本发明涉及轨道交通车辆碰撞被动安全技术领域，具体涉及到一种可以同时满足美国标准ASME RT-2 2014和纽约地铁技术规范R179的防爬吸能装置。
背景技术：
随着轨道交通的飞跃发展，碰撞被动安全问题作为现代轨道交通车辆设计中的一个重要环节，越来越引起人们重视，其已然成为轨道交通车辆设计研究的一个热点和未来必然发展趋势。
随着国内轨道交通的快速发展，出口已经成为必然趋势，以要求严格著称的纽约地铁是北美市场一个典型代表，纽约地铁车辆碰撞要求采用美国标准ASME RT-2 2014及技术规范R179，要求防爬吸能装置吸能量不小于1.22MJ，碰撞平均界面力不大于4450kN，能够承受纵向1424kN压缩力，能够同时承受纵向1224kN压缩力及垂向±356kN提升力。
防爬吸能装置的作用是在轨道交通车辆发生碰撞时，尽可能多的吸收撞击动能，从而减小碰撞事故的损失。但是，现有轨道交通车辆防爬吸能装置吸能容量较小，不能有效减小车辆发生碰撞事故时带来的危险，更不能满足美国标准ASME RT-2 2014及技术规范R179。
防爬吸能装置必须要有足够的垂向刚度来抑制轨道车辆发生碰撞时防爬齿相互啮合约束产生的垂向力，防止车辆产生爬车。但是，现有轨道交通车辆防爬吸能装置结构单一，垂向抗弯刚度不足，在车辆发生碰撞时很容易发生爬车，同时吸能元件产生垂向弯曲，吸能元件变形模型发生变化，吸能效果大大减小，不能满足美国标准ASME RT-2 2014和纽约地铁技术规范R179。
现有轨道交通防爬吸能装置一般按照欧洲标准来设计的，而现有欧洲标准不要求防爬吸能装置能够承受纵向载荷、垂向载荷。因此，现有防爬吸能装置在承受静强度载荷时完全不能满足美国标准ASME RT-2 2014和纽约地铁技术规范R179。
技术实现要素：
本发明为解决现有防爬吸能装置吸能容量小，在车辆发生碰撞时，防爬齿相互啮合约束，产生较大垂向力会导致吸能元件产生垂向弯曲，改变吸能元件的变形模式而最终导致吸能效果差，不能承受较大纵向、垂向载荷的问题，提供一种新型的轨道交通车辆用、吸能容量大、垂向刚度大、能够承受较大纵向、垂向载荷及其组合工况，能够满足美国标准ASME RT-2 2014及纽约地铁技术规范R179的防爬吸能装置。
为实现上述发明目的，本发明提供一种新型防爬吸能装置，其特征在于：包括防爬器模块、中间复合结构吸能单元模块、两侧吸能单元模块、端梁模块、车钩安装支撑座、销连接模块、斜支撑梁、上盖板、下盖板；所述防爬器模块与端梁模块焊接在一起，形成一个封闭框架，同时由斜支撑梁固定；中间复合结构吸能单元模块一端固定在防爬器模块上，另一端固定在端梁模块上；两侧吸能单元模块一端通过销连接模块与防爬器模块进行固定，另一端固定在端梁模块上；上盖板、下盖板分别与防爬器模块、端梁模块连接；所述车钩安装支撑座与防爬器模块焊接在一起。
所述的上盖板前端形状与防爬器模块轮廓一致，覆盖整个防爬吸能装置，前端左、右两侧分别与防爬器模块连接，前端中间位置与防爬器模块随着轮廓形状弧焊连接，后端与端梁模块连接；下盖板前端形状与防爬器模块轮廓一致，前端与防爬器模块连接，后端与端梁模块连接。
所述防爬器模块由盖板、立板及筋板焊接而成，在中间、两侧分别留出连接车体结构的接口；所述盖板包括3块，从上到下依次布置；所述立板包括4块，从前到后依次布置；所述上、中、下3块盖板与第1块立板焊接形成防爬齿，后端与第2块立板焊接；所述第3块立板呈现圆弧轮廓，连接第2块立板及第4块立板；所述筋板在左、右两侧各有2块，分别与盖板、立板进行焊接。
所述中间复合结构吸能单元模块由外压馈箱、隔板、前堵板、后堵板及内压馈箱组成；所述外压馈箱分别与隔板四面焊接，前、后分别通过前堵板、后堵板与防爬器模块、端梁模块连接；中间复合结构吸能单元模块通过5块隔板在纵向长度上均分，后2块隔板中间开有矩形孔；所述后堵板中间开有矩形孔；所述内压馈箱长度截止到第3块隔板，穿过后2块隔板及后堵板矩形孔，并与后2块隔板及后堵板焊接，内压馈箱上、下、左、右4个平面在第3、第4隔板之间开有4个长圆诱导孔，在第4、第5隔板之间上、下2个平面内开有2个长圆诱导孔。
所述两侧吸能单元模块由锥形压馈箱、隔板组成，前端与销连接模块后挡板焊接，后端与端梁模块焊接；所述锥形压馈箱由一直边、一斜边构成，其中直边靠近整个吸能装置中间内侧，斜边靠近整个吸能装置中间外侧；所述隔板四边分别与锥形压馈箱焊接，5块隔板的尺寸随着锥形压馈箱的尺寸逐渐增大，每2个隔板之间的距离从前到后逐渐减小。
所述销连接模块由销座、销头及后挡板组成，销座和销头相互配合，所述销座由4块板拼焊而成，前端与防爬器模块焊接在一起；所述销头由4块板拼焊而成，后端与后挡板焊接；所述后挡板与两侧吸能单元模块焊接在一起。
所述端梁模块由上盖板、下盖板及立板焊接而成；所述下盖板在中间位置向内凹陷，呈现八字形界面，为车钩安装留出空间。
所述车钩安装支撑座由L型板、筋板焊接而成；所述筋板沿L型板宽度方向均匀分布；所述L型板下平面在筋板间隔内均匀分布有车钩安装孔，L型板与防爬器模块焊接在一起。
本发明的有益效果：本发明能够满足美国标准ASME RT-2 2014和纽约地铁技术规范R179，吸能量不小于1.22MJ，平均碰撞界面力不大于4450kN，能够承受纵向1424kN压缩力，能够同时承受纵向1224kN压缩力及垂向±356kN提升力。
当轨道交通车辆发生碰撞时，前端防爬器模块首先开始接触，此时防爬器模块中间部分受到沿车体纵向的冲击力作用后退压馈中间复合结构吸能单元模块，中间复合结构吸能单元模块在防爬器模块的压缩作用下产生压馈变形，中间复合结构吸能单元模块内部在纵向长度方向上布置了隔板，使得中间复合结构吸能单元模块变形更加稳定，此时，随着防爬器模块中间部分向后推移，其本身在两侧圆弧过渡部位发生弯曲变形进行吸能；为了降低初始碰撞力峰值，两侧吸能单元模块通过销连接模块与防爬器模块进行连接，随着防爬器模块中间部分向后推移，销连接模块销头、销座配合深度增加，而本身并不产生碰撞接触力；随着碰撞压缩程度的增大，销连接模块销头、销座配合深度进一步增大，后挡板与销座开始接触，两侧吸能单元模块开始发生变形吸能，两侧吸能单元模块呈直角梯形布置，直角边与中间复合结构吸能单元模块平行，这样的布置增加了两侧吸能单元模块变形的稳定性，同时，两侧吸能单元模块内部也布置了隔板，隔板的位置和中间复合结构吸能单元模块内部隔板的位置正好错开，使得在变形过程中，中间复合结构吸能单元模块碰撞力波峰正好对应两侧吸能单元模块碰撞力波谷，合成得到的整个碰撞力曲线呈平滑状态，波动不会太大；整个防爬吸能装置在变形过程中，防爬器本身刚度很大，两侧呈圆弧过渡设计，同时与车体前端结构（如碰撞柱、角柱）连接，可以有效抑制碰撞过程中产生的垂向力，防止车辆发生爬车，保证吸能单元模块的变形模式；随着防爬吸能装置变形行程的增大，中间复合结构吸能模块内压馈箱开始发生变形吸能， 外压馈箱与内压馈箱复合吸能大大增大了中间复合结构吸能单元模块的吸能量，同时中间复合结构吸能单元模块与两侧吸能单元模块及防爬器模块复合吸能，这样的4重复合吸能方式大大增大了防爬吸能装置的吸能容量，可以有效吸收车辆碰撞过程中撞击动能，不会造成传递到乘客身上的减速度过大，可以有效减小车辆发生碰撞时产生的损失。
本发明所述的防爬吸能装置，吸能容量不小于1.22MJ，碰撞力不大于4450kN，能够承受纵向1424kN压缩力，能够同时承受纵向1224kN压缩力及垂向±356kN提升力。当车辆发生碰撞事故时，防止车辆垂向爬升，防爬吸能装置参与吸收碰撞动能，保持车体结构完整，减小传递到乘客身上的减速度，防止乘客伤亡。
附图说明
图1为本发明三维结构装配的立体图；
图2为本发明的上盖板三维结构示意图；
图3为本发明的下盖板三维结构示意图；
图4为本发明上盖板与防爬器模块及端梁模块的连接关系示意图；
图5为本发明下盖板与防爬器模块及端梁模块的连接关系示意图；
图6为本发明的防爬器模块三维结构轴测图；
图7为本发明的防爬器模块内部结构示意图；
图8为本发明的防爬器模块的仰视图；
图9为本发明的中间复合结构吸能单元模块三维轴测图；
图10为本发明的中间复合结构吸能单元模块内部结构示意图；
图11为本发明的两侧吸能模块的三维轴测图；
图12为本发明的两侧吸能模块的内部隔板示意图；
图13为本发明的销连接模块三维结构示意图；
图14为本发明的端梁模块三维结构示意图；
图15为本发明的车钩安装支撑座三维结构示意图。
图中：1、防爬器模块，1-1、盖板，1-2、盖板，1-3、盖板，1-4、立板，1-5、立板，1-6、立板，1-7、立板，1-8、筋板，1-9、筋板，2、中间复合结构吸能单元模块，2-1、外压馈箱，2-2、隔板，2-3、前堵板，2-4、后堵板，2-5、内压馈箱，2-6、长圆诱导孔，3、两侧吸能单元模块，3-1、锥形压馈箱，3-2、隔板，4、端梁模块，4-1、上盖板，4-2、下盖板，4-3、立板，5、车钩安装支撑座，5-1、L型板，5-2、筋板，5-3、车钩安装孔，6、销连接模块，6-1、销座，6-2、销头，6-3、后挡板，7、斜支撑梁，8、上盖板，9、下盖板。
具体实施方式
参照图1，本发明具体实施方式包括防爬器模块1、中间复合结构吸能单元模块2、两侧吸能单元模块3、端梁模块4、车钩安装支撑座5、销连接模块6、斜支撑梁7、上盖板8、下盖板9；所述防爬器模块1与端梁模块4焊接在一起，形成一个封闭框架，同时由斜支撑梁7进行固定；所述中间复合结构吸能单元模块2一端固定在防爬器模块1上，另一端固定在端梁模块4上；所述两侧吸能单元模块3一端通过销连接模块6与防爬器模块1进行固定，另一端固定在端梁模块4上；所述上盖板8、下盖板9分别与防爬器模块1、端梁模块4通过塞焊孔进行连接；所述车钩安装支撑座5与防爬器模块1焊接在一起。
参照图2、图3、图4、图5，本实施方式中所述的上盖板8前端形状与防爬器模块1轮廓一致，覆盖整个防爬吸能装置，前端左、右两侧分别通过4个塞焊孔与防爬器模块1进行连接，前端中间位置与防爬器模块1随着轮廓形状进行弧焊连接，后端通过10个塞焊孔与端梁模块4进行连接；所述下盖板9前端形状与防爬器模块1轮廓一致，宽度方向覆盖整个防爬吸能装置的2/3，到销连接模块6宽度一半位置截止，前端与防爬器模块1随着轮廓形状进行弧焊连接，同时两侧分别通过1个塞焊孔与防爬器模块1进行连接，后端与端梁模块4进行弧焊连接。
参照图6、图7、图8，本实施方式中所述的防爬器模块1由盖板1-1、1-2、1-3、立板1-4、1-5、1-6、1-7及筋板1-8、1-9焊接而成，在中间、两侧分别留出与车体其它结构的接口；所述盖板1-1、1-2、1-3与立板1-5焊接前端形成防爬齿，防爬齿长度到立板1-5两侧圆弧位置截止；所述盖板1-2连接立板1-4、立板1-5，在防爬齿位置截止；所述立板1-5在前端呈现R1528.5的圆弧轮廓，两侧在防爬齿位置分别通过圆弧R212.5、R100、R307.9进行过渡；所述立板1-7将立板1-4、立板1-6连接起来，呈现R92圆弧轮廓；所述筋板1-8、筋板1-9在左、右两侧各有两块，分别与盖板1-1、盖板1-3、立板1-4、立板1-6进行焊接。
参照图9、图10，本实施方式中中间复合结构吸能单元模块由外压馈箱2-1、隔板2-2、前堵板2-3、后堵板2-4及内压馈箱2-5组成；所述外压馈箱2-1分别与隔板2-2四面焊接，前、后分别通过前堵板2-3、后堵板2-4与防爬器模块1、端梁模块4连接；所述隔板2-2四角呈现R68圆弧轮廓，6块隔板将中间复合结构吸能单元模块在纵向长度上均分，后2块隔板中间开有矩形孔；所述后堵板2-4中间开有矩形孔；所述内压馈箱2-5长度截止到第3块隔板，穿过后2块隔板及后堵板2-4矩形孔，并与后2块隔板及后堵板2-4焊接，内压馈箱2-5上、下、左、右4个平面在第3、第4隔板之间开有4个长圆诱导孔2-6，在第4、第5隔板之间上、下2个平面内开有2个长圆诱导孔。
参照图11、图12，本实施方式中所述的两侧吸能单元模块由锥形压馈箱3-1、隔板3-2组成，前端与销连接模块后挡板焊接，后端与端梁模块焊接；所述锥形压馈箱由一直边、一斜边构成，其中直边靠近整个吸能装置中间内侧，斜边靠近整个吸能装置中间外侧；所述隔板3-2四边分别与锥形压馈箱3-1焊接，四角呈现R92圆弧轮廓，5个隔板的尺寸随着锥形压馈箱3-1的尺寸逐渐增大，每2个隔板之间的距离从前到后逐渐减小。
参照图13，本实施方式中所述的销连接模块由销座6-1、销头6-2及后挡板6-3组成，销座6-1和销头6-2相互配合，上、下、左、右间隙为5mm，销头6-2）插入销座6-110mm；所述销座6-1由4块板拼焊而成，前端与防爬器模块焊接在一起；所述销头6-2由4块板拼焊而成，后端与后挡板6-3焊接；所述后挡板6-3与两侧吸能单元模块焊接在一起。
参照图14，本实施方式中所述的端梁模块由上盖板4-1、下盖板4-3及立板4-1焊接而成；所述下盖板在中间位置向内凹陷，呈现八字形界面，为车钩安装留出空间。
参照图15，本实施方式中所述的车钩安装支撑座由L型板5-1、筋板5-2焊接而成；所述筋板5-2沿L型板5-1宽度方向均匀分布；所述L型板5-1下平面在筋板5-2间隔内均匀分布8个车钩安装孔5-3，一边呈现R976.5圆弧，L型板5-1与防爬器模块1焊接在一起。
本发明所述的一种满足美国标准ASME RT-2 2014和纽约地铁技术规范R179的新型防爬吸能装置，作为车体结构的一部分可以承受纵向1424kN压缩力，纵向1224kN压缩力及垂向±356kN提升力，轨道交通车辆在碰撞过程中，前端防爬器模块1首先接触，防爬器模块1中间部分受到沿车体纵向的冲击力作用后退压馈中间复合结构吸能单元模块2，中间复合结构吸能单元模块2在压缩作用下产生压馈变形，随着防爬器模块1中间部分向后推移，其两侧圆弧过渡部位发生弯曲变形吸能，同时销连接模块6的销头6-2、销座6-1的配合深度逐渐增加，直到后挡板6-3与销座6-1开始接触，两侧吸能单元模块3开始发生变形吸能。
在本实施方式中，中间复合结构吸能单元模块及两侧吸能单元模块内部均布置了隔板，两侧吸能单元模块呈直角梯形布置，直角边与中间复合结构吸能单元模块平行，这样的布置增加了吸能单元模块变形的稳定性；两侧吸能单元模块、中间复合结构吸能单元模块内部隔板的位置正好错开，在碰撞过程中，中间复合结构吸能单元模块碰撞力波峰正好对应两侧吸能单元模块碰撞力波谷，合成得到的整个碰撞力曲线呈平滑状态，波动不会太大。
在本实施方式中，防爬器本身刚度很大，两侧呈圆弧过渡设计，同时与车体前端结构（如碰撞柱、角柱）连接，可以有效抑制碰撞过程中防爬器啮合约束产生的垂向力，防止车辆发生垂向爬升，保证吸能单元模块的变形模式。
在本实施方式中，随着防爬吸能装置变形行程的增大，中间复合结构吸能模块内压馈箱开始发生变形吸能，外压馈箱与内压馈箱复合吸能大大增大了中间复合结构吸能单元模块的吸能量，同时中间复合结构吸能单元模块与两侧吸能单元模块及防爬器模块复合吸能，这样的4重复合吸能方式大大增大了防爬吸能装置的吸能容量，可以有效吸收车辆碰撞过程中撞击动能，保持车体结构完整，减小传递到乘客身上的减速度，防止乘客伤亡，可以有效减小车辆发生碰撞时产生的损失。