CN110312651A - 轨道车辆碰撞*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于轨道车辆头部模块的碰撞***，其中所述头部模块在没有附加的底架的情况下可拆卸地固定在后续的车厢部件的端面上。所述碰撞***具有碰撞传导元件(730)，所述碰撞传导元件在其前端部上承载碰撞吸能盒(733)，并且其后端部(732)固定在后续的车厢部件的底架支撑件上。在碰撞情况下出现的力因此被传递到所述后续的车厢部件的所述底架中。

Description

轨道车辆碰撞***

技术领域

本发明的主题是一种用于在轨道车辆的头部模块发生碰撞情况下传导碰撞能量的结构。根据本发明的碰撞***适于减少在碰撞情况下出现的负载并且将其传送给在头部模块之后的后续的车厢部件。

背景技术

尤其涉及短途列车的头部模块，尤其是地铁的头部模块。在这种列车中，头部模块通常集成到车厢中。头部模块在下文也称为车舱。

出于材料和能量效率方面的考虑，近年来，轻质材料的使用和轻型结构的原理在轨道车辆制造中越来越流行。尤其，纤维复合材料的使用越来越多地增长。这也适用于轨道车辆头部模块的构型。

已知的结构在此提出，将预制的模块安置在下部结构上，所述下部结构无中断地穿过整个车厢。

因此，DE 197 25 905的主题是一种由纤维增强塑料(FKV)构成的预制的头部模块与底架和车身模块的连接方法。所述头部模块的侧壁优选制成为具有位于中间的芯材的、由FKV构成的夹层结构。在此在头部模块的接合区域中使用特殊的增强型材，所述增强型材改善了在底架或车厢模块和头部模块的FKV壁之间的力传递。没有设置FKV增强件的纤维引导的特殊构型。增强型材集成到头部模块的FKV壁的芯部中，并且作用为在头部模块的FKV壁和底架或车身模块之间的螺栓连接的支座。在此的缺点是，在增强型材和底架之间的纤维增强材料承受压力负荷，进而在该区域中存在因蠕变引起的FKV材料损坏的风险。

在DE 10 2014 204 761 A1中涉及在轨道车辆头部中的碰撞安全性问题，尤其是前挡风玻璃的碰撞安全性问题。提出，前挡风玻璃的框架具有形变元件，所述形变元件能够吸收能量并且通过其形变减少能量。在此，前挡风玻璃应尽可能地在不形成碎片的情况下从框架中运动出。这在DE10 2014 204 761 A1中实现，其方式为：在前挡风玻璃的框架中或在其附近设置期望断裂部位。期望断裂部位通过形变元件或其材料的几何实施方案、尺寸产生。在一个实施形式中，形变元件应部分地或完全地围绕前挡风玻璃延伸。框架也能够由车辆外壳本身形成。

WO 2015/011193 A1的主题是一种用于轨道车辆的能量消耗装置。该装置的目的是：在碰撞情况下吸收碰撞能量的一部分并且将其转换为材料形变。为此，使用由FKV制成的三维成形的体部。所述体部具有带有单向定向的纤维的层和带有无定向(无规纤维)排列的纤维的层。能量消耗尤其如下实现：配合元件沿纵向方向撞击到能量消耗元件上，并且在此破坏、尤其破碎具有无规纤维的一个层或多个层。纤维的没有优先方向的排布在此确保：在纤维断裂时转化碰撞能量，并且不引起不同的纤维层的分层。

在WO 2010/029188 A1中公开了一种自承载式车辆头部，所述车辆头部主要由纤维复合材料构成。车辆头部具有用于在碰撞情况下消耗能量的结构元件以及其它结构元件，所述其它结构元件不具有用于减少能量的特殊功能。尤其，消耗能量的结构元件也应由纤维复合材料构成。此外提出，一系列减少能量的结构元件依次贡献于能量消耗或传递相应的力。车辆头部具有中心缓冲联接器，所述中心缓冲联接器由结构类型决定地位于车辆头部的挡板之前。因此，中心缓冲联接器直接位于能量消耗元件下游，使得应吸收施加到中心缓冲联接器上的碰撞。中心缓冲联接器自身设置在框架式的支架上，所述支架将正常运行的牵引力或压力分布到后续的车厢部件的整个宽度上。除了能量消耗元件，与此平行地设置有两个侧向的能量消耗元件，所述能量消耗元件应用作为防爬器。此外，在前窗下方的护杆具有至少一个、优选两个能量消耗元件。在头部部件的每侧上，用于传递能量的两个支线从护杆引导到车厢部件的下部结构中。此外，两个能量消耗元件沿运动方向位于两个A柱前面。A柱设计为用于将运动能量导入顶部结构中，并且受控地减少在碰撞情况下可能仍剩余的碰撞能量。这是必要的，因为常规的车厢部件结构不具有设置在顶部区域中的纵梁，所述纵梁可吸收碰撞能量的一部分。在此的缺点是，施加到护杆上的力能够与用于传递能量的两个侧向支线相结合地引起对顶部结构的杠杆作用，所述杠杆作用使得所述顶部结构置于基本上垂直于车辆运动方向的运动中。这能够至少减少顶部结构吸收剩余的碰撞能量的能力。因此存在安全***的不利的耦合。

DE 60 2004 009 942 T2涉及一种用于城市铁路的碰撞能量吸收***。所描述的碰撞***包括五个不同的区域，所述区域构成用于不同的碰撞场景。头三个区域应吸收载荷峰值，最后两个区域阻止侵入或挤压乘客区域。

DE 60 2005 004 131 T1描述了一种用于车辆头部的框架，在所述框架中分布有多个挠性区域。所述框架设计为，使得在其挠性区域中发生尽可能全面的能量消耗。

发明内容

所提及的解决方案适用于下述列车，所述列车可能遭遇多个不同的碰撞相对方。与此相应地，所使用的解决方案是复杂的。在中心缓冲联接器的区域中提出下述任务：提出一种解决方案，所述解决方案具有简单的结构方面的构造并且适合于，既将正常运行的牵引力和压力可靠地传递到后续的车厢部件上，也在碰撞情况下尽可能地减少碰撞力并且将可能剩余的能量导入后续的车厢部件中。

正常运行理解为在日常的常规运行中发生的力，尤其是从列车加速、制动、转轨和联接过程期间产生的力。与另一列车的类似的头部模块的意外的碰撞被称为碰撞情况。

所述任务应针对车辆头部来解决，对所述车辆头部不提供从车厢部件延伸到车辆头部中的连贯的下部结构。为了能够完成任务，考虑车厢部件的结构方面的特征。

在当前情况下提出下述子任务：能够将根据本发明的车辆头部安装到车厢部件上，所述车厢部件通过相应的接口构件来表征。这尤其是：

-底架的两个纵梁，所述纵梁沿纵向方向在车厢部件的下边缘上延伸，并且其端面适合于安装车辆头部，

-用于驾驶舱的底架支撑件，所述底架支撑件在底架的两个纵梁之间伸展并通入主横梁中，所述主横梁支承在车厢部件的转向架中。主横梁支承在底架的两个纵梁中。用于驾驶舱和主横梁的底架支撑件优选由钢制成。

-车厢顶部的两个纵梁，所述纵梁沿纵向方向在车厢部件的上边缘处延伸，并且其端面适合于安装车辆头部。

纵梁优选由纤维复合材料制成。所有接口构件都具有用于车舱的相对应的构件的相应的紧固可能性。其优选是可拆卸的紧固件，特别优选地是螺旋连接件。

根据本发明，所述任务借助根据权利要求1所述的碰撞***来解决。有利的设计方案在相关的从属权利要求中公开。

根据本发明的碰撞***设计为下部的碰撞传导元件，所述碰撞传导元件配备有碰撞吸能盒并且此外将剩余的碰撞能量导入后续的车厢部件的底架支撑件中。所述碰撞传导元件因此在车舱底部下方伸展。根据本发明，在碰撞传导元件上固定有中心缓冲联接器。

有利地，因此，在正常运行中经由中心缓冲联接器的力传递与在碰撞情况下剩余的碰撞能量的传递相结合。由此有利地避免两个分开的或部分分开的***。这有利地简化了构造并且使头部部件易于安装在后续的车厢部件上。中心缓冲联接器可伸缩地构成。中心缓冲联接器能够从静止位置运动到工作位置中，在静止位置中，中心缓冲联接器安放在头部部件的前侧中的活门后方，在工作位置中能够联接另外的列车部件。中心缓冲联接器此外具有根据现有技术的能量消耗元件。如果在中心缓冲联接器处于工作位置期间发生碰撞，那么所述能量消耗元件将在碰撞情况下的碰撞能量的一部分转换为形变功。

驾驶舱优选构成为双壳结构。外壳与下述***连接，所述***在碰撞情况下将碰撞能量转换成形变。内壳包围实际的、可被乘客使用的内部空间。两个外壳都构成为纤维复合结构，所述纤维复合结构对于抗碰撞性没有显著贡献。外壳确保结构的所需的刚性，其方式为：所述外壳实现为多层的纤维复合结构，可选地具有位于纤维层之间的芯部。在纤维层中能够***铺设的、缠绕的或编织的纤维形成物。为了改善刚性，UD纤维束(单向纤维束)也是可行的。有利的是，外舱的A柱不具有在碰撞情况下用于力传递的专门的增强件。优选的是，外舱的A柱构造为用于穿引电导线。外部的舱壳优选由纤维条构成，所述纤维条随后用基质材料浸渍和固结。由已经用基质材料浸渍的纤维条构成的结构也是可行的。外壳与内壳的连接优选在前挡风玻璃和侧挡风玻璃的区域中进行。在此，两个壳相互旋接、粘接或者以其它方式连接。前挡风玻璃优选粘接在外壳中。优选的是，设有期望断裂部位，所述期望断裂部位确保：前挡风玻璃在碰撞情况下从框架脱离并且没有或仅有少量的碎片进入内部空间中。在另一优选的实施形式中，前挡风玻璃具有自身的框架，借助该框架，前挡风玻璃固定在外壳中。在此，期望断裂部位也是优选的。

头部模块具有扁平的凸起部(“flat nose”)。由此有效地避免在垂直方向上的力分量，所述力分量引起攀爬，这种凸肩是有利的，因为仅相同的列车单元能够相遇。在扁平的凸起部的沿运动方向(并且在不伸缩的中心缓冲联接器中)最远地突出的部分后方设置有碰撞吸能盒。所述碰撞吸能盒根据现有技术中的已知的实施形式构建。优选地，所述碰撞吸能盒具有金属泡沫(优选铝泡沫)，所述金属泡沫设置在纤维复合壳体中。在碰撞情况下，所述金属泡沫被压缩到一起，以消耗能量。

下部的碰撞传导元件弯曲为，使得其在内壳的区域中在车舱底部的下方伸展，并且仅在用于底架支撑件的接口区域中升高到其水平高度上，以便能够实现安装。其在此也优选借助可拆卸的金属连接，优选螺旋连接实现。在一个特别优选的实施形式中，碰撞传导元件双重弯折地构成。所述碰撞传导元件从碰撞吸能盒倾斜向下伸展直至内壳的底部下方，其中所述碰撞吸能盒设置在护杆下方和中心缓冲联接器上方。在该处，发生到水平方向中的方向变化，直至接近内壳底部的端部。在此，碰撞传导元件倾斜地上升直至与底架支撑件的连接接口。在水平方向和碰撞传导元件的弯折部分之间所形成的角度优选位于15°和75°之间，优选位于30°和60°之间的范围中。碰撞传导元件优选具有向下敞开的U形(或矩形的、向下敞开的)横截面。即使在碰撞情况下这也确保了特别高的刚性。在下部的碰撞传导元件处，在第一弯曲部之后(在从碰撞吸能盒引导至下部的碰撞传导元件的水平部分的部分之后)，设置有中心缓冲联接器。中心缓冲联接器的保持优选经由金属安装元件进行，所述金属安装元件优选借助于螺栓连接或螺钉连接固定在U形横截面的向下指向的支腿处。为此，碰撞传导元件具有相应的安装开口或螺纹孔。中心缓冲联接器固定在安装元件上。

可选地，碰撞传导元件在上侧上具有另外的安装开口或螺纹孔，借助于其能够建立到内部的舱壳的连接。

优选的是，U形横截面的两个支腿的间距在碰撞传导元件的长度上沿运动方向观察是恒定的。然而在另外的优选的实施形式中，所述间距也能够增加或减小。U形横截面的两个支腿的长度在碰撞传导元件的长度上沿运动方向观察也能够是可变的，尤其在上升或下降的部段中小于在水平的部段中。

因为碰撞传导元件优选借助于计算机辅助的设计和仿真工具来设计，因此实际的设计方案是计算机辅助优化的结构。在此，确定支腿间距或支腿长度和其在构件长度上的变化。

下部的碰撞传导元件优选由纤维复合材料制成。在此，增强纤维的多层的设置是有利的。在这种情况下设有至少一个单向的层，所述单向的层(沿主负载方向)从(碰撞吸能盒的)碰撞传导元件的前端部引导至碰撞传导元件的后端部(在后续的车厢部件的底架支撑件上的导入和安装点)。可选地设有多个单向层，所述单向层片能够在U形的弯曲部的弧形或水平的部分中以及在U形横截面的支腿中延伸。有利地，所述单向的层(UD层)能够与多轴线定向的增强材料层交替。在一个特别优选的实施形式中，所述层彼此连接。为此，将夹紧装置，然而特别优选地将纤维连接用于缝合或绣制纤维层。

在碰撞传导元件的另一优选的实施形式中使用三维地构成的纤维增强材料。这种三维的纤维增强能够例如通过用Herzog公司的专用机器编织来制造。三维地构成的纤维增强材料能够单独地或者与另外的纤维层组合使用。特别优选地，三维地构成的纤维增强材料沿负载方向被单向的纤维穿过，所述单向的纤维在该方向上进一步提高纤维增强。

与上文提及的解决方案相结合，也能够将无规纤维(例如毡状的)用作为增强纤维材料，尤其与UD纤维层共同地，优选交替地使用。

替选的实施形式在安装开口或螺纹孔的区域中设有进行增强的置入件，所述置入件与纤维增强材料一起包含在基质材料中。在这种情况下置入件例如能够是由不锈钢或钛制成的套筒。

优选的是，在前挡风玻璃下方设置有内舱壳的防护增强件。在所述防护增强件下方，或者如果缺少所述防护增强件，在前挡风玻璃的护杆下方，并且在中心缓冲联接器上方，在外壳中可选地设置有由纤维增强的(优选碳纤维增强的)塑料构成的板。所述板优选在车舱的前部的整个宽度上伸展。可选地，较窄的实施方案是可行的。在板的中央部分中，所述板在位于碰撞吸能盒之前的部位处增厚。于是所述板与碰撞吸能盒和下部的碰撞传导元件一起形成安全***，所述安全***将在碰撞吸能盒后方仍出现的力导入后续的车厢的底架支撑件中。在碰撞情况下，增厚的部分从板中迸出(在此消耗能量的一部分)，并且进一步的运动被碰撞吸能盒吸收，所述碰撞吸能盒将所述运动转换为形变能量。

作为用于舱壳的和用于碰撞情况的***的优选的材料使用纤维复合材料。紧固元件等能够有利地由金属制成。中心缓冲联接器根据现有技术也由金属制成。优选地，纤维复合材料为用碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维增强的树脂，优选为环氧树脂或酚醛树脂体系。

车舱的结构和根据本发明的碰撞***的设计优选借助计算机辅助的仿真方法来进行，所述方法允许：相应于适用的规定进行设计。仿真方法和计算机辅助的设计工具是本领域技术人员已知的。

附图说明

下面的附图阐述根据本发明设计的轨道车辆头部模块的一个优选的实施形式。

具体实施方式

图1示意性地示出根据本发明的不具有外壳的车舱的侧视图。出于概览性的原因，也省去中心缓冲联接器。内壳701两件式地构成。在防护增强件711上方的水平平面中进行划分。内壳701的上部部分具有用于前挡风玻璃的开口704和用于侧挡风玻璃的开口703。这些窗口开口通过A柱705彼此分开。在内壳的上部部分上方示出环形锚固件720。所述环形锚固件经由紧固装置721可拆卸地固定在后续的车厢部件(未示出)的上部的纵梁上。

防护增强件711和UD带710集成到内壳的下部部分中，所述UD带将力从防护增强件711传递到导入点712上并传递到后续的车厢部件的下部的纵梁中。

下部的碰撞传导元件730在内壳的下部部分下方伸展。在车舱的前侧示出板734。所述板在后续的碰撞吸能盒733的区域中具有4cm的厚度。在周围的区域中，所述板仍为约2cm厚。所述板由碳纤维增强的塑料制成。所述碰撞吸能盒733位于所述板的下游。在碰撞的情况下发生对板734的撞击，所述板将力传送到碰撞吸能盒733上，并且在该处将所述力尽可能地减小。剩余的碰撞能量被继续传送到下部的碰撞传导元件730中并且在该处在紧固点732处传输到后续的车厢部件的底架支撑件中。在下部的碰撞传导元件730的水平部分中可看到用于固定中心缓冲联接器的开口731。

图2示意性地示出车舱的内壳的后视图。其涉及车舱借以安装在后续的车厢部件上的一侧。优选在后续的车厢部件的两个上部的纵梁处借助于上部的环形锚固件的紧固元件721，借助于在防护增强件的UD带的导入点712处的紧固元件并且借助于在底架支撑件处的下部的碰撞元件的紧固装置712(仅示出一个，第二个对称地设置在右侧上)进行安装。

图3示意性地示出内壳701如何装配到外壳中，并且示例性地示出内部装入件707能够如何设置。

图4示意性地示出碰撞传导元件730的侧视图。碰撞传导元件具有下降区域7301，在所述下降区域中所述碰撞传导元件从碰撞吸能盒(未示出)伸展至水平部分7302。借助上升部分7303，碰撞传导元件从水平部分伸展至与中心缓冲联接器(未示出)的连接点。

图5示意性地示出图4中的碰撞传导元件730的3D视图。

图6示意性地示出碰撞传导元件730的前视图。为了说明，示出有弯曲区域736和两个支腿737的碰撞传导元件730的U形横截面。

图7示意性地示出碰撞传导元件730的后视图。在该视图中可特别清楚地看到所述碰撞传导元件具有下述形状：其中两个支腿的间距从碰撞吸能盒(未示出)朝向碰撞传导元件730的后侧减小。

附图标记列表：

701 内壳

702 外壳

703 侧窗开口

704 前窗开口

705 A柱

706 中心缓冲联接器的盖板

707 内部装入件

730 下部的碰撞传导元件

7301 碰撞传导元件从碰撞吸能盒至水平部分的部段

7302 水平部分

7303 碰撞传导元件从水平部分至底架支撑件上的紧固元件的部段

731 用于固定中心缓冲联接器的钻孔

732 下部的碰撞传导元件在底架支撑件上的紧固装置

733 碰撞吸能盒

734 板

735 用于中心缓冲联接器的安装轨

736 U形横截面的弯曲区域

737 U形横截面的支腿

α 碰撞传导元件从水平部分至底架支撑件上的紧固元件的部段的角度

β 碰撞传导元件从碰撞吸能盒至水平部分的部段的角度

Claims (12)

1.一种用于轨道车辆头部模块的碰撞***，其中所述头部模块适合于在没有附加的底架的情况下可拆卸地固定在后续的车厢部件的端面上，并且其中所述车厢部件的所述端面具有下列安装接口：

-底架的两个纵梁，所述纵梁沿纵向方向在所述车厢部件的下边缘上延伸，并且所述纵梁的端面适合于安装车辆头部，

-底架支撑件，所述底架支撑件在底架的两个所述纵梁之间伸展并通入主横梁中，所述主横梁支承在所述车厢部件的转向架中，其中所述底架支撑件的端面适合于安装车辆头部，

-车厢顶部的两个纵梁，所述纵梁沿纵向方向在所述车厢部件的上边缘处延伸，并且所述纵梁的端面适合于安装车辆头部，

并且所述头部模块由内壳和外壳构成并且具有至少一个碰撞***，所述碰撞***在碰撞情况下适合于将运动能量转换成形变，其特征在于，所述碰撞***包括：

-碰撞吸能盒，所述碰撞吸能盒设置在前窗下方和中心缓冲联接器上方，

-下部的碰撞传导元件，所述碰撞传导元件在其前端部上承载所述碰撞吸能盒，并且其后端部固定在后续的所述车厢部件的底架支撑件上，并且将在碰撞情况下出现的力传递到后续的所述车厢部件的底架中，

-中心缓冲联接器，所述中心缓冲联接器设置在所述碰撞传导元件上，使得正常运行的牵引力或压力从所述中心缓冲联接器经由所述碰撞传导元件传递到后续的所述车厢部件的底架中。

2.根据权利要求1所述的碰撞***，其特征在于，所述下部的碰撞传导元件从所述碰撞吸能盒下降地朝向在车舱底部下方伸展的水平部分伸展并且在所述水平部分后方上升地朝向下部的碰撞元件在所述底架支撑件处的紧固设备伸展。

3.根据权利要求1所述的碰撞***，其特征在于，所述下部的碰撞传导元件具有向下敞开的U形横截面。

4.根据权利要求3所述的碰撞***，其特征在于，所述下部的碰撞传导元件的所述U形横截面的支腿的间距在所述碰撞传导元件的长度上增加或减小。

5.根据权利要求3或4所述的碰撞***，其特征在于，沿运动方向观察，所述U形横截面的两个支腿的长度在所述碰撞传导元件的长度上是变化的。

6.根据权利要求5所述的碰撞***，其特征在于，所述U形横截面的两个所述支腿的在上升或下降的部段中的长度比在水平的部段中的小。

7.根据上述权利要求中任一项所述的碰撞***，其特征在于，所述下部的碰撞传导元件由纤维复合材料制成，尤其由碳纤维复合材料制成。

8.根据权利要求7所述的碰撞***，其特征在于，所述下部的碰撞传导元件由具有不同定向的纤维的多个纤维层构成。

9.根据权利要求8所述的碰撞***，其特征在于，至少一个纤维层具有UD纤维，所述UD纤维在所述碰撞传导元件的整个长度上延伸。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的碰撞***，其特征在于，不同的纤维层相互夹紧、缝合或绣在一起。

11.根据上述权利要求中任一项所述的碰撞***，其特征在于，沿所述头部模块的运动方向在所述下部的碰撞传导元件的碰撞吸能盒前面，设置有由碳纤维复合材料制成的板，所述板在碰撞情况下吸收碰撞能量的一部分。

12.根据权利要求11所述的碰撞***，其特征在于，所述板在与所述碰撞吸能盒连接的部分中增厚地构成。