头车前端碰撞吸能结构及轨道车辆的制作方法

[0001]
本发明涉及轨道车辆被动安全技术领域，尤其涉及一种头车前端碰撞吸能结构及轨道车辆。


背景技术：

[0002]
目前，轨道车辆前端吸能及辅助结构主要包括：防爬吸能装置、主吸能装置、车钩系统、气密隔墙及司机室端部结构等。正常的轨道车辆车端吸能布局均采用对称设计，即车钩沿车体中心线布置，防爬吸能装置对称分布于车体两侧，并安装于底架前端气密隔墙；主吸能装置沿车体中心线位置，对称布置在车钩上方，并安装在气密隔墙上。
[0003]
既有产品的吸能布局方案，在车辆对撞过程中，极易导致上部主吸能装置的结构倾倒问题，造成吸能效率的显著降低，对于列车碰撞界面的能量耗散行为产生关键的、不可逆的响应。在既有产品设计中，为了避免界面出现不可控的碰撞响应，常常在主吸能装置内部布置具有强导向装置的抗偏机构用以校正碰撞过程中出现的结构失稳情况。但是，必须注意到两个问题：第一，主吸能装置内部增加抗偏机构无疑是对整车轻量化目标产生重大的影响。比如，主吸能装置现有重量约37kg，但是增加抗偏机构后的结构件可能增重至百余公斤左右。第二，主吸能装置的抗偏难题不仅仅是结构自身的难题，同时与安装的背板(即气密隔墙)有较大的联系，一旦气密隔墙失稳，主吸能装置的抗偏性能也不复存在。为了保证气密隔墙的整体纵向刚度，加厚结构和增加支撑补强是两种必须实施的策略，但从轻量化角度考虑，增加结构支撑是必然选择，但是对产品设计带来较大的难度。综上，既有车端吸能布局方案具备可操作性，但是降低了产品设计效率、增加了产品的设计重量。


技术实现要素：

[0004]
本发明实施例提供一种头车前端碰撞吸能结构，用以解决现有技术中车端碰撞吸能结构在垂向、横向偏置工况下倾倒、失稳的缺陷，实现结构轻量化目标，提高产品设计效率。
[0005]
本发明实施例还提供一种轨道车辆。
[0006]
本发明实施例提供一种头车前端碰撞吸能结构，包括与司机室骨架和蒙皮均连接的气密隔墙，以及沿车体的中心线布置在所述气密隔墙下方的车钩缓冲装置和对称分布在车体的中心线两侧并位于所述气密隔墙下方的防爬吸能装置，还包括一个主吸能装置，所述主吸能装置偏向所述车体的中心线一侧安装在所述气密隔墙上；沿车体的中心线方向，所述车钩缓冲装置的前端、所述防爬吸能装置的前端以及所述主吸能装置的前端均错开。
[0007]
根据本发明的一个实施例，所述司机室骨架以及所述气密隔墙均安装在底架上，在车体的垂直高度方向上，所述主吸能装置以所述底架的上表面为中心线对称设置或相对于所述底架的上表面具有设定的偏移量。
[0008]
根据本发明的一个实施例，所述主吸能装置包括外壳、背板以及安装在所述外壳中与所述背板抵接的吸能内芯，所述主吸能装置通过所述背板安装在所述气密隔墙上。
[0009]
根据本发明的一个实施例，所述主吸能装置相对于所述底架的上表面具有的偏移量不超过所述背板高度的20％，所述背板通过螺栓与所述气密隔墙连接。
[0010]
根据本发明的一个实施例，所述外壳的外周具有锥度，所述锥度由所述背板侧朝向所述外壳的前端由大逐渐变小，所述锥度不大于5度。
[0011]
根据本发明的一个实施例，所述吸能内芯为蜂窝芯，所述蜂窝芯的轴心方向与车体的运行方向平行或者正交。
[0012]
根据本发明的一个实施例，所述车钩缓冲装置的安装端、所述防爬吸能装置的安装端以及所述主吸能装置的安装端均不在同一个安装平面。
[0013]
根据本发明的一个实施例，所述底架下部安装有牵引梁和缓冲梁组成，所述防爬吸能装置通过防爬吸能安装结构组成连接至所述所述牵引梁和缓冲梁组成；所述车钩缓冲装置通过车钩安装结构组成连接至所述牵引梁和缓冲梁组成；
[0014]
所述牵引梁和缓冲梁组成包括牵引梁和与所述牵引梁正交连接的缓冲梁；
[0015]
所述防爬吸能安装结构组成为由铝板组焊而成的箱型承载结构，其对称布置于所述牵引梁的两侧，与所述牵引梁以及所述车体的边梁连接。
[0016]
根据本发明的一个实施例，所述车钩安装结构组成包括连接板以及与所述连接板阻焊为一体的补强板，所述连接板的中部开孔，供所述车钩缓冲装置穿过，所述连接板与所述牵引梁连接
。
[0017]
本发明实施例还提供一种轨道车辆，包括车体，还包括安装在所述车体头端的如上头车前端碰撞吸能结构，相向而行的两列轨道车辆中，所述主吸能装置均位于所述轨道车俩行驶方向的同一侧。
[0018]
本发明实施例提供的头车前端碰撞吸能结构，通过将主吸能装置偏向车体的中心线一侧安装在气密隔墙上，在两列车碰撞时，两列车上的主吸能装置反向对称，使得2个主吸能装置分别与车头接触，进行吸能，相当于2个主吸能装置并联，承受2个主吸能装置的压缩强度，碰撞吸能效率高；解决了以往对称设置的主吸能装置，在两列车碰撞时，其中一列车上的一对主吸能装置与另一列车上的一对主吸能装置需要对中，极易导致主吸能装置的结构倾倒，造成吸能效率的显著降低的问题，且解决了以往需要在主吸能装置内部布置具有强导向装置的抗偏机构用以校正碰撞过程中出现的结构失稳情况而对整车轻量化目标产生重大的影响的问题；可见，由于本发明实施例的主吸能装置无需增加具有强导向装置的抗偏机构，实现了整车的轻量化，且对气密隔墙的结构强度要求有所降低，无需增加过多的额外补强结构。
[0019]
本发明实施例由于每列车仅设置一个主吸能装置，避免了两两对称设置的主吸能装置需要严格对中的设计，由此提高了产品设计效率。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]
图1是本发明实施例提供的头车前端碰撞吸能结构安装在车体上的结构示意图；
[0022]
图2是图1的侧视结构示意图。
[0023]
附图标记：
[0024]
1：车钩缓冲装置；2：防爬吸能装置；3：主吸能装置；4：气密隔墙；5：牵引梁和缓冲梁组成；6：防爬吸能安装结构组成；7：车钩安装结构组成；8：底架的上表面；9：车头。
具体实施方式
[0025]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]
下面结合图1-图2描述本发明实施例的头车前端碰撞吸能结构。
[0027]
本发明实施例提供的一种头车前端碰撞吸能结构，包括气密隔墙4、车钩缓冲装置1以及一对防爬吸能装置2。
[0028]
气密隔墙4与司机室骨架和蒙皮均连接，蒙皮覆设在司机室骨架上，气密隔墙4固定设置在司机室骨架中并与蒙皮连接；车钩缓冲装置1沿车体的中心线布置在所述气密隔墙4下方，一对防爬吸能装置2对称分布在车体的中心线两侧并位于所述气密隔墙4下方。
[0029]
头车前端碰撞吸能结构还包括一个主吸能装置3，所述主吸能装置3偏向所述车体的中心线一侧安装在所述气密隔墙4上。通过将主吸能装置3偏向车体的中心线一侧安装在气密隔墙4上，在两列车碰撞时，两列车上的主吸能装置3反向对称，使得2个主吸能装置3分别与车头9接触，进行吸能，相当于2个主吸能装置3并联，承受2个主吸能装置3的压缩强度，碰撞吸能效率高；解决了以往对称设置的主吸能装置3，在两列车碰撞时，其中一列车上的一对主吸能装置3与另一列车上的一对主吸能装置3需要对中，极易导致主吸能装置3的结构倾倒，造成吸能效率的显著降低的问题，且解决了以往需要在主吸能装置3内部布置抗偏机构用以校正碰撞过程中出现的结构失稳情况而对整车轻量化目标产生重大的影响的问题；可见，由于本发明实施例的主吸能装置3无需增加具有强导向装置的抗偏机构，实现了整车的轻量化，且对气密隔墙4的结构强度要求有所降低，无需增加过多的额外补强结构，进一步实现了轻量化。
[0030]
本发明实施例由于每列车仅设置一个主吸能装置3，避免了两两对称设置的主吸能装置3需要严格对中的设计，由此提高了产品设计效率。
[0031]
一种实施例，沿车体的中心线方向，所述车钩缓冲装置1的前端、所述防爬吸能装置2的前端以及所述主吸能装置3的前端均错开，从而实现逐级吸能，本实施例中，由先至后，吸能顺序分别为车钩缓冲装置1、防爬吸能装置2和主吸能装置3。
[0032]
车钩缓冲装置1主要由钩体、钩头、车钩缓冲器、车钩压溃管、车钩座、旋转中心、橡胶轴承、连接螺栓及电钩部分等部件组成。本实施例的车钩缓冲装置1采用现有的车钩缓冲装置1。
[0033]
防爬吸能装置2可以是一种切削防爬吸能装置2，由防爬齿、导向管安装座、切刀等几部分组成。该防爬吸能装置2是一种强导向的装置，具备较好的抗偏折能力，防爬吸能装置2工作载荷具体可以为650kn。此外，防爬吸能装置2不限于切削防爬吸能，还可以为压溃式、胀管式、缩管式等各种吸能形式的具备防爬能力的车端防爬吸能装置2。
[0034]
本实施例的主吸能装置3具备良好的轻量化性能及非常好的纵向吸能特性。
[0035]
本实施例的气密隔墙4(也可称为气密刚性墙)可以是厚度为20mm的铝合金板材结构，防止在撞击过程中前端吸能装置发生侵入。在本实施例中，气密隔墙4以后的部分(司机室和客室区域)是不可变形区，气密隔墙4之前的部分为主要吸能区，因此，气密隔墙4是作为变形与非变形功能区划分的主要结构。另外，气密隔墙4之后(客室)部分，通过“l”型材进行了局部的补强，为主吸能装置3提供更大的纵向承载面积，将载荷沿底架进行传递。
[0036]
根据本发明的一个实施例，所述司机室骨架以及所述气密隔墙4均安装在底架上，为了合理设置主吸能装置3的位置，以达到最优的吸能效果，在车体的垂直高度方向上，所述主吸能装置3以所述底架的上表面8为中心线对称设置或相对于所述底架的上表面8具有设定的偏移量，也就是说，主吸能装置3可以相对底架的上表面8对称设置，也可以稍微偏置。
[0037]
根据本发明的一个具体实施例，所述主吸能装置3包括外壳、背板以及安装在所述外壳中与所述背板抵接的吸能内芯，所述主吸能装置3通过所述背板安装在所述气密隔墙4上，具体地，所述背板通过螺栓与所述气密隔墙4连接，安装方便，在碰撞时，吸能内芯溃缩吸能，外壳能够对吸能内芯起到保护和导向作用。
[0038]
一个具体实施例，所述主吸能装置3相对于所述底架的上表面8具有的偏移量不超过所述背板高度的20％，以确保主吸能装置3基本保持在底架的上表面8中心位置，使得吸能时稳定性好。
[0039]
根据本发明的一个实施例，所述外壳的外周具有锥度，所述锥度由所述背板侧朝向所述外壳的前端由大逐渐变小，所述锥度不大于5度；以保证碰撞冲击载荷的缓慢爬升，受压载荷力级为350kn到450kn范围，防止对车体产生过大的瞬间冲击载荷。
[0040]
根据本发明的一个实施例，所述吸能内芯可以为蜂窝芯，所述蜂窝芯的轴心方向与车体的运行方向平行或者正交，吸能内芯还可以采用金属点阵、负泊松比等其他结构型式的吸能装置。
[0041]
根据本发明的一个实施例，所述车钩缓冲装置1的安装端、所述防爬吸能装置2的安装端以及所述主吸能装置3的安装端均不在同一个安装平面。本发明的车端吸能主要包括3级，第一级是车钩缓冲器及压溃管吸能过程，第二级是防爬吸能装置2主导的吸能过程，第三级是防爬吸能装置2和主吸能装置3共同参与的吸能过程。本车端吸能结构主要是通过车钩缓冲装置1、防爬吸能装置2和主吸能装置3之间的协调动作实现能量的有效吸收，为了保证个吸能行程的匹配关系。如图2所示，车钩缓冲装置1、防爬吸能装置2和主吸能装置3的安装点(安装端)并不在一个平面上。车钩缓冲装置1与防爬吸能装置2在纵向位移上的错动量为了防爬吸能装置2在发生过载保护后防爬吸能装置2才可以正常动作。防爬吸能装置2与主吸能装置3在安装位置的错动量，是根据其自身的有效压缩行程，换算出来的一个合适数值。
[0042]
根据本发明的一个实施例，所述底架下部安装有牵引梁和缓冲梁组成5，所述防爬吸能装置2通过防爬吸能安装结构组成6连接至所述所述牵引梁和缓冲梁组成5；所述车钩缓冲装置1通过车钩安装结构组成7连接至所述牵引梁和缓冲梁组成5。
[0043]
具体地，所述牵引梁和缓冲梁组成5包括牵引梁和与所述牵引梁正交连接的缓冲梁。
[0044]
所述防爬吸能安装结构组成6为由铝板组焊而成的箱型承载结构，其对称布置于所述牵引梁的两侧，与所述牵引梁以及所述车体的边梁连接。该箱型承载结构内嵌竖立的铝合金板材，保证该结构具备足够的承载能力。
[0045]
牵引梁和缓冲梁组成5是一套铝合金框架承载装置。其中，牵引梁部分与缓冲梁部分正交分布。其中，牵引梁由两根对称分布的变截面铝合金型材间隔组成，布置方向与气密隔墙4垂直，是气密隔墙4纵向承载的主要受力点。缓冲梁是一根等截面的铝合金型材，布置方向与气密隔墙4平行，高度方向上与牵引梁上平面基本保持一致。牵引梁和缓冲梁组成5结构是车钩缓冲装置1、所述防爬吸能装置2以及所述主吸能装置3纵向载荷传递的主要路径承载机构。
[0046]
具体地，防爬吸能装置2与防爬吸能安装结构组成6通过螺栓连接。
[0047]
根据本发明的一个实施例，所述车钩安装结构组成7包括连接板以及与所述连接板阻焊为一体的补强板，所述连接板的中部开孔，供所述车钩缓冲装置1穿过，开孔的目的：第一，结构减重；第二，车钩缓冲装置1是一种具备过载保护能力的装置，即当车钩缓冲装置1达到预先设定的载荷时，结构发生剪切并后退，此时，车钩缓冲装置1的主体结构要穿过开孔完成正常的后退，确保与其他的吸能装置不产生干涉。所述车钩安装结构组成7通过连接板与所述牵引梁连接，实现车钩安装结构组成7的安装定位
。
车钩缓冲装置1与其后端连接的车钩安装结构组成7通过螺栓连接。
[0048]
本发明实施例还提供一种轨道车辆，包括车体，还包括安装在所述车体头端的如上头车前端碰撞吸能结构，相向而行的两列轨道车辆中，所述主吸能装置3均位于所述轨道车俩行驶方向的同一侧，也就是说，两个主吸能装置3反对称设置，在两列车碰撞时，两列车上的主吸能装置3反向对称，使得两个主吸能装置3分别与车头9接触，进行吸能，相当于两个主吸能装置3并联，承受两个主吸能装置3的压缩强度，碰撞吸能效率高。
[0049]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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