一种用于轨道车辆的防爬吸能装置

技术领域

本发明涉及碰撞吸能技术领域，具体涉及一种用于轨道车辆的防爬吸能装置。

背景技术

随着铁路客运和货运行业的迅猛发展，列车运行速度的突破也是目前重要的研究课题。目前，列车安全行驶的极限速度不断被打破，同样也带来了一些列车安全事故，主要分为列车脱轨与碰撞两大事故。列车安全事故不仅仅会使得列车结构破损，还甚至会造成人员伤亡。

目前，我国高速列车车身采用弱-强-弱的刚度分布方法，使能量吸收限制在车体端部，远离司机室及乘员区，从而实现对司机与乘员的安全防护。列车端部设置了防爬器，防爬器能够在列车发生碰撞时通过防爬齿的相互啮合实现对列车垂向及横向位移的限制，有效防止了列车发生脱轨的可能性。同时防爬器又需要具备一定的吸能能力，防爬吸能装置就此应运而生。现有的防爬吸能装置大多采用蜂窝结构，蜂窝结构具有质量轻，比吸能大的优点，但是蜂窝吸能结构在压实后无法继续吸能，变形行程相对较小，无法实现安装空间的最大化利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于轨道车辆的防爬吸能装置，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于轨道车辆的防爬吸能装置，包括底座架、鼓胀座、鼓胀撕裂管和防爬器，所述底座架包括限位板以及与所述限位板平行设置的圆形底板，所述限位板上具有贯通设置的限位孔，所述限位板和所述圆形底板之间且沿圆形底板的周向间隔均匀地设有至少四条肋板，相邻两条所述肋板之间形成有肋板间隙；所述鼓胀座设置在所述限位板和所述圆形底板之间且于所述圆形底板的中心位置；所述鼓胀撕裂管的外侧壁上沿周向均布有与所述肋板数量相同的撕裂槽，所述鼓胀撕裂管的一端与所述防爬器相连，所述鼓胀撕裂管的另一端被加工成沿所述撕裂槽撕开的多个管片，且多个管片向外翻卷形成预变形部，所述鼓胀撕裂管贯穿所述限位孔设置，所述预变形部套设在所述鼓胀座上；在发生碰撞时，所述鼓胀撕裂管在轴向冲击载荷的作用下被所述鼓胀座涨大，所述鼓胀撕裂管发生鼓胀变形；当轴向冲击载荷大于阈值时，也即金属鼓胀撕裂管在压溃冲击的作用下时，所述鼓胀撕裂管沿着限位孔在所述撕裂槽处发生撕裂变形，从而裂开的鼓胀撕裂管管片发生卷曲变形，并从肋板间隙伸出至底座架外。

进一步的，多条所述撕裂槽的宽度方向中心线与多条所述肋板的宽度方向中心线在所述圆形底板的径向一一重合设置。

进一步的，所述撕裂槽的深度为所述鼓胀撕裂管壁厚的1/5～2/5；所述撕裂槽的宽度为所述撕裂槽的深度的1.5～2倍。

进一步的，所述肋板的一端与所述限位板相连，所述肋板的另一端与所述圆形底板相连，且所述肋板从与所述限位板相连的一端向与所述圆形底板相连的一端由外向内倾斜设置，所述肋板的倾斜角度为10°～20°。

进一步的，所述肋板的宽度由与所述圆形底板相连的一端向与所述限位板相连的一端逐渐收窄；且相邻两所述肋板之间的最小间隙大于相邻两所述撕裂槽之间的宽度。

进一步的，所述肋板的最小宽度与所述肋板的最大宽度比为1：1.2～1.8。

进一步的，所述防爬器远离所述鼓胀撕裂管的端面上设有间隔均匀布置的多个防爬齿。

进一步的，所述鼓胀撕裂管为金属管，选用不锈钢材料或延伸率高的铝合金材料制成；所述鼓胀座与所述底座架采用45#钢。

进一步的，所述肋板和所述撕裂槽均为4～10条。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明的防爬吸能装置，采用防爬器与鼓胀撕裂管的组合结构，当碰撞发生时防爬器相互啮合，限制列车垂向与横向位移，防止列车脱轨脱线，而碰撞的冲击动能通过鼓胀撕裂管的卷曲变形耗散。鼓胀撕裂管由限位孔伸入底座架内，增强了装置的横向抗失稳能力，同时在鼓胀撕裂管因鼓胀而发生撕裂变形时，卷曲变形的部分鼓胀撕裂管能够从底座架上均布的肋板间隙伸出，从而达到了安装空间的最大化利用，而均布布置的肋板提高了装置的有效变形行程，最大压缩行程可达90％。本发明的防爬吸能装置，同时实现了防爬与吸能两大功能，具有吸能效率高，变形可控，有效行程长，抗失稳能力强，没有明显初始压溃力峰值的特点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明优选实施例的一种用于轨道车辆的防爬吸能装置的正等轴测示意图；

图2是本发明优选实施例的底座架的正等轴测示意图；

图3是本发明优选实施例的鼓胀座的正等轴测示意图；

图4是本发明优选实施例的鼓胀撕裂管与鼓胀座配合的正等轴测示意图；

图5是本发明优选实施例的防爬器的正等轴测示意图；

其中，1-底座架，1.1-限位板，1.2-圆形底板，1.3-肋板，1a-限位孔，2-鼓胀座，2.1-鼓胀座体，2.2-凸台，3-鼓胀撕裂管，3.1-撕裂槽，3a-预变形部，4-防爬器，4.1-防爬齿。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

请参见图1至图5，本实施例提供一种用于轨道车辆的防爬吸能装置，包括底座架1、鼓胀座2、鼓胀撕裂管3和防爬器4；具体结构如下：

底座架包括限位板1.1、圆形底板1.2和多条肋板1.3，圆形底板与限位板平行设置，限位板的中心位置具有贯通设置的限位孔1a，多条肋板1.3设置在限位板和圆形底板之间且沿圆形底板1.2的周向间隔均匀布置。圆形底板通过均布的多条肋板与限位板连接，也就是肋板的一端与限位板相连，肋板的另一端与圆形底板相连。每相邻两条肋板之间形成有一个肋板间隙。具体地，圆形底板与限位板之间由六条均布的肋板连接，鼓胀撕裂管在发生卷曲时能够从肋板间隙伸出，提高了装置的有效压溃行程。

鼓胀座2设置在限位板和圆形底板之间且于圆形底板的中心位置。鼓胀座2包括鼓胀座体2.1和设置在鼓胀座体上的凸台2.2，鼓胀座体2.1的外径大于鼓胀撕裂管3的外径，凸台2.2的外径大于鼓胀撕裂管3的内径。

鼓胀撕裂管3的外侧壁上沿周向均布有多条撕裂槽3.1，且撕裂槽的数量与肋板的数量相同。鼓胀撕裂管的一端与防爬器4相连，鼓胀撕裂管的另一端被加工成沿撕裂槽撕开的多个管片，且该多个管片向外翻卷形成预变形部3a。鼓胀撕裂管贯穿插设在限位孔中，且预变形部套设在鼓胀座上。防爬器4远离鼓胀撕裂管3的端面上设有间隔均匀布置的多个防爬齿4.1。具体地，鼓胀撕裂管的管身周向均匀开设沿其轴向方向设置的六条撕裂槽，使鼓胀撕裂管能够在轴向压溃力作用下，按照撕裂槽的延伸方向进行卷曲，从而使得本实施例装置中的吸能结构变形有序可控。鼓胀撕裂管一端与防爬器连接，另一端伸入底座架中，在碰撞吸能过程中，两相撞列车的防爬齿相互啮合，鼓胀撕裂管卷曲变形，吸收冲击动能。限位板上开设限位孔，鼓胀撕裂管从限位孔伸入底座架内部，在管身承受巨大轴向压溃冲击时提供支撑，提高了结构的抗失稳能力。

在高速列车发生碰撞时，本实施例的防爬吸能装置不仅能够通过防爬器啮合两列相撞的列车，限制列车的垂向与横向位移，防止列车爬车或脱轨脱线，同时鼓胀撕裂管在轴向冲击载荷的作用下被鼓胀座涨大，鼓胀撕裂管发生鼓胀变形。当轴向冲击载荷大于阈值时，随着压溃冲击的继续，鼓胀撕裂管沿着限位孔在撕裂槽处发生撕裂变形(在底座架内，鼓胀撕裂管被撕裂成多个管片)，从而裂开的鼓胀撕裂管管片发生卷曲变形，并从肋板间隙伸出至底座架，有效增大了变形行程。

在本发明一种具体的实施例中，在轴向压溃力作用下，鼓胀撕裂管沿着限位孔在预切槽处发生撕裂变形，鼓胀撕裂管与鼓胀座相接触的一端被撕裂成多条管片，撕裂的管片发生卷曲变形，卷曲变形的管片卡在肋板间隙中，提高结构的抗横向垂向失稳，起防爬作用。同时，也有部分卷曲变形的管片从肋板间隙伸出底座架。优选的，多条撕裂槽的宽度方向中心线与多条肋板的宽度方向中心线在圆形底板的径向一一重合设置；该设置使得每个肋板间隙对应着一个撕裂后卷曲变形的管片结构，可以更好的促进结构变形稳定性。

在本发明一种具体的实施例中，为了能够更好的满足鼓胀撕裂管吸收冲击动能，撕裂槽的深度为鼓胀撕裂管壁厚的1/5～2/5；撕裂槽的宽度为撕裂槽的深度的1.5～2倍。

在本发明一种具体的实施例中，为了能够更好的最大化安装空间，肋板从与限位板相连的一端向与圆形底板相连的一端由外向内倾斜设置，肋板的倾斜角度为10°～20°；优选的，肋板的倾斜角度为15°～18°。更进一步的，肋板的宽度由与圆形底板相连的一端向与限位板相连的一端逐渐收窄；优选的，肋板的最小宽度与肋板的最大宽度比为1：1.2～1.8。这样就形成一个狭窄上宽的肋板间隙，使得肋板间隙更好的与卷曲变形的管片结构配合。相邻两肋板之间的最小间隙大于相邻两撕裂槽之间的宽度，该结构使得部分卷曲变形的管片从肋板间隙伸出底座架外，从而达到了安装空间的最大化利用，有效增大了变形行程。

在本发明一种具体的实施例中，鼓胀撕裂管为金属管，优选鼓胀撕裂管的外径为100mm，壁厚为5mm，管顶部到管底部所述预变形部的长度为600mm，所述预变形部的长度为60mm。优选用不锈钢材料或延伸率高的铝合金材料制成，如304不锈钢、20#钢、45#钢以及铝合金6016-T4等，所选金属材料具有延伸率高，强度大的特点，能够在保证鼓胀撕裂管在发生撕裂卷曲时不会出现断裂的情况，同时具有较高的平均压溃力。

所述鼓胀座与所述底座架采用45#钢，该材料屈服强度高，硬度大，有效地避免了在对所述金属管进行撕裂时自身发生材料失效的情况。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。