ЗАЩИТНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
PROTECTIVE MODULE FOR RAIL VEHICLE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к защитному модулю для рельсового транспортного средства, в частности для трамвая.
Уровень техники
Для улучшения характеристик деформации рельсовых транспортных средств при столкновениях часто образуют защитные зоны. Целью этих мер улучшения является обеспечение приема энергии соударения так, что деформируемые заданным образом зоны сминания преобразуют эту энергию в энергию деформации и при этом минимизируют нагрузки на людей в транспортном средстве, а также что пространства выживания в транспортном средстве деформируются не так сильно для уменьшения вероятности повреждения людей в транспортном средстве.
Для этой цели, с одной стороны, имеющие большие поверхности зоны структуры рельсового транспортного средства могут быть выполнены так, что они могут целенаправленно принимать энергию деформации, или же на переднюю или заднюю структуру рельсового транспортного средства насаживаются специальные защитные модули. Последнее является предпочтительным, поскольку упрощается ремонт после столкновения за счет легкой доступности этих защитных модулей. Столкновения между рельсовыми транспортными средствами происходят, по существу, в направлении продольной оси транспортного средства, в крайнем случае разница в уровне, например, за счет состояний различной нагрузки, участвующих в столкновении транспортных средств может приводить к так называемому наезду. Для предотвращения этого эффекта в большинстве случаев предусмотрена защита от наезда, при этом обычно на каждом транспортном средстве устанавливаются снабженные зубчатой структурой плиты, которые в случае столкновения сцепляются друг с другом и предотвращают наезд.
В рельсовых транспортных средствах, в которых существует повышенная опасность столкновения с другим препятствием, кроме другого рельсового транспортного средства (в частности, в трамваях), существует другая проблема. Необходимо учитывать значительно более широкий спектр сценариев столкновения, при этом со смещенными в одну сторону и косыми столкновениями обычные зоны сминания, соответственно защитные модули, справляются лишь неудовлетворительно, поскольку они предназначены, по существу, для столкновений в продольном направлении. Например, стандарт EN 15277 для трамваев требует доказательства возможности столкновения с транспортным средством одинаковой конструкции при скорости 15 км/час и вертикальном смещении 40 мм и столкновения с находящимся под углом 45º препятствием весом 3 т при скорости 25 км/час (сценарий столкновения трамвая с небольшим грузовым автомобилем на пересечении улиц).
Обычные, предназначенные для продольных столкновений защитные модули часто не могут удовлетворительно воспринимать эту косую нагрузку, поскольку при этом в этих защитных модулях возникает нагрузка на изгиб и сдвигание, под действием которой соответствующий защитный элемент без дополнительных мер для поперечной опоры подгибается в сторону. В качестве примера можно упомянуть WO 2009/040309. Раскрытый там защитный модуль хотя и предотвращает наезд рельсовых транспортных средств, однако не обеспечивает подходящие для восприятия косых столкновений условия деформации. Соответствующее выполнение известных защитных элементов так, что они могут одинаково хорошо работать как при продольных, так и косых столкновениях, приводило бы к экстремально дорогостоящим, сложным и тяжелым защитным элементам, которые не пригодны для использования в трамваях.
Сущность изобретения
Поэтому в основу изобретения положена задача создания защитного модуля для рельсового транспортного средства, который также при косых столкновениях способен рассеивать энергию соударения и при этом прост в изготовлении без существенного недостатка увеличенного веса.
Задача решена с помощью защитного модуля с признаками п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
В соответствии с основной идеей изобретения, защитный модуль для рельсовых транспортных средств выполнен по меньшей мере из одного защитного элемента, который соединен с поперечным профилем. Этот поперечный профиль имеет в качестве существенного свойства различную прочность сжатия в направлении продольной оси транспортного средства относительно прочности на сжатие и сдвиг в поперечном направлении, при этом прочность на сжатие и сдвиг в поперечном направлении значительно больше прочности на сжатие в продольном направлении. Если такой известный защитный элемент (например, из алюминиевых или стальных профилей или алюминиевой пены) расширить с помощью поперечного профиля в защитный модуль согласно изобретению, то принимающее энергию действие защитного элемента для столкновений в продольном направлении транспортного средства остается практически без изменения (из-за небольшой прочности на сжатие поперечного профиля в продольном направлении транспортного средства почти не возникают действующие дополнительно на транспортное средство силы).
При косых столкновениях (столкновениях с дополнительным боковым действием силы), которые могут возникать, например, при столкновениях трамваев с автомобилями, сказывается предпочтительное действие изобретения. Такая боковая сила воспринимается с помощью поперечного профиля и направляется в определенные точки кузова вагона, при этом расположенный сбоку защитный элемент опирается на поперечный профиль так, что защитный элемент может рассеивать энергию столкновения за счет пластической деформации. Таким образом, выполненный, по существу, для продольного приема энергии защитный элемент освобождается от дальнейшего направления боковых сил в структуру кузова вагона и не происходит надламывание этого защитного элемента.
Поперечный профиль согласно изобретению особенно предпочтительно выполнен из по существу пластинчатого материала, который за счет определенных модификаций имеет различную прочность в различных направлениях.
Например, для этого пригодны металлические листы с многократным трапециевидным поперечным сечением, металлические листы с установленными сверху треугольными усилениями или профили с выемками.
Поперечные профили предпочтительно изготовлены из металла, например стали или алюминия, соответственно алюминиевых сплавов.
Существенным предпочтительным свойством изобретения является необходимость лишь очень небольших конструктивных изменений известных защитных модулей, и при этом не требуется ни существенно увеличенного конструктивного объема, ни значительного увеличения веса защитного модуля.
Другое существенное преимущество данного изобретения состоит в том, что рельсовые транспортные средства за счет использования указанного защитного модуля после косых столкновений в большинстве случаев (когда энергия удара не была слишком большой) можно ремонтировать очень быстро, просто и экономично, поскольку защитный модуль принимает энергию удара, и тем самым структура кузова вагона защищается от повреждений. В противоположность этому в известных защитных модулях косые столкновения приводят в большинстве случаев к повреждениям структуры кузова вагона.
При лишь небольших энергиях удара можно даже ремонтировать защитный модуль посредством замены отдельных затронутых конструктивных элементов защитного модуля.
Кроме того, особенно предпочтительно, что защитный модуль состоит из нескольких защитных элементов (обычно одного слева и одного справа от продольной оси транспортного средства), задней соединительной пластины, передней соединительной пластины и одного или двух поперечных профилей. Таким образом, можно создавать просто монтируемый и заменяемый защитный модуль. При этом кузов вагона снабжен средствами для размещения такого защитного модуля (например, соединительной пластиной с неподвижными соединительными точками, так называемым устройством сопряжения), и защитный элемент закрепляется на нем разъемно (например, с помощью винтовых соединений) или неразъемно (например, с помощью сварки).
В одном варианте выполнения изобретения предусмотрено снабжение защитного модуля средствами для предотвращения наезда (препятствующими наползанию).
В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения предусмотрено выполнение защитного модуля многоступенчатым, при этом для первой ступени используются реверсивные буферные элементы, которые могут воспринимать небольшие энергии удара без возникновения при этом пластической деформации (ни буферных элементов, ни защитных элементов).
Краткое описание чертежей
На чертежах в качестве примера изображено:
фиг.1 - защитный модуль в разнесенной изометрической проекции;
фиг.2 - разрез защитного модуля в виде треугольного профиля;
фиг.3 - разрез защитного модуля в виде перфорированного профиля;
фиг.4 - разрез защитного модуля в виде трапециевидного профиля;
фиг.5 - разрез защитного модуля без нагрузки;
фиг.6 - разрез защитного модуля с продольной нагрузкой 1;
фиг.7 - разрез защитного модуля с продольной нагрузкой 2;
фиг.8 - разрез защитного модуля с продольной нагрузкой 3;
фиг.9 - защитный модуль без косой нагрузки;
фиг.10 - защитный модуль с косой нагрузкой 1;
фиг.11 - защитный модуль с косой нагрузкой 2;
фиг.12 - защитный модуль без поперечного профиля при косой нагрузке.
Пути реализации изобретения
На фиг.1 показан схематично в качестве примера защитный модуль в разнесенной изометрической проекции. Защитный модуль содержит в показанном на фиг.1 примере выполнения два защитных элемента 2, 2а, которые расположены между задней соединительной пластиной 5 и передней соединительной пластиной 6. Поперечный профиль 3 и нижний поперечный профиль 4 расположены каждый на окруженной обоими защитными элементами 2, 2а и соединительными пластинами 5, 6 поверхности и могут быть соединены с указанными конструктивными элементами, например, с помощью сварных соединений. В показанном примере выполнения в качестве других конструктивных элементов изображены два буферных элемента 9, которые смонтированы на передней соединительной пластине 6 и которые имеют буфер 8. Кроме того, передняя соединительная пластина 6 снабжена двумя зубчатыми плитами в качестве защиты 7 от наезда. Выполненный так защитный модуль соединен с кузовом 1 вагона. Кузов 1 вагона имеет в этом месте соединения соответствующий стабильный элемент, на котором может быть закреплен защитный модуль, например, с помощью разъемного соединения (например, винтового соединения) или же неразъемного соединения (например, с помощью сварки). Кроме того, на кузове 1 вагона предусмотрены две направляющие трубы 10, которые служат для продольного направления буферных элементов 9.
Показанный пример выполнения содержит, наряду с лежащими в основе изобретения конструктивными элементами в виде поперечного профиля 3 и нижнего поперечного профиля 4, другие конструктивные элементы, которые могут отсутствовать в зависимости от соответствующей цели использования защитного модуля. В частности, также предусмотрено расположение лишь одного поперечного профиля, при этом можно отказаться либо от поперечного профиля 3 или нижнего поперечного профиля 4.
На фиг.2 показан схематично в качестве примера защитный модуль в разрезе. Показан разрезанный в продольном направлении рельсового транспортного средства защитный модуль, при этом поперечный профиль 3 и нижний поперечный профиль 4 выполнены в виде треугольного профиля. Такой треугольный профиль имеет требуемые для использования в качестве поперечного профиля механические свойства (различную прочность в различных направлениях).
На фиг.3 показан схематично в качестве примера защитный модуль в разрезе. Показан разрезанный в продольном направлении рельсового транспортного средства защитный модуль, при этом поперечный профиль 3 и нижний поперечный профиль 4 выполнены в виде перфорированного профиля. На фиг.3 показана в качестве примера другая возможность получения требуемых механических свойств поперечных профилей 3, 4 с помощью, по существу, пластинчатого конструктивного элемента.
На фиг.4 показан схематично в качестве примера защитный модуль в разрезе. Показан разрезанный в продольном направлении рельсового транспортного средства защитный модуль, при этом поперечный профиль 3 и нижний поперечный профиль 4 выполнены в виде трапециевидного профиля.
Наряду с показанными видами выполнения в виде треугольного профиля, перфорированного профиля и трапециевидного профиля, в объем изобретения входят все другие виды выполнения. Например, поперечные профили могут получать требуемые свойства с помощью округленных профилей (в виде волнистого металлического листа). Также все виды изготовления поперечных профилей 3, 4 входят в объем изобретения, поперечные профили могут быть получены способом литья или экструзии или состоять из нескольких отдельных частей.
На фиг.5-8 показано моделирование поведения при деформации при увеличивающейся продольной нагрузке.
На фиг.5 показан схематично в качестве примера защитный модуль в разрезе в ненагруженном состоянии. Показан защитный модуль из фиг.2, при этом на защитный модуль не действуют силы удара.
На фиг.6 показан схематично в качестве примера защитный модуль в разрезе в нагруженном состоянии. Показан защитный модуль из фиг.2, при этом на защитный модуль действуют силы удара в продольном направлении. В этом состоянии нагрузки буфер 8 уже вдавлен на максимальный путь перемещения буферного элемента 9 (на фиг.6 не виден). Структура защитного модуля не имеет пластических деформаций.
На фиг.7 показан схематично в качестве примера защитный модуль в разрезе в нагруженном состоянии. Силы удара в продольном направлении больше, чем в показанном на фиг.6 состоянии. Защитный элемент 2 проявляет пластические деформации, поперечные профили 3, 4 надламываются и не препятствуют желаемым деформациям защитных элементов.
На фиг.8 показан схематично в качестве примера защитный модуль в разрезе в нагруженном состоянии. Силы удара в продольном направлении больше, чем в показанном на фиг.7 состоянии. Защитный элемент 2 проявляет массивные пластические деформации, поперечные профили 3, 4 надламываются чрезвычайно сильно.
На фиг.9-11 показано моделирование поведения при деформации при увеличивающейся косой нагрузке.
На фиг.9 показан схематично в качестве примера защитный модуль в ненагруженном состоянии. Показан защитный модуль из фиг.1, при этом на защитный модуль не действуют силы удара.
На фиг.10 показан схематично в качестве примера защитный модуль в нагруженном состоянии. Показан защитный модуль из фиг.1, при этом на защитный модуль действуют косые силы удара. При этой нагрузке буфер 8 и буферные элементы 9 не вдавлены, поскольку нагрузка в этом случае вводится непосредственно в косом направлении в переднюю соединительную пластину 6 в зоне защитного элемента 2. Защитный элемент 2 проявляет начинающиеся пластические деформации в зоне места ввода сил.
На фиг.11 показан схематично в качестве примера защитный модуль в нагруженном состоянии. Силы удара больше, чем в показанном на фиг.10 состоянии. Защитный элемент 2 проявляет массивные пластические деформации, поперечные профили 3, 4 направляют боковые составляющие сил в прочную структуру кузова вагона и препятствуют надламыванию защитного элемента 2.
На фиг.12 показаны схематично в качестве примера результаты моделирования защитного модуля без поперечного профиля (профилей) после удара косой силой. Защитный элемент 2 проявляет массивные пластические деформации и надломы. Боковые составляющие силы вызывают также начинающееся надламывание защитного элемента 2 и разрушение внутренних конструктивных элементов защитного модуля.
Перечень позиций
1 Кузов вагона
2, 2а Защитный элемент
3 Поперечный профиль
4 Нижний поперечный профиль
5 Задняя соединительная пластина
6 Передняя соединительная пластина
7 Защита от наезда
8 Буфер
9 Буферный элемент
10 Направляющая труба.