CN110901678B - 一种轨道车辆及其吸能装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及轨道车辆技术领域，具体地，涉及一种轨道车辆及其吸能装置。该吸能装置包括采用纤维增强复合材料制成，且一端安装于所述轨道车辆的吸能件，所述吸能件用于在碰撞过程中通过脆性断裂粉碎进行吸能。该吸能装置具有体积小、重量小和占用空间小的特点，能够解决现有吸能装置具有体积大、重量大和占用空间大的问题。

Description

一种轨道车辆及其吸能装置

技术领域

本申请涉及轨道车辆技术领域，具体地，涉及一种轨道车辆及其吸能装置。

背景技术

随着高速列车的快速发展，动车组等轨道车辆的运营速度也在不断提高，轨道车辆的安全性也越来越受到人们的重视，而在碰撞过程中的能量吸收是保证轨道车辆安全性的重要因素，因此有必要在轨道车辆的端部增加吸能装置以将碰撞时产生的巨大能量吸收掉一部分，进而能够极大增加轨道车辆的被动安全性。

在碰撞过程中，现有吸能装置均通过采用金属材料制备的吸能部件的塑性变形来吸收碰撞能量，由于金属材料的比吸能(Specific energy absorption，SEA)较低，导致现有吸能装置具有体积大、重量大和占用空间大的问题。比吸能是指单位质量或体积所吸收的能量，通常情况下，以单位质量吸收的能量来表征。

发明内容

本申请实施例中提供了一种轨道车辆及其吸能装置，该吸能装置具有体积小、重量小和占用空间小的特点，能够解决现有吸能装置具有体积大、重量大和占用空间大的问题。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种轨道车辆的吸能装置，该吸能装置包括采用纤维增强复合材料制成、且一端安装于所述轨道车辆的吸能件，所述吸能件用于在碰撞过程中通过脆性断裂粉碎进行吸能。

优选地，所述吸能件设置有空腔以及围绕所述空腔的腔壁；

所述腔壁由层叠设置的铺层构成，且所述铺层的数量与所述腔壁的厚度成正比。

优选地，所述腔壁设置有依次相连的引导段、渐进段以及稳定压缩段，所述稳定压缩段安装于所述轨道车辆；

所述引导段的铺层数量小于所述稳定压缩段的铺层数量，所述渐进段的铺层数量介于所述引导段的铺层数量和所述稳定压缩段的铺层数量之间。

优选地，所述渐进段的长度与所述引导段的长度之间的比值为1.1～1.3；

所述稳定压缩段的长度与所述引导段的长度之间的比值为1.3～1.7。

优选地，所述吸能件通过安装底座安装于所述轨道车辆。

优选地，所述安装底座的一侧表面设置有固定座，所述吸能件的所述稳定压缩段固定连接于所述固定座。

优选地，所述安装底座设置有贯穿其厚度、且与所述空腔连通的通孔，所述通孔用于穿设所述轨道车辆的车钩。

优选地，所述腔壁设置有多个加强筋；

所述多个加强筋中，每个加强筋为横截面形状为半圆形的凸起，所述凸起在所述腔壁的内周面形成凹槽。

优选地，所述纤维增强复合材料为碳纤维增强环氧树脂复合材料。

优选地，所述吸能件为棱台形结构，所述吸能件的底部安装于所述轨道车辆。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种轨道车辆，该轨道车辆包括如上述技术方案提供的任意一种吸能装置。

本申请实施例提供了一种轨道车辆及其吸能装置，由于该吸能装置的吸能件采用纤维增强复合材料制成，纤维增强复合材料具有密度小和比吸能大的特点，并且纤维增强复合材料在碰撞过程中会通过脆性断裂、粉碎进行吸能，因此，该吸能装置具有体积小、重量小和占用空间小的特点，能够解决现有吸能装置具有体积大、重量大和占用空间大的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的吸能装置的一种结构示意图；

图2为图1中吸能装置的腔壁的截面结构示意图；

图3为图1中吸能装置的A向结构示意图；

图4为图3中吸能装置的B-B向剖视图；

图5为图1中吸能装置安装于轨道车辆中端底架的结构示意图；

图6为图1中吸能装置中安装底座安装于端底架的结构示意图。

附图标记：

1-吸能装置；2-端底架；3-紧固件；11-吸能件；12-安装底座；13-固定座；111-空腔；112-腔壁；121-通孔；122-固定孔；131-螺纹孔；1121-引导段；1122-渐进段；1123-稳定压缩段；1124-铺层；1125-加强筋；1126-凹槽。

具体实施方式

在实现本申请的过程中，发明人发现，在碰撞过程中，现有吸能装置均通过采用金属材料制备的吸能部件的塑性变形来吸收碰撞能量，由于金属材料的比吸能较低，导致现有吸能装置具有体积大、重量大和占用空间大的问题。

针对上述问题，本申请实施例中提供了一种轨道车辆及其吸能装置，由于该吸能装置的吸能件采用的纤维增强复合材料具有密度小和比吸能大的特点，并且纤维增强复合材料在碰撞过程中会通过脆性断裂、粉碎进行吸能，因此，该吸能装置具有体积小、重量小和占用空间小的特点，能够解决现有吸能装置具有体积大、重量大和占用空间大的问题。

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本申请实施例提供了一种轨道车辆的吸能装置1，如图1结构所示，该吸能装置1包括吸能件11，吸能件11采用纤维增强复合材料制成，并且吸能件11的一端安装于轨道车辆；在轨道车辆发生碰撞过程中，吸能件11用于通过纤维增强复合材料的脆性断裂、粉碎进行吸能。纤维增强复合材料可以为碳纤维增强复合材料等连续纤维复合材料，如：碳纤维增强环氧树脂复合材料、0°/45°碳纤维交织纤维布增强复合材料等。

由于上述吸能件11采用纤维增强复合材料制成，纤维增强复合材料具有密度小和比吸能大的特点，因此，在轨道车辆发生碰撞过程中，当纤维增强复合材料制成的吸能件11在被挤压过程中，能够通过吸能件11的渐进脆性断裂、粉碎吸收碰撞能量，从而将碰撞产生的能量转化为吸能件11的脆性断裂、粉碎而消耗了。因此，与现有技术相比，在吸能件11的碰撞吸能总量一定的情况下，由于纤维增强复合材料的比吸能大，该吸能装置1可以采用体积较小的吸能件11即可吸收同样的碰撞能量，由于吸能件11的体积小且密度低，因此，该吸能件11的重量也比较小，进而能够减小吸能装置1的体积、重量和占用空间。

综上所述，该吸能装置1具有体积小、重量小和占用空间小的特点，能够解决现有吸能装置1的体积大、重量大和占用空间大的问题。

一种具体的实施方式中，如图1、图3和图4结构所示，吸能件11设置有空腔111以及围绕空腔111的腔壁112，即，吸能件11可以采用空心结构；同时，为了使吸能件11能够持续、稳定有序地实现碰撞吸能的作用，如图2结构所示，腔壁112设置有依次相连的引导段1121、渐进段1122以及稳定压缩段1123，引导段1121、渐进段1122以及稳定压缩段1123之间通过组成腔壁112的铺层1124数量来区分，引导段1121的铺层1124数量、渐进段1122的铺层1124数量以及稳定压缩段1123的铺层1124数量依次逐渐增大；为了进一步实现引导段1121的引导作用，而使吸能件11能够渐进有序的进行粉碎吸能，如图1结构所示，在引导段1121的端部还设置有倒角，倒角的角度可以为30°；

腔壁112由层叠设置的铺层1124构成，且铺层1124的数量与腔壁112的厚度成正比。如图2结构所示，腔壁112由层叠设置的不同数量的铺层1124构成，图2中仅示意腔壁112的构成结构，并不对铺层1124的设置数量和铺层顺序进行限定。

由于吸能件11设置有空腔111，在将吸能件11安装于轨道车辆的端底架时，可以使车钩穿过空腔111设置，便于车钩的安装；同时，由于腔壁112由层叠设置的铺层1124构成，可以通过设置不同的铺层1124数量和铺层顺序来对腔壁112进行多样性设计，使吸能件11具有不同的吸能总量，进而满足不同轨道车辆对吸能装置1的吸能总量需求，以提高吸能装置1的使用范围。

为了使吸能装置1能够在碰撞过程中渐进、稳定有序地实现吸能作用，如图2结构所示，腔壁112可以设置有依次相连的引导段1121、渐进段1122以及稳定压缩段1123，稳定压缩段1123安装于轨道车辆；

引导段1121的铺层1124数量小于稳定压缩段1123的铺层1124数量，渐进段1122的铺层1124数量介于引导段1121的铺层1124数量和稳定压缩段1123的铺层1124数量之间。

上述腔壁112通过设置不同数量的铺层1124以使腔壁112的厚度不同，使腔壁112由铺层1124数量逐渐增大的引导段1121、渐进段1122以及稳定压缩段1123构成，在实际使用过程中，引导段1121具有较少的铺层1124数量，用于引导吸能装置1124发生渐进式破坏、削弱碰撞加速度的初始最大峰值；为了保证吸能装置1具有足够的吸能总量，在引导段1121后部设置有铺层1124数量较多的稳定压缩段1123，在引导段1121引导渐进式破坏发生以后，稳定压缩段1123提供稳定且较高的平稳载荷，以消耗碰撞过程中的冲击能量；同时，为了在碰撞过程中将碰撞能量从引导段1121吸收成功过渡到由稳定压缩段1123进行吸收碰撞能量，在引导段1121与稳定压缩段1123之间还设置有渐进段1122，通过铺层1124数量介于引导段1121的铺层1124数量和稳定压缩段1123的铺层1124数量之间，使渐进段1122用于引导破坏呈渐进式由引导段1121平稳发展至稳定压缩段1123，使碰撞过程中产生的碰撞能量依次被引导段1121、渐进段1122以及稳定压缩段1123吸收，并且大部分的碰撞能量被稳定压缩段1123吸收。

通过上述腔壁112设置的三段式结构，可以将碰撞过程中产生碰撞能量依次吸收，并通过引导段1121和渐进段1122的设置能够通过稳定压缩段1123吸收大部分的碰撞能量，防止在碰撞过程中因结构设置不合理而使吸能装置1失去吸收碰撞能量的作用，使碰撞能量破坏轨道车辆的其它部件，以最大程度地减小碰撞过程中轨道车辆的损失。

在具体使用过程中，引导段1121的长度、渐进段1122的长度以及稳定压缩段1123的长度之间的比例关系可以为1:1.1～1.3:1.3～1.7，如：1:1.2:1.5、1:1.1:1.3、1:1.1:1.4、1:1.1:1.5、1:1.1:1.6、1:1.1:1.7、1:1.2:1.3、1:1.2:1.3、1:1.2:1.5、1:1.2:1.6、1:1.2:1.7、1:1.3:1.3、1:1.3:1.4、1:1.3:1.5、1:1.3:1.6、1:1.3:1.7；引导段1121的腔壁112的壁厚可以为3cm～6cm，如：3cm、4cm、5cm、6cm；渐进段1122的腔壁112的壁厚可以为8cm～15cm，如：8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm；稳定压缩段1123的腔壁112的壁厚可以为16cm～24cm，如：16cm、17cm、18cm、19cm、20cm、21cm、22cm、23cm、24cm。

吸能件11通过安装底座12安装于轨道车辆。如图5和图6结构所示，吸能件11通过安装底座12安装于轨道车辆的端底架2上，吸能件11也可以通过安装底座12安装于轨道车辆中其它需要进行碰撞缓冲、吸能的部件上。安装底座12上可以通过穿设于其上固定孔122中的螺栓等紧固件3固定安装于轨道车辆的端底架2上，也可以采用其它的连接方式安装于轨道车辆，如：焊接、粘接、铆接等方式。

由于吸能件11通过安装底座12安装于轨道车辆，在碰撞后吸能件11发生破坏后，可以通过对吸能件11的拆卸来实现吸能件11的更换，因此，吸能装置1采用上述结构进行安装，有利于吸能件11或安装底座12的更换和维修，进而便于轨道车辆的维护。

为了提高吸能件11与安装底座12之间的连接强度和可靠性，如图5和图6结构所示，安装底座12的一侧表面设置有4个固定座13，吸能件11的稳定压缩段1123固定连接于固定座13。安装底座12的一侧表面设置有4个固定座13，通过设置于吸能件11四角的固定座13对其进行紧固连接，固定座13上设置有螺纹孔131，可以通过螺纹连接于螺纹孔131的螺钉、螺栓等紧固件将吸能件11可靠地安装于固定座13，进而与安装底座12固定连接为一体。

由于吸能件11与安装底座12之间通过固定座13链接为一体，因此，在吸能件11需要更换或维修的过程中，可以通过固定座13将吸能件11拆卸下来进行更换或维修，尤其是在碰撞发生后，吸能件11出现脆性断裂、粉碎等破坏时而安装底座12还可以继续使用的情况下，可以仅更换吸能件11即可，安装底座12还可以继续使用，进而能够节约材料且能够降低使用成本。

在将吸能装置1安装于轨道车辆的端底架2时，为了方便车钩露出于吸能件11的外部，如图3、图4和图6结构所示，安装底座12设置有贯穿其厚度、且与空腔111连通的通孔121，通孔121用于穿设轨道车辆的车钩。在生产制造过程中，通孔121的孔径等具体尺寸可以根据车钩的具体参数进行设置。通孔121不限于图6中所示的圆孔，也可以为其它形状的通孔。

如图1、图3和图4结构所示，吸能件11的腔壁112设置有多个加强筋1125；如图3结构所示，吸能件11的腔壁112设置有多个横截面为半圆形的加强筋1125，吸能件11可以采用波纹形板围绕形成；加强筋1125的横截面形状可以为图3中所示的半圆形，也可以为三角形、梯形、弧形、矩形等形状；

多个加强筋1125中，每个加强筋1125为横截面形状为半圆形的凸起，凸起在腔壁112的内周面形成凹槽1126。

通过在腔壁112设置的多个加强筋1125，能够增强吸能件11的结构强度，进一步提高吸能件11在碰撞过程中的吸能总量；同时，还可以通过对加强筋1125的数量、分布形式以及横截面形状的不同设置来调节吸能件11的整体比吸能和每段的比吸能，即，吸能件11不仅能够通过铺层1124的设置数量不同来调节各段的比吸能，还可以通过设置在腔壁112的加强筋1125的数量、分布形式以及横截面形状的不同来调节各段的比吸能，并且通过设置吸能件11前、后端面的高度保持吸能件11的渐进有序粉碎，进而使吸能件11满足轨道车辆对其的吸能总量要求。

同时，为了能够实现持续压溃模式并且避免复合材料发生破坏前较大载荷峰值的产生，在破坏过程中有较为恒定的压缩载荷保持较高的吸能效率，在整个吸能装置1可能会出现应力集中的拐角处做圆角处理，如：吸能件11的任意一个直角边处。

如图1结构所示，吸能件11可以为棱台形结构，吸能件11的底部安装于轨道车辆。吸能件11为棱台形结构时，棱台的横截面形状可以为方形、矩形、梯形、五边形、六边形等任意形状。

上述轨道车辆的吸能装置1的吸能件11采用纤维增强复合材料制成，由于纤维增强复合材料具有密度小和比吸能大的特点，并且纤维增强复合材料在碰撞过程中会通过脆性断裂、粉碎将碰撞能量进行消耗吸能，因此，该吸能装置1具有体积小、重量小和占用空间小的特点，能够解决现有吸能装置1具有体积大、重量大和占用空间大的问题。

实施例二

本申请实施例提供了一种轨道车辆，该轨道车辆包括如上述实施例中的任意一种吸能装置1。如图5和图6结构所示，吸能装置1通过安装底座12安装于轨道车辆的端底架2上，安装底座12上可以设置有固定孔122，通过穿设于固定孔122中的螺栓等紧固件3将安装底座12固定安装于轨道车辆的端底架2上，以使吸能装置1安装于轨道车辆。当然，吸能装置1也可以采用其它的连接方式安装于轨道车辆，如：焊接、粘接、铆接等方式。

上述轨道车辆在端底架2上安装有上述实施例中的任意一种吸能装置1，由于该吸能装置1具有体积小、重量小和占用空间小的特点，因此，安装有上述吸能装置1的轨道车辆有利于减轻自身重量和减小外廓尺寸，进而有利于轨道车辆的节能降耗。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种轨道车辆的吸能装置，其特征在于，包括采用纤维增强复合材料制成、且一端安装于所述轨道车辆的吸能件，所述吸能件用于在碰撞过程中通过脆性断裂粉碎进行吸能；

所述吸能件设置有空腔以及围绕所述空腔的腔壁；所述腔壁由层叠设置的铺层构成，且所述铺层的数量与所述腔壁的厚度成正比；

所述腔壁设置有依次相连的引导段、渐进段以及稳定压缩段，所述稳定压缩段安装于所述轨道车辆；所述引导段的铺层数量小于所述稳定压缩段的铺层数量，所述渐进段的铺层数量介于所述引导段的铺层数量和所述稳定压缩段的铺层数量之间；

所述渐进段的长度与所述引导段的长度之间的比值为1.1～1.3；所述稳定压缩段的长度与所述引导段的长度之间的比值为1.3～1.7；

所述腔壁设置有多个加强筋；所述多个加强筋中，每个加强筋为横截面形状为半圆形的凸起，所述凸起在所述腔壁的内周面形成凹槽。

2.根据权利要求1所述的吸能装置，其特征在于，所述吸能件通过安装底座安装于所述轨道车辆。

3.根据权利要求2所述的吸能装置，其特征在于，所述安装底座的一侧表面设置有固定座，所述吸能件的所述稳定压缩段固定连接于所述固定座。

4.根据权利要求2所述的吸能装置，其特征在于，所述安装底座设置有贯穿其厚度、且与所述空腔连通的通孔，所述通孔用于穿设所述轨道车辆的车钩。

5.根据权利要求1-4任一项所述的吸能装置，其特征在于，所述纤维增强复合材料为碳纤维增强环氧树脂复合材料。

6.根据权利要求5所述的吸能装置，其特征在于，所述吸能件为棱台形结构，所述吸能件的底部安装于所述轨道车辆。

7.一种轨道车辆，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的吸能装置。

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