一种防爬与分级触发嵌套式轨道车辆端部吸能结构的制作方法

本发明涉及轨道车辆被动安全技术领域，具体涉及一种防爬与分级触发嵌套式轨道车辆端部吸能结构。

背景技术

随着国内外轨道交通建设的快速发展，人们在提升轨道车辆主动安全性设计的同时，也越来越关注轨道客车的被动安全性设计。从主动安全性设计，降低轨道列车碰撞事故发生概率，到被动安全性设计，缓解事故发生后车辆损伤程度并减少乘坐人员伤害的风险已经成为轨道车辆设计者需要考虑的问题。

轨道列车发生碰撞时，碰撞冲击力巨大，车辆通过车钩缓冲器及压溃管吸收能量，降低冲击力对车辆造成的影响。但往往列车撞击速度较大，碰撞能量较高，车钩缓冲器及车钩压馈管不能吸收全部撞击能量，会导致车体结构前端接触，如果车辆前端不设置防爬器及吸能结构，车辆前端结构相撞冲击力增加，车辆有爬车、脱轨的风险。

目前轨道客车车体吸能结构设计通常采用单级吸能结构。为保证车体结构稳定性，吸能结构平台力较低，为保证吸能结构自身稳定性，吸能行程不宜较长，因此吸收能量较小。并且现有的吸能结构通常采用单箱体式吸能结构，稳定性较差。吸能结构与防爬器为分离式结构，当列车发生碰撞时，防爬器与吸能结构均损坏，无法维修。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种防爬与分级触发嵌套式轨道车辆端部吸能结构，可以防止列车碰撞时车辆发生爬车，提升低速下列车撞击时的可修复能力，提升高速撞击时列车的吸能能力，提升吸能结构的稳定性。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

一种防爬与分级触发嵌套式轨道车辆端部吸能结构，其包括一级吸能结构、二级吸能结构、连接横梁结构和后端支撑梁，所述一级吸能结构包括一位侧带防爬齿吸能结构和二位侧带防爬齿吸能结构，所述二级吸能结构包括一位侧等截面箱式吸能结构、一位侧变截面箱式吸能结构、二位侧等截面箱式吸能结构和二位侧变截面箱式吸能结构；一位侧带防爬齿吸能结构和二位侧带防爬齿吸能结构的结构完全相同，一位侧带防爬齿吸能结构和二位侧带防爬齿吸能结构的末端均固连在连接横梁结构的前端面上；一位侧等截面箱式吸能结构和二位侧等截面箱式吸能结构的结构完全相同，一位侧变截面箱式吸能结构和二位侧变截面箱式吸能结构的结构完全相同，一位侧等截面箱式吸能结构、一位侧变截面箱式吸能结构、二位侧等截面箱式吸能结构和二位侧变截面箱式吸能结构的始端均固连在连接横梁结构的后端面上，一位侧等截面箱式吸能结构、一位侧变截面箱式吸能结构、二位侧等截面箱式吸能结构和二位侧变截面箱式吸能结构的末端均固连在后端支撑梁的前端面上。

上述一位侧带防爬齿吸能结构包括防爬齿、一位侧上外壁槽钢、一位侧下外壁槽钢、一位侧上内壁槽钢、一位侧下内壁槽钢、四个一级一位侧带缺口的回型导向立板、一级第一组防水贴板、一级第二组防水贴板和一级第三组防水贴板；一位侧上外壁槽钢设有一个一级上导向长圆孔和四个一级上半导向长圆孔，一位侧下外壁槽钢设有四个一级下导向长圆孔和四个一级下半导向长圆孔，一位侧上内壁槽钢和一位侧下内壁槽钢对接焊成一个内箱体结构，该内箱体结构的前端固定在防爬齿的后端面上，四个一级一位侧带缺口的回型导向立板等间隔套在内箱体结构的外部且与其固定；一位侧上外壁槽钢和一位侧下外壁槽钢对接焊成一个外箱体结构，该外箱体结构的前端面固定在防爬齿的后端面上，四个一级一位侧带缺口的回型导向立板与外箱体结构插接焊；一级第一组防水贴板焊接在一级上导向长圆孔内部，一级第二组防水贴板同时焊接在四个一级上半导向长圆孔和四个一级下导向长圆孔构成的四个长圆孔内部，一级第三组防水贴板焊接在四个一级下导向长圆孔内部，整体形成嵌套式箱式吸能结构。

上述一位侧等截面箱式吸能结构包括一位侧等截面上外壁槽钢、一位侧等截面下外壁槽钢、一位侧等截面上内壁槽钢、一位侧等截面下内壁槽钢、六个二级一位侧带缺口的等截面回型导向立板、二级第一组防水贴板和二级第二组防水贴板；一位侧等截面上外壁槽钢设有一个二级上导向长圆孔和两个二级上半导向长圆孔，一位侧等截面下外壁槽钢设有两个二级下半导向长圆孔；一位侧等截面上内壁槽钢与一位侧等截面下内壁槽钢对接焊成一个内层等截面箱体结构，六个二级一位侧带缺口的等截面回型导向立板等间隔设置，其中四个套在内层等截面箱体结构的外部且与其固定；一位侧等截面上外壁槽钢与一位侧等截面下外壁槽钢对接焊成一个外层等截面箱体结构，六个二级一位侧带缺口的等截面回型导向立板与外层等截面箱体结构插接焊，内层等截面箱体结构的长度小于外层等截面箱体结构的长度，内层等截面箱体结构和外层等截面箱体结构采用后端对齐组焊；二级第一组防水贴板焊接在二级上导向长圆孔内部，二级第二组防水贴板同时焊接在两个二级上半导向长圆孔和两个二级下半导向长圆孔构成的两个长圆孔内部，整体形成嵌套式箱式吸能结构。

上述一位侧变截面箱式吸能结构包括一位侧变截面上外壁槽钢、一位侧变截面下外壁槽钢、一位侧变截面上内壁槽钢、一位侧变截面下内壁槽钢、四个二级一位侧带缺口的变截面回型导向立板、两个二级一位侧带缺口的变截面导向立板、二级上端面防水贴板和两个二级下端面防水贴板；一位侧变截面上外壁槽钢设有一个二级变截面上导向长圆孔和两个二级变截面上半导向长圆孔，一位侧变截面下外壁槽钢设有两个二级变截面下半导向长圆孔；一位侧变截面上内壁槽钢与一位侧变截面下内壁槽钢对接焊成一个内层变截面箱体结构，四个二级一位侧带缺口的等截面回型导向立板和两个二级一位侧带缺口的变截面导向立板顺次等间隔设置，四个二级一位侧带缺口的等截面回型导向立板套在内层变截面箱体结构的外部且与其固定；一位侧变截面上外壁槽钢与一位侧变截面下外壁槽钢对接焊成一个外层变截面箱体结构，四个二级一位侧带缺口的等截面回型导向立板和两个二级一位侧带缺口的变截面导向立板均与外层变截面箱体结构插接焊，内层变截面箱体结构的长度小于外层变截面箱体结构的长度，内层变截面箱体结构和外层变截面箱体结构采用后端对齐组焊；二级上端面防水贴板焊接在二级变截面上导向长圆孔内部，两个二级下端面防水贴板同时焊接在两个二级变截面上半导向长圆孔和两个二级变截面下半导向长圆孔构成的两个长圆孔内部，整体形成嵌套式箱式吸能结构。

上述连接横梁结构包括l型横梁、后侧立板、两块底部封板、两块侧封板、两块中间封板和多块立筋；l型横梁和后侧立板的中间均设有一个用于门型车钩通过的缺口，多块立筋通过插接固定于l型横梁并对应焊接在两块底部封板上，后侧立板与多块立筋焊接，共同形成多个方形结构；两块侧封板对应焊接在两侧方形结构的外端部，两块中间封板对应焊接在缺口两侧的立筋和l型横梁内侧上端面上。

上述后端支撑梁包括c型槽钢、立封板、左侧封板和右侧封板，c型槽钢和立封板焊接形成方形腔体结构，左侧封板和右侧封板对应焊接在方形腔体结构的端部形成密封箱体结构。

本发明的有益效果是：本发明的吸能结构为两级吸能结构，可提升结构的吸能总量。一级吸能结构采用两个嵌套式箱式吸能结构，二级吸能结构采用四个嵌套式箱式吸能结构，一级吸能结构的平台力小于二级吸能结构平台力，使得列车在碰撞过程中分级触发，吸收能量；并且两级吸能结构更适用于不同速度等级下的碰撞情形，当碰撞速度较低时，可仅触发一级吸能结构，使得二级吸能结构不发生塑性变形，车辆进行修复时，可仅替换一级吸能结构，节约成本；当碰撞速度较高时，一级吸能结构完全压溃吸能后，二级吸能结构继续压溃吸能，可保证较高的吸能能力。其中一级吸能结构采用薄壁结构双层箱体嵌套形式增加结构垂向承载，可通过较薄板厚实现较高吸能量的目的。一级吸能结构前端设置防爬齿，可实现撞击过程中防爬齿良好啮合，起到防爬作用，实现吸能与防爬一体式结构。二级吸能结构采用两个等截面吸能结构与两个变截面吸能结构组合形式，变截面吸能结构更易于有序压溃，增加整体吸能结构的稳定性。箱式吸能结构采用导向长圆孔结构形式引导结构压溃变形，降低碰撞峰值力，减小碰撞对车辆的损坏，保证司机与乘客有足够的生存空间，减少损失。

附图说明

图1是本发明防爬与分级触发嵌套式轨道车辆端部吸能结构的结构示意图。

图2是本发明将一级吸能结构和二级吸能结构的全部上外壁槽钢去掉后的结构示意图。

图3是本发明中的一位侧带防爬齿吸能结构的结构示意图。

图4是将图3中的一位侧上外壁槽钢和一位侧下外壁槽钢去掉后的结构示意图。

图5是本发明中的一位侧上外壁槽钢和一位侧下外壁槽钢的结构示意图。

图6是本发明一级吸能结构中的三组防水贴板的布局结构示意图。

图7是本发明中的一位侧等截面箱式吸能结构的结构示意图。

图8是本发明中的一位侧等截面上外壁槽钢和一位侧等截面下外壁槽钢的结构示意图。

图9是将图7中的一位侧等截面上外壁槽钢和一位侧等截面下外壁槽钢去掉后的结构示意图。

图10是本发明中的一位侧变截面箱式吸能结构的结构示意图。

图11是本发明中的一位侧变截面上外壁槽钢和一位侧变截面下外壁槽钢的结构示意图。

图12是将图10中的一位侧变截面上外壁槽钢和一位侧变截面下外壁槽钢去掉后的结构示意图。

图13是本发明中的连接横梁结构的结构示意图。

图14是本发明中的连接横梁结构局部爆炸后的结构示意图。

图15是本发明中的后端支撑梁的结构示意图。

图16是本发明一级吸能结构中的一位侧带防爬齿吸能结构分析与试验力-行程变化曲线对比示意图。

图17是本发明二级吸能结构中的一位侧等截面箱式吸能结构分析与试验力-行程变化曲线对比示意图。

图18是本发明二级吸能结构中的一位侧变截面箱式吸能结构分析与试验力-行程变化曲线对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的防爬与分级触发嵌套式轨道车辆端部吸能结构包括一级吸能结构、二级吸能结构、连接横梁结构5和后端支撑梁8，所述一级吸能结构包括一位侧带防爬齿吸能结构1和二位侧带防爬齿吸能结构2，所述二级吸能结构包括一位侧等截面箱式吸能结构3、一位侧变截面箱式吸能结构4、二位侧等截面箱式吸能结构6和二位侧变截面箱式吸能结构7；一位侧带防爬齿吸能结构1和二位侧带防爬齿吸能结构2的结构完全相同，一位侧带防爬齿吸能结构1和二位侧带防爬齿吸能结构2的末端均固连在连接横梁结构5的前端面上；一位侧等截面箱式吸能结构3和二位侧等截面箱式吸能结构6的结构完全相同，一位侧变截面箱式吸能结构4和二位侧变截面箱式吸能结构7的结构完全相同，一位侧等截面箱式吸能结构3、一位侧变截面箱式吸能结构4、二位侧等截面箱式吸能结构6和二位侧变截面箱式吸能结构7的始端均固连在连接横梁结构5的后端面上，一位侧等截面箱式吸能结构3、一位侧变截面箱式吸能结构4、二位侧等截面箱式吸能结构6和二位侧变截面箱式吸能结构7的末端均固连在后端支撑梁8的前端面上。

如图3至图6所示，一位侧带防爬齿吸能结构1包括防爬齿1-1、一位侧上外壁槽钢1-2、一位侧下外壁槽钢1-3、一位侧上内壁槽钢1-4、一位侧下内壁槽钢1-5、四个一级一位侧带缺口的回型导向立板1-6、一级第一组防水贴板1-7、一级第二组防水贴板1-8和一级第三组防水贴板1-9。一位侧上外壁槽钢1-2设有一个一级上导向长圆孔1-2-1和四个一级上半导向长圆孔1-2-2，一位侧下外壁槽钢1-3设有四个一级下导向长圆孔1-3-1和四个一级下半导向长圆孔1-3-2。一位侧上内壁槽钢1-4和一位侧下内壁槽钢1-5对接焊成一个内箱体结构，该内箱体结构的前端固定在防爬齿1-1的后端面上，四个一级一位侧带缺口的回型导向立板1-6等间隔套在内箱体结构的外部且与其固定；一位侧上外壁槽钢1-2和一位侧下外壁槽钢1-3对接焊成一个外箱体结构，该外箱体结构的前端面固定在防爬齿1-1的后端面上，四个一级一位侧带缺口的回型导向立板1-6与外箱体结构插接焊；一级第一组防水贴板1-7焊接在一级上导向长圆孔1-2-1内部，一级第二组防水贴板1-8同时焊接在四个一级上半导向长圆孔1-2-2和四个一级下导向长圆孔1-3-1构成的四个长圆孔内部，一级第三组防水贴板1-9焊接在四个一级下导向长圆孔1-3-1内部，整体形成嵌套式箱式吸能结构。

如图7至图9所示，一位侧等截面箱式吸能结构3包括一位侧等截面上外壁槽钢3-1、一位侧等截面下外壁槽钢3-2、一位侧等截面上内壁槽钢3-3、一位侧等截面下内壁槽钢3-4、六个二级一位侧带缺口的等截面回型导向立板3-5、二级第一组防水贴板3-6和二级第二组防水贴板3-7。一位侧等截面上外壁槽钢3-1设有一个二级上导向长圆孔3-1-1和两个二级上半导向长圆孔3-1-2，一位侧等截面下外壁槽钢3-2设有两个二级下半导向长圆孔3-2-1。一位侧等截面上内壁槽钢3-3与一位侧等截面下内壁槽钢3-4对接焊成一个内层等截面箱体结构，六个二级一位侧带缺口的等截面回型导向立板3-5等间隔设置，其中四个套在内层等截面箱体结构的外部且与其固定；一位侧等截面上外壁槽钢3-1与一位侧等截面下外壁槽钢3-2对接焊成一个外层等截面箱体结构，六个二级一位侧带缺口的等截面回型导向立板3-5与外层等截面箱体结构插接焊，内层等截面箱体结构的长度小于外层等截面箱体结构的长度，内层等截面箱体结构和外层等截面箱体结构采用后端对齐组焊；二级第一组防水贴板3-6焊接在二级上导向长圆孔3-1-1内部，二级第二组防水贴板3-7同时焊接在两个二级上半导向长圆孔3-1-2和两个二级下半导向长圆孔3-2-1构成的两个长圆孔内部，整体形成嵌套式箱式吸能结构。

如图10至图12所示，一位侧变截面箱式吸能结构4包括一位侧变截面上外壁槽钢4-1、一位侧变截面下外壁槽钢4-2、一位侧变截面上内壁槽钢4-3、一位侧变截面下内壁槽钢4-4、四个二级一位侧带缺口的变截面回型导向立板4-5、两个二级一位侧带缺口的变截面导向立板4-8、二级上端面防水贴板4-6和两个二级下端面防水贴板4-7。一位侧变截面上外壁槽钢4-1设有一个二级变截面上导向长圆孔4-1-1和两个二级变截面上半导向长圆孔4-1-2，一位侧变截面下外壁槽钢4-2设有两个二级变截面下半导向长圆孔4-2-1。一位侧变截面上内壁槽钢4-3与一位侧变截面下内壁槽钢4-4对接焊成一个内层变截面箱体结构，四个二级一位侧带缺口的等截面回型导向立板3-5和两个二级一位侧带缺口的变截面导向立板4-8顺次等间隔设置，四个二级一位侧带缺口的等截面回型导向立板3-5套在内层变截面箱体结构的外部且与其固定；一位侧变截面上外壁槽钢4-1与一位侧变截面下外壁槽钢4-2对接焊成一个外层变截面箱体结构，四个二级一位侧带缺口的等截面回型导向立板3-5和两个二级一位侧带缺口的变截面导向立板4-8均与外层变截面箱体结构插接焊，内层变截面箱体结构的长度小于外层变截面箱体结构的长度，内层变截面箱体结构和外层变截面箱体结构采用后端对齐组焊；二级上端面防水贴板4-6焊接在二级变截面上导向长圆孔4-1-1内部，两个二级下端面防水贴板4-7同时焊接在两个二级变截面上半导向长圆孔4-1-2和两个二级变截面下半导向长圆孔4-2-1构成的两个长圆孔内部，整体形成嵌套式箱式吸能结构。

如图13和图14所示，连接横梁结构5包括l型横梁5-1、后侧立板5-2、两块底部封板5-3、两块侧封板5-4、两块中间封板5-5和多块立筋5-6；l型横梁5-1和后侧立板5-2的中间均设有一个用于门型车钩通过的缺口5-1-1，多块立筋5-6通过插接固定于l型横梁5-1并对应焊接在两块底部封板5-3上，后侧立板5-2与多块立筋5-6焊接，共同形成多个方形结构；两块侧封板5-4对应焊接在两侧方形结构的外端部，两块中间封板5-5对应焊接在缺口5-1-1两侧的立筋5-6和l型横梁5-1内侧上端面上。

如图15所示，后端支撑梁8包括c型槽钢8-1、立封板8-2、左侧封板8-3和右侧封板8-4，c型槽钢8-1和立封板8-2焊接形成方形腔体结构，左侧封板8-3和右侧封板8-4对应焊接在方形腔体结构的端部形成密封箱体结构。

如图16至图18及表1所示，经过仿真分析及试验验证，本发明的各吸能子结构所吸收能量的分析及试验对比误差在10％以内。整体吸能结构所吸收最大能量为1.35mj。

表1各级吸能结构吸收能量的分析及试验对比