專利名稱：鐵道車輛的沖擊能量吸收體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)置于鐵道車輛的車身的前部，由來自于前方的負(fù)荷壓壞而吸收沖擊能量的沖擊能量吸收體。
背景技術(shù)：
以往，已知安裝于鐵道車輛的車身底架的前部，吸收障礙物沖撞時的沖擊能量的能量吸收構(gòu)件(例如，參照日本特開2002-286066號公報)。像這樣的能量吸收構(gòu)件一般由中空的柱狀構(gòu)件構(gòu)成，并且配置為使其軸線方向與車身前后方向一致。借助于此，在障礙物沖撞時，能量吸收構(gòu)件在軸線方向上以蛇腹?fàn)钏苄宰冃味諞_擊能量，從而緩和傳遞至車身的沖擊。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題:
然而，行駛相同線路的各鐵道車輛設(shè)計成其底架的高度達(dá)到大致相同的高度，但是因支持車身的轉(zhuǎn)向架的彈簧系統(tǒng)的位移，而行駛中的各車輛的底架的高度根據(jù)行駛狀態(tài)等而可能改變。此時，在鐵道車輛相互正面沖撞時，因其車輛之間底架的高度不同，而存在彼此的能量吸收構(gòu)件的高度在上下方向(垂直方向)上偏置數(shù)IOmm左右的可能性。當(dāng)發(fā)生這樣的沖撞時，相互沖撞的能量吸收構(gòu)件在變形中向俯仰方向傾斜等，從而能量吸收性能可能下降。(另外，以下將伴隨著上下方向的偏置的正面沖撞稱為“上下偏置沖撞”。);
為了提高能量吸收性能，也可以考慮設(shè)置上下尺寸大的能量吸收構(gòu)件，但是即使簡單地增大能量吸收構(gòu)件的上下尺寸，在上下偏置沖撞時在上下方向上偏離中心的負(fù)荷施加于能量吸收構(gòu)件上，以此能量吸收構(gòu)件可能傾斜變形，因此也不能進(jìn)行穩(wěn)定的能量吸收。又，根據(jù)上下尺寸大的能量吸收構(gòu)件，在沖撞時的初期負(fù)荷的增大使傳遞至車身的沖擊增大，因此需要加固車身，從而增大車身重量。因此，本發(fā)明的目的是在上下偏置沖撞時，不會增大車身重量而能夠進(jìn)行穩(wěn)定的沖擊能量吸收。解決問題的手段:
根據(jù)本發(fā)明的鐵道車輛的沖擊能量吸收體是設(shè)置于鐵道車輛的車身的前部，由來自于前方的負(fù)荷壓壞而吸收沖擊能量的沖擊能量吸收體；具備在前后方向上延伸的主吸收部；和分別設(shè)置在所述主吸收部的上下位置的一對副吸收部；所述一對副吸收部分別借由在前后方向上延伸的預(yù)定斷裂部(breakable portion)與所述主吸收部設(shè)置為一體。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，障礙物相對于沖擊能量吸收體以向上側(cè)偏置的狀態(tài)沖撞，以此障礙物不與下側(cè)的副吸收部沖撞而與主吸收部及上側(cè)的副吸收部沖撞的情況下，主吸收部和下側(cè)的副吸收部之間的部分在預(yù)定斷裂部上斷裂的同時主吸收部及上側(cè)的副吸收部可能壓壞。此時，在該沖撞現(xiàn)象中壓壞的沖擊能量吸收體的高度方向的中心從力學(xué)上考慮時可以看作是將(除去下側(cè)的副吸收部)主吸收部及上側(cè)的副吸收部的兩者相加的部分的高度方向的中心。因此,與整個沖擊能量吸收體和障礙物在上下方向的偏置量(偏移量)相比可以降低力學(xué)上的上下偏置量，并且能夠抑制在上下偏置沖撞時的沖擊能量吸收體的傾斜變形等。其結(jié)果是，即使在上下偏置沖撞時，也不會增大車身重量而能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的能量吸收。另外，在障礙物相對于沖擊能量吸收體以向下側(cè)偏移的狀態(tài)沖撞的情況下，主吸收部和上側(cè)的副吸收部之間的部分在預(yù)定斷裂部上斷裂的同時主吸收部及下側(cè)的副吸收部可能壓壞，因此在此情況下也能夠得到同樣的效果。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)的沖擊能量吸收體安裝于鐵道車輛上的狀態(tài)的概略俯視 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)的沖擊能量吸收體的側(cè)視 圖3是圖2的沖擊能量吸收體的俯視 圖4是圖2的沖擊能量吸收體的主視 圖5是圖2的沖擊能量吸收體的V-V線剖視 圖6是圖2的沖擊能量吸收體的V1-VI線剖視 圖7是說明在圖2的沖擊能量吸收體之間的上下偏置沖撞的側(cè)視 圖8中(a) (e)是在實施例1中通過有限元分析示出使沖擊能量吸收體之間上下偏置沖撞時的變形行為的側(cè)視 圖9是示出在圖8的沖撞時的反作用力隨著位移量的變化的圖表；
圖10中(a) (e)是在實施例2中通過有限元分析示出使沖擊能量吸收體之間上下偏置沖撞時的變形行為的側(cè)視 圖11是示出在圖10的沖撞時的反作用力隨著位移量的變化的圖表；
圖12中(a) (e)是在比較例I中通過有限元分析示出使沖擊能量吸收體之間上下偏置沖撞時的變形行為的側(cè)視 圖13是示出在圖12的沖撞時的反作用力隨著位移量的變化的圖表；
圖14中(a) (e)是在比較例2中通過有限元分析示出使沖擊能量吸收體之間上下偏置沖撞時的變形行為的側(cè)視 圖15是示出在圖14的沖撞時的反作用力隨著位移量的變化的圖表。
具體實施例方式以下，參照

根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)的沖擊能量吸收體10安裝于鐵道車輛I上的狀態(tài)的概略俯視圖。如圖1所示，在高速行駛的鐵道車輛I中，在其最前端車輛的車身2的底架3的前部3a上固定有向前方突出的左右一對的沖擊能量吸收體10。借助于此，在相同線路上行駛的車輛之間正面沖撞等的情況下，沖擊能量吸收體10由來自于前方的負(fù)荷而壓壞，從而吸收沖擊能量。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施形態(tài)的沖擊能量吸收體10的側(cè)視圖。圖3是圖2的沖擊能量吸收體10的俯視圖。圖4是圖2的沖擊能量吸收體10的主視圖。圖5是圖2的沖擊能量吸收體10的V-V線剖視圖。圖6是圖2的沖擊能量吸收體10的V1-VI線剖視圖。另外，在各圖中，將前后方向(車輛行駛方向)記載為X，將車寬方向記載為Y，將上下方向記載為Z。如圖2至圖6所示，沖擊能量吸收體10形成為在上下方向(Z方向)及車寬方向(Y方向)上對稱的形狀，并且由鋼和鋁合金等的金屬材料形成。沖擊能量吸收體10具備用于固定到底架3的螺栓孔14a形成于所需位置的基板部14、從基板部14向前方延伸的主吸收部11、位于主吸收部11的上側(cè)并從基板部14向前方延伸的上側(cè)副吸收部12、和位于主吸收部11的下側(cè)并從基板部14向前方延伸的下側(cè)副吸收部13。上側(cè)副吸收部12及下側(cè)副吸收部13借由下述的預(yù)定斷裂部30、40與主吸收部11 一體地設(shè)置。主吸收部11由左側(cè)壁部11a、右側(cè)壁部lib、上壁部Ilc及下壁部Ild形成內(nèi)部空間SI，從而從前方觀察的截面為呈四角框形狀的筒狀，并且配置為其軸線朝向前后方向。在主吸收部11中，左右的側(cè)壁部IlaUlb傾斜配置為隨著從基板部14向前方行進(jìn)而彼此接近，并且上壁部Ilc和下壁部Ild大致水平地配置。上側(cè)副吸收部12具有上壁部12a、左側(cè)壁部12b及右側(cè)壁部12c，并且從前方觀察時呈現(xiàn)倒凹形狀的截面。上側(cè)副吸收部12將其左右的側(cè)壁部12b、12c的下端部與主吸收部11連接，以此在與主吸收部11的上壁部Ilc之間形成內(nèi)部空間S2。在上側(cè)副吸收部12中，左右的側(cè)壁部12b、12c傾斜配置為隨著從基板部14向前方行進(jìn)而相互靠近，并且上壁部12a大致水平地配置。即，上側(cè)副吸收部12的側(cè)壁部12b、12c與主吸收部11的側(cè)壁部11a、Ilb大致在同一面上，并且上側(cè)副吸收部12的上壁部12a與主吸收部11的上壁部Ilc大致平行。上側(cè)副吸收部12的左右的側(cè)壁部12b、12c具有在其下端部上，在前后方向上交替地配置的多個凸部12d、12e及凹部12f、12g。上側(cè)副吸收部12通過焊接等將其凸部12d、12e固定于主吸收部11上，而不將其凹部12f、12g固定于主吸收部11上。S卩，多個將主吸收部11和上側(cè)副吸收部12的局部地連接的連接部A在前后方向上彼此隔著間隔配置，從而夾在多個連接部A之間的部分成為裂縫狀的非連接部B。通過這樣的結(jié)構(gòu)，在主吸收部11和上側(cè)副吸收部12之間形成向前后方向延伸的由多個連接部A及非連接部B構(gòu)成的縫細(xì)針眼狀的線(perforation line),該線成為比其他部位容易斷裂的預(yù)定斷裂部30。另外，預(yù)定斷裂部30在主吸收部11及上側(cè)副吸收部12的前后方向的全長上大致水平地形成。下側(cè)副吸收部13具有相對于上側(cè)副吸收部12上下對稱的形狀。具體的是，下側(cè)副吸收部13具有下壁部13a、左側(cè)壁部13b及右側(cè)壁部13c，并且從前方觀察時呈現(xiàn)凹形狀的截面。下側(cè)副吸收部13通過將其左右的側(cè)壁部13b、13c的上端部與主吸收部11連接，在與主吸收部11的下壁部Ild之間形成內(nèi)部空間S3。在下側(cè)副吸收部13中，其左右的側(cè)壁部13b、13c傾斜配置為隨著從基板部14向前方行進(jìn)而相互靠近，并且其下壁部13a大致水平地配置。即，下側(cè)副吸收部13的側(cè)壁部13b、13c與主吸收部11的側(cè)壁部IlaUlb大致在同一面上，并且下側(cè)副吸收部13的下壁部13a與主吸收部11的下壁部Ild大致平行。下側(cè)副吸收部13的左右側(cè)壁部13b、13c具有在其上端部上在前后方向上交替地配置的多個凸部13d、13e及凹部13f、13g。下側(cè)副吸收部13將其凸部13d、13e通過焊接等固定于主吸收部11上，而不將其凹部13f、13g固定于主吸收部11上。即，多個將主吸收部11和下側(cè)副吸收部13的局部地連接的連接部A在前后方向上彼此隔著間隔配置，從而夾在多個連接部A之間的部分成為裂縫狀的非連接部B。通過這樣的結(jié)構(gòu)，在主吸收部11和下側(cè)副吸收部13之間形成向前后方向延伸的由多個連接部A及非連接部B構(gòu)成的縫紉針眼狀的線，該線成為比其他部位容易斷裂的預(yù)定斷裂部40。另外，預(yù)定斷裂部40在主吸收部11及下側(cè)副吸收部13的前后方向的全長上大致水平地形成。上側(cè)副吸收部12的左右的預(yù)定斷裂部30以彼此大致相同的高度設(shè)置，并且下側(cè)副吸收部13的左右的預(yù)定斷裂部40以彼此大致相同的高度設(shè)置。各副吸收部12、13的上下方向的高度小于主吸收部11的上下方向的高度。具體的是，各副吸收部12、13的上下方向的各自高度為主吸收部11的上下方向的高度的0.1 0.3倍(在本示例中為約0.2倍)。在主吸收部11上，在其前部設(shè)置有主前壁15以堵住內(nèi)部空間SI的前側(cè)開口。在上側(cè)副吸收部12上，在其前部設(shè)置有上側(cè)副前壁16以堵住內(nèi)部空間S2。在下側(cè)副吸收部13上，在其前部設(shè)置有下側(cè)副前壁17以堵住內(nèi)部空間S3。主前壁15與上側(cè)副前壁16及下側(cè)副前壁17以相互隔著空隙C的狀態(tài)配置。而且，在各副吸收部12、13的與各副前壁16、17連續(xù)的前端部分，側(cè)壁12b、12c、13b、13c的下端也與主吸收部11隔著空隙C而沒連接。即，副吸收部12、13的前端部相對于主吸收部11成為未連接狀態(tài)。又，副吸收部12、13的前端部的前后方向位置與主吸收部11的前端部的前后方向位置大致相同，并且副吸收部12、13的前后長度與主吸收部11的前后長度大致相同。主前壁15、上側(cè)副前壁16及下側(cè)副前壁17配置為大致在同一面上。另外，在主前壁15、上側(cè)副前壁16及下側(cè)副前壁17的前表面上，左右延伸的防爬器18 21相互在上下隔著間隔突出設(shè)置。圖7是說明在圖2的沖擊能量吸收體10之間的上下偏置沖撞的側(cè)視圖。如圖7所示，例如設(shè)想在相同線路上行駛的車輛之間正面沖撞，而相對于一方的固定于車輛的底架3上的沖擊能量吸收體10A，另一方的車輛的沖擊能量吸收體IOB以向上側(cè)偏置的狀態(tài)沖撞的情況。此時，另一方的沖擊能量吸收體IOB不與一方的沖擊能量吸收體IOA的下側(cè)副吸收部13沖撞而是可能僅與主吸收部11及上側(cè)副吸收部12沖撞。(換而言之，一方的沖擊能量吸收體IOA不與另一方的沖擊能量吸收體IOB的上側(cè)副吸收部12沖撞而是可能僅與主吸收部11及下側(cè)副吸收部13沖撞。)；
在這樣的上下偏置沖撞時，一方的沖擊能量吸收體IOA可能在主吸收部11和下側(cè)副吸收部13之間的預(yù)定斷裂部40上斷裂的同時主吸收部11及上側(cè)副吸收部12被壓壞。此時，在該沖撞現(xiàn)象中，壓壞的一方的沖擊能量吸收體IOA的高度方向的中心，從力學(xué)上考慮時，可以看作是將除去下側(cè)副吸收部13的主吸收部11及上側(cè)副吸收部12的兩者加起來的部分的高度方向的中心P2。即，在上下偏置沖撞時，沖擊能量吸收體IOA的壓壞的部分的力學(xué)上的高度方向中心P2與整個沖擊能量吸收體IOA的高度方向中心Pl相比位于上側(cè)。又，在上述上下偏置沖撞時，另一方的沖擊能量吸收體IOB可能在主吸收部11和上側(cè)副吸收部12之間的預(yù)定斷裂部30上斷裂的同時主吸收部11及下側(cè)副吸收部13被壓壞。此時，在該沖撞現(xiàn)象中，壓壞的另一方的沖擊能量吸收體IOB的高度方向的中心，從力學(xué)上考慮時，可以看作是將除去上側(cè)副吸收部12的主吸收部11及下側(cè)副吸收部13的兩者加起來的部分的高度方向的中心P3。即，在上下偏置沖撞時，沖擊能量吸收體IOB的壓壞的部分的力學(xué)上的高度方向中心P3與整個沖擊能量吸收體IOB的高度方向中心Pl相比位于下側(cè)。因此，與一方的沖擊能量吸收體IOA和另一方的沖擊能量吸收體IOB之間的結(jié)構(gòu)上的上下偏置量LI相比可以減少力學(xué)上的上下偏置量L2，從而可以抑制在上下偏置沖撞時沖擊能量吸收體IOAUOB向俯仰方向傾斜地變形的情況。其結(jié)果是，即使在上下偏置沖撞的情況下，也不會增大車身重量而能夠進(jìn)行穩(wěn)定的能量吸收。又，與相互沖撞的沖擊能量吸收體10AU0B兩者的結(jié)構(gòu)上的中心Pl的上下偏置量LI相比，沖擊能量吸收體10AU0B兩者的力學(xué)上的中心P2、P3的上下偏置量L2減少，以此可以抑制上下方向的反作用力分量的產(chǎn)生，從而也可以防止一方的沖擊能量吸收體IOA爬上另一方的沖擊能量吸收體IOB的情況。又，在沖擊能量吸收體IOA中壓壞的主吸收部11和上側(cè)副吸收部12具有因未連接部B的存在而彼此示出不同的力學(xué)行為的部分，并且它們相合而平均化，以此在整體上可以減少沖擊能量吸收體IOA的反作用力的變化。即，主吸收部11和上側(cè)副吸收部12在連接部A的截面上為一體，而在未連接部B的截面上為獨立體，從而在未連接部B的截面上主吸收部11和上側(cè)副吸收部12可能相互獨立地變形。因此，由這些變形而在各個上產(chǎn)生的反作用力被復(fù)合，以此可以抑制沖擊能量吸收體IOA的整體的反作用力的變化。又，各副吸收部12、13設(shè)置于主吸收部11的上下位置，并且通過副吸收部12、13抑制因主吸收部11的壓壞而引起的向上下方向的膨出變形，因此進(jìn)一步抑制在沖撞時的沖擊能量吸收體10的反作用力的變化，同時沖撞中的平均反作用力增大，可以穩(wěn)定地提高沖擊能量吸收效果。又，主前壁15、上側(cè)副前壁16及下側(cè)副前壁17以相互隔著空隙C的狀態(tài)配置，而副吸收部12、13的前端部不與主吸收部11連接，因此其空隙C成為預(yù)定斷裂部30、40的斷裂開始點，并且誘發(fā)沿著預(yù)定斷裂部30、40的斷裂。又，上下偏置沖撞的初期上側(cè)副前壁16及下側(cè)副前壁17中的一方不參與沖撞，但是由于主前壁15及各副前壁16、17在大致同一面上，并且主吸收部11及各副吸收部12、13的前后方向位置大致相同，因此抑制在沖撞初期在沖擊能量吸收體10中產(chǎn)生的反作用力減小的情況，從而通過該初期反作用力誘發(fā)預(yù)定斷裂部30、40上的斷裂。因此，可以穩(wěn)定地產(chǎn)生預(yù)定斷裂部30、40的斷裂。又，由于各副吸收部12、13的上下方向高度小于主吸收部11的上下方向高度，因此在上下偏置沖撞時，可以通過高度高的主吸收部11穩(wěn)定地吸收沖擊能量。此外，由于副吸收部12、13的上下方向的高度較小，因此即使在上下偏置沖撞時的上下偏置量LI較小的情況下，也可以穩(wěn)定地產(chǎn)生預(yù)定斷裂部30、40的斷裂。又，由于主吸收部11的上壁部Ilc及下壁部I Id、上側(cè)副吸收部12的上壁部12a、下側(cè)副吸收部13的下壁部13a、和預(yù)定斷裂部30、40大致水平，因此在搭載相同的沖擊能量吸收體10A、IOB的鐵道車輛相互從正面上下偏置沖撞時，可以適當(dāng)?shù)毓璉起主吸收部11及一側(cè)的副吸收部12、13的壓壞和預(yù)定斷裂部30、40的斷裂。另外，在本實施形態(tài)中，在沖擊能量吸收體10上像縫紉針眼那樣在前后方向上相互隔著間隔設(shè)置多個孔(圖2的未連接部B)，以此形成預(yù)定斷裂部30、40，但是也可以不設(shè)置孔而在前后方向上相互隔著間隔設(shè)置主吸收部和副吸收部之間的多個連接部，以此形成預(yù)定斷裂部。又，也可以使預(yù)定斷裂部與相鄰的其他部分相比以薄的厚度形成并以此實現(xiàn)預(yù)定斷裂部。又，在本實施形態(tài)中，副吸收體12、13的前端部相對于主吸收部11以分離的狀態(tài)形成，但是也可以使副吸收體的前端部盡管是與主吸收部接觸的狀態(tài)但是仍處于彼此未接合的狀態(tài)。又，在本實施形態(tài)的沖擊能量吸收體10中，盡管通過焊接等固定相互獨立體的主吸收部11和副吸收部12、13，但是也可以預(yù)先加工作為一體的構(gòu)件并形成沖擊能量吸收體。(沖撞分析)
接著，參照圖8至圖15說明通過利用有限元法的計算機(jī)模擬的上下偏置沖撞的分析結(jié)果(實施例1、實施例2及比較例1、比較例2)。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種鐵道車輛的沖擊能量吸收體，是設(shè)置于鐵道車輛的車身的前部，由來自于前方的負(fù)荷壓壞而吸收沖擊能量的沖擊能量吸收體；具備: 在前后方向上延伸的主吸收部；和 分別設(shè)置在所述主吸收部的上下位置的一對副吸收部； 所述一對副吸收部分別借由在前后方向上延伸的預(yù)定斷裂部與所述主吸收部設(shè)置為一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵道車輛的沖擊能量吸收體，其特征在于，所述預(yù)定斷裂部是將所述副吸收部和所述主吸收部局部地連接的連接部在前后方向上相互隔著間隔配置多個而形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵道車輛的沖擊能量吸收體，其特征在于， 所述主吸收部具有在前后方向上延伸的筒狀部； 上側(cè)的所述副吸收部與所述筒狀部連接以在其與所述筒狀部的上壁部之間形成空間； 下側(cè)的所述副吸收部與所述筒狀部連接以在其與所述筒狀部的下壁部之間形成空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐵道車輛的沖擊能量吸收體，其特征在于， 上側(cè)的所述副吸收部具有從前方觀察時為倒凹形狀的截面； 下側(cè)的所述副吸收部具有從前方觀察時為凹形狀的截面； 所述預(yù)定斷裂部是將在所述副吸收部中與所述主吸收體相對的左右端部，分別相對所述主吸收體在前后方向上相互隔著間隔地進(jìn)行多個位置的固定而形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵道車輛的沖擊能量吸收體，其特征在于， 所述副吸收部的前端部相對于所述主吸收部以未連接狀態(tài)設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵道車輛的沖擊能量吸收體，其特征在于， 所述副吸收部的前端部的前后方向位置與所述主吸收部的前端部的前后方向位置大致相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵道車輛的沖擊能量吸收體，其特征在于， 所述副吸收部的上下方向的高度小于所述主吸收部的上下方向的高度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵道車輛的沖擊能量吸收體，其特征在于， 所述沖擊能量吸收體的上壁部及下壁部大致水平地形成，且所述預(yù)定斷裂部大致水平地形成。
全文摘要
一種設(shè)置于鐵道車輛的車身的前部，由來自于前方的負(fù)荷壓壞而吸收沖擊能量的沖擊能量吸收體(10)；具備在前后方向上延伸的主吸收部(11)；和分別設(shè)置在主吸收部(11)的上下位置的一對副吸收部(12、13)；一對副吸收部(12、13)分別借由在前后方向上延伸的預(yù)定斷裂部(30、40)與主吸收部(11)設(shè)置為一體。
文檔編號F16F7/12GK103180192SQ20118005360
公開日2013年6月26日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者田口真, 佐野淳, 山田敏之, 熊本秀喜, 矢木誠一郎, 富澤雅幸 申請人:川崎重工業(yè)株式會社