[发明专利]城市轨道列车吸能防爬器

说明书

技术领域

本发明属于轨道交通被动安全技术领域，具体涉及一种城市轨道列车吸能防爬器。

背景技术

列车碰撞事故是造成旅客重大伤亡的最主要的原因，因此如何提高列车运行的安全性，尽量减少司机和旅客在事故中的伤亡，成为人们普遍关注的问题。因而，车辆的被动安全技术已成为车辆安全设计的重要技术。被动安全技术通过吸能装置和车体局部结构的塑性大变形有序地吸收撞击瞬间所产生的巨大能量，从而在车辆发生碰撞事故时有效地保护乘员安全，使伤害减小到最低限度。

在列车的被动安全防护系统中，头车的吸能装置是保护乘员的第一道安全屏障。现在，城市轨道交通列车头车普遍安装有一种防爬器，其功能在于车辆当发生正面碰撞事故时通过一对防爬齿的相互咬合避免爬车以保护乘员安全，其中有部分车中还有带吸能功能的防爬器，我国国内外资企业的车辆中也有吸能功能的防爬器在使用，但其碰撞性能及其与强度特性的协调性有进一步提高的需要与可能。

轨道交通的历史表明，当列车发生相向而行或同向追尾碰撞事故时，一般列车的车钩缓冲器容量很有限，难以吸收高于10公里/小时以上相对速度的碰撞能量，从而在车头或头尾之间将发生刚性碰撞而产生很大的瞬态碰撞力而损坏车体结构，同时引发的急剧减速又会对车上司乘人员的大脑造成一定的损伤。采用吸能防爬器则可以通过吸收碰撞动能而避免或减缓碰撞对乘员的伤害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种城市轨道列车吸能防爬器，该装置在车辆发生较大的冲击载荷作用时，将通过自身结构有序、稳定的塑性大变形从而消耗较大的撞击动能，并具有良好的碰撞性能，因而可以更好地保护乘员的人身安全。

本发明提出的城市轨道列车吸能防爬器，由防爬齿板1、前隔板2、后隔板3、泡沫填充管4、第一压溃控制孔5-1、第二压溃控制孔5-2、箱体6和底座7构成，箱体6为中空的筒体结构，箱体6的前后两侧分别设有防爬齿板1和底座2，箱体6内纵向布置有前隔板2和后隔板3，将箱体6分隔成三个较小的箱形结构，防爬齿板1与前隔板2之间的空间区域为第一箱形结构6-1，前隔板2与后隔板3之间的空间区域为第二箱形结构6-2，后隔板3与底座7之间的空间区域为第三箱形结构6-3，第一箱形结构6-1和第二箱形结构6-2的长度相等，且相对于第三箱形结构6-3长度较短，第一箱形结构6-1和第二箱形结构6-2的筒壁的左右两侧分别设有第一压溃控制孔5-1和第二压溃控制孔5-2，第三箱形结构6-3横向布置有泡沫填充管4，底板7固定于车体底架端部结构上。

本发明中，第一箱形结构6-1内的压溃控制孔5-1较第二箱形结构6-2内的压溃控制孔5-2的孔长度稍长。 

本发明中，压溃控制孔系通过优化设计后确定的形状与尺寸。第一压溃控制孔5-1和第二压溃控制孔5-2为矩形加两半圆的形式。但第一压溃控制孔5-1的长度尺寸要长一些，这是因控制第一箱型空腔首先发生压溃的次序而设计的。两孔径和长度是基于吸能防爬器须满足：（1）在车钩缓冲器有效工作载荷下静应力小于静强度许用应力以保持结构稳定；（2）当车钩缓冲器失效后应力须大于材料屈服应力而发生塑性大变形吸能的双重复杂要求下进行协调优化设计获得的。设计运用优化设计软件OptiStruct，在针对防爬器设计要求的两种不同应力约束的工况下，对槽孔进行尺寸和形状优化后得到了槽孔孔径和长度最佳尺寸，从而使设计防爬器既能满足在车钩未失效情况下的静强度要求，而当碰撞发生后在钩缓装置失效后又能诱导防爬器箱形结构发生依次有序的塑性变形从而实现压溃吸能的功能。

本发明中，所述泡沫填充管4采用泡沫铝芯填充铝管，它对结构压溃吸能变形的稳定性具有较大的保障意义。

本发明装置的主要特点：

① 从保护乘员安全的理念出发，采用与国内外（国内多为外资或合资企业）现有同类装置不同的结构形式，具有压溃稳定性高，比吸能大、对乘员安全保护性能好的特点，通过仿真，表明本发明装置的耐撞击吸能量较大，车辆碰撞性能合理安全。

② 鉴于吸能防爬器应在车钩缓冲装置失效后起作用，故压溃触发力应控制在一个合适的范围内，同时为确保防爬功能还需要有一定的强度要求，在明确国内尚无相应规范的情况，本发明参考了欧洲英国标准，通过优化设计技术对防爬器的结构进行了优化，实现了其碰撞吸能性能与强度特性之间的科学协调。

本发明的技术特色是：

①采取分级吸能的方式使结构变形控制有序；

②使用新型泡沫金属作为部分填充材料，改善了结构的压溃稳定性。