一种轨道车辆端部承载吸能结构及轨道车辆的制作方法

本发明涉及一种轨道车辆端部承载吸能结构，属于轨道车辆制造技术领域。

背景技术：

近年来，随着国内轨道交通的快速发展，对车辆的运营安全要求也不断提升。轨道交通车辆质量大、编组长，一旦发生碰撞事故，其巨大的撞击动能会造成不堪设想的后果。列车安全运营应考虑两部分：主动安全和被动安全。主动安全主要包括列车的网络及列控系统、合理健全的铁路信号及报警系统、铁路限界安全防护等措施，目的是通过线路管理来实现列车线路运行安全。被动安全是车辆为乘客提供的最后一道保护装置，主要通过在车辆碰撞吸能系统，最大限度地保证司乘人员的生存、逃生空间以及司乘人员的安全。

当铁道车辆发生碰撞事故后，在碰撞过程中由于被动安全保护的需要，初始碰撞动能要被完全吸收或耗散，车辆结构必须满足一定的耐撞性要求。一个设计良好的耐撞性结构必须以可控制的方式吸收或耗散全部撞击动能。同时，车辆发生撞击时，“爬车”是普遍存在的一种列车撞击响应行为，为了有效抑制车辆的爬车，各主机厂通过设计不同的端部吸能结构来实现吸能装置的有效吸收来降低车辆爬车的风险，达到保护乘员的目的。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是，提供一种具有良好的传递纵向力性能，在发生碰撞时可产生有序可控的塑性变形来吸收能量，避免爬车风险，保证乘员安全的轨道车辆端部承载吸能结构，同时提供一种具有该吸能结构的轨道车辆。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种轨道车辆端部承载吸能结构，包括端部底架、司机室骨架和吸能装置，在所述端部底架上沿车体纵向方向由前至后设置有n级递进式用于诱导变形的开口槽，n≥2。

进一步，所述端部底架包括端梁、纵梁和横梁，所述端梁位于端部底架的最前端整体呈弧形，端梁的两端与车体边梁固定连接，横梁与端梁平行，纵梁至少为一根并垂直安装在横梁与端梁之间，在所述纵梁上设置有n级第一开口槽，在所述端梁的车体横向上的两侧分别设置有n级第二开口槽。

进一步，同一级的所述第一开口槽和第二开口槽的中心线与车体最前端的距离相同。

进一步，所述司机室骨架由多个水平梁和垂直梁交错组成，在所述水平梁上开有用于诱导变形的至少一级第三开口槽，所述第三开口槽与第一开口槽和第二开口槽对应设置，所述第三开口槽的中心与对应的第一开口槽和第二开口槽的中心线与车体最前端的距离相同。

进一步，所述纵梁为口型型材结构，所述第一开口槽由型材的四个棱边向中心挖矩形开口槽形成。

进一步，所述端梁为一体折弯结构，与车体边梁连接的两端部具有断面高度增加的加强部，在加强部上开设有n级第二开口槽，第二开口槽为u形槽，第二开口槽槽底的切线方向与端梁的切线方向平行。

进一步，所述吸能装置为两组，安装在车体横向上的两侧，所述吸能装置包括防爬器、吸能体及吸能体安装座，所述吸能体安装座与车体边梁和牵引梁固定连接，两个吸能体安装座之间安装车钩安装座，两侧的吸能体安装座与所述横梁固定连接。

进一步，所述开口槽沿车体纵向方向由前至后设置有三级。

进一步，第一级的开口槽中心距离车体前端部105mm，第二级的开口槽中心距离车体前端部355mm，第三级的开口槽中心距离车体前端部605mm。

本发明的另一个技术方案是：

一种轨道车辆。安装有如上所述的端部承载吸能结构。

综上所述，本发明提供的一种轨道车辆端部承载吸能结构及轨道车辆，与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明通过对端部底架结构的优化设计，使端部底架不但具有良好的传递纵向力的性能，同时具备多级递进式吸能特点，且递进顺序由前至后依次发生，撞击发生时，整个吸能结构可按预期设计的过程一级一级地发生有序的塑性变形来耗散冲击动能，不但有利于提高吸能效果，而且对于整车吸能容量及防爬能力提供有效支撑，确保灾害冲击工况下的能量吸收，避免爬车风险，保证乘员安全。

(2)本发明是一种整体式车端防爬吸能方案，通过端部底架、司机室骨架及吸能装置共同作为车体前端的吸能部件，不但承载面积大，而且力级变化递进增加，同时也保证了车辆在撞击发生时，确保端部底架和司机室骨架的变形与吸能装置的变形相互不发生干涉，二者独立运行，提高吸能效果。

附图说明

图1是本发明的车体端部吸能结构示意图一；

图2是本发明的车体端部吸能结构示意图二；

图3是图1的仰视图。

(请提供以上附图的cad图或线条图)

如图1至图3所示，端部底架1，司机室骨架2，水平梁2a，垂直梁2b，吸能装置3，端梁4，加强部4a，纵梁5，横梁6，车体边梁7，第一开口槽8，第二开口槽9，地板10，防爬器11，吸能体12，吸能体安装座13，牵引梁14，车钩安装座15，减重孔16，小横梁17。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1至图3所示，一种轨道车辆端部承载吸能结构，包括端部底架1、司机室骨架2和吸能装置3，在端部底架1上沿车体纵向方向由前至后设置有n级递进式的用于诱导变形的开口槽，其中，n≥2，本实施例中，优选n＝3。

具体地，吸能装置3为两组，安装在车体横向上的两侧，每组吸能装置3均包括最前端的防爬器11、吸能体12及吸能体安装座13，吸能体安装座13一端与车体边梁7焊接固定连接，另一端与底架牵引梁14焊接固定连接，吸能体安装座13为由多块板材料拼接焊接而成的箱形结构，吸能体安装座13的内部布置有多个加强筋板(图中未示出)，吸能体12的后端安装在吸能体安装座13上，吸能体12的前端安装防爬器11，两个吸能体安装座13之间安装车钩安装座15。该吸能装置3的结构为整体式结构，具有防压溃功能，确保吸能结构正常动作。吸能体12优选采用蜂窝夹层吸能结构，吸能体12的外壳内部设置有多块平行的隔板，每两个隔板之间填充铝蜂窝，吸能体12的中心设置十字形或工字形的导向杆，吸能体12设计平均力级不超过350kn±10％，设计长度≮1000mm。吸能体12不限于蜂窝夹层吸能结构，也可以采用切削吸能结构、膨胀吸能结构、溃缩吸能结构等。

端部底架1包括端梁4、纵梁5和横梁6。其中，端梁4位于端部底架1的最前端且整体呈弧形，端梁4的两端与两侧的车体边梁7焊接固定连接，横梁6与端梁4平行，纵梁5为平行的两根，沿车体中心线位置对称布置，两根纵梁5垂直安装在横梁6与端梁4之间，纵梁5的前后两端与端梁4和横梁6均焊接固定连接。由端梁4、两根纵梁5及横梁6、两根小横梁17形成整体式的框架承载结构，共同实现对前端地板及地板上方司机室操纵台等结构和装置的承载功能。

在端梁4和两根纵梁5上均设置有n级用于诱导变形的开口槽。如图2所示，在两根纵梁5上分别设置有n级第一开口槽8，在端梁4的车体横向上的两侧分别设置有n级第二开口槽9。本实施例中，优选，第一开口槽8和第二开口槽9均由车体的前端向后各设置三级，三级采用递进式结构。

如图2和图3所示，两根纵梁5采用口型型材结构，每根纵梁5上由前向后开设三级第一开口槽8，每级的第一开口槽8均由口型型材的四个棱边向型材轴向中心方向挖矩形开口槽形成。

三级第一开口槽8采用递进式结构，其中，第一级第一开口槽8中心位置距离车体最前端的距离为105mm，挖孔深度为25mm，长度150mm。第二级第一开口槽8中心位置距离车体最前端的距离为355mm，开孔方案与一级第一开口槽8保持一致，挖孔深度为25mm，长度150mm。第三级第一开口槽8中心位置距离车体最前端的距离为605mm，挖孔深度为10mm，长度150mm。三级第一开口槽8之间的距离相同，均为100mm。

如图2和图3所示，端梁4为一体化成形的折弯结构，在保证承载能力的前提下，为了满足车辆轻量化的要求，本实施例中，端梁4前端结构的断面面积减少，与车体边梁7连接的两端部具有断面高度增加的加强部4a，加强部4a的断面呈向车体外侧敞口的u形结构，加强部4a位于吸能装置3的外侧，避开吸能装置3，与车体边梁7焊接固定连接。两侧加强部4a的设置有利于将司机室操纵台及地板重量向车体两侧进行传导，进一步提高端部底架1的整体承载能力。为了进一步降低重量，在加强部4a上还开设有减重孔16。

端梁4上的用于诱导变形的第二开口槽9开设在两侧的在加强部4a上，在加强部4a的上下翻边上对应开设三级第二开口槽9，即每一级均包括有上下两个第二开口槽9，第二开口槽9均为u形的结构，u形第二开口槽9槽底的切线方向与弧形的端梁4的切线方向保持平行。本实施例中，三级的u型第二开口槽9的宽度均为5mm，高度均为12.5mm，圆角半径r均为5mm。端梁4的结构具备结构耐撞性能力，与吸能装置3及纵梁5的结构塑变形式配合，确保端梁4在撞击收缩过程中不至于存在明显撕裂。

第一级第二开口槽9中心位置距离车体最前端的距离为105mm，第二级第二开口槽9中心位置距离车体最前端的距离为355mm，第三级第二开口槽9中心位置距离车体最前端的距离为605mm，三级第二开口槽9之间的距离相同。

端梁4和纵梁5上同一级的第一开口槽8和第二开口槽9的中心线在同一垂直平面内，即同一级的第一开口槽8和第二开口槽9的中心线与车体最前端的距离相同。这样使得三级由大至小的第一开口槽8及三级第二开口槽9，以递进的方式引导端部底架1的变形，不但可以增加吸能的整体承载面积，有利于实现车辆端部良好的耐撞性能，引导纵向力的传递，而且变形时与吸能装置3的变形不发生干涉，二者独立运行，有利于保证最大的吸能效果。

两侧的吸能体安装座13与横梁6焊接固定连接，横梁6的两端焊接在两个吸能体安装座13上，本实施例中，除了横梁6外，在两个纵梁5的外侧再分别安装一根小横梁17，小横梁17的两端分别与端梁4和纵梁5焊接固定连接，保证纵梁5在收到纵向冲击后，纵向力可以有效的向车体进行传递，对于实现其递进式的耐撞性能具有重要的作用。

如图1至图3所示，本实施例中，端部底架1上安装的地板10采用蜂窝地板，兼具轻量化、耐撞性及承载性三种能力。蜂窝地板采用三明治夹层结构，上下端板为3mm厚的金属板，内部填充六边形蜂窝，蜂窝地板压缩强度8mpa，其轴向方向与撞击方向正交布置。车辆正常运营过程中，来自地板上方的操纵台、司机室骨架等结构沿蜂窝轴向方向对蜂窝地板施加载荷，发生撞击时，蜂窝的y方向受载，更易于变形以辅助吸收能量。

如图1所示，司机室骨架2由多个水平梁2a和垂直梁2b交错组成，水平梁2a和垂直梁2b采用板梁结构，司机室蒙皮通过焊接方式与司机室骨架2相连接，围成司机室生存空间。该司机室骨架2的底部通过连接板(图中未示出)与端梁4固定连接，保证了端部司机室结构变形与端部底架结构变形保持一致。

在其中至少一根位于司机室侧窗下方的水平梁2a上开有用于诱导变形的至少一级第三开口槽(图中未示出)，当然优选在所有的水平梁2a上均开设第三开口槽。第三开口槽采用u形口设计，u型口宽度优选为40mm，高度优选为20mm。

本实施例中，优选，第三开口槽与端部底架1上的第一开口槽8和第二开口槽9位置对应设置，即第三开口槽与端梁4和纵梁5上同一级的第一开口槽8和第二开口槽9的中心线在同一垂直平面内，即同一级的第三开口槽与第一开口槽8和第二开口槽9的中心线与车体最前端的距离相同。第一级第三开口槽中心位置距离车体最前端的距离为105mm，第二级第三开口槽中心位置距离车体最前端的距离为355mm，第三级第三开口槽中心位置距离车体最前端的距离为605mm。由于司机室骨架2为由下向上倾斜的结构，水平梁2a上的第三开口槽可以仅具有第二级和第三级。

该车体端部结构具备多级递进式吸能特点，且递进顺序由前至后依次发生，三级耐撞性结构的中心位置距车体前端位置分别为105mm，355mm，605mm，撞击发生时，整个吸能结构可按预期设计的过程一级一级地发生有序的塑性变形来耗散冲击动能，第一级由于整体断面积小，整个断面优先发生塑性变形，随着撞击过程的持续，第二级与第三级相继发生动作。整个变形过程中，车体结构(包括端部底架1和司机室骨架2)的变形与吸能装置3的变形相互不发生干涉，二者独立运行，不但有利于提高吸能效果，而且对于整车吸能容量及防爬能力提供有效支撑，进而有效抑制车辆上爬的风险，为车辆的运营提供安全保障。

该车体端部结构通过端部底架、司机室骨架及吸能装置共同作为车体前端的吸能部件，既保证车辆运营中的结构强度，具有良好的传递纵向力性能，同时，通过多部件的综合作用，在发生碰撞时产生有序可控的塑性变形来吸收能量，保证吸能效果，确保灾害冲击工况下的能量吸收，避免爬车风险，保证乘员安全。

本发明同时还提供了一种轨道车辆，在车体前端部的司机室安装有如上所述的端部承载吸能结构。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。