專利名稱：一種列車碰撞專用吸能部件碰撞閾值實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于列車的碰撞吸能安全保護技術(shù)，具體的涉及一種通過研究列車端部的主用吸能結(jié)構(gòu)，建立的列車主用吸能結(jié)構(gòu)的閾值控制方法。
背景技術(shù)：
碰撞是列車面臨的主要事故風險之一。通過列車結(jié)構(gòu)產(chǎn)生碰撞塑性變形，吸收沖擊能量，實現(xiàn)被動安全防護，保護旅客生命安全，降低事故損失，成為近年來的研究熱點。就列車碰撞問題而言，與汽車、飛機等運載工具最大的不同就是，列車由多節(jié)車輛編組而成，相鄰車輛間通過車鉤緩沖裝置連接。為實現(xiàn)列車的碰撞吸能安全保護，列車在正常運行時需要有足夠的強度和剛度傳遞縱向力，在發(fā)生碰撞時需要迅速產(chǎn)生可控塑性大變形吸收能量，碰撞吸能列車需要同時滿足兩個條件。其一，在沒有發(fā)生碰撞事故的列車正常運行及制動情況時，列車結(jié)構(gòu)需要有足夠的強度和剛度，滿足相應(yīng)規(guī)范規(guī)定要求，不允許發(fā)生塑性變形及破壞，并具有良好的傳遞縱向力性能，保證列車運行安全。其二，在較高速下發(fā)生碰撞事故時，列車結(jié)構(gòu)需要在預定區(qū)域發(fā)生破壞，產(chǎn)生塑性大變形，吸收足夠沖擊動能，保護乘客安全。這就需要研究列車發(fā)生破壞的條件，也就是列車碰撞塑性變形破壞閾值。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種列車碰撞專用吸能部件碰撞閾值實現(xiàn)方法，其通過對列車結(jié)構(gòu)及吸能部件的結(jié)構(gòu)改變控制，實現(xiàn)破壞閾值以及結(jié)構(gòu)閾值的可控性，該控制方法設(shè)計合理， 實現(xiàn)方式簡單，能夠用于車體端部專用吸能部件的設(shè)計與安裝，有效的保證列車碰撞的安全保護。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下一種列車碰撞專用吸能部件碰撞閾值實現(xiàn)方法，其特征在于所述實現(xiàn)方法包括在列車車體的端部設(shè)置非結(jié)構(gòu)承載的專用吸能部件；該專用吸能部件包括具有塑變誘導結(jié)構(gòu)、預變形吸能結(jié)構(gòu)、帶壓潰吸能管的車鉤緩沖裝置，通過控制塑變誘導結(jié)構(gòu)、預變形吸能結(jié)構(gòu)、帶壓潰吸能管的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)碰撞閾值的控制。
具體實施方式
中，所述專用吸能部件的前、后具有兩連接端，多個吸能縱梁延伸至兩連接端設(shè)置，所述吸能縱梁的一端設(shè)置誘導槽，吸能縱梁之間固定有補強板，補強板上設(shè)置加強筋。一實施方式中，所述實現(xiàn)方法包括在所述專用吸能部件的吸能縱梁上設(shè)置預變形吸能結(jié)構(gòu)，該預變形吸能結(jié)構(gòu)包括采用方筒型結(jié)構(gòu)的吸能縱梁，該吸能縱梁的兩相對側(cè)壁設(shè)計為波紋板，使波紋板上的波峰波谷成為預先設(shè)定的預變形結(jié)構(gòu)，并通過控制波紋板的波長、波幅、板厚，控制結(jié)構(gòu)閾值。另一實施方式中，所述實現(xiàn)方法包括
對于具有塑變誘導結(jié)構(gòu)的車鉤緩沖裝置，采用彎曲式縱梁并在縱梁的合適位置設(shè)置彎曲區(qū)域，使縱梁在縱向碰撞過程中發(fā)生彎曲變形，變形的部位通過縱梁的橫截面來確定；或者，對于具有塑變誘導結(jié)構(gòu)的車鉤緩沖裝置，采用橫截面削弱式縱梁，將縱梁上若干位置處的橫截面削弱，使縱梁在碰撞過程首先在削弱位置發(fā)生大變形。再一實施方式中，所述實現(xiàn)方法包括采用具有圓弧形塑變誘導結(jié)構(gòu)的吸能結(jié)構(gòu)或者過渡圓弧形塑變誘導結(jié)構(gòu)的薄壁圓管，并通過控制所述塑變誘導結(jié)構(gòu)形式、深度、位置，可實現(xiàn)其碰撞閾值。又一實施方式中，所述實現(xiàn)方法進一步包括對于具有壓潰吸能管結(jié)構(gòu)的車鉤緩沖裝置，在該壓潰吸能管的初始位置設(shè)置錐形坡度，通過改變初始位置的錐形坡度產(chǎn)生相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)壓潰誘發(fā)載荷。該列車碰撞專用吸能部件碰撞閾值實現(xiàn)方法通過對列車結(jié)構(gòu)及吸能部件的結(jié)構(gòu)改變控制，實現(xiàn)破壞閾值以及結(jié)構(gòu)閾值的可控性，該控制方法設(shè)計合理，實現(xiàn)方式簡單，能夠用于車體端部專用吸能部件的設(shè)計與安裝，有效的保證列車碰撞的安全保護。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步的闡述。
圖1是本發(fā)明具體實施方式
中耐沖擊吸能成體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中I部位專用吸能部件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明具體實施方式
中具有預變形吸能結(jié)構(gòu)的吸能縱梁的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4A、圖4B和圖4C是本發(fā)明具體實施方式
中分別設(shè)有過渡圓弧形塑變誘導結(jié)構(gòu)的吸能縱梁的吸能部件圖；圖4D為改變各吸能結(jié)構(gòu)誘導結(jié)構(gòu)參數(shù)所獲取的撞擊特性曲線圖。圖5是本發(fā)明具體實施方式
中壓潰管的形變原理圖；圖6A和圖6B是圖5中不同錐度的壓潰管的撞擊特性時變曲線圖。
具體實施例方式該列車碰撞專用吸能部件碰撞閾值實現(xiàn)方法可用于現(xiàn)有高速列車的車體碰撞防護設(shè)計，其實現(xiàn)方法為在列車車體的端部設(shè)置非結(jié)構(gòu)承載的專用吸能部件；該專用吸能部件包括具有塑變誘導結(jié)構(gòu)、預變形吸能結(jié)構(gòu)、帶壓潰吸能管的車鉤緩沖裝置，通過控制塑變誘導結(jié)構(gòu)、預變形吸能結(jié)構(gòu)、帶壓潰吸能管的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)碰撞閾值的控制。如圖1所示，專用吸能部件I在列車車體中不作為結(jié)構(gòu)承載用，其安裝在車體的端部，僅在發(fā)生撞擊事故時產(chǎn)生塑性大變形吸收能量，以增加吸能結(jié)構(gòu)的比吸能，專用吸能結(jié)構(gòu)在碰撞中失效后可以替換。如圖2所示，該專用吸能部件的前、后具有兩連接端，多個吸能縱梁21延伸至兩連接端設(shè)置，每個吸能縱梁的一端均設(shè)置誘導槽22，吸能縱梁之間固定有補強板24，補強板上設(shè)置加強筋23，其中吸能縱梁21為空心的薄壁方管結(jié)構(gòu)。實際應(yīng)用中，可以在專用吸能部件的吸能縱梁上設(shè)置預變形吸能結(jié)構(gòu)。如圖3所示，該預變形吸能結(jié)構(gòu)包括采用方筒型結(jié)構(gòu)的吸能縱梁31，該吸能縱梁的兩相對側(cè)壁32設(shè)計為波紋板，使波紋板上的波峰波谷成為預先設(shè)定的預變形結(jié)構(gòu)，并通過控制波紋板的波長、波幅、板厚，控制結(jié)構(gòu)閾值。撞擊發(fā)生時誘導結(jié)構(gòu)依次在預變形結(jié)構(gòu)處發(fā)生屈曲，從而人為控制結(jié)構(gòu)開始發(fā)生塑性大變形。具體對于具有塑變誘導結(jié)構(gòu)的車鉤緩沖裝置，采用彎曲式縱梁并在縱梁的合適位置設(shè)置彎曲區(qū)域，使縱梁在縱向碰撞過程中發(fā)生彎曲變形，變形的部位通過縱梁的橫截面來確定；或者，對于具有塑變誘導結(jié)構(gòu)的車鉤緩沖裝置，采用橫截面削弱式縱梁，將縱梁上若干位置處的橫截面削弱，使縱梁在碰撞過程首先在削弱位置發(fā)生大變形。采用具有圓弧形塑變誘導結(jié)構(gòu)的吸能結(jié)構(gòu)或者過渡圓弧形塑變誘導結(jié)構(gòu)的薄壁圓管，并通過控制所述塑變誘導結(jié)構(gòu)形式、深度、位置，可實現(xiàn)其碰撞閾值。發(fā)明人認為為了消除結(jié)構(gòu)力-變形特性曲線中力的脈沖幅度較大部分，達到使結(jié)構(gòu)的整個力-變形特性曲線平穩(wěn)的目的，采用兩種實現(xiàn)結(jié)構(gòu)力-變形特性曲線平穩(wěn)的方法。其一是采用彎曲式吸能縱梁，在吸能縱梁的合適位置設(shè)置一個彎曲區(qū)域，使吸能縱梁在縱向碰撞過程中發(fā)生彎曲變形，變形的部位通過橫截面來確定；其二是采用橫截面削弱式吸能縱梁，將吸能縱梁上若干位置處的橫截面削弱，使吸能縱梁在碰撞過程首先在削弱位置發(fā)生大變形，由于截面被削弱，發(fā)生大變形所需要的力隨之相應(yīng)減少，從而使結(jié)構(gòu)的力_變形特性曲線平穩(wěn)并能人為地控制變形部位和順序。鑒于以上結(jié)論，對于普通的方形薄壁結(jié)構(gòu)，可以在其端部開一個有一定曲率的誘導槽(如圖2中所示)，誘導槽有以下兩個作用(1).削弱結(jié)構(gòu)的初始縱向承載能力，降低初始撞擊力峰值，從而降低碰撞初始階段產(chǎn)生的沖擊減速度；(2).引導結(jié)構(gòu)發(fā)生有序塑性變形，能夠充分挖掘結(jié)構(gòu)吸收沖擊動能的能力。另外，這種梁結(jié)構(gòu)在承受縱向沖擊時的屈曲形式近似對稱，如果該結(jié)構(gòu)所受到的沖擊載荷不對稱的話，側(cè)壁的皺折變形將會以不對稱的形式發(fā)展，從而導致該結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)。對于方形薄壁結(jié)構(gòu)，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)情況，從而大大降低結(jié)構(gòu)的吸能能力。鑒于這一點，要考慮吸能結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)情況，在本方案用于列車的吸能結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可考慮將四個方管組合起來共同組成一個吸能部件。塑變誘導結(jié)構(gòu)包含三角、矩形、圓弧等多種形式，例如圖4A、圖4B和圖4C分別為設(shè)有過渡圓弧形塑變誘導結(jié)構(gòu)的薄壁圓管。因此，通過控制塑變誘導結(jié)構(gòu)形式、深度、位置，即可實現(xiàn)其碰撞閾值。如圖4D所示為改變各吸能結(jié)構(gòu)誘導結(jié)構(gòu)參數(shù)時，其撞擊特性的相關(guān)研究結(jié)果。其中曲線1為具有30 度折角的撞擊特性曲線圖；曲線2為具有60度折角的撞擊特性曲線圖，曲線3為無折角的撞擊特性曲線圖。對于具有壓潰吸能管結(jié)構(gòu)的車鉤緩沖裝置，在該壓潰吸能管的初始位置設(shè)置錐形坡度，通過改變初始位置的錐形坡度產(chǎn)生相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)壓潰誘發(fā)載荷。如圖5所示，通過將車鉤緩沖裝置的壓潰管在初始位置設(shè)置一個錐形坡度51，當車鉤緩沖器達到壓縮最大行程時，此時車鉤拉桿推動壓潰管前端的剛性圓柱筒沿著錐形坡度壓迫壓潰管，使得壓潰管管壁沿徑向均勻膨脹，產(chǎn)生塑性變形。通過改變初始位置的錐形坡度、產(chǎn)生相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)壓潰誘發(fā)載荷，達到控制規(guī)定的破壞閾值的目的。當改變壓潰管的內(nèi)芯錐度角和外殼錐度角時，其撞擊特性時變曲線如圖6A和圖6B所示。該圖6A中，曲線1 為外殼錐度角30，內(nèi)芯錐度角25的壓潰管撞擊特性時變曲線，曲線2為外殼錐度角30，內(nèi)
5芯錐度角30的壓潰管撞擊特性時變曲線，曲線3為外殼錐度角30，內(nèi)芯錐度角35的壓潰管撞擊特性時變曲線。圖6B中，曲線1為外殼錐度角25，內(nèi)芯錐度角30的壓潰管撞擊特性時變曲線，曲線2為外殼錐度角30，內(nèi)芯錐度角30的壓潰管撞擊特性時變曲線，曲線3為外殼錐度角35，內(nèi)芯錐度角30的壓潰管撞擊特性時變曲線。
權(quán)利要求
1.一種列車碰撞專用吸能部件碰撞閾值實現(xiàn)方法，其特征在于所述實現(xiàn)方法包括在列車車體的端部設(shè)置非結(jié)構(gòu)承載的專用吸能部件；該專用吸能部件包括具有塑變誘導結(jié)構(gòu)、預變形吸能結(jié)構(gòu)、帶壓潰吸能管的車鉤緩沖裝置，通過控制塑變誘導結(jié)構(gòu)、預變形吸能結(jié)構(gòu)、帶壓潰吸能管的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)碰撞閾值的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車碰撞專用吸能部件碰撞閾值實現(xiàn)方法，其特征在于所述專用吸能部件的前、后具有兩連接端，多個吸能縱梁延伸至兩連接端設(shè)置，所述吸能縱梁的一端設(shè)置誘導槽，吸能縱梁之間固定有補強板，補強板上設(shè)置加強筋。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的列車碰撞專用吸能部件碰撞閾值實現(xiàn)方法，其特征在于所述實現(xiàn)方法包括在所述專用吸能部件的吸能縱梁上設(shè)置預變形吸能結(jié)構(gòu)，該預變形吸能結(jié)構(gòu)包括采用方筒型結(jié)構(gòu)的吸能縱梁，該吸能縱梁的兩相對側(cè)壁設(shè)計為波紋板，使波紋板上的波峰波谷成為預先設(shè)定的預變形結(jié)構(gòu)，并通過控制波紋板的波長、波幅、板厚，控制結(jié)構(gòu)閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車碰撞專用吸能部件碰撞閾值實現(xiàn)方法，其特征在于所述實現(xiàn)方法包括對于具有塑變誘導結(jié)構(gòu)的車鉤緩沖裝置，采用彎曲式縱梁并在縱梁的合適位置設(shè)置彎曲區(qū)域，使縱梁在縱向碰撞過程中發(fā)生彎曲變形，變形的部位通過縱梁的橫截面來確定；或者，對于具有塑變誘導結(jié)構(gòu)的車鉤緩沖裝置，采用橫截面削弱式縱梁，將縱梁上若干位置處的橫截面削弱，使縱梁在碰撞過程首先在削弱位置發(fā)生大變形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車碰撞專用吸能部件碰撞閾值實現(xiàn)方法，其特征在于所述實現(xiàn)方法包括采用具有圓弧形塑變誘導結(jié)構(gòu)的吸能結(jié)構(gòu)或者過渡圓弧形塑變誘導結(jié)構(gòu)的薄壁圓管， 并通過控制所述塑變誘導結(jié)構(gòu)形式、深度、位置，可實現(xiàn)其碰撞閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車碰撞專用吸能部件碰撞閾值實現(xiàn)方法，其特征在于所述實現(xiàn)方法進一步包括對于具有壓潰吸能管結(jié)構(gòu)的車鉤緩沖裝置，在該壓潰吸能管的初始位置設(shè)置錐形坡度，通過改變初始位置的錐形坡度產(chǎn)生相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)壓潰誘發(fā)載荷。
全文摘要
一種列車碰撞專用吸能部件碰撞閾值實現(xiàn)方法，其特征在于所述實現(xiàn)方法包括在列車車體的端部設(shè)置非結(jié)構(gòu)承載的專用吸能部件；該專用吸能部件包括具有塑變誘導結(jié)構(gòu)、預變形吸能結(jié)構(gòu)、帶壓潰吸能管的車鉤緩沖裝置，通過控制塑變誘導結(jié)構(gòu)、預變形吸能結(jié)構(gòu)、帶壓潰吸能管的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)碰撞閾值的控制。該實現(xiàn)方法通過對列車結(jié)構(gòu)及吸能部件的結(jié)構(gòu)改變控制，實現(xiàn)破壞閾值以及結(jié)構(gòu)閾值的可控性，該控制方法設(shè)計合理，實現(xiàn)方式簡單，能夠用于車體端部專用吸能部件的設(shè)計與安裝，有效的保證列車碰撞的安全保護。
文檔編號B61F19/04GK102180181SQ201110078058
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者劉堂紅, 劉輝, 姚松, 梁習鋒, 熊小慧, 田紅旗, 高廣軍 申請人:中南大學