《一種軌道車輛前端吸能裝置》是南車青島四方機車車輛股份有限公司於2013年10月18日申請的專利，該專利的公布號為，授權公布日為CN103625502A，發明人是張永貴、馬雲雙、龔明、丁叄叄、田愛琴、王寶金、趙士忠、陳書翔、車全偉。
《一種軌道車輛前端吸能裝置》通過將主吸能結構、車鉤吸能結構、防爬吸能結構結合成一體吸能結構，大大增加了車體前端吸能裝置的吸能量，使吸能裝置能夠分步有序的變形吸能。
2018年12月20日，《一種軌道車輛前端吸能裝置》獲得第二十屆中國專利獎金獎。
（概述圖為《一種軌道車輛前端吸能裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種軌道車輛前端吸能裝置
- 公告號：CN103625502A
- 授權日：2014年3月12日
- 申請號：2013104889759
- 申請日：2013年10月18日
- 申請人：南車青島四方機車車輛股份有限公司
- 地址：山東省青島市城陽區棘洪灘鎮錦宏東路88號
- 發明人：張永貴、馬雲雙、龔明、丁叄叄、田愛琴、王寶金、趙士忠、陳書翔、車全偉
- Int. Cl.：B61F19/04(2006.01)I; B61G9/04(2006.01)I
- 代理機構：北京元中智慧財產權代理有限責任公司
- 代理人：曲艷
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著軌道車輛運行速度的不斷提高，軌道車輛所受到的氣動阻力也大大增加。為降低運行過程中的氣動阻力，改善空氣動力學性能，高速列車採用流線形、大長細比的頭形，但此種頭形的列車其車頭內部空間很小，加之需要在車頭前端安裝開閉機構等設備，碰撞吸能結構的安裝就比較困難。
在高速列車上，大多數吸能裝置只採用吸能車鉤吸能，採用防爬器防爬，但這種方式只適用於頭型寬扁、長細比小的列車。對於料墊拔大長細比尖梭形頭型的列車，車鉤吸能裝置和防爬器的安裝十分困難。
在中國的申請號為201320101269.X的專利文獻中公開了一種帶防爬吸能裝置的列車前端組成，通過在牽引梁的端部設定車鉤箱並在車鉤箱的外側面設定防爬吸能裝置，防爬吸能裝置通過安裝座與車鉤箱的外側面固定連線，其碰撞吸能過程為車鉤緩衝吸能和防爬吸能裝置變形吸能。其整體結構為扁平結構，將車鉤和防爬吸能結構通過車鉤箱連線成一體結構，但是其變形吸能的過程僅為車鉤緩衝吸能和防爬圧潰吸能，吸能量比較小，並且車鉤箱剛度很大，不易變形，對於高速列車，其吸能量很容易不能到要求。
發明內容
技術方案
為實現上述目的，《一種軌道車輛前端吸能裝置》的技術方案是：
一種軌道車輛前端吸能裝置，包括防爬吸能結構、車鉤吸能結構，所述防爬吸能結構為兩個並分別固定連線在車體前端底架上，在所述防爬吸能結構之間還設定有主吸能結構和導向結構，所述車鉤吸能結構通過車鉤座與所述主吸能結構固定連線，所述車鉤座固定連線在所述主吸能結構的前端部，所述主吸能結構和所述導向結構固定連線舉拔歡在車體前端的剛性牆上，所述導向結構在所述主吸能結構兩側與所述主吸能結構和所述車鉤吸能結構滑動連線。
進一步，所述主吸能結構包括吸能梁、前端板、後端板、支撐隔板及止擋梁，在所述前端板、後端板、支撐隔板的中間位置上設定車鉤通過口，所述吸能梁的兩端與所述前端板和後端板固定連線，所述後端板與所述車體前端的剛性牆固定連線，沿所述吸能梁縱向垂直設定多個所述支撐隔板，在所述支撐隔板的四周固定連線所述止擋梁。
進一步，所述支撐隔板的外形為長方形，在所述支撐隔板上設定與所述吸能梁的斷面外形相適配的通孔，所述吸能梁伸入所述通孔與所述支撐隔板固定連線。
進一步，所述吸能梁採用五孔型材，由四個端角管及中間的連線板組臘膠煉成，為擠壓成型的整體結構型材您再櫃謎。
進一步，在所述前端板和後端板上與每個所述吸能梁端部的四個端角管相應的位置分別開四個所述第一通孔，每個所述第一通孔的形狀和尺寸與所述吸能梁端面的四個端角孔的形狀和尺寸相適配。
進一步，在每個所述吸能梁的四個端角管之間的每個連線板的兩端分別向內凹陷形成第一誘導槽，在每個所述連線板上的相對於所述支撐隔板兩側各設定一個第二誘導槽。
進一步，所述止擋梁由三個箱形梁並列連線組成，其中兩側箱形梁與中間箱形梁之間通過螺栓連線，所述中間箱形梁與所述支撐隔板固定連線。
進一步，所述止擋梁在所述支撐隔板的四個端角處斷開，在斷開處通過箱形的連線座固定連線，所述連線座的外側的側板上固定連線第一滑塊。
進一步，所述導向結構包括中間的桁架結構和兩端的C形滑槽，所述桁架結構和所述C形滑槽固定連線，所述C形滑槽的開口面向所述主吸能結構，所述導向結構與所述主吸能結構通過所述C形滑槽和所述第一滑塊滑動連線。
進一步，所述導向結構為擠壓成型的一體結構型材。
進一步，所述車鉤吸能結構包括車鉤座和車鉤，所述車鉤座為沿車體橫向設定的長方形結構，在所述車鉤座的兩側分別設定有第二滑塊，所述車鉤座與所述導向結構之間通過所述第二滑塊與所述C形滑槽滑動連線。
進一步，在所述車鉤座的中間位置固定連線壓潰管，所述壓潰管的一端與所述車鉤座固定連線，所述壓潰管的另一端伸入至所述主吸能結構中與位於判己最前方的所述支撐隔板處。
改善效果
（1）通過將主吸能結構、車鉤吸能結構、防爬吸能結構結合成一體結構，大大雄精糠妹增加了車體前端吸能裝置的吸能量，使吸能裝置能夠分步有序的變形吸能，同時通過將主吸能結構、車鉤吸能結構和防爬吸能結構均設定在車體前端底架的位置上，節省了車體前端底架的上部空間，使車體前端開閉機構等設備的安裝空間更大，方便了車體前端吸能裝置和前端其他設備的安裝。
（2）主吸能結構的吸能梁採用五孔型材，穩定性和強度更好，吸能量更大，在吸能樑上固定主騙漿連線支撐隔板，不易產生向上或向下的較大的意外變形，使兩個吸能梁能夠協調變形，在支撐隔板四周設定止擋梁，在吸能梁變形終了時矯正兩根吸能梁的變形偏差，有利於兩根吸能梁的同步變形，另外，在吸能樑上設定誘導槽有利於吸能梁的平衡有序、可控變形。
（3）導向結構對主吸能結構和車鉤座的後退起導向作用，同時導向結構採用一體成型的型材，強度和剛度更好，有利於阻擋吸能梁的橫向意外變形，另外，導向結構起到連線主吸能結構和車體前端底架的作用。
附圖說明
圖1是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的整體結構示意圖；
圖2是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的主吸能結構示意圖；
圖3是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的吸能樑上的誘導槽位置示意圖；
圖4是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的支撐隔板與導向結構連線的示意圖；
圖5是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的車鉤座與導向結構連線的示意圖；
圖6是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的導向結構的斷面示意圖；
圖7是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的吸能動作順序一；
圖8是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的吸能動作順序二；
圖9是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的吸能動作順序三；
圖10是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的吸能動作順序四。
如圖1至圖10所示，車鉤吸能結構1，防爬吸能結構2，主吸能結構3，導向結構4，車鉤座5，剛性牆6，前端底架7，吸能梁8，前端板9，後端板10，支撐隔板11，止擋梁12，通孔13，端角管14，連線板15，第一誘導槽16，第二誘導槽16a，車鉤通過口17，車鉤18，兩側箱型梁19，中間箱型梁20，連線座21，焊接臂22，焊接臂23，連線梁24，第四加強板25，第一滑塊26，凸台26a，彈簧鋼26b，第一通孔27，墊板28，緩衝器29，桁架結構30，C形滑槽31，三角形凹槽32，第一缺陷槽33，第二缺陷槽34，吸能管35，防爬齒36，前端立板37，安裝座38，底架邊梁39，補強板40，缺口41，凸台42，加強板43，壓潰管44，座板45，筋板46，第一立板47，第二立板48，第三加強板49，滑塊安裝座50，車鉤通過口51，凹槽52，支撐板53，凸板54，凸台55，第二滑塊56。
技術領域
《一種軌道車輛前端吸能裝置》涉及一種軌道車輛前端吸能裝置，特別涉及一種能夠提高吸能量又適合大長細比、尖梭頭形軌道車輛的前端吸能裝置。
權利要求
1.防爬吸能結構為兩個並分別固定連線在車體前端底架上，在所述防爬吸能結構之間還設定有主吸能結構和導向結構，所述車鉤吸能結構通過車鉤座與所述主吸能結構固定連線，所述車鉤座固定連線在所述主吸能結構的前端部，所述主吸能結構和所述導向結構固定連線在車體前端的剛性牆上，所述導向結構在所述主吸能結構兩側與所述主吸能結構和所述車鉤吸能結構滑動連線，所述主吸能結構包括吸能梁、前端板、後端板、支撐隔板及止擋梁，在所述前端板、後端板、支撐隔板的中間位置上設定車鉤通過口，所述吸能梁的兩端與所述前端板和後端板固定連線，所述後端板與所述車體前端的剛性牆固定連線，沿所述吸能梁縱向垂直設定多個所述支撐隔板，在所述支撐隔板的四周固定連線所述止擋梁。
2.根據權利要求1所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：所述支撐隔板的外形為長方形，在所述支撐隔板上設定與所述吸能梁的斷面外形相適配的通孔，所述吸能梁伸入所述通孔與所述支撐隔板固定連線。
3.根據權利要求1所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：所述吸能梁採用五孔型材，由四個端角管及中間的連線板組成，為擠壓成型的整體結構型材。
4.根據權利要求3所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：在所述前端板和後端板上與每個所述吸能梁端部的四個端角管相應的位置分別開四個第一通孔，每個所述第一通孔的形狀和尺寸與所述吸能梁端面的四個端角孔的形狀和尺寸相適配。
5.根據權利要求3所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：在每個所述吸能梁的四個端角管之間的每個連線板的兩端分別向內凹陷形成第一誘導槽，在每個所述連線板上的相對於所述支撐隔板兩側各設定一個第二誘導槽。
6.根據權利要求1所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：所述止擋梁由三個箱形梁並列連線組成，其中兩側箱形梁與中間箱形梁之間通過螺栓連線，所述中間箱形梁與所述支撐隔板固定連線。
7.根據權利要求1所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：所述止擋梁在所述支撐隔板的四個端角處斷開，在斷開處通過箱形的連線座固定連線，所述連線座的外側的側板上固定連線第一滑塊。
8.根據權利要求7所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：所述導向結構包括中間的桁架結構和兩端的C形滑槽，所述桁架結構和所述C形滑槽固定連線，所述C形滑槽的開口面向所述主吸能結構，所述導向結構與所述主吸能結構通過所述C形滑槽和所述第一滑塊滑動連線。
9.根據權利要求8所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：所述導向結構為擠壓成型的一體結構型材。
10.根據權利要求8所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：所述車鉤吸能結構包括車鉤座和車鉤，所述車鉤座為沿車體橫向設定的長方形結構，在所述車鉤座的兩側分別設定有第二滑塊，所述車鉤座與所述導向結構之間通過所述第二滑塊與所述C形滑槽滑動連線。
11.根據權利要求10所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：在所述車鉤座的中間位置固定連線壓潰管，所述壓潰管的一端與所述車鉤座固定連線，所述壓潰管的另一端伸入至所述主吸能結構中與位於最前方的所述支撐隔板處。
實施方式
下面結合附圖與具體實施方式對《一種軌道車輛前端吸能裝置》作進一步詳細描述：
如圖1所示，一種軌道車輛前端吸能裝置，包括車鉤吸能結構1、防爬吸能結構2，主吸能結構3和導向結構4，其中，車鉤吸能結構1通過車鉤座5與主吸能結構3固定連線，主吸能結構3和導向結構4固定連線在車體前端的剛性牆6上，導向結構4在主吸能結構3的兩側與主吸能結構3和車鉤吸能結構1滑動連線，防爬吸能結構2固定在車體前端底架7上。
如圖2所示，主吸能結構3包括吸能梁8、前端板9、後端板10、支撐隔板11、止擋梁12。
如圖2至圖4所示，吸能梁8沿車體縱向（即車輛運行方向）平行設定為兩個，吸能梁8的兩端與前端板9和後端板10固定連線，後端板10與車體前端剛性牆6之間通過螺栓連線，沿吸能梁8縱向設定數個支撐隔板11，本實施例中根據車體前端尺寸，設定兩個支撐隔板11，在支撐隔板11上與吸能梁8連線的位置處相應的設定通孔13，通孔13與吸能梁8的斷面輪廓相適配，吸能梁8穿過通孔13與支撐隔板11焊接連線，此連線方式能夠使兩個吸能梁8同步變形。本實施例中從製作成本上考慮，將支撐隔板11分成上下兩個部分，上下兩部分之間焊接連線，若支撐隔板11為一體結構，則製作時對型材的擠壓要求很苛刻，不夠經濟。
吸能梁8優選採用五孔型材，五孔型材由四個端角管14和相鄰的兩個端角管14之間的連線板15連線形成，為整體擠壓成型的型材結構。選用五孔型材是由於五孔型材比單獨的圓管或方管穩定性好，不易產生徑向的較大的意外變形，另外，一次擠壓成型的型材強度也比較好，並且碰撞時，五孔型材的變形面積也比較大，吸能量更大，同時五孔型材占用的空間相對較小。
五孔型材的大小主要由車體前端空間決定，在車體前端空間允許的情況下，五孔型材的整體尺寸應儘可能大，五孔型材的截面大會更利於穩定。
五孔型材的壁厚的取值要滿足強度要求，其中首先要滿足車鉤的正常使用要求，《一種軌道車輛前端吸能裝置》滿足歐洲標準EN12663標準的要求，在滿足車鉤的使用要求的前提下，還需滿足多體動力學對主吸能結構的平台力要求，本實施例中每根五孔型材的平台力為1100KN。
如圖3所示，在每個吸能梁8上設定數個誘導槽，誘導槽的形狀可以為長圓形、圓形、半圓形、方形、棱形等，誘導槽設定在五孔型材的四個連線板15的兩端以及支撐隔板11附近的位置，其中在連線板15兩端的誘導槽為第一誘導槽16，由連線板15端部向內凹陷形成，位於支撐隔板11附近的誘導槽為第二誘導槽16a，通過仿真計算，確定了誘導槽的位置、形狀及相關尺寸，足以保證吸能梁8的有序可控變形。
誘導槽的位置不限於五孔型材的連線板15上，也可以設定在端角管14上，本實施例中將誘導槽設定在連線板15上是由於五孔型材在連線板15處的剛度最大，設定誘導槽可以降低連線板15的剛度，有利於吸能梁8的變形，具體技術人員可以根據列車的具體情況計算確定。誘導槽儘量靠近支撐隔板11能夠使變形達到支撐隔板11附近時，吸能梁8在支撐隔板11兩側的部分更易變形，從而支撐隔板11能夠比較容易向後退，使吸能梁8更易進行下一步變形，而支撐隔板11不會變形損壞。
如圖2所示，在支撐隔板11、前端板9和後端板10的中間位置處設定車鉤通過口17，用於碰撞時車鉤18後退的通道，車鉤通過口17的形狀和大小以車鉤18能夠通過為準，由於車鉤18的鉤體為圓形，因此本實施例中採用圓形車鉤通過口17。
相對於兩個支撐隔板11設定兩組止擋梁12，止擋梁12設定在支撐隔板11的四周並與支撐隔板11固定連線，止擋梁12由三個箱型梁並排連線組成，包括兩側箱型梁19和中間箱形梁20，兩者之間通過螺栓連線。設定在中間的中間箱型梁20與支撐隔板11整體擠壓成型或焊接連線在一起，止擋梁12在四個端角處斷開，在端角處通過箱形的連線座21連線，連線座21的外側的側板的位置在兩側的豎向的止擋梁12以外，避免兩側豎向的止擋梁12與導向結構4的側面接觸，從而防止在主吸能結構3後退變形時產生摩擦力阻礙主吸能結構3吸能能力的發揮。
如圖4所示，在連線座21的外側的側板固定連線有第一滑塊26，連線座21和第一滑塊26之間通過螺栓和墊片固定連線。第一滑塊26為長方體結構，在其一側向外延伸出貫穿整個第一滑塊26長度的凸台26a，在相對的另一側通過螺栓連線彈簧鋼26b，第一滑塊26的凸台26a面向主吸能結構3通過螺栓與連線座21的側板固定連線。
如圖2所示，在支撐隔板11四周設定止擋梁12，且採用了三個箱形梁組合的結構，使止擋梁12的寬度大於支撐隔板11，能夠更好的平衡矯正吸能梁8的不協調性，而且箱型梁在各種型材中的強度也比較大，因此選用此種形式的止擋梁12能夠使變形過程有序、可控。止擋梁12的型材規格的選擇應在儘量不浪費吸能行程的前提下，能夠抑制兩個吸能梁8壓縮變形的不同步，同時保證後面的五孔型材能夠可控變形，止擋梁12的壁厚滿足在止擋梁12之間碰撞接觸時止擋梁12本身不發生變形即可。
止擋梁12的三個箱型梁之間優選採用螺栓連線，以此能夠通過安裝螺栓用的墊片來調整支撐隔板11之間的平行度，有利於穩定變形吸能的過程。並且每個支撐隔板11的焊接量比較大，支撐隔板11不可避免的會產生變形，因此通過螺栓連線比較容易調整尺寸使止擋梁12之間能夠平行，有利於兩個吸能梁8變形的同步性。
在前端板9和後端板10上開第一通孔27，第一通孔27在前端板9和後端板10上與每個吸能梁8端部的四個端角管14相應的位置上分別設定四個，每個第一通孔27的形狀和尺寸與吸能梁8端面的端角管14的形狀和尺寸相適配。
在每個吸能梁8兩端分別設定一個墊板28，墊板28採用半V焊接方式與前端板9和後端板10固定連線，墊板28在其中作為永久性墊板起到改善焊接質量的作用。吸能梁8的兩端與前端板9和後端板10的外側平齊。
如圖1、4、5、6所示，導向結構4焊接在車體前端剛性牆6上，為擠壓成形的一體結構的型材，其長度為從車體前端剛性牆6一直到車鉤座5前端，其型材的結構包括中間的桁架結構30和兩端的C形滑槽31，C形滑槽31的開口面向主吸能結構3，導向結構4與主吸能結構3通過C形滑槽31和第一滑塊26滑動連線，導向結構4前端面的中間部位向後凹陷，與端面的上下兩端形成三角形凹槽32，三角形凹槽32的後端頂點向後延伸一定長度，形成長條形的第一缺陷槽33，在前端底架7前、導向結構4中部的上下兩端分別向中間部位延伸一定長度，形成第二缺陷槽34，導向結構4的三角形凹槽32和第一缺陷槽33、第二缺陷槽34的設定能夠讓導向結構4隨主吸能結構3的變形後退而撕裂變形，防止導向結構4較強的剛性阻礙主吸能結構3後退變形。
為了防止導向結構4內部進入水、灰塵等雜物，將導向結構4的三角形凹槽32、第一缺陷槽33、第二缺陷槽34的用薄金屬板蓋住密封，其中三角形凹槽32可以由薄金屬板蓋住兩個斜面密封，也可以由薄金屬板豎直連線在整個三角形凹槽32的前端部密封。導向結構4與主吸能結構3通過C形滑槽31和第一滑塊26滑動連線，當主吸能結構3受到撞擊變形時可以通過第一滑塊26與導向結構4產生相對位移，使主吸能結構3的吸能過程不會受到影響，吸能能力能夠正常發揮，當列車正常行駛時，第一滑塊26上的彈簧鋼26b可以增加主吸能結構3和導向結構4之間的摩擦力，使主吸能結構3和導向結構4之間的連線更加穩定。
如圖1所示，防爬吸能結構2由兩個吸能管35和兩組防爬齒36組成，在每個吸能管35的一端固定連線一組防爬齒36，吸能管35的另一端與車體前端底架7的前端立板37固定連線，在與此防爬吸能結構2連線的前端立板37後需要有能夠容納吸能管35後退的空間，在吸能管35與前端立板37連線的部位設定安裝座38，安裝座38通過螺栓固定在前端立板37上，在安裝座38上設定徑向的切削刀（圖中未表示），在吸能管35後退時，切削刀切削吸能管35吸收能量。碰撞時，切削刀切削吸能管35壁厚的一部分，剩下的部分後退至前端立板37後部的空間內。
為滿足歐洲標準EN15227的要求，兩個防爬吸能結構2之間的距離設定為1750mm，兩個防爬吸能結構2的中間布置主吸能結構3，主吸能結構3通過後端板10用螺栓連線在車體前端剛性牆6上，同時車鉤18伸入主吸能結構3與主吸能結構3固定連線，這樣的布置還能使整個吸能裝置的受力中心在車鉤中心線的高度上，有利於力的傳遞和主吸能裝置3的吸能效果的發揮。
與防爬吸能結構2連線的前端立板37的橫向一端與導向結構4焊接連線，另一端與底架邊梁39焊接連線，在前端立板37的後部設定水平方向的補強板40，補強板40分別在前端立板37的頂部和底部各設定一個，補強板40的前端與前端立板37焊接連線，補強板40的兩側分別與導向結構4和底架邊梁39焊接連線，在補強板40的後端設定缺口41，為螺栓連線安裝座38提供操作空間。
車鉤吸能結構1包括車鉤座5、車鉤18、壓潰管44，車鉤座5為沿車體橫向設定的長方形結構，包括座板45、筋板46、第一立板47、第二立板48、第三加強板49、滑塊安裝座50。
如圖1和圖5所示，座板45沿車體橫向豎直設定，固定連線在前端板9上，在座板45的中間位置設定車鉤通過口51，筋板46縱向固定連線在座板45的前側，第一立板47在座板45的前側兩端縱向設定並與座板45固定連線，座板45的頂部和底部分別向內凹陷形成梯形或長方形的凹槽52，在凹槽52的各個邊上固定連線水平方向的支撐板53，第二立板48固定連線在支撐板53的後側邊上，第二立板48的位置向後突出於座板45，第三加強板49固定連線在支撐板53和第二立板48之間，第三加強板49的豎向位置與沿車體橫向設定的止擋梁12的豎向位置相同，在支撐板53上與車鉤通過口51相應的位置向前延伸出凸板54，在凸板54上開有第一銷孔，滑塊安裝座50為兩頭有凸台55的長方形結構，在滑塊安裝座50的上下兩端分別向車鉤座5的中間部位延伸出加強板43，加強板43的另一端與支撐板53固定連線，滑塊安裝座50的兩個凸台55中間的部位通過螺栓連線在第一立板47外側，在滑塊安裝座50的外側設定第二滑塊56，第二滑塊56的結構與第一滑塊26相同，第二滑塊56的一側向外延伸出貫穿第二滑塊56長度的凸台42，第二滑塊56的凸台42向內與滑塊安裝座50的凸台55之間通過螺栓連線，車鉤座5與導向結構4之間通過第二滑塊56與C形滑槽31滑動連線。
滑塊安裝座50設計成兩頭有凸台55的結構是為避免碰撞時，滑塊安裝座50在凸台55之間的部分與導向結構4發生摩擦，增加車鉤座5後退的阻力。
發生碰撞時，主吸能結構3發生變形至車鉤座5與止擋梁12接觸時，第三加強板49和第二立板48能夠頂住止擋梁12，由於支撐板53和第二立板48突出於座板45後側，在吸能梁8發生變形時能夠阻擋吸能梁8的意外較大的變形。
在座板45的中間位置固定連線壓潰管44，壓潰管44穿過座板45與座板45和筋板46固定連線，壓潰管44的另一端伸入主吸能結構3中與前端板9相鄰的支撐隔板11處，在壓潰管44上對應凸板54的第一銷孔的位置上設定第二銷孔，在車鉤18上設定第三銷孔，車鉤18通過剪下銷（圖中未表示）、第一銷孔、第二銷孔、第三銷孔與車鉤座5固定連線。
由於兩個防爬吸能結構2之間的距離較大，車鉤座5的兩端又與導向結構4連線，車鉤座5的橫向長度會比較長，這樣會導致車鉤座5的剛度和強度大大降低，對車鉤18的承載能力就會降低，因此為最大限度的增強車鉤座5的剛度和強度，在座板45前側設定水平方向的筋板46，並將車鉤座5中的各個部件之間和車鉤座5與壓潰管44之間做成一體結構的鑄件，車鉤座5和壓潰管44的材質優選為鑄鋼。
車鉤18為後置圧潰式車鉤，壓潰管44設定在車鉤18的鉤身尾部，在鉤身的中部設定緩衝器29，緩衝器29與鉤身之間焊接連線或為一體結構，其中緩衝器29的外徑比壓潰管44的內徑稍大，緩衝器29的外徑大小以在加壓狀態下，能夠將緩衝器29壓入壓潰管44內使壓潰管44膨脹吸能為準。
如圖1所示，由於整個吸能裝置為扁平、細長的結構，需加強整個吸能裝置的結構以儘量降低其在正常運行和碰撞時的上下方向的振動，加強方式為在兩個導向結構4中部的第二缺陷槽34後分別設定第四加強板25，第四加強板25加強了吸能裝置和剛性牆的連線強度，並且阻止了吸能裝置的上下方向的彎折變形。為節省空間以及增加吸能裝置的穩定性，第四加強板25採用頂部短、底部長的直角梯形金屬板，其直角邊分別與車體前端剛性牆6和導向結構4的頂部焊接連線，兩個第四加強板25之間焊接兩個連線梁24以支撐第四加強板25，由於第四加強板25的頂邊較短，底邊較長，在第四加強板25的上部和靠近第四加強板25的斜邊的位置各設定一個連線梁24，由於連線梁24的位置和尺寸限制，兩個連線梁24之間垂直設定。
如圖1和圖6所示，為滿足歐洲標準的要求，可以分別將兩個導向結構4中面向底架邊梁39的側面延伸出上下兩個焊接臂22，每個焊接臂22與前端立板37後的補強板40對焊連線，同時兩個導向結構4的頂面和底面分別向上和向下延伸出兩個焊接臂23，每個導向結構4的兩個頂部的焊接臂23共同與其上部的第四加強板25對焊連線，兩個底部的焊接臂23共同與其下部的車體底架對焊連線。
本實施例中的吸能裝置的各個部件中，儘量採用重量較輕、強度較大的鋁合金材質，其中車鉤座5和壓潰管44採用鑄鋼，車鉤18、剪下銷、彈簧鋼26b採用碳鋼，其他部件均採用鋁合金材質。
發生碰撞時整個吸能裝置的變形吸能過程分為如下步驟：
第一步，如圖7和圖8所示，車鉤18接觸碰撞能量產生向後的剪力，剪力大到一定程度後車鉤18能夠剪斷剪下銷，緩衝器29受壓進入壓潰管44，壓潰管44膨脹吸收能量。
第二步，如圖9所示，若壓潰管44膨脹吸收能量結束後，碰撞能量沒有被全部消耗掉，則車鉤18通過緩衝器29向後推壓潰管44使壓潰管44後退，同時帶動車鉤座5後退，此時主吸能結構3受壓變形後退。
第三步，如圖10所示，若主吸能結構3變形結束後，碰撞能量沒有被全部消耗掉，則車鉤18受壓穿過壓潰管44繼續後退，同時防爬吸能結構2中的吸能管35後退，發生切削吸能。
本實施例中，主吸能結構3的吸能梁8採用五孔型材，穩定性和強度更好，吸能量更大，每個吸能梁8能夠承受的衝擊力達到1100KN，並且不易產生向上或向下的較大的意外變形，支撐隔板11的設定使兩個吸能梁8能夠同步變形，在支撐隔板11四周設定止擋梁12，在吸能梁8變形終了時矯正兩根吸能梁8的變形偏差，有利於吸能梁8的協調變形，另外，在吸能梁8上設定第一誘導槽16有利於吸能梁8的有序、可控變形。
導向結構4對主吸能結構3和車鉤座5的後退起導向作用，同時導向結構4採用一體結構的型材，強度和剛度更好，有利於阻擋吸能梁8的橫向意外變形，在導向結構4上設定的三角形凹槽32、第一缺陷槽33、第二缺陷槽34能夠使導向結構4隨主吸能結構3變形，不會阻礙主吸能結構3的後退。另外，導向結構4起到連線主吸能結構3和車體前端底架7的作用。
車鉤座5採用一體成型的結構，更加堅固，縱向設定的筋板46防止車鉤18的徑向變形，車鉤座5頂部的第三加強板49在車鉤座5後退至止擋梁12處時起到止擋作用，阻止車鉤座5變形和繼續後退，與車鉤座5為一體結構的壓潰管44在碰撞時膨脹吸能，通過設定滑塊安裝座50加強了滑塊和車鉤座5之間的連線強度。
導向結構4和車體前端剛性牆6之間的第四加強板25加強了吸能裝置和剛性牆6之間的連線強度，並且阻止了吸能裝置的上下方向的彎折變形，導向結構4和第四加強板25從整體上穩定了吸能裝置，防止了吸能裝置的上下方向和橫向的變形。
此車體前端吸能裝置通過將主吸能結構3、車鉤吸能結構1、防爬吸能結構2結合成一體結構，大大增加了車體前端吸能裝置的吸能量，其能夠吸收的能量達到4.6MJ左右，並且能夠使吸能裝置能夠分步有序的變形吸能，同時通過將主吸能結構3、車鉤吸能結構1和防爬吸能結構2均設定在車體前端底架7的位置上，節省了車體前端底架7的上部空間，使車體前端開閉機構等設備的安裝空間更大，方便了車體前端吸能裝置和前端其他設備的安裝。
如上所述，結合附圖所給出的方案內容，可以衍生出類似的技術方案。但凡是未脫離《一種軌道車輛前端吸能裝置》技術方案的內容，依據《一種軌道車輛前端吸能裝置》的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於《一種軌道車輛前端吸能裝置》技術方案的範圍內。
榮譽表彰
2018年12月20日，《一種軌道車輛前端吸能裝置》獲得第二十屆中國專利獎金獎。
進一步，在所述前端板和後端板上與每個所述吸能梁端部的四個端角管相應的位置分別開四個所述第一通孔，每個所述第一通孔的形狀和尺寸與所述吸能梁端面的四個端角孔的形狀和尺寸相適配。
進一步，在每個所述吸能梁的四個端角管之間的每個連線板的兩端分別向內凹陷形成第一誘導槽，在每個所述連線板上的相對於所述支撐隔板兩側各設定一個第二誘導槽。
進一步，所述止擋梁由三個箱形梁並列連線組成，其中兩側箱形梁與中間箱形梁之間通過螺栓連線，所述中間箱形梁與所述支撐隔板固定連線。
進一步，所述止擋梁在所述支撐隔板的四個端角處斷開，在斷開處通過箱形的連線座固定連線，所述連線座的外側的側板上固定連線第一滑塊。
進一步，所述導向結構包括中間的桁架結構和兩端的C形滑槽，所述桁架結構和所述C形滑槽固定連線，所述C形滑槽的開口面向所述主吸能結構，所述導向結構與所述主吸能結構通過所述C形滑槽和所述第一滑塊滑動連線。
進一步，所述導向結構為擠壓成型的一體結構型材。
進一步，所述車鉤吸能結構包括車鉤座和車鉤，所述車鉤座為沿車體橫向設定的長方形結構，在所述車鉤座的兩側分別設定有第二滑塊，所述車鉤座與所述導向結構之間通過所述第二滑塊與所述C形滑槽滑動連線。
進一步，在所述車鉤座的中間位置固定連線壓潰管，所述壓潰管的一端與所述車鉤座固定連線，所述壓潰管的另一端伸入至所述主吸能結構中與位於最前方的所述支撐隔板處。
改善效果
（1）通過將主吸能結構、車鉤吸能結構、防爬吸能結構結合成一體結構，大大增加了車體前端吸能裝置的吸能量，使吸能裝置能夠分步有序的變形吸能，同時通過將主吸能結構、車鉤吸能結構和防爬吸能結構均設定在車體前端底架的位置上，節省了車體前端底架的上部空間，使車體前端開閉機構等設備的安裝空間更大，方便了車體前端吸能裝置和前端其他設備的安裝。
（2）主吸能結構的吸能梁採用五孔型材，穩定性和強度更好，吸能量更大，在吸能樑上固定連線支撐隔板，不易產生向上或向下的較大的意外變形，使兩個吸能梁能夠協調變形，在支撐隔板四周設定止擋梁，在吸能梁變形終了時矯正兩根吸能梁的變形偏差，有利於兩根吸能梁的同步變形，另外，在吸能樑上設定誘導槽有利於吸能梁的平衡有序、可控變形。
（3）導向結構對主吸能結構和車鉤座的後退起導向作用，同時導向結構採用一體成型的型材，強度和剛度更好，有利於阻擋吸能梁的橫向意外變形，另外，導向結構起到連線主吸能結構和車體前端底架的作用。
附圖說明
圖1是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的整體結構示意圖；
圖2是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的主吸能結構示意圖；
圖3是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的吸能樑上的誘導槽位置示意圖；
圖4是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的支撐隔板與導向結構連線的示意圖；
圖5是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的車鉤座與導向結構連線的示意圖；
圖6是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的導向結構的斷面示意圖；
圖7是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的吸能動作順序一；
圖8是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的吸能動作順序二；
圖9是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的吸能動作順序三；
圖10是《一種軌道車輛前端吸能裝置》的吸能動作順序四。
如圖1至圖10所示，車鉤吸能結構1，防爬吸能結構2，主吸能結構3，導向結構4，車鉤座5，剛性牆6，前端底架7，吸能梁8，前端板9，後端板10，支撐隔板11，止擋梁12，通孔13，端角管14，連線板15，第一誘導槽16，第二誘導槽16a，車鉤通過口17，車鉤18，兩側箱型梁19，中間箱型梁20，連線座21，焊接臂22，焊接臂23，連線梁24，第四加強板25，第一滑塊26，凸台26a，彈簧鋼26b，第一通孔27，墊板28，緩衝器29，桁架結構30，C形滑槽31，三角形凹槽32，第一缺陷槽33，第二缺陷槽34，吸能管35，防爬齒36，前端立板37，安裝座38，底架邊梁39，補強板40，缺口41，凸台42，加強板43，壓潰管44，座板45，筋板46，第一立板47，第二立板48，第三加強板49，滑塊安裝座50，車鉤通過口51，凹槽52，支撐板53，凸板54，凸台55，第二滑塊56。
技術領域
《一種軌道車輛前端吸能裝置》涉及一種軌道車輛前端吸能裝置，特別涉及一種能夠提高吸能量又適合大長細比、尖梭頭形軌道車輛的前端吸能裝置。
權利要求
1.防爬吸能結構為兩個並分別固定連線在車體前端底架上，在所述防爬吸能結構之間還設定有主吸能結構和導向結構，所述車鉤吸能結構通過車鉤座與所述主吸能結構固定連線，所述車鉤座固定連線在所述主吸能結構的前端部，所述主吸能結構和所述導向結構固定連線在車體前端的剛性牆上，所述導向結構在所述主吸能結構兩側與所述主吸能結構和所述車鉤吸能結構滑動連線，所述主吸能結構包括吸能梁、前端板、後端板、支撐隔板及止擋梁，在所述前端板、後端板、支撐隔板的中間位置上設定車鉤通過口，所述吸能梁的兩端與所述前端板和後端板固定連線，所述後端板與所述車體前端的剛性牆固定連線，沿所述吸能梁縱向垂直設定多個所述支撐隔板，在所述支撐隔板的四周固定連線所述止擋梁。
2.根據權利要求1所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：所述支撐隔板的外形為長方形，在所述支撐隔板上設定與所述吸能梁的斷面外形相適配的通孔，所述吸能梁伸入所述通孔與所述支撐隔板固定連線。
3.根據權利要求1所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：所述吸能梁採用五孔型材，由四個端角管及中間的連線板組成，為擠壓成型的整體結構型材。
4.根據權利要求3所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：在所述前端板和後端板上與每個所述吸能梁端部的四個端角管相應的位置分別開四個第一通孔，每個所述第一通孔的形狀和尺寸與所述吸能梁端面的四個端角孔的形狀和尺寸相適配。
5.根據權利要求3所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：在每個所述吸能梁的四個端角管之間的每個連線板的兩端分別向內凹陷形成第一誘導槽，在每個所述連線板上的相對於所述支撐隔板兩側各設定一個第二誘導槽。
6.根據權利要求1所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：所述止擋梁由三個箱形梁並列連線組成，其中兩側箱形梁與中間箱形梁之間通過螺栓連線，所述中間箱形梁與所述支撐隔板固定連線。
7.根據權利要求1所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：所述止擋梁在所述支撐隔板的四個端角處斷開，在斷開處通過箱形的連線座固定連線，所述連線座的外側的側板上固定連線第一滑塊。
8.根據權利要求7所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：所述導向結構包括中間的桁架結構和兩端的C形滑槽，所述桁架結構和所述C形滑槽固定連線，所述C形滑槽的開口面向所述主吸能結構，所述導向結構與所述主吸能結構通過所述C形滑槽和所述第一滑塊滑動連線。
9.根據權利要求8所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：所述導向結構為擠壓成型的一體結構型材。
10.根據權利要求8所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：所述車鉤吸能結構包括車鉤座和車鉤，所述車鉤座為沿車體橫向設定的長方形結構，在所述車鉤座的兩側分別設定有第二滑塊，所述車鉤座與所述導向結構之間通過所述第二滑塊與所述C形滑槽滑動連線。
11.根據權利要求10所述的一種軌道車輛前端吸能裝置，其特徵在於：在所述車鉤座的中間位置固定連線壓潰管，所述壓潰管的一端與所述車鉤座固定連線，所述壓潰管的另一端伸入至所述主吸能結構中與位於最前方的所述支撐隔板處。
實施方式
下面結合附圖與具體實施方式對《一種軌道車輛前端吸能裝置》作進一步詳細描述：
如圖1所示，一種軌道車輛前端吸能裝置，包括車鉤吸能結構1、防爬吸能結構2，主吸能結構3和導向結構4，其中，車鉤吸能結構1通過車鉤座5與主吸能結構3固定連線，主吸能結構3和導向結構4固定連線在車體前端的剛性牆6上，導向結構4在主吸能結構3的兩側與主吸能結構3和車鉤吸能結構1滑動連線，防爬吸能結構2固定在車體前端底架7上。
如圖2所示，主吸能結構3包括吸能梁8、前端板9、後端板10、支撐隔板11、止擋梁12。
如圖2至圖4所示，吸能梁8沿車體縱向（即車輛運行方向）平行設定為兩個，吸能梁8的兩端與前端板9和後端板10固定連線，後端板10與車體前端剛性牆6之間通過螺栓連線，沿吸能梁8縱向設定數個支撐隔板11，本實施例中根據車體前端尺寸，設定兩個支撐隔板11，在支撐隔板11上與吸能梁8連線的位置處相應的設定通孔13，通孔13與吸能梁8的斷面輪廓相適配，吸能梁8穿過通孔13與支撐隔板11焊接連線，此連線方式能夠使兩個吸能梁8同步變形。本實施例中從製作成本上考慮，將支撐隔板11分成上下兩個部分，上下兩部分之間焊接連線，若支撐隔板11為一體結構，則製作時對型材的擠壓要求很苛刻，不夠經濟。
吸能梁8優選採用五孔型材，五孔型材由四個端角管14和相鄰的兩個端角管14之間的連線板15連線形成，為整體擠壓成型的型材結構。選用五孔型材是由於五孔型材比單獨的圓管或方管穩定性好，不易產生徑向的較大的意外變形，另外，一次擠壓成型的型材強度也比較好，並且碰撞時，五孔型材的變形面積也比較大，吸能量更大，同時五孔型材占用的空間相對較小。
五孔型材的大小主要由車體前端空間決定，在車體前端空間允許的情況下，五孔型材的整體尺寸應儘可能大，五孔型材的截面大會更利於穩定。
五孔型材的壁厚的取值要滿足強度要求，其中首先要滿足車鉤的正常使用要求，《一種軌道車輛前端吸能裝置》滿足歐洲標準EN12663標準的要求，在滿足車鉤的使用要求的前提下，還需滿足多體動力學對主吸能結構的平台力要求，本實施例中每根五孔型材的平台力為1100KN。
如圖3所示，在每個吸能梁8上設定數個誘導槽，誘導槽的形狀可以為長圓形、圓形、半圓形、方形、棱形等，誘導槽設定在五孔型材的四個連線板15的兩端以及支撐隔板11附近的位置，其中在連線板15兩端的誘導槽為第一誘導槽16，由連線板15端部向內凹陷形成，位於支撐隔板11附近的誘導槽為第二誘導槽16a，通過仿真計算，確定了誘導槽的位置、形狀及相關尺寸，足以保證吸能梁8的有序可控變形。
誘導槽的位置不限於五孔型材的連線板15上，也可以設定在端角管14上，本實施例中將誘導槽設定在連線板15上是由於五孔型材在連線板15處的剛度最大，設定誘導槽可以降低連線板15的剛度，有利於吸能梁8的變形，具體技術人員可以根據列車的具體情況計算確定。誘導槽儘量靠近支撐隔板11能夠使變形達到支撐隔板11附近時，吸能梁8在支撐隔板11兩側的部分更易變形，從而支撐隔板11能夠比較容易向後退，使吸能梁8更易進行下一步變形，而支撐隔板11不會變形損壞。
如圖2所示，在支撐隔板11、前端板9和後端板10的中間位置處設定車鉤通過口17，用於碰撞時車鉤18後退的通道，車鉤通過口17的形狀和大小以車鉤18能夠通過為準，由於車鉤18的鉤體為圓形，因此本實施例中採用圓形車鉤通過口17。
相對於兩個支撐隔板11設定兩組止擋梁12，止擋梁12設定在支撐隔板11的四周並與支撐隔板11固定連線，止擋梁12由三個箱型梁並排連線組成，包括兩側箱型梁19和中間箱形梁20，兩者之間通過螺栓連線。設定在中間的中間箱型梁20與支撐隔板11整體擠壓成型或焊接連線在一起，止擋梁12在四個端角處斷開，在端角處通過箱形的連線座21連線，連線座21的外側的側板的位置在兩側的豎向的止擋梁12以外，避免兩側豎向的止擋梁12與導向結構4的側面接觸，從而防止在主吸能結構3後退變形時產生摩擦力阻礙主吸能結構3吸能能力的發揮。
如圖4所示，在連線座21的外側的側板固定連線有第一滑塊26，連線座21和第一滑塊26之間通過螺栓和墊片固定連線。第一滑塊26為長方體結構，在其一側向外延伸出貫穿整個第一滑塊26長度的凸台26a，在相對的另一側通過螺栓連線彈簧鋼26b，第一滑塊26的凸台26a面向主吸能結構3通過螺栓與連線座21的側板固定連線。
如圖2所示，在支撐隔板11四周設定止擋梁12，且採用了三個箱形梁組合的結構，使止擋梁12的寬度大於支撐隔板11，能夠更好的平衡矯正吸能梁8的不協調性，而且箱型梁在各種型材中的強度也比較大，因此選用此種形式的止擋梁12能夠使變形過程有序、可控。止擋梁12的型材規格的選擇應在儘量不浪費吸能行程的前提下，能夠抑制兩個吸能梁8壓縮變形的不同步，同時保證後面的五孔型材能夠可控變形，止擋梁12的壁厚滿足在止擋梁12之間碰撞接觸時止擋梁12本身不發生變形即可。
止擋梁12的三個箱型梁之間優選採用螺栓連線，以此能夠通過安裝螺栓用的墊片來調整支撐隔板11之間的平行度，有利於穩定變形吸能的過程。並且每個支撐隔板11的焊接量比較大，支撐隔板11不可避免的會產生變形，因此通過螺栓連線比較容易調整尺寸使止擋梁12之間能夠平行，有利於兩個吸能梁8變形的同步性。
在前端板9和後端板10上開第一通孔27，第一通孔27在前端板9和後端板10上與每個吸能梁8端部的四個端角管14相應的位置上分別設定四個，每個第一通孔27的形狀和尺寸與吸能梁8端面的端角管14的形狀和尺寸相適配。
在每個吸能梁8兩端分別設定一個墊板28，墊板28採用半V焊接方式與前端板9和後端板10固定連線，墊板28在其中作為永久性墊板起到改善焊接質量的作用。吸能梁8的兩端與前端板9和後端板10的外側平齊。
如圖1、4、5、6所示，導向結構4焊接在車體前端剛性牆6上，為擠壓成形的一體結構的型材，其長度為從車體前端剛性牆6一直到車鉤座5前端，其型材的結構包括中間的桁架結構30和兩端的C形滑槽31，C形滑槽31的開口面向主吸能結構3，導向結構4與主吸能結構3通過C形滑槽31和第一滑塊26滑動連線，導向結構4前端面的中間部位向後凹陷，與端面的上下兩端形成三角形凹槽32，三角形凹槽32的後端頂點向後延伸一定長度，形成長條形的第一缺陷槽33，在前端底架7前、導向結構4中部的上下兩端分別向中間部位延伸一定長度，形成第二缺陷槽34，導向結構4的三角形凹槽32和第一缺陷槽33、第二缺陷槽34的設定能夠讓導向結構4隨主吸能結構3的變形後退而撕裂變形，防止導向結構4較強的剛性阻礙主吸能結構3後退變形。
為了防止導向結構4內部進入水、灰塵等雜物，將導向結構4的三角形凹槽32、第一缺陷槽33、第二缺陷槽34的用薄金屬板蓋住密封，其中三角形凹槽32可以由薄金屬板蓋住兩個斜面密封，也可以由薄金屬板豎直連線在整個三角形凹槽32的前端部密封。導向結構4與主吸能結構3通過C形滑槽31和第一滑塊26滑動連線，當主吸能結構3受到撞擊變形時可以通過第一滑塊26與導向結構4產生相對位移，使主吸能結構3的吸能過程不會受到影響，吸能能力能夠正常發揮，當列車正常行駛時，第一滑塊26上的彈簧鋼26b可以增加主吸能結構3和導向結構4之間的摩擦力，使主吸能結構3和導向結構4之間的連線更加穩定。
如圖1所示，防爬吸能結構2由兩個吸能管35和兩組防爬齒36組成，在每個吸能管35的一端固定連線一組防爬齒36，吸能管35的另一端與車體前端底架7的前端立板37固定連線，在與此防爬吸能結構2連線的前端立板37後需要有能夠容納吸能管35後退的空間，在吸能管35與前端立板37連線的部位設定安裝座38，安裝座38通過螺栓固定在前端立板37上，在安裝座38上設定徑向的切削刀（圖中未表示），在吸能管35後退時，切削刀切削吸能管35吸收能量。碰撞時，切削刀切削吸能管35壁厚的一部分，剩下的部分後退至前端立板37後部的空間內。
為滿足歐洲標準EN15227的要求，兩個防爬吸能結構2之間的距離設定為1750mm，兩個防爬吸能結構2的中間布置主吸能結構3，主吸能結構3通過後端板10用螺栓連線在車體前端剛性牆6上，同時車鉤18伸入主吸能結構3與主吸能結構3固定連線，這樣的布置還能使整個吸能裝置的受力中心在車鉤中心線的高度上，有利於力的傳遞和主吸能裝置3的吸能效果的發揮。
與防爬吸能結構2連線的前端立板37的橫向一端與導向結構4焊接連線，另一端與底架邊梁39焊接連線，在前端立板37的後部設定水平方向的補強板40，補強板40分別在前端立板37的頂部和底部各設定一個，補強板40的前端與前端立板37焊接連線，補強板40的兩側分別與導向結構4和底架邊梁39焊接連線，在補強板40的後端設定缺口41，為螺栓連線安裝座38提供操作空間。
車鉤吸能結構1包括車鉤座5、車鉤18、壓潰管44，車鉤座5為沿車體橫向設定的長方形結構，包括座板45、筋板46、第一立板47、第二立板48、第三加強板49、滑塊安裝座50。
如圖1和圖5所示，座板45沿車體橫向豎直設定，固定連線在前端板9上，在座板45的中間位置設定車鉤通過口51，筋板46縱向固定連線在座板45的前側，第一立板47在座板45的前側兩端縱向設定並與座板45固定連線，座板45的頂部和底部分別向內凹陷形成梯形或長方形的凹槽52，在凹槽52的各個邊上固定連線水平方向的支撐板53，第二立板48固定連線在支撐板53的後側邊上，第二立板48的位置向後突出於座板45，第三加強板49固定連線在支撐板53和第二立板48之間，第三加強板49的豎向位置與沿車體橫向設定的止擋梁12的豎向位置相同，在支撐板53上與車鉤通過口51相應的位置向前延伸出凸板54，在凸板54上開有第一銷孔，滑塊安裝座50為兩頭有凸台55的長方形結構，在滑塊安裝座50的上下兩端分別向車鉤座5的中間部位延伸出加強板43，加強板43的另一端與支撐板53固定連線，滑塊安裝座50的兩個凸台55中間的部位通過螺栓連線在第一立板47外側，在滑塊安裝座50的外側設定第二滑塊56，第二滑塊56的結構與第一滑塊26相同，第二滑塊56的一側向外延伸出貫穿第二滑塊56長度的凸台42，第二滑塊56的凸台42向內與滑塊安裝座50的凸台55之間通過螺栓連線，車鉤座5與導向結構4之間通過第二滑塊56與C形滑槽31滑動連線。
滑塊安裝座50設計成兩頭有凸台55的結構是為避免碰撞時，滑塊安裝座50在凸台55之間的部分與導向結構4發生摩擦，增加車鉤座5後退的阻力。
發生碰撞時，主吸能結構3發生變形至車鉤座5與止擋梁12接觸時，第三加強板49和第二立板48能夠頂住止擋梁12，由於支撐板53和第二立板48突出於座板45後側，在吸能梁8發生變形時能夠阻擋吸能梁8的意外較大的變形。
在座板45的中間位置固定連線壓潰管44，壓潰管44穿過座板45與座板45和筋板46固定連線，壓潰管44的另一端伸入主吸能結構3中與前端板9相鄰的支撐隔板11處，在壓潰管44上對應凸板54的第一銷孔的位置上設定第二銷孔，在車鉤18上設定第三銷孔，車鉤18通過剪下銷（圖中未表示）、第一銷孔、第二銷孔、第三銷孔與車鉤座5固定連線。
由於兩個防爬吸能結構2之間的距離較大，車鉤座5的兩端又與導向結構4連線，車鉤座5的橫向長度會比較長，這樣會導致車鉤座5的剛度和強度大大降低，對車鉤18的承載能力就會降低，因此為最大限度的增強車鉤座5的剛度和強度，在座板45前側設定水平方向的筋板46，並將車鉤座5中的各個部件之間和車鉤座5與壓潰管44之間做成一體結構的鑄件，車鉤座5和壓潰管44的材質優選為鑄鋼。
車鉤18為後置圧潰式車鉤，壓潰管44設定在車鉤18的鉤身尾部，在鉤身的中部設定緩衝器29，緩衝器29與鉤身之間焊接連線或為一體結構，其中緩衝器29的外徑比壓潰管44的內徑稍大，緩衝器29的外徑大小以在加壓狀態下，能夠將緩衝器29壓入壓潰管44內使壓潰管44膨脹吸能為準。
如圖1所示，由於整個吸能裝置為扁平、細長的結構，需加強整個吸能裝置的結構以儘量降低其在正常運行和碰撞時的上下方向的振動，加強方式為在兩個導向結構4中部的第二缺陷槽34後分別設定第四加強板25，第四加強板25加強了吸能裝置和剛性牆的連線強度，並且阻止了吸能裝置的上下方向的彎折變形。為節省空間以及增加吸能裝置的穩定性，第四加強板25採用頂部短、底部長的直角梯形金屬板，其直角邊分別與車體前端剛性牆6和導向結構4的頂部焊接連線，兩個第四加強板25之間焊接兩個連線梁24以支撐第四加強板25，由於第四加強板25的頂邊較短，底邊較長，在第四加強板25的上部和靠近第四加強板25的斜邊的位置各設定一個連線梁24，由於連線梁24的位置和尺寸限制，兩個連線梁24之間垂直設定。
如圖1和圖6所示，為滿足歐洲標準的要求，可以分別將兩個導向結構4中面向底架邊梁39的側面延伸出上下兩個焊接臂22，每個焊接臂22與前端立板37後的補強板40對焊連線，同時兩個導向結構4的頂面和底面分別向上和向下延伸出兩個焊接臂23，每個導向結構4的兩個頂部的焊接臂23共同與其上部的第四加強板25對焊連線，兩個底部的焊接臂23共同與其下部的車體底架對焊連線。
本實施例中的吸能裝置的各個部件中，儘量採用重量較輕、強度較大的鋁合金材質，其中車鉤座5和壓潰管44採用鑄鋼，車鉤18、剪下銷、彈簧鋼26b採用碳鋼，其他部件均採用鋁合金材質。
發生碰撞時整個吸能裝置的變形吸能過程分為如下步驟：
第一步，如圖7和圖8所示，車鉤18接觸碰撞能量產生向後的剪力，剪力大到一定程度後車鉤18能夠剪斷剪下銷，緩衝器29受壓進入壓潰管44，壓潰管44膨脹吸收能量。
第二步，如圖9所示，若壓潰管44膨脹吸收能量結束後，碰撞能量沒有被全部消耗掉，則車鉤18通過緩衝器29向後推壓潰管44使壓潰管44後退，同時帶動車鉤座5後退，此時主吸能結構3受壓變形後退。
第三步，如圖10所示，若主吸能結構3變形結束後，碰撞能量沒有被全部消耗掉，則車鉤18受壓穿過壓潰管44繼續後退，同時防爬吸能結構2中的吸能管35後退，發生切削吸能。
本實施例中，主吸能結構3的吸能梁8採用五孔型材，穩定性和強度更好，吸能量更大，每個吸能梁8能夠承受的衝擊力達到1100KN，並且不易產生向上或向下的較大的意外變形，支撐隔板11的設定使兩個吸能梁8能夠同步變形，在支撐隔板11四周設定止擋梁12，在吸能梁8變形終了時矯正兩根吸能梁8的變形偏差，有利於吸能梁8的協調變形，另外，在吸能梁8上設定第一誘導槽16有利於吸能梁8的有序、可控變形。
導向結構4對主吸能結構3和車鉤座5的後退起導向作用，同時導向結構4採用一體結構的型材，強度和剛度更好，有利於阻擋吸能梁8的橫向意外變形，在導向結構4上設定的三角形凹槽32、第一缺陷槽33、第二缺陷槽34能夠使導向結構4隨主吸能結構3變形，不會阻礙主吸能結構3的後退。另外，導向結構4起到連線主吸能結構3和車體前端底架7的作用。
車鉤座5採用一體成型的結構，更加堅固，縱向設定的筋板46防止車鉤18的徑向變形，車鉤座5頂部的第三加強板49在車鉤座5後退至止擋梁12處時起到止擋作用，阻止車鉤座5變形和繼續後退，與車鉤座5為一體結構的壓潰管44在碰撞時膨脹吸能，通過設定滑塊安裝座50加強了滑塊和車鉤座5之間的連線強度。
導向結構4和車體前端剛性牆6之間的第四加強板25加強了吸能裝置和剛性牆6之間的連線強度，並且阻止了吸能裝置的上下方向的彎折變形，導向結構4和第四加強板25從整體上穩定了吸能裝置，防止了吸能裝置的上下方向和橫向的變形。
此車體前端吸能裝置通過將主吸能結構3、車鉤吸能結構1、防爬吸能結構2結合成一體結構，大大增加了車體前端吸能裝置的吸能量，其能夠吸收的能量達到4.6MJ左右，並且能夠使吸能裝置能夠分步有序的變形吸能，同時通過將主吸能結構3、車鉤吸能結構1和防爬吸能結構2均設定在車體前端底架7的位置上，節省了車體前端底架7的上部空間，使車體前端開閉機構等設備的安裝空間更大，方便了車體前端吸能裝置和前端其他設備的安裝。
如上所述，結合附圖所給出的方案內容，可以衍生出類似的技術方案。但凡是未脫離《一種軌道車輛前端吸能裝置》技術方案的內容，依據《一種軌道車輛前端吸能裝置》的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於《一種軌道車輛前端吸能裝置》技術方案的範圍內。
榮譽表彰
2018年12月20日，《一種軌道車輛前端吸能裝置》獲得第二十屆中國專利獎金獎。
