TWI221817B - Mounting structure of rubber buffer for coupler of rolling stock - Google Patents

Description

玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本&月係有關鐵路車輛之連結器用橡膠緩衝器之安裝 構造。 【先前技術】 Μ &於鐵路車輛巾，在連結車輛彼此的連結器後側配 设用來緩和碰撞時之撞擊的橡膠緩衝器，此橡膠緩衝器， 係在以鉚接結合於車輛底架的支擇框（㈣㈣内被支撑成 可滑動。 此種橡膠緩衝器，係如圖9所示，具有設有間隔壁h :框架2、分別配設於此框架2之間隔壁部2a前後的緩衝 橡添3A、3B(將板狀橡膠及金屬板交互重疊而成者卜分別 2设於這些構件3A、3B前後的支撑構件4⑽板）及支推構 件5(㈣墊）、及將這些構件2、3a、3b、4、5 一體化的 對連、，Ό #構件6 ^於框架之前端部透過沿車體的上下方 向延伸的縱銷8將框接頭9連結成可旋轉。 該橡膠緩衝器1之框接頭9前端部，藉沿車體左右方 向延伸的連結銷〗〇而連結於連結車輕彼此的連結器（圖略） 後端部。列車碰撞時’例如當上述連結器後退時，上述框 接碩9即後退’故使該後退行程被橡膠緩衝器！的緩衝橡 膠3Α的伸長及緩衝橡膠3Β的收縮所彈性吸收。 "亥橡膠緩衝益1 ’係藉由内藏之緩衝橡膠3Α、扣之 車體前後方向的伸長、虔縮來吸收撞擊能量(碰㈣ 在緩_ 3Α、3Β因吸收碰撞能量而完全I缩的情形， 1221817 亦即在用盡吸收碰撞能量的行程時，將支揮橡膠緩衝器1 的支撐框及車體底架加以連結的複數個鉚釘會被剪斷破壞 使過大荷重（碰撞荷重）不會傳至車體底架。因此， 用盡橡膠緩衝胃1的撞擊吸收行程，結合支擇框（伴板守） 及車體底架的鉚钉被剪斷破壞之後，該破壞後至 彼此碰撞之前，尤％ — At曰《 干販低木 之則不進仃旎罝吸收。因此，車體底架碰撞時 的石亚撞荷重、及車體之加速度變大。 一般說來，管材，係藉由適當選擇其尺寸及板厚，在

沿此管材軸向有壓縮荷重作用時，將抑制管材全體的歐拉 (Euler)翹曲荷重，而以蛇腹狀塑性變形。因此，已知利用 ”玄s材作為可ϋ由該蛇腹變形來吸收碰才童能量的撞擊吸收 構：。又，由於藉由此種管材的蛇腹變形可穩定吸收碰撞 能量’故至今利用管材製成的碰撞能量構造均廣為大家所 用。 就利用此種管材來吸收碰撞能量的構造而言，曾有人 提出一種包含至少一個縱元件的緩衝裝置，用來藉由其變 形來吸收由既定方向之撞擊而產生的能量（例如參考日本之 特開平卜186951 ?虎公報）。此縱元件，係由薄板所構成的 能量吸收7L件，與撞擊方向垂直之面内的截面均呈三角形 因此，考慮將利用此種管材製成的緩衝裝置用在當用 盡橡膠緩衝器的撞擊吸收行程後碰撞能量之吸收。 【發明内容】 不過’如果是使用上述能量吸收元件的構造（其在該碰 8 1221817 撞所造成之撞擊作用方向的垂直面内的該元件截面均呈三 角形）’即會因元件形狀複雜，而使熔接線增加，製作成本 提南。 又’在管材的邊數為偶數的情形，由於相鄰的邊相對 於管材的原來（變形前）壁部，往外側或内側交替進行面外 變形’故蛇腹變形穩定產生。不過，在前述截面為三角形 的情形’則因管材的邊數為奇數，而出現無法不折疊成蛇 腹狀的部分，故難以穩定產生蛇腹變形。

因此，本發明之發明人對於容易引起蛇腹變形（塑性變 形）的管材反覆精心研究得知：使用四方管作為撞擊吸收構

件’透過該四方管將橡膠緩衝器連結於車體底架，當以E 代表撞擊吸收構件的材料的揚氏模數，以σ y代表降伏應 力時’若使該四方管截面的一邊的寬度B與板厚t的關係 滿足 B<{tl0.526){Elay)m (1) ’則因撞擊吸收構件的面板的麵曲間距（麵曲之波的波長）穩|| 知，故易於蛇腹變形。又，蛇腹變形的平均壓毁反作用力 ， 可如後述藉W.Abramowicz及T.Wierzbicki的提議式在實 ， 用上（設計上）以高精度來預測，以及與未滿足上述式子之 < 關係的情形相比能吸收較大的能量。藉由利用這些方法可 緩車體底架彼此碰撞所造成之碰撞荷重及加速度。 本發明目的在於提供一種可穩定產生蛇腹變形、同時 降低車體底架彼此碰撞所造成之碰撞荷重及加速度的鐵路 9 1221817 車輛之連結器用橡膠緩衝器之安裝構造。 本發明為一種鐵路車輛之連結器用橡膠緩衝器之安裝 構造，係將連結器、橡路緩衝H、及四方筒狀撞擊吸收構 件沿車體前後方向依序配設，使車體底架透過該撞擊吸收 構件來承受車體前後方向之碰撞荷重者；其特徵在於·· 該撞擊吸收構件，當以E代表其材料之料模數，以 σγ代表降伏應力時，其—邊的寬度b與板厚u下列之 關係。 0) 可調整構造全體的 Β<(ί/0.526)(Ε/〇γ)υ2 藉由增減該撞擊吸收構件之數量 碰撞能量之吸收量。 由於藉該四方筒形撞擊吸收構件來支撐橡膠緩衝器之 後側，故當碰撞時有車輛前後方向的荷重作㈣，於橡膠 緩衝器吸收碰撞能量而其行程用盡之後，接著，撞擊吸收 構件產生蛇腹變形（塑性變形）， 情形 藉此吸收碰撞能量。在此 由於將四方筒形撞擊吸收構件 一邊之寬度B與板厚 t設定成滿足前述⑴式’故撞擊吸收構件的面板的勉曲間 距變小。因此，撞擊吸收構件引起蛇腹變形（塑性變形）， 藉由該蛇腹變形來吸收碰撞能量。 如此一來，碰撞時不僅藉橡膠緩衝器，亦藉撞擊吸收 :件來吸收碰撞能量。0此，即使最後車體底架彼此亦碰 撞，該車體底架彼此碰撞所造成之加速度仍將大幅降低。 又，由於是將橡膠緩衝器後側以四方筒形撞擊吸收構件來 支撐的簡單構造，故製造容易，成本低。 !221817 最好是將該撞擊吸收構件作成其長冑li、及該連結器 的連結面與該車體底架前端的間隔的關係為 L1~L2 (2) 若作成滿；I前述（2)式，亦即若使撞擊吸收構件的長度 大於該連結器的連結面與該車體底架前端的間隔^二 ： 在橡膠緩衝器的支撐框（伴板守）以鉚釘連結於車體底架的 ' 情形’藉由適當設計該鉚釘的剪斷強度，在連結器後退造 成橡膠緩衝器用盡撞擊吸收行程之後，前述鉚釘亦不會被 " 剪斷破壞，可在車體底架彼此碰撞之前，藉該撞擊吸收構i 件確實吸收碰撞能量。因此，可獲得有助於降低碰撞料 成之碰撞荷重及加速度的構造。 於安裝在該車體底架的支擇框内支撑有該橡勝緩衝器 ，該橡膠緩衝器，係前部具有前述連結器的連結部，前述 連結部通過設於前述支撑框前部的左右托架之間而連結於 連結裔，左右托架的車體左右方向的間隔最好是形成該連 結器的胴部可通過的大小。例如’若使支撑前侧的支樓構 件的左右托架的間隔W1大於前述連結器的胴部的最大寬 % 度W2，則連結器的胴部即可通過。 ； 如此，碰撞時，連結器的胴部即可通過左右托架之間 ， ，而谷許連結器後退，故連結器可直線後退，而有助於橡 · 膠緩衝器及撞擊吸收構件在吸收碰撞能量上變形。 在用來將橡膠緩衝器（框接頭）前端部連結於連結器後 端部之沿車體左右方向延伸的連結銷大於連結器胴部而向 左右突出的情形，分別由沿車體上下方向留有間隔的上下 11 1221817 二段托架部構成該左右托架部，將此上下托架部上下間隔 作成連結前述連結器後端部與橡膠緩衝器之車體左右方向 的連結銷可通過的大小。 如此一來，將橡膠緩衝器（框接頭）前端部連結於連結 器後端部的車體左右方向的連結銷，即使比連結器胴部更 往側面突出，連結銷的突出部分亦可通過前述間隔（上下托 木部的車體上下方向的間隔），故可作成不會妨礙連結器後 退的構造。

【實施方式】 以下按照圖式說明本發明的實施形態。 如圖1及圖2所示’於鐵路車輛的前頭部（或後端部） ’於連結器11之後端部連結橡膠緩衝器1，於橡膠緩衝器 1後側以並排且左右對稱之方式配設正方筒形撞擊吸收用 管構件12L、丨2R。亦即，沿車體前後方向依序配設有連結 器η、橡膠緩衝器卜及撞擊吸收用管構件以、】2r。藉 此使車體底架13透過該撞擊吸收用管構件也、承受 車體前後方向的碰揸荷重。該橡膠緩衝器1與在習知技術 的段落說明的橡膠緩衝器的基本構成是相同。 該撞擊吸收用管構件12L、12R構成具有四個面板部 的封閉截面構造（四方戴面的管）。前述撞擊吸收用管構件 以、12R，當以£代表其材料的揚氏模數，以”代表降 伏應力時’設定成其面板部的寬度B與板厚【的關係滿足 B<{tI0.526){Elay)112 (1) 同時’上述管構件12L、12R的長度u、及前述連結器η 12 1221817 的連結部lla與前述車體底架13的間隔L2的關係滿足： L1^L2 具體而$，連結器n，其後端部透過沿車體左右方向 延伸的連結銷10連結於位在橡膠緩衝器i前端的框接頭9 ^ /框接碩9 ’其基端部藉沿車體上下方向延伸的縱銷$ 7裝於框架2前側。於橡膠緩衝器】後側的支揮構件顺 膠墊）’、、。Q有沿車體前後方向延伸的四方筒形撞擊吸收用管 構件12L、12R(撞擊吸收構件）的前端部。管構件丨、 12R之後鳊部’結合於被支撐框21支撐的後側支架 =擊吸收用管構件12L、12R的長度u設定成等於或大於 則述連結器u的連結面lla與車體底架13前端的間隔a 、。前述兩撞擊吸收用管構件12L、12R，係構成左右對稱， 並可平均地承受碰撞荷重。 並且，前述連結器11下部透過卡合構件15被沿車體 左右方向延伸的車體底架13的橫構件（cross member)16自 下方支撐。 於將該橡膠緩衝器丨支撐成沿車體前後方向可移動的 支撐框21(伴板守）的前端部安裝有兩左右托架22L、22R。 左右托架22L、22R的車體左右方向的間隔Wl形成連結 器11的胴部11b(最大寬度W2的部分）可通過的大小。因° 此，在連結器11後退時，連結器丨的胴部可不接觸左右 托架22L、22R而後退，因此，容易進行利用橡膠緩衝器i 的缓衝。又’於前述支撐框21的左右支架23L、23R設置 鉚孔23a，前述支撐框21藉複數個鉚釘（圖略）固定於車體 13 1221817 低罙13。 依據以上構成，斗林奶 後方^ 此&擊吸收用管構件12L、12R的轴 線方向的荷重能平均地 12τ 10τ, 乍用於四方疴形撞擊吸收用管構件 L、12R的前端面。並 ^ , 在此何重小、碰撞能量小的情 二’：由橡膠緩衝器！的緩衝橡膠Μ，來吸收碰撞能 二：’於此情形，在撞擊吸收用管構件12L、12R不 二t變形。在撞擊能量大、橡膠緩衝器1用盡其撞擊吸 仃程（變形行程）的情形（在橡膠緩衝器完全壓縮的情形），

剩下的能量就由撞擊吸收用管構件12L、12R之蛇腹變形 來吸收。 將橡膠緩衝器！以撞擊吸收用管構件12L、12R來支 撐、，並使此撞擊吸收用管構件12L、12R的長度u大於前 述連“ 11的連結面lla與前述車體底架13前端的間隔 L2因此，在橡膠緩衝器1的支撐框藉鉚釘連結於車體底 架13的情形，藉由適當設計此鉚釘的剪斷強度，即使在 碰撞能量無法被橡膠緩衝器丨吸收完的情形，在車體底架 彼此碰撞前的期間内，鉚釘亦不會被剪斷破壞，碰撞能量 _ 為撞擊吸收用管構件12L、12R的蛇腹變形l(塑性變形）所 3 吸收。如此，以複數台車輛所組成的鐵路列車在與其他列 $ 車碰撞時，即便橡膠緩衝器丨的撞擊吸收能力不夠，撞擊 — 吸收用管構件12L、12R的撞擊吸收能力亦可加以彌補， · 在車體底架13直接碰撞時，可避免嚴重損傷車體底架I) ，而施加過大撞擊負荷於乘客的事態發生。 又由於左右托架22L、22R的間隔W1較前述連結器 14 1221817 11的胴部1 lb的最大寬度W2還大，故在碰撞時，連結器 11的胴部lib可通過左右托架22L、22R間。由於容許連 結器11後退’故連結器11可直線後退。結果，橡膠緩衝 器1及撞擊吸收用管構件12L、12R受到其等之軸線方向 的緊壓，而產生有助於吸收撞擊能量的變形。 在此說明為何正方筒形撞擊吸收用管構件丨2L、丨2r 滿足前述（1)式即可塑性變形而有效吸收碰撞能量。

首先’在5早丨生£的面板的龜曲應力，係以代 表翹曲係數，以E代表面板材料的揚氏模數，以^ (==〇 3) 代表蒲松比（poisson’s ratio)，以t代表面板板厚，以b代 表板寬時，可由下列（3)式求出。 acr = k^u2 E !\2{\-v2)\t IB)2 ( 3 )

此翹曲應力orr若大於材料的降伏應力，方管（相當於撞 擊吸收用管構件12L、12R)的面板即產生塑性翹曲。於此 情形，將滿足下列（4)式。 acr = k^i;2 E l\2{\-v2)\t IB) 2> 〇y (t/B)(E/〇v)1/2(= A) > ^2(1 -v2)/^2 }1/2 = 〇.526 B<(t/〇.526)(E/oy)]/2 若得知該楊氏模數E及降伏應力π，板寬B與板厚的 關係即確定。亦即，若A大於〇·526，面板即塑性翹曲。 其次，於表1顯示沿管軸方向準靜態地 statically)壓毁具各種尺寸、板厚的方管時的計算值與實驗 值的比較結果。此表用來確認在這些值滿足面板塑性翹曲 發生條件的情形，α與成為非常接近的值。 15 1221817 【表1】 型號 材料 (N/mm2、 ab L (N/mm2、 B (mm) t (mm) (B-2R)/t a β a! β A 100R10tl.6 150R15 t2.3 150R10t2.3 SPA-C 315 450 100 150 150 1.6 2.3 2.3 50 52 57 38.7 83.7 83.2 ViU” 59.5 124.9 124.9 0.65 0.67 0.67 0.38 0.39 0.39 100R814 100R6.4t3. 2 150R9 t4. 5 STKR400 245 400 100 100 150 4 3.2 4.5 21 27 29 243.9 152.8 257.0 235.6 163.7 331.6 1.04 0.93 0.78 1.16 0.93 0.86 其中’表1中的（7b為拉伸強度，R表示方管截面的 隅部的曲率半徑。又，α是平均反作用力的實驗值。由於

根據表示壓毁方管（撞擊吸收構件）時的荷重（二反作用力）與 I 位移（壓毁距離）之關係的反作用力一壓毁量曲線圖（參考圖 4)來求出能量，故根據該能量求出上述平均反作用力值α

点是以下列（5)式（W.Abramowicz 及 i\wierzbicki 所提 出的式子）來求得之平均反作用力的計算值。此（5)式係假 設基於壓毀時之變形模式的彎曲及伸長所求得的壓毀時的 塑性功與外力所產生的功相等，而求出相對於正方管的平 均反作用力的簡易式。 β = 12Λ6σοΒ0,3Ίίι 63 (5 ) 其中，σ 0=0.92 orb，crb表示拉伸強度，B表示邊長，丈 表示板厚。 至於表1中的A則以（6)式表示 A^{t/B)(E/oy)m (6) 藉此，如前述，若A大於0.526，則實驗值α與該所 提出的式子（參考（5)式）的計算值石大致一致，獲得較彈性 16 ^形還尚的反作用力。因此，即使重量相同，亦達成 率佳的能量吸收 結果，撞擊吸收用管構件12L、12R，以小構件即可變 ，可作成以高效率吸收能量的能量吸收元件。又，在設 寺可藉（5)式容易決定用來獲得目標反作用力的吸收元 件的面板的板寬、板厚。 、j者’於圖5中-併顯示就滿足前述⑴式關係的形狀 勺方吕中板厚t=4.5、6、9、i2mm者，根據前述所提出的 ’子(5)式計算的結果，以及以撞擊壓毁方管的動態實驗結 果（僅有板厚t=6、9mm)者。由圖5可推測出，前述提議式 ((5)式）在承受動態荷重的情形亦成立。其巾，縱轴是平均 反作用力，橫軸是面板寬度。 實驗方法 如圖3(a)及3(b)所示’準備具有斜度為1/1〇之傾斜面 3 1 a的基座3 1。於此傾斜面3丨a上鋪設鐵軌32。使重量約 l3t的台車33(碰撞時的速度大約為19km/h)行駛於鐵軌32 上，使該台車碰撞固定於終點的方管34(相當於撞擊吸收 構件），壓毀方管34。以測力器〇〇3(1 cell)35測量此時的反 作用力。又’於觀測P以雷射位移感測器（圖略）測定台車 33的前端面33a的位移，求出位移。由此反作用力及位移 的測量結果求出荷重〜位移曲線。對此曲線積分，求出能 里值。由此能量值求出平均壓毁反作用力。藉由使用設於 刖述台車33的反射鏡34、及設於地上的第1與第2位置 的第1及第2光電感測器35、36，可測量台車33通過前 17 1221817 述兩位置間所需時間。可由此測量結果計算即將碰撞時的 速度。 接著’以圖4及圖6(a)至（c)顯示在使用本發明構造的 車體碰撞剛壁而對車體作用碰撞荷重的情形的車體構造變 化狀悲經模擬分析的結果。於此情形，圖6(a)至（c)係作為 模擬麼毁量之行程量Ds分別為〇min、125mm、250mm的 · 變形圖。 镶 於前述實施形態中，雖然分別於支撐框21内的左右設 有托架22L、22R，不過，本發明不限於此。在連結銷比連 結器的胴部還往左右側突出許多的情形，藉由將左右托架 作成上下二段的構造，可使連結銷亦可後退。於此情形， 例如圖7及圖8所示’於框接頭9的左右兩側，上側托架 22La、22Ra與下側托架22Lb、22Rb的上下間隔大於連結 銷10’的直徑。除了將前述支撐框21内的左右框架作成上 下兩段，亦即將左右托架作成上侧托架22La、22Ra及下 側托架22Lb、22Rb外，其他構造與圖1與圖2所示者相

於前述實施形態中，使撞擊吸收用管構件丨、1 2R 的長度L1大於前述連結器u的連結面與前述車體底架13 前端的間隔L2，藉此，在橡膠緩衝器丨的支撐框21以鉚 釘連結於車體底架的情形，即使橡膠緩衝器丨由於連結器 Π的後退而用盡撞擊吸收行程之後，車體底架彼此碰撞之 前，仍能由撞擊吸收構件吸收碰撞能量。不過，未必要使 撞擊吸收構件的長度L1大於連結器的連結面與前述車體 18 1221817 底架如端的問卩忌τ 0 网L2。例如，亦可使撞擊吸收構件的長度 L1較前述間隔n 2稍短’即使橡膠緩衝器由於連結器之後 退而用盡撞擊吸你# # a μ 收订私之後，鉚釘被剪斷破壞，仍然大致 如同前述情形，太由μ 在皁體底架彼此碰撞之前，能以撞擊吸收 構件來吸收碰撞能量。 【圖式簡單說明】 (一）圖式部分 ^ 係顯不本發明鐵路車輛之連結器用橡膠緩衝器 之安裝構造的俯視圖。 圖2，係圖1的側視圖。 圖3:係⑷為顯示試驗裝置的概略構造的前視圖，⑻ 為放大顯示該試驗裝置主要部的俯視圖。 :係、頌不以圖3所示試驗裝置求出撞擊吸收用管 構二嫩量(位移)與車體的反作用力(荷重)爆^ 圖5,係顯示本發明撞擊吸收用管構件之寬盥 均壓縮應力之關係的圖。 〃 用橡⑷至⑷分別為使用本發明鐵路車輛之連結器 =圖安襄構造的鐵路車輛前頭部變形模式的示 圖7,係顯示其他實施形態的與圖！相同的圖 圖8，係顯示其他實施形態的與圖2相同的圖 圖9，係鐵路車輛的橡膠緩衝器的立體圖。 (二）元件代表符號 1 橡膠緩衝器 19 1221817 2 框架 4 支摟構件 3A、 3B 緩衝橡膠 5 支撐構件 8 縱銷 9 框接頭 10、 10， 連結銷 11 連結器 11a 連結面 lib 胴部 12L、 12R 撞擊吸收用管構件 13 車體底架 14 後側支架 15 卡合構件 16 橫構件 21 支撐框 22L、 22R 托架 22La 、22Ra 上側托架 22Lb 、22Rb 下側托架 23L、 23R 支架 23a 斜P孔 31 基座 31a 傾斜面 32 鐵軌 20 1221817 33 台車 33a 台車的前端面 34 方管 35、36 光電感測器 21

Claims (1)

1221817 拾、申請專利範圍·· 1·-種鐵路車_之連結器用橡膠 係沿車體前德方6]< 女裝構造， 平篮引後方向依序配設有連結 & 方筒形撞擊吸收構件，使車體底架透:=、及四 承受車體前後方向的碰撞負荷者；其特徵在於擊:及收構件來 該撞擊吸收構件，當以E代表 收 的揚氏模數，心y代表降伏應力時 ：件：材料

度B與板厚t之關係以棒α零㈣ι/2來表示。之―邊的寬 2·如申請專利範圍第丨項之鐵路車μ 緩衝器之安裝構造，其中，該撞擊吸收構件，：::二膠 == 的連結面及該車體底架前端的間隔二關係 以LI - L2表示。 項之鐵路車輛之連結 該橡膠緩衝器被支撐 3.如申請專利範圍第1項或第2 器用橡膠緩衝器之安裝構造，其中， 於安裝在該車體底架的支撐框内； 口亥橡膝緩衝益，其前部具有用來與該連結器連結之連 結部’該連結部通過設於該支樓框前部的左右托架之間而 連結於該連結器； 。亥左右托汞之車體左右方向的間隔，係形成該連結器 的胴部可通過的大小。 4.如申請專利範圍帛3項之鐵路車柄之連結器用橡膠 緩衝器之安裝構造，其巾，該左右托架分別由沿車體上下 方向留有間隔之上下二段的上下托架部所構成，該車體上 方向的間隔，係形成連結該連結器後端部及橡踩缓衝器 22 1221817 的車體左右方向的連結銷可通過的大小。拾壹、圖式： 如次頁

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