高速列车用混合式薄壁管承载吸能结构的制作方法

本实用新型属于列车安全技术领域，具体涉及一种高速列车用混合式薄壁管承载吸能结构。

背景技术：

轨道交通从问世以来就受到世人的重视，其多方面的优点使得人们愿意乘坐列车出行。作为重要的交通出现工具，列车设计的一个重要部分就是安全方面的设计。列车为了防碰撞，会在列车上设计吸能结构。

在列车吸能结构的设计中，为了确保碰撞过程中产生的车体结构塑性变形局限于预先设定的碰撞变形区内，客室区域车体结构的承载能力必须明显高于车辆端部可变形区域。在车辆端部可变形区域前部安装防爬装置，抑制列车碰撞过程中的爬车情况。车体碰撞变形能量吸收结构的设计通常采用蜂窝结构、压溃式吸能结构、切削式吸能结构等一种或多种组合式吸能结构。在纵向冲击力的作用下，安装在车体端部的吸能结构发生轴向塑性屈曲、撕裂、翻转、鼓胀和切削变形模式，变形过程中力位移曲线通常呈现振荡波形，往往伴随着较大的初始峰值力。

高速列车承载式吸能结构设计需要同时满足多个互相矛盾的要求，这是由于其不仅需要承受冲击过程中的动态载荷，还要满足车辆正常运行过程中的静态载荷。车辆静强度设计要求车体结构具有非常强的刚度，但碰撞安全性要求车体具有一定的塑性变形能力，并且在碰撞过程中车体次要结构发生塑性变形，主要结构发生小弹性变形。

现有列车吸能结构的效果仍不够理想，需要设计一种新的列车吸能结构。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高速列车用混合式薄壁管承载吸能结构，以解决背景技术中提出的现有列车吸能结构的效果仍不够理想的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种高速列车用混合式薄壁管承载吸能结构，包括两根边梁、两根第一多胞纵梁、两根第二多胞纵梁、两根第一带隔板纵梁、两根第二带隔板纵梁、四根连接横梁、前端横梁和后端横梁，且均为薄壁管结构；所述两根边梁、前端横梁和后端横梁通过端部相连围成一个等腰梯形结构，后端横梁的长度大于前端横梁的长度，连接横梁、前端横梁和后端横梁均与车辆纵向方向相垂直，边梁与车辆纵向方向的夹角为10～20°，两根第一多胞纵梁、两根第二多胞纵梁、两根第一带隔板纵梁和两根第二带隔板纵梁均沿车辆纵向方向对称设置；两根第一带隔板纵梁和两根第二带隔板纵梁的两端分别连接在前端横梁和后端横梁上，第一带隔板纵梁和第二带隔板纵梁均为内部加装了十字型隔板的薄壁锥形管，且较细的一端连接在前端横梁，较粗的一端连接在后端横梁上，两根第二带隔板纵梁比两根第一带隔板纵梁更靠近车辆纵向方向的中轴线；两根第一多胞纵梁和两根第二多胞纵梁均为含大于等于两个胞元的薄壁方管且均有一端与后端横梁固定连接，第一多胞纵梁设置在边梁和第一带隔板纵梁之间，第二多胞纵梁设置在第一带隔板纵梁和第二带隔板纵梁之间；第一多胞纵梁的另一端通过连接横梁与边梁连接，第二多胞纵梁通过连接横梁与第一带隔板纵梁和第二带隔板纵梁连接。

在一种具体的实施方式中，所述高速列车用混合式薄壁管承载吸能结构为采用20号钢的薄壁管所构成的吸能结构。

在一种具体的实施方式中，所述第一带隔板纵梁和第二带隔板纵梁的内部均加装了三个以上的十字型隔板。

在一种具体的实施方式中，所述前端横梁的管壁厚度为15～25mm，所述后端横梁的管壁厚度为5～12mm。

在一种具体的实施方式中，所述前端横梁和后端横梁之间的距离为900～1200mm。

在一种具体的实施方式中，所述第一多胞纵梁和第二多胞纵梁均为两个胞元的薄壁方管，单个胞元的截面尺寸为70～110mm*70～110mm，第一多胞纵梁和第二多胞纵梁的壁厚为3～5mm。

在一种具体的实施方式中，所述边梁的管壁厚度为2～4mm，边梁的截面尺寸为160～200mm*80～120mm。

在一种具体的实施方式中，所述连接横梁的管壁厚度为4～6mm，连接横梁的截面尺寸为160～200mm*30～50mm。

在一种具体的实施方式中，所述第一带隔板纵梁的底端截面尺寸为170～210mm*160～200mm，其顶端尺寸为70～110mm*170～210mm，锥形管和十字型隔板的壁厚为3～5mm。

在一种具体的实施方式中，所述第二带隔板纵梁的底端截面尺寸为240～280mm*160～200mm，其顶端尺寸为140～180mm*160～200mm，锥形管和十字型隔板的壁厚为3～5mm。

相比于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型在车辆正常运行时能够起到结构的承载作用，在列车发生碰撞事故时安装在车辆端部的高速列车用混合式薄壁管承载吸能结构能够发生稳定有序的压溃变形吸收碰撞能量。

本实用新型中起到主要吸能作用的结构为带十字型隔板锥形方管，十字型隔板不仅能够起到加强锥形薄壁管结构刚度的作用，还能够使锥形方管在轴向压溃中发生稳定有序的变形，吸收更多的碰撞动能。多胞纵梁和连接横梁配合，主要作用为加强带隔板纵梁之间以及带隔板纵梁和边梁之间的横向稳定性，同时，在碰撞过程中发生压溃变形吸收碰撞动能。

本实用新型采用局部弱化和改变截面形状等方式，在吸能结构设计中加入诱导机制，使其在碰撞过程中的初始峰值力降低到了一个合理的水平。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型一种实施例的俯视方向示意图；

其中，1、前端横梁；2、后端横梁；3、边梁；4、第一带隔板纵梁；5、第二带隔板纵梁；6、第一多胞纵梁；7、第二多胞纵梁；8、连接横梁。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

本实用新型提供的一种高速列车用混合式薄壁管承载吸能结构，包括两根边梁3、两根第一多胞纵梁6、两根第二多胞纵梁7、两根第一带隔板纵梁4、两根第二带隔板纵梁5、四根连接横梁8、前端横梁1和后端横梁2，且均为薄壁管结构；所述两根边梁3、前端横梁1和后端横梁2通过端部相连围成一个等腰梯形结构，后端横梁2的长度大于前端横梁1的长度，连接横梁8、前端横梁1和后端横梁2均与车辆纵向方向相垂直，边梁3与车辆纵向方向的夹角为10～20°，两根第一多胞纵梁6、两根第二多胞纵梁7、两根第一带隔板纵梁4和两根第二带隔板纵梁5均沿车辆纵向方向对称设置；两根第一带隔板纵梁4和两根第二带隔板纵梁5的两端分别连接在前端横梁1和后端横梁2上，第一带隔板纵梁4和第二带隔板纵梁5均为内部加装了十字型隔板的薄壁锥形管，且较细的一端连接在前端横梁1，较粗的一端连接在后端横梁2上，两根第二带隔板纵梁5比两根第一带隔板纵梁4更靠近车辆纵向方向的中轴线；两根第一多胞纵梁6和两根第二多胞纵梁7均为含大于等于两个胞元的薄壁方管且均有一端与后端横梁2固定连接，第一多胞纵梁6设置在边梁3和第一带隔板纵梁4之间，第二多胞纵梁7设置在第一带隔板纵梁4和第二带隔板纵梁5之间；第一多胞纵梁6的另一端通过连接横梁8与边梁3连接，第二多胞纵梁7通过连接横梁8与第一带隔板纵梁4和第二带隔板纵梁5连接。十字型隔板即截面呈十字型的板状结构。

在一种具体的实施方式中，所述高速列车用混合式薄壁管承载吸能结构为采用20号钢的薄壁管所构成的吸能结构。

在一种具体的实施方式中，所述第一带隔板纵梁4和第二带隔板纵梁5的内部均加装了三个以上的十字型隔板。优选均布7个十字型隔板。十字型隔板的作用是加强锥形管的结构刚度和稳定锥形管的轴向压溃变形。

在一种具体的实施方式中，所述前端横梁1的管壁厚度为15～25mm，所述后端横梁2的管壁厚度为5～12mm。

在一种具体的实施方式中，所述前端横梁1和后端横梁2之间的距离为900～1200mm。

在一种具体的实施方式中，所述第一多胞纵梁6和第二多胞纵梁7均为两个胞元的薄壁方管，单个胞元的截面尺寸为70～110mm*70～110mm，第一多胞纵梁6和第二多胞纵梁7的壁厚为3～5mm。

在一种具体的实施方式中，所述边梁3的管壁厚度为2～4mm，边梁3的截面尺寸为160～200mm*80～120mm。

在一种具体的实施方式中，所述连接横梁8的管壁厚度为4～6mm，连接横梁8的截面尺寸为160～200mm*30～50mm。

在一种具体的实施方式中，所述第一带隔板纵梁4的底端截面尺寸为170～210mm*160～200mm，其顶端尺寸为70～110mm*170～210mm，锥形管和十字型隔板的壁厚为3～5mm。

在一种具体的实施方式中，所述第二带隔板纵梁5的底端截面尺寸为240～280mm*160～200mm，其顶端尺寸为140～180mm*160～200mm，锥形管和十字型隔板的壁厚为3～5mm。

列车发生碰撞时，在压溃初始阶段，结构中起吸能作用的边梁、第一多胞纵梁、第二多胞纵梁、第一带隔板纵梁、第二带隔板纵梁的端部发生压溃变形，在十字型隔板的作用下形成皱褶，前端横梁没有发生大的塑性变形，达到第一级吸能阶段。随着压溃过程的进行，前端横梁接触到连接横梁，在横梁的挤压作用下，第二多胞纵梁发生压溃变形，达到第二级吸能阶段。随着压溃过程的继续进行，多胞纵梁和带隔板锥形方管发生稳定有序的压溃变形，在隔板处形成皱褶。直到前端横梁接触到第一多胞纵梁使其发生压溃变形，达到第三级吸能阶段，压溃力达到最大值，随着压溃过程的进行，吸能结构被压实，变形吸能过程结束。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。