[发明专利]碰撞能量吸收装置及具备该装置的轨道车辆

说明书

技术领域

本发明特别涉及一种适用于像铁道车辆和单轨车辆这样的轨道车辆、为了缓和与障碍物等碰撞时的冲击而具备的碰撞能量吸收装置及具备该装置的轨道车辆。

背景技术

以铁道车辆为代表的轨道车辆中，有在运行中与意料外的物体发生碰撞的可能性。若以铁道车辆为例列举过去的碰撞事例，则作为意料外地碰撞的物体，从道路车辆、树木和铁道车辆等大型物，到石头、雪块和相向车辆的部件这些小型物，其种类繁多。

在此，考察铁道车辆与大物体碰撞的情况。与大的物体碰撞时，由于与该物体碰撞而对铁道车辆作用大的冲击。存在一种观点是在这种碰撞中为了保护铁道车辆上搭乘的乘务员·乘客，而通过使铁道车辆的结构物局部积极地变形从而吸收碰撞能量。即，这种观点是在铁道车辆的结构物中，分开设置以搭乘乘务员·乘客且与物体碰撞时铁道车辆的结构物不会被压溃为目的的空间(以后，称为“生存区(survival zone)”)和与物体碰撞时使铁道车辆的结构物积极地变形吸收碰撞能量的空间(以后，称为“压缩区(crushable zone)”)。

接下来，考察铁道车辆与小物体碰撞的情况。即，是相向列车由于行驶风而卷起的石头、雪块、相向车辆的部件等碰撞上前头部前面的情况等。像这种与小型飞来物碰撞的情况，由于车辆方相对于飞来物具有绝对大的质量，因此在车体上不会作用大的冲击。可是，考虑有飞来物贯通车辆结构、对搭乘的驾驶员和乘客造成伤害的可能性。为此，关于与小的飞来物碰撞，不是如上所述吸收能量，而是采用在搭乘驾驶员的空间的车辆端部侧配置坚固的结构物、防止飞来物侵入的结构。将这种以保护搭乘的驾驶 员生命为目的、以使飞来物不会侵入到驾驶室内而配置的防御板称为飞来物防御板。

铁道车辆的车体，由底架、两个侧构架、屋顶构架及两个端构架构成。在上述底架上，安装有中梁和侧梁，具有坚固的刚性。在底架下部，安装有布线和管道等。在轨道车辆、特别是编组的铁道车辆中，由于将多个车辆连结，因此，碰撞时还必须考虑编组车辆内车体和车体的碰撞。铁道车辆的底架制作坚固。从而，由于位于编组车辆的前头或后尾的车辆(以下，包括两种情况，叫做“前头车辆”)的碰撞，而使编组车辆内的车体彼此碰撞时，底架彼此发生碰撞。即使底架彼此碰撞，也由于底架坚固而不会压溃，无法缓和冲击。

为此，提出了一种不仅前头车辆、就连编组车辆所连结的各车辆彼此间也具备碰撞能量吸收装置的铁道车辆。上述碰撞能量吸收装置，是通过引起压曲而吸收碰撞能量、缓和碰撞对乘客造成的影响的装置。关于前头车辆，提出了一种在其前头部设置上述碰撞能量吸收装置、利用其变形吸收碰撞时产生的冲击能量的铁道车辆的结构(专利文献1)。该碰撞能量吸收装置(缓和装置)，由相对于冲击力的作用方向垂直的面内具有三角形的元件和蜂窝面板等构成。上述缓和装置，相对于冲击力的作用方向并列或沿着冲击力的作用方向配置多个。

本申请人提出了具备利用压曲变形吸收碰撞时冲击的冲击缓和机构的轨道车辆(专利文献2)。上述冲击缓和机构，具有将并联的二块板材用桁架连结的四角筒状截面形状，由所谓的双层壳的中空型材形成，轴向具有规定的长度尺寸。

还提出，在上述轨道车辆的至少底架中，作为构成车体纵向两端的构件的材料，由比底架的纵向中央侧的构件的材料柔软的材料构成。在该轨道车辆中，几乎没有改变车体的形状，而在突然的车辆碰撞事故等中也尽可能地减少·缓和碰撞对乘客·乘务员的影响，谋求安全性的改善。

另外，本申请人注意了具有四角筒状形式的冲击吸收结构体的角部的刚性比其他部分过高的情况。并且，在上述冲击吸收结构体的四角筒状的角部，改良为不在棱线附近设置桁架的结构。提出了通过使冲击吸收结构体的角部的刚性比其他部分下降，而降低碰撞时的峰值负载、改善冲击吸 收特性(专利文献3)。

另外，本申请人提出一种经由焊接等接合四块板材而具有如上所述的四角筒状形式的冲击吸收结构体(专利文献4)。上述冲击吸收结构体，形成在四角筒状的内部空间内纵向隔开间隔地焊接、安装多块加强用板材的结构。上述冲击吸收结构体通过压曲而吸收冲击。当四角筒状的上述冲击吸收结构体压曲而吸收冲击时，加强用板材防止随着过大变形而产生的压曲、谋求能量吸收特性的改善。

还有，本申请人提出一种将四块铝合金制中空型材经由使用相同添加材料的焊接等在成为角部的部分进行接合而具有四角筒状截面的冲击吸收结构体(专利文献5)。各中空型材中，外板和内板用桁架结合。中空型材和焊接部由相同铝合金材料形成，因此，冲击时各部均匀地压缩变形，从而，谋求冲击吸收特性的改善。