具有加接的變形區的軌道車輛的制作方法

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具有加接的變形區的軌道車輛的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種具有加接的變形區的軌道車輛，該軌道車輛包括至少一個設置在端側的區域中的端部橫向支架（EQT）以及基本上垂直地布置的從所述端部橫向支架（EQT）伸出的角柱（ES），其中在端側設置了變形區（VZ），該變形區（VZ）包括平行于所述端部橫向支架（EQT）朝端側的方向隔開地布置的正面橫向支架（FQT）以及至少一個傳力元件（KUE），其中在所述端部橫向支架（EQT）與所述正面橫向支架（FQT）之間布置了所述至少一個傳力元件（KUE），所述傳力元件在所述端部橫向支架（EQT）與所述正面橫向支架（FQT）之間無塑性變形地傳遞縱向壓力直至特定的數值并且在超過這個特定的數值時失效。
【專利說明】具有加接的變形區的軌道車輛
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有加接的變形區的軌道車輛。
【背景技術】
[0002]用于軌道車輛的許可標準尤其要求證明車廂的特定的強度數值。這些標準比如要求證明，所述軌道車輛能夠無損壞地經得住特定的縱向力(聯結器壓力、緩沖器壓力、作用于端部橫向支架的壓力)。適用于歐洲的標準nC-566比如要求2000kN的有待證實的聯結器壓力，適用于美國的標準則要求3558kN (800千磅)的有待證實的聯結器壓力。同時經常要求為了提高乘客的被動的安全性而在碰撞時保證得到優化的變形性能。
[0003]為此應該設置結構上的措施，所述措施允許如此吸收碰撞能量，使得以限定的方式能夠變形的撞擊區將這種能量轉化為變形能量并且在此對于車內的人員來說降低負荷。
[0004]同樣，車內的逃生室不得過于劇烈地變形，以便對于車內的人員來說尤其也對于處于列車頭部的駕駛人員來說降低傷害可能性。這一點對于具有推進機車的列車組來說或者對于動車組(Triebziige)來說尤為重要。
[0005]按照現有技術，可以容易地根據特定的聯結器壓力或者端部橫向支架壓力來設計軌道車輛的尺寸。同樣成功地設置合適的用于吸收變形能量的碰撞模塊。對較高的靜態的聯結器壓力或者端部橫向支架壓力的要求與對在碰撞情況下可以降低車輛的最大減速并且由此也降低乘客的負荷的碰撞性能的要求的組合，對于在結構上所集成的變形區來說還沒有令人滿意地得到解決。在解決這種矛盾的要求方面，另一個困難在于在列車頭部和列車尾部也要求垂直的車廂端部，尤其在美國優選期望如此。在此駕駛人員經受特殊的危險，因為僅僅十分受限制的結構空間供碰撞元件所用。一種按現有技術的解決方案規定，以剛性的艙室的形式來構成駕駛臺，該艙室在碰撞時被移到車輛內部。但是，作用于處于駕駛臺中的人員的加速度的降低由此無法得到實現。對于變形優化的結構來說，另一個困難在于在美國也在短途線路上使用的經常由客運和貨運構成的混合運行，因而作為對撞物 (Kollisionsgegener)要考慮大量的車輛。在此麻煩的是，貨物車廂以及尤其在美國常用的機車在實際上沒有消散能量的性能。這些機車必然由于其堅固的結構被視為實際上剛性的并且此外通常由于其較大的結構大小而在幾何學上對于車廂來說代表著完全不相容的對撞物。
[0006]一方面，靜態的設計負荷或者試驗負荷不得導致構件尤其碰撞元件的塑性的變形，這勢必導致非常剛性的底架結構。另一方面，在碰撞情況中專門為能量減小而設置的碰撞元件與本身剛性的底架結構一起也在與在幾何學上不相容的事故對立物 (Unfallgegner)的碰撞中有針對性地進行塑性變形。有一些對撞物被視為在幾何學上是不相容的，對于這些對撞物來說在不是為碰撞情況而設置的位置上出現了撞擊。比如對于基于所述底架垂直向上移動的碰撞來說就是如此，像在乘客車廂與機車或者載貨車碰撞時可能出現的一樣。這一點用按現有技術的解決方案只能在非常不令人滿意的情況下進行。
【發明內容】

[0007]因此，本發明的任務是，說明一種具有加接的變形區的軌道車輛，該軌道車輛一方面可以經得住很高的軸向的壓力，另一方面尤其在與在幾何學上不相容的對立物發生碰撞事故時具有很好的變形性能并且尤其設置用于構造垂直的車廂端部。
[0008]該任務通過一種具有權利要求1所述特征的帶有加接的變形區的軌道車輛得到解決。有利的設計方案是從屬權利要求的主題。
[0009]根據本發明的基本構思，說明一種具有加接的變形區的軌道車輛，該軌道車輛包括至少一個設置在端側的區域中的端部橫向支架和基本上垂直地布置的從所述端部橫向支架上伸出的角柱，并且其中在端側上設置了變形區，該變形區包括平行于所述端部橫向支架朝端側的方向隔開地布置的正面橫向支架以及至少一個傳力元件，并且其中在所述端部橫向支架與所述正面橫向支架之間布置了所述至少一個傳力元件，所述傳力元件在所述端部橫向支架與所述正面橫向支架之間無塑性變形地傳遞縱向壓力直至特定的數值并且在超過這個特定的數值時塌陷或者失效。
[0010]所述按本發明的軌道車輛的一種有利的改進方案包括斜柱，所述斜柱布置在所述正面橫向支架與角柱之間并且所述斜柱傳遞作用于所述正面橫向支架的垂直力并且將其導入到車輛結構中。
[0011]本發明的另一種有利的改進方案規定，將至少一個變形元件如此布置在所述變形區中，使得其不參與運行負荷的傳遞，但是在碰撞時在所述傳力元件塌陷或者失效之后起作用并且至少部分地消散碰撞的動能。
[0012]由此能夠獲得能夠實現一種軌道車輛的優點，該軌道車輛能夠可靠地經得住特定的縱向力(聯結器壓力、緩沖器壓力、端部橫向支架壓力)，另一方面該軌道車輛具有消散能量的變形性能，該變形性能在碰撞時減少作用于乘客的力。
[0013]應該如此設計所述傳力元件以及必要時所述按本發明的變形區的斜柱，使得其具有足夠的強度，用于能夠在所述正面橫向支架與所述端部橫向支架或者角柱之間可靠地傳遞所述運行力(Betriebskrjifte)和試驗力。所述傳力元件的基本特性是，如此設計其尺寸，從而一旦超過失效載荷，該傳力元件就如此塌陷或者失效，使得其不再以明顯的阻力來對抗繼續的變形。
[0014]這種性能比如可以通過以下方式來實現，即給定強度的構件在失效情況下屈曲，因為對于屈曲變形來說比對于壓力變形或者拉伸變形來說所需要的力低得多。同樣也可以通過以下方式來實現等效的性能，即給定強度的構件與一種連接方式相連接，該連接方式在出現限定的過載時失效，比如用鉚釘進行的搭接的連接，所述鉚釘在出現特定的設計負荷時剪斷。由此所述傳力元件在其失效之后僅僅很少地或者根本沒有參與緊隨此后的能量消散。這種能量消散因此會在為此設置的變形元件中進行。
[0015]在此建議，通過由板構成的基本上X形的結構來構造所述傳力元件，其中力的加入通過這個X形的板結構的相應對置的側面來進行。重要的是，所述板的交線橫向于力的方向來布置，因為就這樣進行所述板的可靠的屈曲。相反，交線的沿力的方向的布置會導致一種構件，該構件的力-位移圖在出現超過整個變形位移的塑性變形時具有很高的力的水平并且對于本發明來說不能用作傳力元件。
[0016]如果出現這樣的情況，即在幾何學上不相容的事故對立物首先撞到所述斜柱和所述變形元件，那么所述由板構成的X形的結構就足夠敏感地作出反應并且通過劇烈偏心的負荷來塌陷，所述劇烈偏心的負荷通過所述斜柱的假定的緊隨此后的塑性的變形也具有更容易由變形驅動的特征，從而在這樣的情況中所述傳力元件也還僅僅極少地參與所述能量消散。
[0017]所述傳力元件的一種實施方式規定，單個的形成基本上X形的傳力元件的板設有分別不同的厚度。由此能夠獲得這樣的優點，即能夠精確地調節所述板的失效載荷及其屈曲的方向。這樣的結構可以用計算機支持的模擬關于其強度(失效載荷)以及其塑性的變形性能很好地來設計。
[0018]此外，值得推薦的是，這種X形的結構的一塊板構造為一體的并且設有比其它兩塊板大的厚度。由此可以精確地調節所述失效載荷。
[0019]此外有利的是，由多塊板尤其由三塊板來組成這種由板構成的X形的結構。就這樣可以特別精確地調節所述失效載荷以及屈曲性能。
[0020]值得推薦的是，在所述板的交線上將所述板連接起來，其中焊接連接特別有利。
[0021]作為另一種有利的設計變型方案，也可以將所述傳力元件構造為組合的傳力及能量吸收元件，該組合的傳力及能量吸收元件在超過限定的失效載荷時通過變形來消散能量。
[0022]這可以以多種與軌道車輛制造中的現有技術相符的方式來進行。作為具體的可能的實施方式，這里要談及在超過峰值力時漸進地彎曲的管狀的碰撞元件、形狀鎖合地固定的給定強度的構件(其在超過釋放力時通過所述形狀鎖合被切削加工)以及在超過釋放力時擴張、收縮或者剝脫的管狀的碰撞元件。
[0023]利用這里所描述的發明，成功地說明一種具有變形區的軌道車輛，能夠在實際上并且基本上分開地實施所述變形區的用于靜態的負荷的強度設計以及用于(具有較大的塑性變形的)事故負荷的碰撞能力設計，并且所述變形區也適合于與在幾何學上不相容的事故對立物之間的碰撞并且尤其也適用于具有設有門洞的垂直的車廂端部的車輛。但是，按本發明的變形區原則上可以設置在所有常用的軌道車輛類型上。在此尤其將機車和貨車視為在幾何學上不相容的事故對立物。
[0024]所有常用的變形元件尤其這樣的由管狀的型材構成的變形元件都可以用作變形元件。同樣能夠使用由鋁蜂窩結構或者由金屬泡沫構成的變形元件。
[0025]本發明特別好地適用于要在美國得到批準的軌道車輛，因為相關的標準規定通過所述端部橫向支架來加入試驗縱向力并且由此不能設置加接到所述車廂端部上的變形元件，因為這些變形元件無法經得住所述試驗力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]附圖示例性地示出:
圖1是按現有技術的具有垂直的車廂端部的軌道車輛的側視圖；
圖2是具有加接的變形區的軌道車輛的側視圖；
圖3是具有加接的變形區的軌道車輛的俯視圖；
圖4是傳力元件的側視圖；
圖5是具有加接的變形區和內部的變形元件的軌道車輛的側視圖；圖6是變形元件的理想化的力-位移圖；
圖7是傳力元件的理想化的力-位移圖；
圖8是碰撞-計算機模擬的側視圖1 ;
圖9是碰撞-計算機模擬的側視圖2 ；
圖10是碰撞-計算機模擬的側視圖3 ；
圖11是碰撞-計算機模擬的側視圖4 ；
圖12是碰撞-計算機模擬的側視圖5 ；
圖13是碰撞-計算機模擬的斜視圖1 ;
圖14是碰撞-計算機模擬的斜視圖2 ；
圖15是碰撞-計算機模擬的斜視圖3 ；
圖16是碰撞-計算機模擬的斜視圖4 ；
圖17是碰撞-計算機模擬的斜視圖5。
【具體實施方式】
[0027]圖1示例性地并且示意性地以側視圖示出了按現有技術的具有垂直的車廂端部的軌道車輛。在此示出了軌道車輛的一個車輛端部，該軌道車輛在其端部具有端部橫向支架EQT。縱向力作用于這個端部橫向支架EQT，為此相應地設計這個端部橫向支架EQT的尺寸并且必要時為其配備用于接納緩沖器、聯結器等等的固定機構。垂直于這個端部橫向支架EQT設置了角柱ES，所述角柱從所述端部橫向支架EQT—直延伸到所述軌道車輛的頂篷。襯板V基本上用于通常的保護及設計用途并且沒有在碰撞時相關的強度。按圖1的軌道車輛沒有基本的消散能量的性能，因而在碰撞時會有較高的力作用于乘客。
[0028]圖2示例性地并且示意性地以側視圖示出了具有加接的變形區的軌道車輛。在此示出了按本發明的變形區的原理，其中所述軌道車輛如在圖1所示出的關于現有技術的實施例中一樣來構成。所述按本發明的變形區VZ在端側上加接到所述軌道車輛上并且包括傳力元件KUE，該傳力元件布置在端部橫向支架EQT與正面橫向支架FQT之間，其中所述正面橫向支架FQT以平行于所述端部橫向支架EQT朝車廂端部隔開的方式來布置。此外，設置了斜柱SS，所述斜柱SS將所述正面橫向支架與角柱ES連接起來。如此設計所述變形區 VZ的這些構件(正面橫向支架FQT、傳力元件KUE和斜柱SS)或者設計其尺寸，使得其可靠地在所述端部橫向支架EQT或者所述角柱ES或者碰撞柱KS與所述正面橫向支架FQT之間可靠地傳遞所有運行力和試驗力。
[0029]斜柱SS也可以包括垂直的區段。所述傳力元件KUE在受到負荷時具有如在圖7 中示出的一樣的力-位移圖。
[0030]此外，所述變形區VZ包括變形元件VE，所述變形元件VE在端側上布置在所述角柱 ES上并且所述變形元件在受到負荷時具有如示例性地在圖6中示出的一樣的力-位移圖，因而適合于在塑性的變形情況中進行能量消散。如此布置這些變形元件VE，使得其不參與靜態的負荷的傳遞并且只有在所述傳力元件KUE塌陷或者失效時才起作用。此外，所述變形元件VE在與幾何學上不相容的對撞物碰撞時起作用。
[0031]圖3示例性地并且示意性地以具有傳力元件的俯視圖示出了具有加接的變形區的軌道車輛。在此示出了圖2的軌道車輛。在該實施例中，設置了四根垂直地布置的與所述端部橫向支架EQT相連接的柱子。這四根柱子中的兩根也就是角柱ES布置在所述端部橫向支架EQT的車廂外側面上，另外兩根柱子也就是碰撞柱KS則朝車廂中心的方向與所述角柱ES隔開地布置。所述斜柱SS在所述正面橫向支架FQT與各一個碰撞柱KS之間延伸。這樣的結構相應于在美國經常所期望的車輛類型，所述兩根斜柱SS之間的中間的通道可以容易地得到實現。同樣所述端部橫向支架EQT后面的、尤其在一個角柱ES與一個碰撞柱 KS之間的空間很好地適合于布置防止碰撞的駕駛臺。按所期望的車輛形狀，所述襯板V可以形成傾斜的、經過倒圓的或者垂直的車輛端部。
[0032]圖4示例性地并且示意性地以側視圖示出了傳力元件。在此示出了將端部橫向支架EQT與正面橫向支架FQT連接起來的傳力元件KUE。這個傳力元件KUE具有如在圖7中示出的一樣的力-位移關系。為了獲得這樣的力-位移關系，特別有利的是，由X形布置的板來構造所述傳力兀件KUE并且橫向于車輛縱向方向來布置所述傳力兀件KUE的X形布置的板的交線。通過這種布置結構，可以很好地計算所述失效載荷并且這種布置結構在超過所述失效載荷時在塌陷之后僅僅以很小的阻力來對抗進一步的變形。
[0033]圖5示例性地并且示意性地以側視圖示出了具有加接的變形區和內部的變形元件的軌道車輛。在此示出了按本發明的具有如在圖2和3中示出的一樣的加接的變形區的軌道車輛的一種改進方案。內部的變形元件IVE布置在所述端部橫向支架的車廂中心處并且支持按本發明的軌道車輛的有利的變形性能。如此設計這個內部的變形元件IVE的尺寸，使得其只有在所述傳力元件KUE失效之后并且在所述變形元件VE耗盡之后才起作用。同樣所述內部的變形元件IVE在與幾何學上不相容的對撞物碰撞時尤其在與平板的載貨車相撞時改進所述軌道車輛的變形性能，對于所述平板的載貨車來說在極端情況中所述變形元件VE僅僅推遲地變形或者根本沒有變形。
[0034]圖6示例性地并且示意性地示出了變形元件的理想化的力-位移圖。在此示出了在進行塑性的變形時典型的變形元件VE的理想化的力-位移圖。水平軸代表著變形位移 x，垂直軸代表著作用于所述變形元件VE的力F。所述力F的曲線顯示出劇烈上升的區段以及在進一步變形時緊接著的水平的區段。這個水平的區段的區域(在其中在力F恒定的情況下出現繼續的變形X)代表著對于能量消散來說基本的區域。如果用盡在結構上預先給定的最大的變形位移，也就是所述變形元件VE完全壓縮，那就出現很陡的力上升并且所述變形元件VE不再具有基本的能量消散的作用。
[0035]圖7示例性地并且示意性地示出了傳力元件的一種理想化的力-位移圖。在此示出了在出現塑性的變形或者不穩定性時典型的傳力元件KUE的力-位移圖。水平軸代表著變形位移x，垂直軸代表著作用于所述傳力元件KUE的力F。與變形元件VE的在圖6中示出的力-位移圖相比，傳力元件KUE的力-位移曲線在開始變形直至力F的最大值的很陡的力上升之后沒有示出緊接著的水平的力曲線。在圖7中示出了傳力元件KUE的基本性能，也就是一方面能夠可靠地傳遞特定的最大的力，但是在超過這個最大的力時(必要時提高特定的安全系數)失效并且不再以明顯的阻力來對抗繼續的變形。在超過特定的最大的力F之后，以明顯更低的與所述最大的力F相比在實際上能夠忽略的力水平進行繼續的變形。只有在用盡在結構上預先給定的最大的變形位移時也就是在所述傳力元件KUE完全壓縮時，才出現很陡的力上升。
[0036]圖8以側視圖示出了碰撞-計算機模擬，階段1-未變形。在此示出了具有如在圖5中示出的一樣的加接的變形區的軌道車輛的與機車L的碰撞的模擬情況。所述機車L代表著堅固的基本上不會變形的并且在幾何學上不相容的對撞物。所述斜柱SS具有垂直的區段。所述機車L在處于所述正面橫向支架FQT上方的一個點上撞上，因而在這個位置上開始塑性的變形。這種實施例示出了與在圖4中示出的傳力元件不同的傳力元件KUE。
[0037]圖9以側視圖示出了碰撞-計算機模擬，階段2-第一變形。為了顯示出變形過程的演變情況，在圖9到12中取消了所有附圖標記。襯板V沒有以值得一提的阻力來對抗變形并且對于這種較小的變形位移來說就已經被塌陷。所述斜柱SS通過在與所述機車L接觸的位置上的力導入被部分地矯直，所述變形元件VE顯示出第一變形并且將變形能量消散。所述傳力元件KUE依然形狀穩定。
[0038]圖10以側視圖示出了碰撞-計算機模擬，階段3-劇烈的變形。通過進一步的變形，所述斜柱SS被矯直并且處于其后面的變形元件VE幾乎被壓縮。在這個變形階段中，所述傳力元件KUE已經被塌陷，顯示出所述角柱ES的第一變形。
[0039]圖11以側視圖示出了碰撞-計算機模擬，階段4-非常劇烈的變形。所述變形元件VE完全被耗盡，形成所述角柱ES的劇烈的變形。
[0040]圖12以側視圖示出了碰撞-計算機模擬，階段5-極端的變形。在這個階段中，所述角柱劇烈地朝車廂內部彎曲，所述內部的變形元件已經響應并且已經耗盡。
[0041]圖13以斜視圖示出了碰撞-計算機模擬，階段1-未變形。在此以斜視圖并且以沿著縱向方向在中間剖切的方式示出了圖8的情形。
[0042]圖14以斜視圖示出了碰撞-計算機模擬，階段2-第一變形。這是在圖9中示出的情形的斜視圖。
[0043]圖15以斜視圖示出了碰撞-計算機模擬，階段3-劇烈的變形。這是在圖10中示出的情形的斜視圖。
[0044]圖16以斜視圖示出了碰撞-計算機模擬，階段4-非常劇烈的變形。這是在圖11 中示出的情形的斜視圖。
[0045]圖17以斜視圖示出了碰撞-計算機模擬，階段5-極端的變形。這是在圖12中示出的情形的斜視圖。
[0046]附圖標記列表:
EQT 端部橫向支架 ES角柱
V襯板
VZ變形區
FQT正面橫向支架
SS斜柱
VE變形元件
KUE傳力元件
KS碰撞柱
IVE內部的變形元件
F力
X變形位移L機車。
【權利要求】
1.具有加接的變形區的軌道車輛，包括至少一個設置在端側的區域中的端部橫向支架 (EQT)以及基本上垂直地布置的從所述端部橫向支架(EQT)伸出的端柱(ES)，其特征在于，在端側上設置了變形區(VZ)，該變形區(VZ)包括平行于所述端部橫向支架(EQT)朝端側的方向隔開地布置的正面橫向支架(FQT)以及至少一個傳力元件(KUE)，其中在所述端部橫向支架(EQT)與所述正面橫向支架(FQT)之間布置了所述至少一個傳力元件(KUE)，所述傳力元件在所述端部橫向支架(EQT)與所述正面橫向支架(FQT)之間無塑性變形地傳遞縱向壓力直至特定的數值，并且在超過這個特定的數值時失效，并且所述傳力元件由X形布置的板構成并且其中所述傳力元件(KUE)的X形布置的板的交線橫向于車輛縱向方向布置。
2.按權利要求1所述的具有加接的變形區的軌道車輛，其特征在于，設置了至少一個變形元件(VE)，所述至少一個變形元件如此布置，從而只有在所述傳力元件(KUE)失效之后才出現所述至少一個變形元件(VE)的變形。
3.按權利要求1或2所述的具有加接的變形區的軌道車輛，其特征在于，在所述正面橫向支架(FQT)與角柱(ES)之間布置了至少一個斜柱(SS)。
4.按權利要求1到3中任一項所述的具有加接的變形區的軌道車輛，其特征在于，所述軌道車輛的底架在車廂中心與端部橫向支架(EQT)之間配備了至少一個內部的變形元件 (IVE)0
5.按權利要求1到4中任一項所述的具有變形區的軌道車輛，其特征在于，設置了襯板 (V)，該襯板給所述變形區(VZ)的構件加襯。
6.按權利要求5所述的具有變形區的軌道車輛，其特征在于，所述襯板(V)由塑料制成。
7.按權利要求1到6中任一項所述的具有變形區的軌道車輛，其特征在于，所述至少一個變形元件(VE)或者所述至少一個內部的變形元件(IVE)構造為鋁蜂窩結構。
8.按權利要求1到6中任一項所述的具有變形區的軌道車輛，其特征在于，所述至少一個變形元件(VE)或者所述至少一個內部的變形元件(IVE)由金屬泡沫構成。
9.按權利要求1到6中任一項所述的具有變形區的軌道車輛，其特征在于，所述至少一個變形元件(VE)或者所述至少一個內部的變形元件(IVE)構造為管狀的型材。
10.按權利要求1到9中任一項所述的具有變形區的軌道車輛，其特征在于，所述變形區(VZ)被設置在所述軌道車輛的兩個端面上。
【文檔編號】B61D17/06GK103459230SQ201280016464
【公開日】2013年12月18日申請日期:2012年3月26日優先權日:2011年4月4日
【發明者】P.海恩滋, R.格拉夫, M.塞茨伯格申請人:奧地利西門子公司

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