本发明涉及一种用于轨道列车的碰撞吸能系统及轨道列车，属于车辆碰撞技术领域。
背景技术：
随着轨道列车时速的不断提高，对轨道列车的安全运行的要求也达到了一个前所未有的高度。虽然目前轨道列车发生碰撞事故的概率在逐年下降，但是由于环境突变、设备故障或操作失误等原因，使得轨道列车的碰撞事故难以完全杜绝，造成巨大的财产损失和人员伤亡。因此，对轨道列车采取一定的防碰撞设计来降低甚至避免轨道列车碰撞事故发生时所造成爬车、车体变形等问题，保护司乘人员和财产安全，是轨道列车设计中的关键技术。
目前的防碰撞设计，大多是在车体端部安装碰撞吸能系统，当轨道列车发生碰撞时，该碰撞吸能系统通过发生压缩变形或压溃变形等方式，以尽可能多的吸收碰撞动能，从而降低碰撞冲击力。传统碰撞吸能系统的结构示意图如图1所示，包括安装在轨道列车车体100前端和/或后端的车钩缓冲装置，车钩缓冲装置包括车钩200和压溃管300，其中车钩200的前端设有钩头，且车钩200上设有缓冲器。在两列轨道列车发生相对碰撞时，首先，如图2所示，车钩200前端的钩头发生接触；然后，如图3所示，缓冲器产生行程，使车钩200继续朝向车体运动，当缓冲器的行程走完时，压溃管300发生压溃变形，车钩200继续向轨道列车本体方向运动，直至压溃管300达到最大压溃变形，最后，剩余的碰撞动能传递给轨道列车车体100。通过上述碰撞吸能系统中各装置逐级吸收碰撞动能，逐渐降低碰撞冲击力，保障轨道列车上司乘人员的人身及财产安全。
但是，随着轨道列车的时速越来越高，车辆对碰时产生的碰撞动能及碰撞冲击力也越来越大，传统的碰撞吸能系统已不能满足当前轨道列车的安全性和可靠性要求。
技术实现要素：
本发明提供一种用于轨道列车的碰撞吸能系统及轨道列车，由于在轨道列车发生碰撞时，车钩缓冲装置与防爬装置之间共同形成了碰撞受力面，增大了吸能装置的受力承载面积，因而能够更有效的吸收轨道列车相对碰撞时产生的碰撞动能并显著降低碰撞冲击力，提高了碰撞吸能系统的可靠性以及轨道列车的安全性。
本发明的第一个方面提供一种用于轨道列车的碰撞吸能系统，包括：吸能装置，该吸能装置用于安装在轨道列车车体的至少一端，并用于在轨道列车发生相对碰撞时产生吸能变形；防爬装置，该防爬装置朝向车体的尾端安装在吸能装置的前面板上；车钩缓冲装置，该车钩缓冲装置朝向车体的尾端安装在吸能装置的前面板上，且车钩缓冲装置的前端超出防爬装置的前端设置；其中，在两列轨道列车发生相对碰撞时，车钩缓冲装置朝向车体运动，以使车钩缓冲装置的前端与防爬装置的前端共同形成碰撞受力面。
进一步的，车钩缓冲装置包括车钩，车钩朝向车体的尾端设有安装座，车钩的前端设有钩头，其中：安装座安装在吸能装置的前面板上；钩头超出防爬装置的前端设置，钩头与防爬装置的前端共同形成上述碰撞受力面。
进一步的，车钩上设有缓冲器，在轨道列车发生相对碰撞时，所述缓冲器产生行程，以使缓冲装置朝向车体运动。
进一步的，上述车钩缓冲装置还包括压溃管，压溃管的一端与安装座连接，压溃管的另一端穿过前面板进入到吸能装置中。
进一步的，在所述车钩缓冲装置上设有止挡装置，在车钩缓冲装置朝向车体运动时，止挡装置用于将车钩止挡于吸能装置的前面板，以使钩头与防爬装置的前端共同形成碰撞受力面。
进一步的，上述防爬装置设置在车钩缓冲装置上方。
进一步的，防爬装置的前端设有防爬齿。
进一步的，吸能装置具有后面板，该后面板用于安装在轨道列车车体的至少一端；后面板与前面板之间形成用于发生吸能变形的空间。
进一步的，上述后面板用于安装在轨道列车司机室的前端墙上。
本发明的第二个方面提供一种轨道列车，包括车体和上述碰撞吸能系统，碰撞吸能系统安装在车体的至少一端。
本发明提供了一种用于轨道列车的碰撞吸能系统，在轨道列车发生相对碰撞时，车钩缓冲装置向车体方向运动并与防爬装置共同形成了碰撞受力面，从而增大了吸能装置的受力承载面积，使吸能装置能够承受更大的碰撞冲击力，从而能够更有效的吸收碰撞动能，并且还能够更有效地发挥防爬功能，避免出现爬车、脱轨等问题，不仅提高了碰撞吸能系统的可靠性，而且提高了轨道列车的安全性。
同时，上述碰撞吸能系统的结构设计，使得在轨道列车发生碰撞时，依次进行了车钩缓冲装置吸能并运动、防爬装置啮合、车钩缓冲装置与防爬装置共同形成碰撞受力面、吸能装置吸能变形，从而使碰撞吸能系统能够有序且可控的吸收碰撞动能，充分降低车体本身所受到的碰撞冲击力，进一步提高了轨道列车的可靠性和安全性。
本发明还提供了一种轨道列车，由于安装有上述碰撞吸能系统，从而使该轨道列车在发生碰撞时，碰撞动能能够被充分、有序吸收，降低了车体本身所受到的碰撞冲击力，同时还避免了爬车风险，因而使轨道列车具有更高的可靠性和安全性，保障了司乘人员的人身安全及财产安全。
附图说明
图1为传统的碰撞吸能系统的结构示意图；
图2为传统的碰撞吸能系统的车钩钩头接触的结构示意图；
图3为传统的碰撞吸能系统的压溃管变形的结构示意图；
图4为传统的碰撞吸能系统的吸能装置吸能变形的结构示意图一；
图5为传统的碰撞吸能系统的吸能装置吸能变形的结构示意图二；
图6为本发明实施例一所提供的碰撞吸能系统的结构示意图一；
图7为本发明实施例一所提供的碰撞吸能系统的结构示意图二；
图8为本发明实施例二所提供的碰撞吸能系统的钩头接触的结构示意图；
图9为本发明实施例二所提供的碰撞吸能系统的钩头与防爬装置形成受力面时的结构示意图；
图10为本发明实施例二所提供的碰撞吸能系统的吸能装置吸能变形的结构示意图；
图11为本发明实施例二所提供的碰撞吸能系统在相对碰撞动能传递过程示意图。
附图标记说明：
100-吸能装置；200-车体；300-压溃管；
400-车钩；1-吸能装置；11-前面板；
2-车体；3-防爬装置；31-防爬齿；
4-车钩缓冲装置；41-车钩；42-钩头；
43-缓冲器；44-压溃管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，“前”、“尾”等用语，是用于描述各个结构在附图中的相对位置关系，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一
在轨道列车上安装的碰撞吸能系统属于一种被动防护系统，用于在轨道列车发生相对碰撞时，尽可能地吸收碰撞时产生的动能，降低轨道列车车体部分所受到的碰撞力，保障轨道列车上司乘人员的人身及财产安全。
图6和图7均为本发明实施例所提供的碰撞吸能系统的结构示意图。如图6和图7所示，本实施例所提供的碰撞吸能系统，包括：
吸能装置1，吸能装置1用于安装在轨道列车车体2的至少一端，并用于在轨道列车发生相对碰撞时产生吸能变形；
防爬装置3，防爬装置3朝向车体2的尾端安装在吸能装置1的前面板11上；
车钩缓冲装置4，车钩缓冲装置4朝向车体2的尾端安装在吸能装置1的前面板11上，且车钩缓冲装置4的前端超出防爬装置3的前端设置；
其中，在两列轨道列车发生相对碰撞时，车钩缓冲装置4朝向车体2运动，以使车钩缓冲装置4的前端与防爬装置3的前端共同形成碰撞受力面。
具体的，上述吸能装置1，可以是目前轨道列车中常用的吸能装置1，以在受力时发生吸能变形，从而吸收碰撞动能、降低碰撞冲击力；并且，该吸能装置1一般是安装在车体2的端部，也就是轨道列车的头车和/或尾车上。
吸能装置1具有前面板11，该前面板11实际上起到了安装面板的作用，用于安装防爬装置3和车钩缓冲装置4。
可以理解，吸能装置1的前面板11最好与碰撞受力面平行，以有效承担碰撞冲击力并有效吸收碰撞动能。进一步的，前面板11垂直于轨道列车行进方向，以在两列轨道列车发生相对碰撞时能够垂直于碰撞方向，从而能够承受最大的碰撞冲击力。
防爬装置3，可以是目前轨道列车中常用的防爬装置3，本实施例不做特别限定。可以理解，防爬装置3应具有一定的结构强度，以能够与车钩缓冲装置4共同形成碰撞受力面，且在受力过程中，该碰撞受力面能够始终垂直于碰撞方向，以承担更大的碰撞冲击力。
进一步的，为使车钩41的钩头与防爬装置3的前端共同形成的碰撞受力面始终垂直于碰撞方向，可合理设置防爬装置3的长度，即该防爬装置3的前端至吸能装置1前面板11之间的距离，与车钩缓冲装置4朝向车体2运动达到最大极限时，钩头与前面板11之间的距离相同。这样能够使车钩缓冲装置4发挥其最大的吸能作用，充分降低碰撞动能，并能够承担更大的碰撞冲击力。
车钩缓冲装置4，是轨道列车中最基本和最重要的部件之一，用于传递和降低轨道列车在运行时所产生的牵引力以及碰撞时所产生的碰撞冲击力。本实施例所用车钩缓冲装置4，可以是目前轨道列车的头车和/或尾车上所安装的车钩缓冲装置4。
本实施例所提供的碰撞吸能系统，当轨道列车发生相对碰撞时，在碰撞冲击力的作用下，车钩缓冲装置4朝向车体2方向运动，以吸收部分碰撞动能。当车钩缓冲装置4运动至其最大极限时，车钩缓冲装置4的前端与防爬装置3的前端平齐，使车钩缓冲装置4的前端与防爬装置3的前端共同形成了碰撞受力面。与此同时，两列轨道列车上的防爬装置3接触并咬合，避免出现爬车的问题。上述碰撞受力面继续受到残余的碰撞冲击力的作用，压缩吸能装置1，吸能装置1随即发生吸能变形，进一步吸收碰撞动能，尽可能的减小甚至避免碰撞动能传递给车体2。
在上述过程中，由于车钩缓冲装置4的前端与防爬装置3的前端共同形成了碰撞受力面，从而增大了吸能装置1的受力承载面积，使吸能装置1能够承担更大的碰撞冲击力，更有效的吸收轨道列车相对碰撞时产生的碰撞动能；并且，还能够更有效的发挥防爬功能，避免出现爬车、脱轨等问题，提高了碰撞吸能系统的可靠性。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例对碰撞吸能系统进行进一步补充说明。本实施例未说明的部分与前述实施例一相同。
请继续参考图6和图7，车钩缓冲装置4包括车钩41，车钩41朝向车体2的尾端设有安装座(未图示)，车钩41的前端设有钩头42；其中：车钩41的安装座安装在吸能装置1的前面板11上，即车钩41通过该安装座实现与吸能装置1前面板11的连接与安装；钩头42超出防爬装置3的前端设置。
具体的，车钩41是用来实现轨道列车之间的连挂、传递牵引力及碰撞冲击力，并使轨道列车之间保持一定距离的部件。车钩41一般是由钩头42、钩尾(未图示)，以及用于连接钩头42和钩尾的钩身(未图示)这三部分组成，车钩41前端粗大的部分称为钩头42，钩头42是轨道列车互相连接的主要部分，钩头42内部安装有钩舌、钩锁铁、钩舌推铁等零件，使车钩41具有闭锁、开锁和全开三种作用；钩身是传递牵引力和碰撞冲击力的部位；钩尾用于与其它部件连接，比如可在钩尾上设有安装座，通过该安装座，实现与吸能装置1前面板11的安装连接。
车钩41一般是由铸铁制成，以能够承担较大的牵引力及碰撞冲击力，本实施例对于所使用的车钩41不做特别限定，可根据轨道列车的具体车型合理选择，通常可选择目前我国高速列车、城市地铁和轻轨车辆中主要使用的密接式车钩。
图8是本实施例所提供的碰撞吸能系统的车钩41钩头42接触的结构示意图。如图8所示，在两列轨道列车发生相对碰撞时，首先车钩41的钩头42发生接触，碰撞冲击力通过钩头42传递给车钩41。
图9本实施例所提供的碰撞吸能系统的钩头42与防爬装置3形成碰撞受力面时的结构示意图。如图9所示，在碰撞冲击力的作用下，车钩缓冲装置4朝向车体2运动，使钩头42也随之向车体2方向运动，直至达到车钩缓冲装置4的运动极限，钩头42与防爬装置3的前端共同形成碰撞受力面。与此同时，防爬装置3的前端互相咬合或者啮合，避免出现爬车及脱轨的风险。
图10为本实施例所提供的碰撞吸能系统的吸能装置1吸能变形的结构示意图。如图10所示，车钩41和防爬装置3整体压缩吸能装置1的前面板11，使吸能装置1发生吸能变形，进一步吸收碰撞动能。
实际上，车钩41的钩头42和防爬装置3的前端所共同形成的碰撞受力面，起到了吸能装置1的变形接触面的作用。当吸能装置1吸能变形时，变形接触面整体承载，因而能够承载更大的碰撞冲击力并稳定吸收碰撞动能，尤其对于轨道列车在复杂的碰撞工况下，上述结构能够有效降低车体2所需承担的碰撞动能。
进一步参考图6至图9，上述车钩41上还设有缓冲器43，在轨道列车发生相对碰撞时，缓冲器43受力并产生行程，以使车钩缓冲装置4朝向车体2方向运动。
缓冲器43是用来缓和轨道列车在运行过程中，因机车启动、制动等原因造成牵引力变化或在轨道列车相互碰撞而引起的纵向冲击和振动，以减轻牵引力变化或碰撞时对车体2结构的破坏。
具体的，上述缓冲器43可以安装在车钩41的钩身上，且其朝向车体2的尾端固定在车钩41的安装座上。在轨道列车发生相对碰撞时，碰撞冲击力首先由钩头42传递给缓冲器43，缓冲器43受力并产生行程，从而使车钩41朝向车体2方向运动。
本实施例对于上述缓冲器43的具体选择不做特别限定，只要能够与所用车钩41正常配合，并能实现上述功能即可，比如可以是弹簧式缓冲器、摩擦式缓冲器、橡胶式缓冲器、摩擦橡胶式缓冲器、粘弹性橡胶泥缓冲器、液压缓冲器及空气缓冲器等，尤其是目前高铁、城轨等高速运行的轨道列车中常用的缓冲器产品。
进一步参考图6至图10，车钩缓冲装置4还可以包括压溃管44，压溃管44的一端与车钩41的安装座连接，另一端穿过吸能装置1的前面板11进入到吸能装置1中。
具体的，压溃管44是一段经过特殊处理、屈服强度稳定的钢管。本实施例对于所选用的压溃管44不做特别限定，可以根据具体轨道列车的实际情况合理选择，比如可以是膨胀式压溃管。具体的，压溃管44的强度要比车体2强度略低，但高于轨道列车正常连接时产生的纵向冲击力。
具体的，本实施例所用的压溃管44可以是本领域常用的后置式压溃管，即缓冲器43与压溃管44采用目前常规的前后串行连接的布局。该压溃管44比如可以是。当上述缓冲器43达到其最大行程时，压溃管44开始作用，吸能碰撞动能，并同时使车钩缓冲装置4朝向车体2运动，直至压溃管44作用完成，车钩41的钩头42与防爬装置3的前端共同形成碰撞受力面；同时两列轨道列车的防爬装置3的前端互相咬合或者啮合。
图11是本实施例所提供的碰撞吸能系统的碰撞能量碰撞动能传递过程示意图。请参考图6至图11，当两列轨道列车发生相对碰撞时，碰撞动能首先由车钩41的钩头42传递给缓冲器43，缓冲器43受力产生行程以吸收的碰撞动能，并同时带动车钩41朝向车体2方向运动，直至缓冲器43达到最大行程。
若剩余的碰撞冲击力超过压溃管44的触发力，则压溃管44发生压溃变形，继续吸收碰撞动能，并带动车钩41继续朝向车体2方向运动，直至压溃管44达到其最大变形程度，车钩41被止挡于吸能装置1的前面板11。同时，两列轨道列车的防爬装置3发生接触，钩头42与防爬装置3的前端共同形成了碰撞受力面。
剩余的碰撞动能进一步被传递给吸能装置1，吸能装置1通过碰撞受力面承担碰撞冲击力并发生吸能变形，以进一步充分吸收碰撞动能，尽量避免碰撞动能传递给车体2。
由此可见，本实施例所提供的碰撞吸能系统，能够有序、可控的吸收碰撞动能，使整个碰撞吸能系统能够充分吸收较大的碰撞动能，利于该碰撞吸能系统的功能性发挥。
进一步的，还可以在车钩缓冲装置4上设有止挡装置(未图示)，在车钩缓冲装置4朝向车体2运动时，车钩41及钩头42也朝向车体2运动，当压溃管44达到其最大变形程度，该止挡装置也同时将钩头42止挡于吸能装置1的前面板12，进一步确保钩头42与防爬装置3的前端共同形成上述碰撞受力面。
具体的，上述止挡装置的安装位置可根据车钩缓冲装置4的运动极限及防爬装置3的尺寸合理设置。比如其一端可固定安装在车钩41的钩身上，当车钩缓冲装置4朝向车体2运动时，止挡装置也同时朝向车体2运动，直至止挡装置的另一端抵止于吸能装置1的前面板11，同时车钩缓冲装置4也达到了其运动极限，且防爬装置3的前端也互相咬合或啮合，从而使钩头42与防爬装置3的前端共同形成受力面，使碰撞冲击力能够传递给吸能装置1。
并且，上述止挡装置的设置，还能够进一步分担车钩缓冲装置4所承受的碰撞冲击力，使部分碰撞冲击力能够经止挡装置传递给吸能装置1，进一步提高了碰撞吸能系统的可靠性。
实施例三
在实施例一或实施例二的基础上，本实施例对碰撞吸能系统进行进一步补充说明。本实施例未说明的部分与前述实施例一或实施例二相同。
请继续参考图6和图7，本实施例所提供的碰撞吸能系统，其防爬装置3通常设置在车钩缓冲装置4上方。
具体的，可采用本领域常规的固定安装方式，将防爬装置3安装在吸能装置1的前面板11上，比如可采用螺接的安装方式，以利于防爬装置3的安装、维修和更换；或者也可以采取焊接的安装方式，以保证防爬装置3与吸能装置1之间连接的牢固性。
具体的，防爬装置3可设置一个或多个，通常设置两个，比如可在车钩缓冲装置4上方的两侧各安装一个防爬装置3，并且每一防爬装置3尾端到车钩缓冲装置4尾端的距离相同，以将碰撞冲击力均匀地传递给吸能装置1。可以理解，每个轨道列车上所安装的防爬装置3的数量及安装位置应能够互相对应，避免在发生碰撞时，防爬装置3因不能接触咬合而失效。
进一步的，还可以在防爬装置3的前端设有防爬齿31。这样在轨道列车发生碰撞时，两个轨道列车相对应的防爬齿31能够充分咬合或者啮合，进一步降低轨道列车相对碰撞时发生爬车甚至脱轨的风险。
实施例四
在前述所有实施例的基础上，本实施例对碰撞吸能系统进行进一步补充说明。本实施例未说明的部分与前述实施例相同。
请继续参考图6和图7，吸能装置1具有前面板11，前面板11应与车钩41的安装座相适配，以实现车钩41与吸能装置1之间的牢固连接。
吸能装置1安装在车体2的至少一端，比如可安装在头车和/或尾车的端部，通常可安装在司机室前端墙上。
具体的，上述吸能装置1可通过后面板与司机室前端墙连接安装。本实施例对于安装方式不做特别限定，可采用可拆卸连接方式，比如螺接，以方便整个碰撞吸能系统的安装、拆卸和维护。
具体的，上述吸能装置1可以含有弹性部件，也可以本身具有弹性。比如可以使前面板11和后面板之间形成用于发生吸能变形的空间，在两列轨道列车发生相对碰撞时，该空间被压缩变形，以吸收碰撞动能，具体可参考图10。
进一步的，还可以在前面板11和后面板之间连接有弹性部件，以能够进一步吸收碰撞功能。
具体的，上述前面板11和后面板可以均为钢板，上述弹性部件可以为弹簧钢带，这样能够同时保证整个吸能装置1的结构强度和承压能力。弹性部件的一端可通过限位螺栓与前面板11连接固定，另一端用紧固螺栓与后面板连接固定，弹性部件与前面板11之间采用橡胶绝缘垫分隔，弹性部件与后面板之间采用橡胶绝缘垫分隔。
上述吸能装置1的结构设置，能够进一步吸收剩余的碰撞动能，充分降低传递给车体2的碰撞动能。
实施例五
在上述所有实施例的基础上，本实施例提供一种轨道列车，包括车体2和碰撞吸能系统，该碰撞吸能系统安装在车体2的至少一端。
具体的，上述碰撞吸能系统的结构与前述实施例中的碰撞吸能系统结构相同，不赘述。
具体的，可在车体2的两端均安装有碰撞吸能系统。实际上，目前轨道列车的头车和尾车是相对概念，与轨道列车行进方向对应，因此，目前的轨道列车，在头车和尾车上均设置有司机室，通常可将碰撞吸能系统安装在司机室前端，比如通过螺栓连接的方式，安装在司机室的前端墙上。
本实施例所提供的轨道列车，由于安装有上述碰撞吸能系统，从而使该轨道列车在发生相对碰撞时，碰撞吸能系统能够承担更大的碰撞冲击力，并且，碰撞动能能够被充分、有序吸收，降低了车体2本身所受到的碰撞冲击力，同时还有效避免了爬车、脱轨风险，因而使轨道列车具有更高的可靠性和安全性，保障了司乘人员的人身安全及财产安全。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。