РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПРИ АВАРИЙНОМ СТОЛКНОВЕНИИ
RAILWAY VEHICLE (VERSIONS) AND DEVICE FOR PROTECTION AT EMERGENT COLLISION

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к рельсовым транспортным средствам с устройствами для поглощения удара при аварийном столкновении.
Известен дизель-электропоезд, содержащий соединенные междувагонным сцепным устройством головные вагоны, состоящие из головного модуля, силового модуля и прицепного модуля, автосцепку, установленную на раме каждого головного модуля (см. http://www.stadleirail.com/erL/references/ferrovie-nord-milano-fnm-412/.
Данный дизель - электропоезд не обеспечивает необходимую безопасность при аварийном столкновении.
Наиболее близким к I варианту предлагаемого изобретения по совокупности существенных признаков является рельсовое транспортное средство, содержащее соединенные между собой междувагонным сцепным устройством головные вагоны, состоящие из головного модуля, силового модуля и прицепного модуля, автосцепку, установленную на раме каждого головного модуля, и устройство для защиты при аварийном столкновении (патент ЕР 0577938 А1, МПК В61С 3/00, 12.01.1994).
Известное рельсовое транспортное средство не обеспечивает необходимую безопасность пассажиров при аварийном столкновении.
Известен высокоскоростной железнодорожный пассажирский состав, содержащий головные вагоны и прицепные вагоны, соединенные между собой сцепными устройствами, крэш-систему, содержащую энергопоглощающие элементы, боковые крэш-элементы и автосцепку (см. патент RU №2454340 на изобретение, МПК В61С 3/00, 20.04.2011).
Данный высокоскоростной железнодорожный пассажирский состав не обеспечивает необходимую безопасность пассажиров, т.к. при аварийном столкновении не сохраняет геометрию экипажной части.
Наиболее близким ко II варианту предлагаемого изобретения по совокупности существенных признаков является рельсовое транспортное средство, содержащее головные вагоны, состоящие из головного, силового и прицепного модулей, и, по меньшей мере, один прицепной вагон, соединенный междувагонными сцепными устройствами с прицепными модулями, автосцепку, установленную на раме каждого головного модуля, и устройство для защиты при аварийном столкновении (патент ЕР 0577938 А1, МПК В61С 3/00, 12.01.1994).
Известное рельсовое транспортное средство не обеспечивает необходимую безопасность пассажиров при аварийном столкновении.
Известно аварийное энергопоглощающее устройство для вагонов железнодорожного транспорта, состоящее из трех плит и содержащее энергопоглощающие элементы и энергопоглощающие ребра (см. патент RU №2181677 на изобретение, МПК 7 B61G 11/16, 27.04.1999).
Данное устройство не обеспечивает необходимую безопасность пассажиров при аварийном столкновении.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для защиты рельсового транспортного средства при аварийном столкновении, содержащее на каждом головном вагоне центральный крэш-элемент и поглощающий аппарат автосцепки, боковые крэш-аппараты с крэш-элементом и, по меньшей мере, один поглощающий элемент междувагонного сцепного устройства (см. ЕР 0802100, МПК 6 B61D 15/06, 22.10.1997).
Известное устройство для защиты рельсового транспортного средства не обеспечивает необходимую безопасность пассажиров при аварийном столкновении, обусловленную конструктивным выполнением кабины машиниста и кузова вагона.
Задачей группы изобретений является создание рельсового транспортного средства и устройства, обеспечивающих защиту пассажиров и персонала при аварийных столкновениях.
Техническим результатом при использовании предлагаемой группы изобретений является повышение безопасности пассажиров и персонала рельсового транспортного средства при аварийном столкновении.
Указанный технический результат достигается тем, что в рельсовом транспортном средстве (вариант I), содержащем соединенные между собой междувагонным сцепным устройством головные вагоны, состоящие из головного модуля, силового модуля и прицепного модуля, автосцепку, установленную на раме каждого головного модуля вагона, и устройство для защиты при аварийном столкновении, передняя консольная часть рамы каждого головного модуля выполнена из двух боковых частей, между которыми расположена автосцепка с возможностью перемещения вовнутрь вагона, при этом каждая боковая часть рамы снабжена дополнительными продольными балками, установленными на поперечной и лобовой балках рамы, а хребтовая балка рамы выполнена укороченной.
Указанный технический результат достигается также тем, что в рельсовом транспортном средстве (вариант II), содержащем головные вагоны, состоящие из головного модуля, силового модуля и прицепного модуля, и, по меньшей мере, один прицепной вагон, соединенный междувагонными сцепными устройствами с прицепными модулями, автосцепку, установленную на раме каждого головного модуля, и устройство для защиты при аварийном столкновении, передняя консольная часть рамы каждого головного модуля выполнена из двух боковых частей, между которыми расположена автосцепка с возможностью перемещения вовнутрь вагона, при этом каждая боковая часть рамы головного модуля снабжена дополнительными продольными балками, установленными на поперечной и лобовой балках рамы, а хребтовая балка выполнена укороченной.
Указанный технический результат достигается также тем, что в устройстве для защиты рельсового транспортного средства при аварийном столкновении, содержащем на каждом головном вагоне центральный крэш-элемент и поглощающий аппарат автосцепки, боковые крэш-аппараты с крэш-элементом и, по меньшей мере, один поглощающий элемент междувагонного сцепного устройства, боковые крэш-элементы установлены внутри боковых частей рамы головного модуля между дополнительными продольными балками, а междувагонное сцепное устройство снабжено крэш-элементом, установленным на концевой части хребтовой балки рамы прицепного модуля и соединенным с поглощающим элементом, при этом центральный крэш-элемент расположен внутри хребтовой балки рамы головного модуля и жестко соединен с поглощающим аппаратом автосцепки, причем боковые крэш-элементы и крэш-элемент междувагонного сцепного устройства установлены с возможностью совместной работы при аварийном столкновении.
Кроме того, боковые крэш-аппараты установлены на одинаковом расстоянии от продольной оси рамы головного модуля.
На фиг.1 изображено рельсовое транспортное средство, общий вид, вариант 1;
на фиг.2 изображено рельсовое транспортное средство, общий вид, вариант 2;
на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2;
на фиг.5 изображена схема устройства для защиты при аварийном столкновении;
на фиг.6 изображена схема аварийного столкновения рельсового транспортного средства с препятствием;
на фиг.7 изображена схема аварийного столкновения рельсового транспортного средства с грузовым вагоном.
Рельсовое транспортное средство (вариант I) (фиг.1) содержит соединенные между собой междувагонным сцепным устройством 1 с поглощающим элементом 2 головные вагоны, состоящие из шарнирно сочлененных между собой головного модуля 3, силового модуля 4, прицепного модуля 5, и устройство для защиты при аварийном столкновении. Каждый головной модуль 3 содержит раму 6, передняя консольная часть которой выполнена из двух боковых частей 7, выполненных в виде соединенных между собой лобовой балки 8, боковой балки 9 и средней балки 10, установленной на поперечной балке 11. Между средними балками 10 боковых частей 7 расположена автосцепка 12 с центральным поглощающим аппаратом 13 устройства для защиты при аварийном столкновении, которые закреплены на передней части хребтовой балки 14 рамы 6. Автосцепка 12 установлена с возможностью перемещения вовнутрь головного модуля 3 при аварийном столкновении, чему способствует выполнение хребтовой балки 14 укороченной. Для жесткости конструкции каждая боковая часть 7 снабжена дополнительными продольными балками 15, например, не менее чем двумя, жестко соединенными с лобовой балкой 8 и поперечной балкой 11. Боковые части 7 расположены симметрично относительно продольной оси рамы 6. На лобовых балках 8 боковых частей 7 рамы 6 установлены боковые крэш-аппараты 16, 17 устройства для защиты при аварийном столкновении, при этом каждая лобовая балка 8 выполнена, например, в виде плиты.
Рельсовое транспортное средство (вариант II) (фиг.2) содержит головные вагоны, соединенные, например, с одним прицепным вагоном 18 посредством междувагонного сцепного устройства 1 с поглощающим элементом 2, и устройство для защиты при аварийном столкновении. Каждый головной вагон состоит из шарнирно сочлененных между собой головного модуля 3, силового модуля 4 и прицепного модуля 5, при этом передняя консольная часть рамы 6 головного модуля 3 состоит из двух боковых частей 7, выполненных в виде соединенных между собой лобовой балки 8, боковой балки 9 и средней балки 10, установленной на поперечной балке 11. Между средними балками 10 боковых частей 7 расположена автосцепка 12 с центральным поглощающим аппаратом 13 устройства для защиты при аварийном столкновении, которые закреплены на передней части хребтовой балки 14 рамы 6. Автосцепка 12 установлена с возможностью перемещения вовнутрь головного модуля 3 при аварийном столкновении, чему способствует выполнение хребтовой балки 14 укороченной. Для жесткости конструкции каждая боковая часть 7 снабжена дополнительными продольными балками 15, например, не менее чем двумя, жестко соединенными с лобовой балкой 8 и поперечной балкой 11. Боковые части 7 расположены симметрично относительно продольной оси рамы 6. На лобовых балках 8 боковых частей 7 рамы 6 установлены боковые крэш-аппараты 16, 17 устройства для защиты при аварийном столкновении, при этом каждая лобовая балка 8 выполнена, например, в виде плиты.
Рельсовое транспортное средство (вариант I, II) содержит устройство для защиты при аварийном столкновении, состоящее из нескольких элементов: центрального крэш-элемента 19 и поглощающего аппарата 13 автосцепки 12, боковых крэш-аппаратов 16, 17 с соответственно боковыми крэш-элементами 20, 21, крэш-элемента 22 и поглощающего элемента 2 междувагонного сцепного устройства 1 для варианта 1 и не менее двух крэш-элементов 22 междувагонных сцепных устройств 1 для варианта II.
Центральный крэш-элемент 19 расположен внутри хребтовой балки 14 рамы 6 и жестко соединен с центральным поглощающим аппаратом 13 автосцепки 12.
Боковые крэш-аппараты 16, 17 установлены на лобовых балках 8 рамы 6. Внутри боковых частей 7 рамы 6, между дополнительными балками 15 расположены боковые крэш-элементы 20, 21. Каждый боковой крэш-аппарат 16, 17 обладает высокой прочностью, рассчитанной на поглощение энергии, создаваемой при столкновении рельсового транспорта с препятствием, и снабжен элементами для исключения «наползания» вагона на препятствие.
Боковые крэш-аппараты 16, 17 с боковыми крэш-элементами 20, 21 установлены на одинаковом расстоянии от продольной оси рамы 6.
Междувагонный крэш-элемент 22 установлен на концевой части хребтовой балки 23 рамы прицепного модуля 5 и соединен с поглощающим элементом 2 междувагонного сцепного устройства 1.
Центральный крэш-элемент 19, боковые крэш-элементы 20, 21 и междувагонный крэш-элемент 22 предназначены для поглощения энергии столкновения путем собственной деформации вплоть до разрушения, причем боковые крэш-элементы 20, 21 и междувагонный крэш-элемент 22 установлены с возможностью совместной работы при аварийном столкновении.
Длина автосцепки 12 имеет большую величину по сравнению с известными автосцепками, причем длина хода центрального крэш-элемента 19 всегда меньше длины автосцепки 12, что позволяет исключить контакт с хребтовой балкой 14 головы 24 автосцепки 12 при перемещении ее вовнутрь головного модуля 3.
1
Для предотвращения контакта автосцепки 12 с боковыми крэш-аппаратами 16, 17 при прохождении криволинейных участков пути соединенных автосцепкой 12 двух головных вагонов, с учетом деформации центрального поглощающего аппарата 13, голова 24 автосцепки 12 выступает относительно фронтальной плоскости боковых крэш-аппаратов 16, 17 на величину Δ (фиг.5).
2
1
Для обеспечения совместного срабатывания боковых крэш-элементов 20, 21 и междувагонных крэш-элементов 22 при столкновении, например, с грузовым вагоном, не оборудованным буферами, определена величина перемещения головы 24 автосцепки 12 относительно грузового вагона на расстояние Δ=Δ+610 мм, где 610 мм - постоянная заданная величина, определяемая экспериментальным путем.
Рельсовое транспортное средство (вариант I) с устройством для защиты при столкновении работает следующим образом.
Соединенные междувагонным сцепным устройством 1 головные вагоны, состоящие из головного модуля 3, силового модуля 4 и прицепного модуля 5, перемещают в заданном направлении.
При возникновении аварийной ситуации в результате столкновения головного модуля 3 с препятствием (фиг.6), которое возникло, например, на железнодорожном переезде, устройство для защиты при столкновении работает следующим образом. В начальный момент голова 24 автосцепки 12 входит в контакт с препятствием и начинает перемещаться вовнутрь головного модуля 3. Усилие, воздействующее на голову 24 автосцепки 12, передается на центральный поглощающий аппарат 13, который ослабляет удар в автосцепке 12, поглощая его энергию, происходит сжатие центрального поглощающего аппарата 13. Затем при усилии, превышающем расчетное, вступает в работу центральный крэш-элемент 19, который, испытывая деформацию сжатия, деформируется и поглощает энергию столкновения, при этом голова 24 автосцепки 12 продолжает перемещаться вовнутрь головного модуля 3.
1
При перемещении головы 24 автосцепки 12 относительно вагона на расстояние, равное Δ, в дополнение к центральному крэш-элементу 19 начинают работать боковые крэш-элементы 20,21 и междувагонный крэш-элемент 22, которые, претерпевая деформацию сжатия, поглощают энергию столкновения.
Боковые крэш-аппараты 16,17, работая совместно с центральным крэш-элементом 19, распределяют сжимающее усилие по элементам кузова - головного модуля вагона, уменьшая локальное воздействие на раму 6. Это позволяет увеличить допустимое усилие сжатия, уменьшив при этом рабочий ход крэш-аппаратов 16, 17 без уменьшения энергоемкости устройства для защиты рельсового транспортного средства при столкновении, при этом шарнирные соединения между головным, силовым и прицепным модулями передают усилие от столкновения, не разрушаясь.
Рельсовое транспортное средство (вариант II) с устройством для защиты при столкновении работает следующим образом.
Головные вагоны с, например, одним прицепным вагоном 18, соединенные междувагонными сцепными устройствами 1, перемещают в заданном направлении.
При возникновении аварийной ситуации в результате столкновения рельсового транспортного средства, например, с грузовым вагоном (фиг.7) устройство для защиты при столкновении работает следующим образом. В начальный момент автосцепка 12 входит в зацепление со сцепным устройством грузового вагона. Далее, под воздействием усилия от столкновения автосцепка 12 перемещается вовнутрь вагона. Усилие, воспринимаемое автосцепкой 12, передается на центральный поглощающий аппарат 13, который ослабляет удар в автосцепке 12, поглощая его энергию, при этом происходит сжатие центрального поглощающего аппарата 13. Затем, при усилии, превышающем расчетное, вступает в работу центральный крэш-элемент 19, который, деформируясь, поглощает энергию столкновения.
1
2
При перемещении головы 24 автосцепки 12 относительно грузового вагона на расстояние, равное Δ или Δ, в дополнение к центральному крэш-элементу 19 начинают работать боковые крэш-элементы 20, 21 и междувагонные крэш-элементы 22. Боковые крэш-аппараты 16, 17, работая совместно с центральным крэш-элементом 19, распределяют сжимающее усилие по элементам кузова головного модуля, уменьшая локальное воздействие на раму 6. Это позволяет увеличить допустимое усилие сжатия, уменьшив при этом рабочий ход крэш-аппаратов 16, 17 без уменьшения энергоемкости устройства для защиты рельсового транспортного средства при столкновении, при этом шарнирные соединения между головным, силовым и прицепным модулями передают усилие от столкновения, не разрушаясь.
Рельсовое транспортное средство с устройством для защиты при аварийном столкновении позволяет не только повысить безопасность пассажиров и персонала рельсового транспортного средства при аварийном столкновении за счет замедленного торможения, но и сохранить геометрию экипажной части вагонов.