專利名稱：用于耐沖擊吸能列車車體的底架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵路車輛的車體部件，尤其是耐沖擊吸能列車車體的底架。
背景技術(shù)：
按照我國鐵道車輛強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)客車的牽引車鉤緩沖裝置能夠承受980KN的縱向拉伸力和1120KN的壓縮載荷，既要承受正常運(yùn)行時(shí)的牽引工況載荷，又要在制動(dòng)、縱向沖擊發(fā)生時(shí)，傳遞車輛與車輛之間的縱向沖擊力，制約了列車車體的耐沖擊吸能性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于根據(jù)國際鐵路聯(lián)盟UIC標(biāo)準(zhǔn)，提供一種用于耐沖擊吸能列車車體的吸能底架，實(shí)現(xiàn)車輛之間的牽引力的傳遞由車鉤牽引裝置來完成，而車輛之間的壓縮力則由位于車體牽引梁兩側(cè)的緩沖柄裝置來完成；牽引裝置滿足正常工況1500KN的拉伸力，緩沖柄處要滿足2000KN的縱向壓縮力；該車體結(jié)構(gòu)滿足正常運(yùn)用情況下強(qiáng)度、剛度的要求，當(dāng)撞車事故發(fā)生時(shí)，車體兩端部結(jié)構(gòu)能夠首先發(fā)生塑性大變形，將列車碰撞時(shí)發(fā)生的巨大的沖擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化為車體端部結(jié)構(gòu)的變形能，為乘員提供有效的安全空間，減少撞車事故造成的損失，提高列車的被動(dòng)安全保護(hù)功能。
本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)吸能梁底架，它由縱向吸能梁A與牽引梁B以及A與B之間布置控制底架變形順序的橫梁D而構(gòu)成。
縱向吸能梁A為箱體型，由兩側(cè)壁1和上、下蓋板2與筋3組焊而成；上、下蓋板2上開有孔a、孔b、孔c。
牽引梁B為箱體型結(jié)構(gòu)，由兩根“Ⅱ”梁件4與上、下蓋板6及筋5組焊而成；在位于牽引梁B前端的上蓋板上開有橢圓形的孔，分別為孔e、孔f、孔g。
吸能梁A上開孔的位置與牽引梁B上開孔的位置相對(duì)應(yīng)，即吸能梁A上的孔a、孔b、孔c分別與牽梁上的孔e、孔f、孔g相對(duì)應(yīng)。
縱向吸能梁A滿足2000KN的縱向壓縮載荷；牽引梁B滿足1500KN的縱向拉伸載荷。
本發(fā)明耐沖擊吸能車體與現(xiàn)有的技術(shù)相比，它的優(yōu)點(diǎn)如下1.圖4吸能底架縱向沖擊載荷—時(shí)間曲線上顯示，縱向撞擊力峰值超過2000KN時(shí)吸能底架產(chǎn)生塑性大變形，在吸能底架產(chǎn)生縱向變形的過程中，吸能底架的撞擊力一直保持在2000KN以上，有效地提高了結(jié)構(gòu)所吸收的沖擊動(dòng)能。當(dāng)吸能底架被充分壓縮以后，縱向撞擊力逐漸降低，低于中部結(jié)構(gòu)所能承受的范圍內(nèi)，這樣，當(dāng)沖擊力傳遞到車體中間部分時(shí)，中間部分僅產(chǎn)生彈性變形，車體發(fā)揮了耐沖擊吸能作用，實(shí)現(xiàn)車輛之間的牽引力的傳遞由車鉤牽引裝置來完成，而車輛之間的壓縮力則由位于車體牽引梁兩側(cè)的緩沖柄裝置來完成。
2.車體的強(qiáng)度和剛度滿足國際鐵路聯(lián)盟UIC強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，正常行動(dòng)時(shí)，在車體結(jié)構(gòu)方面保證列車承載結(jié)構(gòu)運(yùn)行安全；當(dāng)列車發(fā)生碰撞事故時(shí)，底架外端部至枕梁之間的非載人區(qū)域能有序地發(fā)生塑性大變形，吸收較多的沖擊動(dòng)能，有效地降低撞擊減速度，車體載人區(qū)僅產(chǎn)生彈性變形，減少了撞車事故造成的損失。


圖1吸能底架組合示意圖；吸能梁底架，它由縱向吸能梁A與牽引梁B以及A與B之間布置控制底架變形順序的橫梁D而構(gòu)成。吸能梁A上開孔的位置與牽引梁B上開孔的位置相對(duì)應(yīng)，即吸能梁A上的孔a、孔b、孔c分別與牽梁上的孔e、孔f、孔g相對(duì)應(yīng)?？v向吸能梁A滿足2000KN的縱向壓縮載荷；牽引梁B滿足1500KN的縱向拉伸載荷。
圖2縱向吸能梁A結(jié)構(gòu)示意圖；縱向吸能梁A為箱體型，由兩側(cè)壁1和上、下蓋板2與筋3組焊而成；上、下蓋板2上開有孔a、孔b、孔c。
圖3牽引梁B結(jié)構(gòu)示意圖；牽引梁B為箱體型結(jié)構(gòu)，由兩根“Ⅱ”梁件4與上、下蓋板6及筋5組焊而成；在位于牽引梁B前端的上蓋板上開有橢圓形的孔，分別為孔e、孔f、孔g。
圖4吸能底架縱向沖擊載荷/時(shí)間曲線；圖5開孔薄壁結(jié)構(gòu)示意圖；為了控制結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的部位和順序，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)有序地發(fā)生大變形，在結(jié)構(gòu)的上下蓋板上都開有橢圓形的孔，分別為a、孔b、孔c，利用結(jié)構(gòu)在開孔截面處剛度逐漸減弱的效應(yīng)，結(jié)構(gòu)的兩側(cè)壁的開孔處發(fā)生皺褶，形成塑性鉸，此時(shí)沿縱向方向的側(cè)壁在開孔的長度范圍內(nèi)都將產(chǎn)生程度不同的皺褶，直至該孔被充分壓縮，從而吸收沖擊動(dòng)能。
圖6開孔薄壁結(jié)構(gòu)受縱向沖擊的大變形模式圖；圖7開孔薄壁結(jié)構(gòu)受縱向沖擊的大變形模式圖。
從圖6、7中看到孔1和孔2被壓縮，這種變形模式具有穩(wěn)定、壓縮行程大的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式在客車車體兩端的變形區(qū)承載由緩沖柄后面的縱向梁A和牽引梁B組成的吸能底架；正常運(yùn)用時(shí)，承載吸能底架的強(qiáng)度閾值滿足強(qiáng)度載荷標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)外部載荷超過這個(gè)閾值以后，承載吸能底架能夠有序地控制預(yù)定的方式產(chǎn)生塑性大變形。
吸能區(qū)域位于車體底架外端至底架枕梁之間，是一系列薄壁結(jié)構(gòu)通過焊接而成的組合框架；在結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊時(shí)，緩沖柄受到?jīng)_擊以后將沖擊力傳遞至車體外端的底架端梁，端梁然后將力傳遞至吸能梁A和牽引梁B。
縱向吸能梁A如圖二所示，由于縱向吸能梁位于車體底架兩側(cè)緩沖柄的位置，必須滿足2000KN的縱向壓縮載荷，因此縱向吸能梁的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)為箱型結(jié)構(gòu)，由兩側(cè)壁1和上下蓋板2組焊而成。
為了控制吸能底架發(fā)生變形的部位和順序，引導(dǎo)吸能底架有序地發(fā)生大變形，在結(jié)構(gòu)的上、下蓋板2上都開有橢圓形的孔，分別為a、孔b、孔c，利用底架在開孔截面處剛度逐漸減弱的效應(yīng)，兩側(cè)壁的開孔處發(fā)生皺褶，形成塑性鉸，此時(shí)沿縱向方向的側(cè)壁在開孔的長度范圍內(nèi)都將產(chǎn)生程度不同的皺褶，直至該孔被充分壓縮，從而吸收沖擊動(dòng)能。如圖5所示即為開孔箱型薄壁結(jié)構(gòu)的變形模式，該開孔結(jié)構(gòu)在上下蓋板上開有圓形的孔，分別為孔1和孔2，從圖6、7中看到，孔1和孔2被安全壓縮，這種變形模式具有穩(wěn)定、壓縮行程大的特點(diǎn)。
由于開孔結(jié)構(gòu)是一種缺陷結(jié)構(gòu)，因而對(duì)于結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度和動(dòng)強(qiáng)度都有影響，但是動(dòng)強(qiáng)度對(duì)缺陷的敏感程度要高于對(duì)靜強(qiáng)度的影響程度，基于此特點(diǎn)，在滿足正常情況下2000KN的壓縮載荷的情況下，利用缺陷效應(yīng)使得結(jié)構(gòu)在發(fā)生撞擊時(shí)沖擊載荷超過閾值的情況下，可以產(chǎn)生人為預(yù)定的塑性大變形模式。這種特點(diǎn)可以滿足緩沖柄處縱向吸能梁A的要求，即在正常運(yùn)行時(shí)縱向吸能梁能夠滿足車輛結(jié)構(gòu)縱向沖擊的要求，當(dāng)撞擊事故發(fā)生時(shí)，一旦撞擊事故超過2000KN時(shí)，縱向吸能梁A能夠可控地產(chǎn)生塑性大變形。
由于牽引梁B要滿足1500KN的縱向拉伸載荷，在端梁與枕梁之間，牽引梁B如圖3所示由兩根梁件4和上、下蓋板6及筋5組焊而成一個(gè)箱型結(jié)構(gòu)?？拷肆旱牡胤绞谴蠼孛?，為了防止?fàn)恳簩⑦^大的沖擊力直接傳遞給后部車體，要求在發(fā)生撞擊時(shí)牽引梁前部能夠有序地發(fā)生塑性大變形。由于在正常牽引工況時(shí)牽引梁主要受力部位是左右兩塊腹板，因此在對(duì)牽引梁B進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，腹板上不作任何改動(dòng)，為了在削弱牽引梁B的縱向剛度的同時(shí)，底架能夠通過疊縮方式來變形，又能夠保證正常運(yùn)行時(shí)對(duì)牽引梁B強(qiáng)度的要求，通過車體靜強(qiáng)度分析，在位于前端的牽引梁B上蓋板上開有橢圓形的孔，分別為孔e、孔f、孔g，如圖5所示。撞擊時(shí)使得牽引梁B腹板在靠近圓孔周圍區(qū)域的應(yīng)力急劇增加，在縱向力的作用下首先局部屈曲失穩(wěn)，產(chǎn)生塑性鉸，隨著撞擊力的繼續(xù)作用，在腹板的失穩(wěn)處開始繼續(xù)產(chǎn)生大變形；將塑性鉸周圍的腹板壓成皺褶。
為了保證縱向吸能梁件A與牽引梁B變形的一致性，吸能梁A上開孔的位置與牽引梁B上開孔的位置基本上相對(duì)應(yīng)。見圖1所示即吸能梁A上的孔a、孔b、孔c分別與牽引梁B上的孔e、孔f、孔g相對(duì)應(yīng)，在縱向吸能梁A與牽引梁B之間布置有橫梁D控制底架變形的順序。一方面可以調(diào)節(jié)縱向吸能梁A和牽引梁B在塑性大變形時(shí)基本同步；第二方面是通過連接牽引梁A和縱向吸能梁B的橫梁D將縱向吸能梁分級(jí)，使得縱向吸能梁A在發(fā)生變形時(shí)能夠有序地進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.用于耐沖擊吸能列車車體的底架，其特征在于它由縱向吸能梁A與牽引梁B以及A與B之間布置控制底架變形順序的橫梁D而構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于耐沖擊吸能列車車體的底架，其特征在于縱向吸能梁A為箱體型，由兩側(cè)壁1和上、下蓋板2與筋3組焊而成；上、下蓋板2上開有孔a、孔b、孔c。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于耐沖擊吸能列車車體的底架，其特征在于牽引梁B為箱體型結(jié)構(gòu)，由兩根“II”梁件4與上、下蓋板6及筋5組焊而成；在位于牽引梁B前端的上蓋板上開有橢圓形的孔，分別為孔e、孔f、孔g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于耐沖擊吸能列車車體的底架，其特征在于吸能梁A上開孔的位置與牽引梁B上開孔的位置相對(duì)應(yīng)，即吸能梁A上的孔a、孔b、孔c分別與牽梁上的孔e、孔f、孔g相對(duì)應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于耐沖擊吸能列車車體的底架，其特征在于縱向吸能梁A滿足2000KN的縱向壓縮載荷；牽引梁B滿足1500KN的縱向拉伸載荷。
全文摘要
本發(fā)明涉及鐵路車輛的車體部件，尤其是耐沖擊吸能列車車體的底架，它由縱向吸能梁A與牽引梁B以及A與B之間布置控制底架變形順序的橫梁D而構(gòu)成。吸能梁A上開孔的位置與牽引梁B上開孔的位置相對(duì)應(yīng)，即吸能梁A上的孔a、孔b、孔c分別與牽梁上的孔e、孔f、孔g相對(duì)應(yīng)?？v向吸能梁A滿足2000KN的縱向壓縮載荷；牽引梁B滿足1500KN的縱向拉伸載荷。車體的強(qiáng)度和剛度滿足國際鐵路聯(lián)盟UIC強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)列車發(fā)生碰撞事故時(shí)，有效地降低撞擊減速度，減少了撞車事故造成的損失。
文檔編號(hào)B61F1/00GK1669855SQ20041002299
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者田紅旗, 姚松, 高廣軍, 許平, 姚曙光, 王萬靜, 劉堂紅, 魯寨軍 申請(qǐng)人:中南大學(xué)