特征在于：所述冲击杆与防爬齿板和匀力板之间均焊接有加强肋板。

7.根据权利要求1-6任一项所述的组合式专用吸能装置，其特征在于：所述防爬齿板的正面均匀设置有防爬齿。

8.根据权利要求1-6任一项所述的组合式专用吸能装置，其特征在于：所述冲击杆为棱柱形冲击杆。

9.根据权利要求3-6任一项所述的组合式专用吸能装置，其特征在于：所述导向杆为圆柱形或棱柱形结构；所述导向支柱的空心为与导向杆配合的圆柱形孔或棱柱形孔。

10.一种轨道车辆，包括车体底架，其特征在于：所述车体底架的前端安装空间内对称于底架的纵向中线方向装设有两组如权利要求3-6中任一项所述的组合式专用吸能装置，其中所述凹模底座的矩形底板通过穿设于其两侧连接孔内的螺栓可拆卸装设于所述车体底架上，凸模冲头组件水平伸出于车体底架前端。