[发明专利]一种多级吸能结构

说明书

一种多级吸能结构，第一级吸能区设置于防爬齿之后，第二级吸能区设置在第一级吸能区和车钩安装座之间，其中第一级吸能区的压溃箱的断面为矩形的变截面，位于吸能区两侧；第二级吸能区的压溃箱有两种结构，一种是外侧两个长方体压溃箱作为主体承载，另一种是内侧两个梯形棱台压溃箱作为辅助承载。根据有限元仿真计算，外箱体以及箱芯的厚度决定了碰撞过程中的平台力值在2000KN范围，即满足了吸收的能量值也对车体后部起到了保护。本发明可以改变内部结构来提高压溃过程中的力值来获得更大的能量吸收范围；这种吸能结构在垂向和横向刚度上更加稳定，有利于吸能变形过程完整的进行，仿真模拟验证其碰撞速度有了很大提高，列车的安全性提高。

技术领域

本发明属于轨道车辆吸能技术领域，尤其是涉及一种多级吸能结构的设计。

背景技术

目前国内城市轨道车辆多依靠车钩、刨削式压溃管等吸能元件进行吸能，车体前端结构只吸收小部分的能量，具体见图1常规式一级吸能结构。由于列车间距以及车辆限界等条件的限制，车钩等吸能元件吸收的能量非常有限，最多能仅能满足25km/h的碰撞要求。稳定性较差，且不能满足较高速度下碰撞的能量吸收要求。不同项目的碰撞安全性设计及验证要求差别较大，通常情况下地铁列车通常为6～8辆编组，其碰撞等级仅满足EN15227规定的C-II等级，关于碰撞等级具体要求见表1。

表1EN15227碰撞等级要求

随着轨道运输的发展，车辆运量需求不断地增加，列车的编组数量以及载客量也随之提高。因此车辆前端结构吸能成为提高车辆被动安全保护性能的主要研究目标，车辆前端的碰撞变形能量吸收结构主要以研究底架端部结构为主。

发明内容

本发明的目的是改进吸能结构，提升吸收能量值，提高列车的碰撞等级。

为达到上述目的，本发明提供一种多级吸能结构，其特征在于：包括第一级吸能区和第二级吸能区，第一级吸能区设置于防爬齿之后，第二级吸能区设置在第一级吸能区和车钩安装座之间，两级吸能区内均设有压溃箱，其中第一级吸能区的压溃箱的断面为矩形的变截面，位于吸能区两侧；第二级吸能区的压溃箱有两种结构，一种是外侧两个长方体压溃箱作为主体承载，另一种是内侧两个梯形棱台压溃箱作为辅助承载，所述的所有压溃箱结构主要由外箱体、箱芯和隔板焊接而成，每个箱体侧面设有压溃孔，所有压溃箱的外箱体厚度3-5mm；箱芯厚度5-6mm；隔板厚度3-5mm。

进一步地，第二级吸能区两个长方体压溃箱与第一级吸能区断面为矩形的变截面箱体中心相对应，以保证一级压溃载荷最大程度上直接传递至二级压溃箱。

进一步地，所述的两个梯形压溃箱上底朝前对称设置，为车钩摆动提供充足的空间。

进一步地，防撞梁厚度为8-10mm，可以抵抗4000KN以下的冲击力，对后部结构起到了保护作用。

根据有限元仿真计算，通过上述数值的搭配，外箱体以及箱芯的厚度决定了碰撞过程中的平台力值在2000KN范围，即满足了吸收的能量值也对车体后部起到了保护。

经过结构分析和计算验证，本发明相比现有技术取得了明显进步，此种吸能元件有很好的吸能能力，并且可以改变内部结构来提高压溃过程中的力值来获得更大的能量吸收范围；这种吸能结构在垂向和横向刚度上更加稳定，有利于吸能变形过程完整的进行。下面是通过仿真计算的模拟验证结果以及计算数值。

本发明满足以36km/h速度行驶的10节车厢与同样的另一列车相撞，乘客区生存空间的塑性应变不超过10％，最大平均减速2.2g，低于5g的要求。相比较现有25km/h一级吸能结构车辆，其碰撞速度有了很大提高。

本发明满足10节车厢以80km/h的速度碰撞在一个15t的可变形障碍物上，乘客区生存空间的塑性应变不超过10％，最大平均减速5.8g，低于7.5g的要求。相比较现有25km/h一级吸能结构车辆，其列车的安全性提高。

附图说明