技术领域
[0001] 本
发明属于轨道列车安全保护技术领域，尤其涉及到一种列车碰撞防护方法及列车碰撞防护系统。
背景技术
[0002] 随着列车运行速度的不断提高，对列车耐撞性的要求也越来越高。对轨道车辆进行耐撞性结构设计时，由于其端部
变形空间有限，在不影响车辆运行性能和外形美观的前提下，需充分考虑列车端部纵向
刚度匹配和现有车体的外观尺寸，以满足其碰撞安全性的要求，这很大程度上制约了所设计的吸能结构的外形尺寸，影响了吸能结构的吸
能量和吸能效率。
[0003] 现有列车耐撞性的设计在世界范围内形成“车钩压溃管(车钩吸能结构)—防爬吸能结构—车体吸能结构(车辆变形吸能结构)”的多级能量吸收系统。逐级能量吸收设计是为了在列车发生碰撞事故，比如列车撞击障碍物、追尾或是两辆列车发生
正面碰撞时起作用。如图15和图17所示，现有的碰撞防护系统中，都是车钩最开始
接触障碍物或被撞列车，车钩压溃管变形(如管材被压扁)，接着防爬吸能结构发生塑性变形吸收部分撞击
动能，最后开始压溃车体可变形区域，使得车体吸能结构(车辆变形吸能结构)产生作用，耗散列车剩余的撞击动能，最大限度保证载人室(司机室及客室)乘员
生存空间的完整性。
[0004] 如上所述的碰撞防护系统(列车多级能量吸收系统)尽管在碰撞过程中能发挥很好的作用，但由于列车正常运行时均需使用其端部的车钩与其它列车连挂，而吸能结构均需要设置在车钩内侧(更靠近车体的一侧)，在列车端部空间有限的情况下，吸能结构只能部分吸收碰撞动能，在列车速度较高动能较大的情况下往往列车载人室会受到一定的破坏。因此，上述列车多级能量吸收系统还难以达到对乘员和司乘人员的完全保护。
[0005] 因此，本领域需要提供一种新的列车碰撞防护方法和列车碰撞防护系统，利用车辆端部有限的变形空间，提升整个吸能结构的吸能量和吸能效率，从而在列车碰撞事故中对人员和财产起到更好的保护效果。本
申请的
发明人于在先申请CN201510666711.7中提供一种伸缩式轨道车辆碰撞吸能装置，由单独作用的两套机构组成，分别安装在车辆端部的两侧，每套由防爬齿、吸能圆管、
拉环、刀具、刀具固定
块、安装座、刀具座、导向筒、双作用式
气缸、底座、
螺栓、扭
力弹簧、销、
定位槽、双作用式电磁
阀、
控制器、储气罐组成；吸能装置在非工作状态时，双作用式气缸为拉力状态，拉动吸能圆管缩在导向筒内部，刀具压在吸能圆管的外壁上，在列车发生碰撞前，双作用式气缸在高压空气作用下推动吸能圆管向外弹出，刀具在弹簧力的作用下压在吸能圆管的定位槽上，当吸能圆管受到外力向导向筒内退缩时，刀具切削吸能结构吸收能量。若吸能圆管伸出后若没有受到撞击作用，可以通过拉动刀具或者采用刀具下的气缸顶起刀头使吸能圆管和刀具分离，双作用式气缸拉动吸能圆管到导向筒内部。
[0006] 该装置可应用于列车碰撞防护系统中，但其中并未涉及改变上述“多级能量吸收系统”中先后由车钩吸能结构、防爬吸能结构和车辆变形吸能结构作用的方式，因而该发明中仍然不能彻底地解决载人室的碰撞安全问题。且该装置中涉及的吸能管为切削式吸能管，该结构具有吸能比小、有效行程短、变形受
载荷条件影响大等特点。此外，在不同的碰撞条件下，该结构的吸能特性呈现出很大的差异，容易导致车辆在碰撞过程中的不可控损坏。另外，该发明中吸能圆管伸出后若没有受到撞击作用，则需要通过拉动刀具或者采用刀具下的气缸顶起刀头使吸能圆管和刀具分离，双作用式气缸拉动吸能圆管到导向筒内部，也即该方案中的吸能管不能一键控制而由气缸方便地将吸能管收回到车体内部。
发明内容
[0007] 为至少部分克服背景技术中提到的不足和
缺陷，本发明首先提供一种列车碰撞防护方法，所述方法包括在列车长度方向的端部设置车钩吸能结构(30)、防爬吸能结构(60)、车辆变形吸能结构(80)和伸缩驱动结构(90)，所述防爬吸能结构(60)包括吸能管(2)及连接在其端部的防爬齿(601)，所述吸能管(2)与伸缩驱动结构固定连接，在仪器或人力识别到列车碰撞危险
信号后伸缩驱动结构主动将所述吸能管(2)和防爬齿(601)推出至远离车体的
位置，且吸能管向前完全伸出时其前端的防爬齿(601)比车钩吸能结构(30)中的车钩(301)位于更加靠前的位置，使得列车碰撞时防爬齿最先
啮合因而防爬吸能结构(60)最先吸能，之后车钩对接因而车钩吸能结构(30)吸能，最后由车辆变形吸能结构(80)可选择地吸能，所述吸能管(2)在伸缩驱动结构带动其向后完全缩回时其前端的防爬齿(601)比车钩(301)位置更靠后即更靠近车体。
[0008] 本发明还相应提供一种列车碰撞防护系统，所述列车碰撞防护系统包括车钩吸能结构(30)、防爬吸能结构(60)、车辆变形吸能结构(80)和伸缩驱动结构(90)，所述防爬吸能结构(60)包括吸能管(2)及连接在其端部的防爬齿(601)，所述吸能管(2)与伸缩驱动结构固定连接使得伸缩驱动结构带动吸能管向前完全伸出时其前端的防爬齿(601)比车钩吸能结构(30)中的车钩(301)位于更加靠前的位置，使得列车碰撞时防爬齿最先啮合因而防爬吸能结构(60)最先吸能，之后车钩对接因而车钩吸能结构(30)吸能，最后由车辆变形吸能结构(80)可选择地吸能，所述吸能管(2)在伸缩驱动结构带动其向后完全缩回时其前端的防爬齿(601)比车钩(301)位置更靠后即更靠近车体。
[0009] 在一种具体的实施方式中，所述系统还包括碰撞识别装置，所述碰撞识别装置用于在识别到列车碰撞危险信号后指令伸缩驱动结构主动将所述吸能管(2)和防爬齿(601)推出至远离车体的位置；优选在列车碰撞前吸能管向前完全伸出时其前端的防爬齿(601)比车钩(301)靠前0.2～1m。
[0010] 在一种具体的实施方式中，所述吸能管(2)为
挤压式吸能管，且所述防爬吸能结构(60)包括设置于车体长度方向前端或后端的防爬齿(601)、用于直接或间接设置防爬齿(601)的
挡板(1)、连接在挡板(1)上的吸能管(2)、与车体固定连接的基盖(3)和
基座(7)、用于提供弹性力的弹簧(4)、以及控制吸能管(2)及时伸出车体外的伸缩驱动结构，所述吸能管(2)的内径在轴向各处保持一致且其包括与挡板(1)连接的外径较大的大径端(22)以及远离挡板(1)的外径逐步变小的圆台结构(21)，所述基座(7)包括轴向设置在车体长度方向上的内通孔，所述内通孔包括轴向上靠近挡板(1)的大孔端(72)以及远离挡板(1)的小孔端(71)；吸能管(2)设置在基座(7)的内通孔以及基盖(3)的内通孔中，且径向上在基座(7)和吸能管(2)之间还设置有两块以上限位套(5)，所述弹簧用于辅助所述限位套(5)在基座(7)的内通孔中的移动；在吸能管(2)伸出车体外且各块限位套间径向压紧或径向间隙最小后所得的过孔(54)直径最小处比吸能管大径端(22)的外径最大值小2～40mm，使得轨道车辆碰撞后所述吸能管(2)整体向所述过孔处运动且从过孔中挤出以吸收碰撞能量。
[0011] 在一种具体的实施方式中，所述弹簧(4)的数量与限位套(5)数量一致，且弹簧(4)均平行于吸能管(2)设置，弹簧的两端分别抵设在限位套(5)和基盖(3)上。
[0012] 在一种具体的实施方式中，多块限位套(5)的径向外侧设置有环状凹槽(51)，且定位环(6)设置在所述环状凹槽(51)中使得多块限位套(5)在轴向上同步运动。
[0013] 在一种具体的实施方式中，所述基座(7)的内通孔中设置有轴向台阶(73)，相应在每块限位套(5)上设置有轴向挡块(52)使得所述限位套(5)在轴向上卡设在基座(7)内。
[0014] 在一种具体的实施方式中，所述限位套(5)的数量为3～6块，且多块限位套(5)均匀分布在吸能管(2)径向外侧；所述伸缩驱动结构为含
活塞杆的气缸或
液压缸，或所述伸缩驱动结构为
电机驱动设备。
[0015] 在一种具体的实施方式中，多块限位套(5)的径向外侧设置有环状凹槽(51)，且定位环(6)设置在所述环状凹槽(51)中使得多块限位套(5)在轴向上同步运动；所述基座(7)上还设置有两个以上均与吸能管轴向垂直的销轴插孔(74)，所述销轴插孔(74)中设置有销轴(12)且销轴(12)的一端抵设在环状凹槽(51)内或定位环(6)上，销轴(12)的另一端与
连接杆(11)的一端固定连接，且连接杆(11)的另一端固定设置在伸缩驱动结构的安装座上；所述销轴插孔(74)在吸能管轴向上的孔宽大于所述销轴在吸能管轴向上的尺寸，使得连接杆(11)和销轴(12)可带动多块限位套(5)在轴向上同步运动。
[0016] 在一种具体的实施方式中，其特征在于，所述弹簧(4)的数量为限位套(5)数量的两倍，且弹簧(4)均设置在吸能管(2)的径向平面上，弹簧的两端分别抵设在两块相邻限位套(5)的侧面上；优选所述销轴插孔(74)在吸能管轴向上的孔宽为销轴在吸能管轴向上的尺寸的3～10倍。
[0017] 在一种具体的实施方式中，所述过孔直径最小处比吸能管大径端(22)的外径最大值小6～20mm。
[0018] 在一种具体的实施方式中，所述吸能管(2)总长为100～1500mm，大径端(22)外径为30～300mm，且大径端(22)壁厚为2～30mm。
[0019] 在一种具体的实施方式中，所述吸能管(2)总长为500～1000mm，大径端外径为100～200mm，且大径端壁厚为10～20mm。
[0020] 在一种具体的实施方式中，所述吸能管(2)为金属管，所述基座(7)为材质强度大于吸能管用金属的金属基座；所述伸缩驱动结构为包含
活塞杆的汽缸或液压缸，或所述伸缩驱动结构为电机驱动设备。
[0021] 在一种具体的实施方式中，碰撞前，轴向上所述吸能管(2)与限位套(5)和基盖(3)形成一处或多处的
过盈配合、过渡配合或间隙配合，且吸能管与限位套(5)和基盖(3)的配合长度为吸能管(2)管长的1/10以上。
[0022] 有益效果：
[0023] 1)本发明提供的列车碰撞防护方法中不再采用先后由车钩吸能结构、防爬吸能结构和车辆变形吸能结构作用的方式，而是先使得防爬吸能结构产生作用，本发明提供的列车碰撞防护系统中的吸能管的长度不再受限于车钩位置，因而可以大幅延长吸能管的长度，使得防爬吸能结构吸收的能量相比
现有技术可以大幅提高，发生碰撞时能耗散更多的碰撞动能，显著提升列车的安全性。在本发明提供的列车碰撞防护方法和系统中，在车钩吸能结构和防爬吸能结构吸收的总能量中，车钩吸能结构吸收的能量可在1％以下，甚至可忽略，而防爬吸能结构吸收的能量可在99％以上。
[0024] 2)本发明中使用一定结构的挤压式吸能管，该挤压式吸能管使得本发明中的防爬吸能结构吸能比大、有效行程长、变形受载荷条件影响小，且不同碰撞条件下的吸能特性稳定。
[0025] 3)本发明中含特别设计的挤压式吸能管的防爬吸能结构，在针对吸能结构的误触发情况(吸能管伸出但列车未碰撞)时，伸缩驱动结构可驱动吸能管直接一键控制而方便地收回到车体内部，保证车辆之间能够通过车钩正常连挂。
附图说明
[0026] 图1为吸能装置在列车正常工作时(吸能管收缩)的立体结构示意图，
[0027] 图2为图1所示结构的主视图，
[0028] 图3为图2所示结构的A-A截面剖视图，
[0029] 图4为图2所示结构的B-B截面剖视图，
[0030] 图5为吸能装置在碰撞发生前(吸能管伸出时)的立体结构示意图，
[0031] 图6为图5所示结构的主视图，
[0032] 图7为图6所示结构的A-A截面剖视图，
[0033] 图8为图6所示结构的B-B截面剖视图，
[0034] 图9为限位套的立体结构示意图。
[0035] 图10为本发明第二吸能装置在列车正常工作时(吸能管收缩)的立体结构示意图，[0036] 图11为图10所示结构的A-A截面剖视图，
[0037] 图12为图10所示结构的B-B截面剖视图，
[0038] 图13为本发明第二吸能装置在碰撞发生前(吸能管伸出时)的立体结构示意图，[0039] 图14为图10所示结构中限位套的立体结构示意图；
[0040] 图15是本发明中列车正常运行状态即吸能管伸出之前的列车碰撞防护系统结构图，也是现有技术中的列车碰撞防护系统结构图，
[0041] 图16是本发明中识别到列车碰撞危险信号后吸能管伸出之后且在碰撞前的列车碰撞防护系统结构图，
[0042] 图17是现有技术中碰撞防护系统的撞击特性曲线图，
[0043] 图18是本发明中碰撞防护系统的撞击特性曲线图。
[0044] 图中：1、挡板，2、吸能管，3、基盖，4、弹簧，5、限位套，6、定位环，7、基座，8、活塞杆，9、
气缸体，10、气缸座，11、连接杆，12、销轴；
[0045] 21、圆台结构，22、大径端，51、环状凹槽，52、轴向挡块，53、径向
盲孔，54、过孔，71、小孔端，72、大孔端，73、轴向台阶，74、销轴插孔。
[0046] 30、车钩吸能结构，301、车钩，30a、车钩缓冲结构，30b，车钩剪切结构，60、防爬吸能结构，601、防爬齿，80、车辆变形吸能结构，90、伸缩驱动结构，99、载人室。
具体实施方式
[0047] 结合使用一定强度的
铝合金(低强度
铝合金)或低
碳钢作为吸能管，该结构的吸能管可使得吸能管碰撞后从过孔54处变形挤出，从而最大限度地吸收碰撞产生的能量。本领域技术人员可知地，所述过盈配合、过渡配合或间歇配合的偏差为0.01mm级，而本发明中采用吸能管外径变形的挤出(挤压)运动来实现碰撞吸能，其吸能量与因过盈配合产生的摩擦而产生的吸能量相比差别巨大，因此，本发明中使用该装置即可实现碰撞吸能过程，而无需另外增设其它任何形式的吸能结构。
[0048] 优选地，所述吸能管2总长为500～1000mm，大径端外径为100～200mm，且大径端壁厚为10～20mm。本发明中，吸能管整体保持一定的厚度以上(如大径端的壁厚为10mm以上，同时小径端的壁厚为5mm以上)可以使得碰撞后吸能管不易弯曲，且吸能量大。碰撞后的吸能管从过孔54处伸出基座，且吸能管在碰撞后缩减成外径较碰撞前更小的管，其形状大致依然是规则的直圆管。
[0049] 在一种具体的实施方式中，所述吸能管2为金属管，所述基座3为材质强度大于吸能管用金属的金属基座。在一种具体的实施方式中，所述吸能管为
铁管或铝管，具体为强度和硬度较小的管件，而所述基座为铝材或
不锈钢，具体为强度和硬度远大于吸能管所用材料的金属件。
[0051] 图1～9为本发明实施例1的吸能装置结构，其中图1～4为列车正常运行时吸能管收缩在车体内的状态，图5～8为碰撞事故发生前吸能管已经伸出车体外吸能装置的结构图。碰撞事故发生后，所述吸能管会从如图7所示的四块限位套5共同形成的内部过孔54中挤出，具体是图7中吸能管从右至左挤出，碰撞挤出后的吸能管内径变小而吸能。
[0052] 具体地，如图1～4所示，在列车正常运行的情况下，吸能管2在气缸活塞杆8的拉力作用下，收缩在车体内部，四块限位套在弹簧的压力作用下，紧紧压在基座7内表面和吸能管2的外表面之间，四块限位套轴向中部的径向外侧设置有环状凹槽51，环状凹槽51内装有定位环6，保证四块限位套能在轴向上同步运动。如图5～8所示，在列车发生碰撞事故之前，例如在位移感应器的感应下(预测将有事故发生)，吸能管2在气缸活塞杆8的推力作用下，伸出到车体外部，由于吸能管轴向靠近车体的一端为圆台结构21，待吸能管的圆台结构21与基座一端在轴向平齐时，四块限位套5在弹簧4的弹性力作用下向基座的小孔端71移动，紧紧压在基座内表面和吸能管的外表面之间，定位环保证四块限位套同步移动。
[0053] 如图4和图8所示，结合图3和图7，该装置中的限位套在径向上也是可以活动的，由四块组成，每一块限位套外表面与基座内表面配合，在弹簧的弹性伸
张力作用下沿着基座内表面向小孔端滑动，定位环保证四块限位套能够同时滑动，弹簧在吸能管伸出车体前始终处于压缩状态。如图8所示，待吸能管伸出后，限位套在弹簧的作用下与基座内表面配合，四块限位套之间没有间隙，与吸能管紧密配合。
[0054] 实施例2
[0055] 图10～14为本发明实施例2的吸能装置结构，其中图10～12为列车正常运行时吸能管收缩在车体内的状态，图13为碰撞事故发生前吸能管已经伸出车体外吸能装置的结构图。碰撞事故发生后，所述吸能管会从如图13所示的四块限位套5共同形成的内部过孔54中挤出，具体是图13中吸能管从右至左挤出，碰撞挤出后的吸能管内径缩减而吸能。
[0056] 具体地，图10所示为限位套5可自动伸缩式吸能装置结构示意图，定位环6与活动销轴12连接，销轴压紧定位环，销轴12安装在连接杆11上，连接杆11另一端与气缸座相连，气缸座可小位移活动，四块限位套之间通过径向上的弹簧两两连接。如图11所示，碰撞前吸能管收缩在基座内，限位套在弹簧的作用下胀开，如图12所示，胀开后的各块限位套5之间形成一定的间隙。如图13所示，吸能管在气缸的作用下伸出车体外，气缸座向后移动，通过连接杆11拉动销轴12及定位环6轴向移动，在定位环移动的作用下，四块限位套5同步向基座7的小孔端71移动，待吸能管伸出后，限位套在定位环的作用下与基座内通孔配合，四块限位套之间不再有间隙，与吸能管紧密配合。在图10～13所示方案中，在弹簧的张力下(每两块限位套在径向间隙间设置有两根弹簧，两根弹簧轴向上一前一后，如图11和图12的四个圆圈所示，每根弹簧的两端均设置在相邻两块限位套的径向盲孔53中)四块限位套在径向上撑开呈间隙状，整个限位套此时并未
锁紧吸能管。在汽缸强大的作用力的作用下，各弹簧间挤紧且限位套均位于基座内的小孔端(图11和13中基座的最左侧)，此时限位套将吸能管锁紧而有利于吸能管从限位套内各块限位套间径向压紧后所得的内孔直径最小处挤出。
[0057] 实施例3
[0058] 本发明中，当列车正常运行时，列车碰撞防护系统的结构为如图15所示结构，吸能管端部的防爬齿与车钩相比位于更靠近车体(载人室)的位置。在仪器或人力识别到列车碰撞危险信号后伸缩驱动结构主动将吸能管和防爬齿推出至远离车体的位置，在吸能管被推出后所述列车碰撞防护系统的结构为如图16所示结构，此时吸能管端部的防爬齿与车钩相比位于远离车体的位置。例如所述车钩伸出车体前0.5m，而此时的防爬齿伸出车体前1m。在列车碰撞时，所述防爬吸能结构最先起作用，且该结构吸能持续时间长，可待车钩吸能结构已经停止起作用后的一段行程，防爬吸能结构才完全停止吸能。
[0059] 本发明中，可以采用手动或自动触发的方式启动所述伸缩驱动结构而将吸能管推出，手动触发模式为司机操纵，当司机预判列车将会撞击到障碍物时，启动所述伸缩驱动结构。当采用自动触发模式时，装在列车上的
传感器会根据判别准则自动提示司机操作，当司机没有操作时，机构将自动触发启动所述伸缩驱动结构。
[0060] 图17和图18中分别给出了现有技术和本发明中的碰撞防护系统的撞击特性曲线图。由这两幅图的比较可知，因为本发明中吸能管的长度不再受到任何限制，且吸能管长度明显长于现有技术使得其伸出后其端部的防爬齿比车钩更远离车体，使得本发明中的吸能量远大于现有技术，从而实现碰撞过程中更大冲击动能的吸收。
[0061] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
