城轨车辆前端吸能结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种城轨车辆前端吸能结构，包括横向的横梁和纵向的中梁，横梁和中梁相焊接，中梁前端设置有防爬器，中梁包括前中梁和后中梁，前中梁前端安装防爬器，前中梁和后中梁之间焊接有前横梁，各后中梁之间焊接有后横梁，后中梁后端焊接有后端堵板，每根中梁和横梁的截面均为“日”字型且上下厚度相同，每根中梁的侧壁上均刻有至少两个诱导孔。通过减少结构中不必要的中梁，改善中梁截面形状和引导孔的科学布局，降低吸能结构的纵向刚度，使得结构触发力在模型允许的范围内并低于后端车体底架的纵向刚度，易于变形吸能，减轻总体重量，加工更加便利，适用于城轨车辆车体吸能结构。
【专利说明】城轨车辆前端吸能结构【技术领域】
[0001]本实用新型涉及城轨车辆车体结构【技术领域】。
【背景技术】
[0002]由于车辆在高速碰撞时会产生巨大能量，因此需要合理布置能量吸收系统的各级吸能环节，应保证每个环节在一种可以控制的方式下，并且最大限度地吸收能量，达到:1.保证司乘人员的安全；2.车体端部损坏量最小；3.车钩的损坏个数最少。
[0003]在车体碰撞时，车辆端部以承受压缩载荷为主，主要由底架结构承担。而碰撞产生的能量主要由底架前端的结构变形区域来吸收，此变形区域的主要构件有端梁及其后方的中部纵梁、前端小边梁。
[0004]对于吸收能量的结构，还要求其具有以下4项功能:
[0005](I)能够吸收尽量多的撞击能量；
[0006](2)客室区结构应具有足够的强度和刚度，以承受撞击载荷。
[0007](3)装有发生冲撞时能够阻止两列车互相爬叠的防爬器；
[0008](4)设置防止一列车撞击贯入另一列车客室区(包括司机座椅区)的防撞柱。
[0009]列车前端变形区的设计对象是大横梁前方的中部纵梁和小边梁，而小边梁一般设置较弱，仅满足结构用即可，因此，设计布置合理的中部纵梁即成为通常吸能元件的主要设计点。
[0010]吸能元件的失稳破坏触发力如果大，变形区后方的乘客区就会首先破坏，因此要尽可能满足上述功能(2)，吸能元件的失稳破坏触发力以小为好；另一方面，吸能是用构件压缩变形量与失稳破坏力积分而实现的，所以，为了吸收大的能量，变形失稳破坏力又应以大为好。为了满足这样两种·相反且矛盾的要求，吸能构件失稳压坏时的反力，在车体非变形区具有绝对刚度的前提下应尽量的大，且最好呈现大体上恒定的破坏触发力。
[0011]目前的吸能结构如图1所示:前端吸能由上盖板、中梁、横梁、后端挡板、防爬器和下盖板等组成，各部分通过焊接的方式连接在一起，然后将整体通过后端挡板焊接在车辆底架铝型材地板结构前端；压溃吸能梁即中梁由“日”字形截面梁⑧和“ 口 ”字形截面梁⑨两种不同截面尺寸的EN AW-6005A T6铝合金挤压型材开圆孔加工制成，如图2、图3所示。三维效果图如图4所示。
[0012]这种结构存在以下缺点:
[0013]1、前端吸能结构中的压溃吸能梁即中梁的数量较多，纵向刚度相对车体较大，在碰撞过程中不利于发生塑性变形，从而不易于纵向压溃吸能。
[0014]2、压溃吸能梁⑧上的诱导孔开的缺乏一定的规律和科学性，容易诱发导致压溃过程紊乱无序，不易实现可控的渐进性压溃变形，甚至易出现欧拉屈曲等水平较低的变形吸能模式。
[0015]3、上下盖板板厚过大，阻碍压溃吸能梁压溃变形，导致结构吸能受限制。
[0016]4、使用的梁数量过多，使得焊缝数量过多，生产工艺复杂繁琐，导致焊接量大、焊接变形大。
实用新型内容
[0017]本实用新型所解决的技术问题是提供一种布局合理，能量吸收率更高的城轨车辆前端吸能结构。
[0018]本实用新型的技术方案是城轨车辆前端吸能结构，包括横向的横梁和纵向的中梁，横梁和中梁相焊接，中梁前端设置有防爬器，中梁包括前中梁和后中梁，前中梁前端安装防爬器，前中梁和后中梁之间焊接有前横梁，各后中梁之间焊接有后横梁，后中梁后端焊接有后端堵板，每根中梁和横梁的截面均为“日”字型且上下厚度相同，每根中梁的侧壁上均刻有至少两个诱导孔。
[0019]前中梁上设有两个诱导孔，由前至后孔径依次为30mm、34mm,孔距为86mm ;后中梁上的诱导孔为三个，由前至后孔径依次为34mm、50mm、40mm,孔距依次为95mm、400mm,各中梁的横截面尺寸一致，中梁侧壁厚度为3mm,横梁侧壁厚度为6mm。
[0020]本实用新型的有益效果是:1)减少结构中不必要的中梁，改善中梁截面形状，降低吸能结构的纵向刚度，使得结构触发力在模型允许的范围内并低于后端车体底架的纵向刚度，易于变形吸能；2)压溃吸能梁上开的诱导孔布局和形状尺寸科学合理，有利于引导压溃梁规律的、循序渐进的压溃变形，达到改善响应参数、吸能更大的效果；3)合理布局空间结构，优化上下盖板的板厚尺寸，减少不必要的材料浪费；4)只用一套中梁加工模具即可生产，显著降低成本、提高生产制造工艺的可行性和经济性，提高生产效率、降低成本；5)预先考虑了司机室立柱的分布，使得吸能区的横梁中梁恰好位于司机室立柱下面，有效的避免了操作中“焊透”现象的发生。
【专利附图】
【附图说明】
[0021 ] 图1为现有技术中吸能结构不意图。
[0022]图2为本实用新型的结构示意图。
[0023]图3为本实用新型的立体图。
[0024]图4为前中梁诱导孔布置结构图。
[0025]图5为后中梁诱导孔布置结构图。
[0026]图6为中梁横截面图。
[0027]图中标记为:1-第一补强立板，2-防爬器3-前中梁，4-前横梁，5-上盖板，6-第二横梁，7-堵板，8-第二补强板，9-立板，10-第三横梁，11-后中梁，12-后横梁，13-后端堵板。【具体实施方式】
[0028]本发明是根据工程实际需要的吸能区空间约束条件和压溃吸能梁结构的优化条件，并结合对车体底架前端吸能区结构的现有技术方案进行的碰撞优化仿真分析，而设计出来的。具体方案如图2、图3所示:
[0029]相对于现有技术的方案，本实用新型去掉了较短的中梁，并加装横梁，并把原长中梁分段，分别为前中梁3和后中梁10，其截面为“日”字型，截面尺寸相同，如图6所示。同时更改横梁布置方案，改为前后两道的双横梁结构，各横梁采取相同的截面尺寸，
[0030]中梁为压溃吸能梁，在中梁上开设诱导孔，前中梁上设有两个诱导孔，由前至后孔径依次为30mm、34mm,孔距为86mm ;后中梁上的诱导孔为三个，由前至后孔径依次为34mm、50mm、40mm,孔距依次为95mm、400mm,如图4、图5所不。诱导孔的位置、尺寸和形状经过科学合理的设计，可以有效的诱导压溃吸能梁渐进有序的变形，便于提高吸能区的能量吸收效率和吸能量。提高了车体前端的可压缩性能，有利于形成规则的压溃形式，提高能量吸收效率。
[0031]同时各中梁的横截面尺寸一致，中梁侧壁厚度为3mm，横梁侧壁厚度为6mm。
[0032]上盖板板厚由原方案中IOmm改为5mm,去掉下盖板；中梁与上盖板间，沿车长方向采取断续焊。在保证垂向刚度前提下，通过去掉下盖板、控制上盖板的板厚，有效的降低吸能结构的变形纵向触发力，同时也减轻了前端吸能区整体重量，对整车轻量化和节能减排起到了一定的作用。
【权利要求】
1.城轨车辆前端吸能结构，包括横向的横梁和纵向的中梁，横梁和中梁相焊接，中梁前端设置有防爬器，其特征在于:中梁包括前中梁和后中梁，前中梁前端安装防爬器，前中梁和后中梁之间焊接有前横梁，各后中梁之间焊接有后横梁，后中梁后端焊接有后端堵板，每根中梁和横梁的截面均为“日”字型且上下厚度相同，每根中梁的侧壁上均刻有至少两个诱导孔。
2.如权利要求1所述的城轨车辆前端吸能结构，其特征在于:前中梁上设有两个诱导?L，由前至后孔径依次为30mm、34mm，孔距为86mm ;后中梁上的诱导孔为三个，由前至后孔径依次为34mm、50mm、40mm,孔距依次为95mm、400mm,各中梁的横截面尺寸一致，中梁侧壁厚度为3mm,横梁侧壁 厚度为6mm。
【文档编号】B61F1/10GK203402203SQ201320500284
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2013年8月15日
【发明者】郭柏龄, 李墨林, 王颖 申请人:中国北车集团大连机车车辆有限公司