ГОЛОВНАЯ ЧАСТЬ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ЛОБОВОЙ СТОРОНЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, С ОДНИМ ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ
HEAD PART TO MAKE VEHICLE BUFFER PART WITH AT LEAST ONE POWER ABSORBING ELEMENT

Изобретение относится к головной части для размещения на лобовой стороне транспортного средства, содержащей несущую конструкцию с присоединительными средствами для механического закрепления на нем и, по меньшей мере, один энергопоглощающий элемент для уменьшения кинетической энергии в случае наезда на препятствие, выполненный с возможностью непрерывного уменьшения кинетической энергии в случае продолжающейся деформации.
Такая головная часть уже известна из публикации DE 10254440 А1. Раскрытая в ней головная часть предназначена для монтажа на кузове вагона рельсового транспортного средства и образует лобовую сторону последнего, в которой находится кабина машиниста. Чтобы удовлетворить имеющимся стандартным требованиям в случае столкновения с препятствием, в головной части под салоном расположен отдельный телескопический амортизатор. Он содержит обратимую ступень, в которой с возможностью вхождения в приемную трубу с натяжением буферной пружины установлен буфер. Только при значительных усилиях столкновения происходит необратимая деформация приемной трубы и тем самым энергопоглощение. В результате деформации приемной трубы кинетическая энергия продолжает уменьшаться, так что приемная труба называется также необратимой ступенью амортизатора или энергопоглощающим элементом. Однако отдельный энергопоглощающий элемент является дорогостоящим и громоздким.
Из публикации DE 102004028964 А1 известно транспортное средство, конструкция кузова вагона которого в области деформационных зон может быть целенаправленно деформирована. При этом деформационные зоны расположены так, что после деформации остается достаточно места для машиниста. Таким образом, деформационные зоны служат для обеспечения его безопасности.
Отдельная и тем самым самонесущая головная часть описана в публикации DE 19528035 А1. Раскрытая в ней головная часть монтируется на перемещающемся по рельсам моторном вагоне, или другими словами, на локомотиве. Отдельная головная часть не содержит, однако, энергопоглощающих элементов.
В публикациях DE 19809489 A1 и DE 19635221 C1 описаны отдельно размещаемые на рельсовом транспортном средстве устройства для его защиты от столкновения, которые образуют закрепляемые на нем амортизаторы.
Задачей изобретения является создание отдельно монтируемой головной части описанного выше рода, которая была бы недорогой и отвечала бы обычным требованиям к безопасности, причем в то же время должно быть создано дополнительное пространство для размещения других компонентов транспортного средства.
Эта задача решается согласно изобретению за счет того, что, по меньшей мере, один энергопоглощающий элемент является частью несущей конструкции.
Согласно изобретению создана отдельная головная часть, которая, как это уже известно из уровня техники, может быть простым образом с помощью присоединительных средств соединена, например, с кузовом вагона рельсового транспортного средства. После монтажа на кузове вагона головная часть образует лобовую, или, другими словами, переднюю, сторону транспортного средства. Чтобы при наезде на препятствие, находящееся, например, на пути, целенаправленно уменьшить кинетическую энергию транспортного средства и преобразовать ее в энергию деформации, предложенная головная часть располагает энергопоглощающими элементами, являющимися частью ее несущей конструкции. Другими словами, энергопоглощающие элементы встроены в несущую конструкцию головной части. Отдельные громоздкие энергопоглощающие элементы внутри головной части заменены по их действию за счет предложенного выполнения несущей конструкции с выигрышем пространства. Разумеется, в рамках изобретения можно оборудовать головную часть дополнительными энергопоглощающими элементами и буферами. Их способность к уменьшению кинетической энергии поддерживается тогда изобретением. Энергопоглощающие элементы несущей конструкции выполнены так, что в случае обычных столкновений кинетическая энергия полностью поглощается, как правило, встроенными энергопоглощающими элементами и, при необходимости, смонтированными на головной части и имеющими, при необходимости, деформационные зоны буферами. Поэтому в рамках изобретения головная часть после столкновения может быть простым образом заменена новой головной частью, благодаря чему последствия столкновения ограничены и могут быть быстро устранены. Кроме того, предложенная головная часть создает большое внутреннее пространство за счет отсутствия отдельных энергопоглощающих элементов. Наконец, встроить энергопоглощающие элементы в несущую конструкцию стоит дешевле использования отдельных энергопоглощающих элементов.
Предпочтительным образом частью энергопоглощающего элемента является таранная балка несущей конструкции, проходящая в поперечном направлении на обращенной от присоединительных средств стороне несущей конструкции. Под поперечным направлением в этом случае подразумевается направление, перпендикулярное направлению движения транспортного средства, причем каждая таранная балка и помещенные здесь впоследствии поперечные балки проходят соответственно в плоскости, в основном, параллельной пути. Таранные балки как таковые уже известны в области железнодорожной техники и проходят непосредственно на лобовой стороне транспортного средства или головной части. При столкновении они обращены тем самым непосредственно к данному препятствию. Согласно этому предпочтительному варианту осуществления изобретения действие энергопоглощающих элементов наступает поэтому непосредственно при наезде на препятствие.
Согласно целесообразному в этом отношении варианту энергопоглощающий элемент содержит труднодеформируемую по сравнению с таранной балкой поперечную балку, которая расположена со смещением от нее в направлении присоединительных средств и проходит в поперечном направлении, причем между таранной и поперечной балками расположен деформируемый в результате столкновения материал. Согласно этому предпочтительному варианту в случае столкновения сначала в направлении присоединительных средств и тем самым поперечной балки движется таранная балка. При этом наступает продолжающаяся деформация деформируемого материала, пока его способность к деформации не будет исчерпана. За счет поперечной балки, механически более прочной по сравнению с таранной балкой или деформируемым материалом, деформация несущей конструкции или энергопоглощающего элемента целенаправленно ограничена ее/его торцевой стороной. Лишь в случае значительных усилий столкновения вследствие более высокой скорости транспортного средства происходит деформация поперечной балки.
Согласно одному предпочтительному варианту деформируемый материал имеет места запуска деформации. Такие места запуска деформации, которые можно также назвать заданными местами деформации, являются участками или зонами деформируемого материала, которые выполнены так, что его деформация начинается в этих зонах, или, другими словами, в этих местах. Примерами мест запуска деформации являются зоны с пониженной по сравнению с примыкающими зонами механической прочностью или сужающиеся навстречу направлению удара зоны или участки.
Целесообразно поперечные и таранные балки соединены между собой проходящими с обеих сторон от них продольными балками, причем продольные балки имеют слабые места для механического ослабления прочности материала. Целесообразно свободный конец каждого дугообразного участка прочно соединен с таранной балкой. В случае столкновения из-за ослабления материала образуются места запуска деформации, в которых начинается ее процесс. Поэтому слабые места обеспечивают целенаправленную деформацию.
Целесообразно продольные балки выдаются за таранную балку в обращенном от присоединительных средств направлении. Согласно этому предпочтительному варианту в случае столкновения продольная балка вступает в контакт сначала с препятствием, причем происходит целенаправленная деформация продольной балки и тем самым всего энергопоглощающего элемента. Кроме того, при продолжающейся деформации за счет этой конструктивной меры происходит равномерное уменьшение кинетической энергии.
Предпочтительным образом деформируемый материал, по меньшей мере, одного энергопоглощающего элемента образует волнообразную структуру. За счет нее повышается степень кинетической энергии, которая может быть уменьшена энергопоглощающим элементом. В принципе, уже на основе своего внешнего вида или формы волнообразная структура обеспечивает повышенное по сравнению с плоскими листами энергопоглощение. К тому же за счет волнообразной структуры повышается масса деформируемого материала при прежней пространственной нагрузке. Благодаря волнообразному геометрическому выполнению и повышенной массе при деформации материала может уменьшаться больше кинетической энергии, чем, например, за счет плоского деформируемого материала без возвышающихся участков.
Согласно одной модификации волнообразная структура имеет возвышающиеся волнообразные участки, проходящие под прямым углом к соответствующей таранной балке. За счет такой ориентации дополнительно повышается уменьшенная при деформации энергия.
Целесообразно волнообразные участки выполнены суженными на своей обращенной к таранной балке стороне. При этом также целесообразно, если выполненные суженными стороны или концы волнообразных участков соединены непосредственно с таранной балкой. За счет сужения деформируемый материал «запускается» с образованием так называемых мест запуска деформации. Они образуют заданные места деформации, в которых только на основе выполнения материала начинается деформация энергопоглощающего элемента.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения волнообразные участки образуют усеченные пирамиды, причем высота усеченных пирамид уменьшается на их обращенном к таранной балке конце.
Согласно отличающемуся от этого варианту осуществления изобретения деформируемый материал реализован, по меньшей мере, одним деформируемым листом, проходящим между таранной и поперечной балками. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения между таранной и поперечной балками предусмотрены два параллельных деформируемых листа. Деформируемый лист или листы выполнены, например, плоскими.
Целесообразно энергопоглощающий элемент является частью участка пола несущей конструкции.
Согласно отличающемуся от этого варианту осуществления изобретения энергопоглощающий элемент проходит под оконными проемами несущей конструкции, предназначенными для размещения лобовых стекол. Согласно обоим вариантам выполнения энергопоглощающего элемента он проходит, в основном, параллельно пути и поперек направления движения.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения каждый энергопоглощающий элемент является частью несущей конструкции.
Другие целесообразные варианты осуществления и преимущества изобретения являются объектом нижеследующего описания примеров его осуществления со ссылкой на чертежи, причем одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаково действующим деталям. На чертежах изображают:
- фиг.1: перспективный вид примера выполнения головной части;
- фиг.2: пример выполнения среднего энергопоглощающего элемента головной из фиг.1 в увеличенном виде;
- фиг.3: пример выполнения нижнего энергопоглощающего элемента головной части из фиг.1.
На фиг.1 в перспективе изображен пример выполнения головной части 1. На фиг.1 она реализована только несущей конструкцией 2. Другие компоненты головной части, такие как фары, воздушно-техническое оборудование, пульт управления, сиденье машиниста и т.п., для наглядности не показаны. Лишь полноты ради следует указать на то, что несущая конструкция 2 имеет ниши 3 для размещения прожекторов, проемы 4 для размещения лобовых стекол, верхнюю нишу 5 для размещения верхнего прожектора и отсеки 6 для размещения воздушно-технического оборудования и т.п.
Несущая конструкция 2 содержит также две боковые стенки 7, крышу 8 и пол 9, а также конструкцию 10 для размещения пульта управления (не показан). Для монтажа несущей конструкции 2 на кузове вагона рельсового транспортного средства предусмотрены схематично изображенные присоединительные средства 11, которые в данном примере представляют собой простые фланцевые соединения, которые могут быть разъемно соединены с фланцами кузова вагона. Для соединения служат, например, болты с замковым кольцом. Такие болты легко размещаются и обеспечивают прочную механическую опору.
Несущая конструкция 2 целесообразно изготовлена из стали.
На обращенной от присоединительных средств 11 стороне, т.е. на торцевой стороне несущей конструкции 2 или головной части 1, расположена нижняя таранная балка 12, которая проходит в поперечном направлении, т.е. под прямым углом к направлению движения транспортного средства и, в основном, параллельно пути, т.е. горизонтально. Под проемами 4 для лобовых стекол расположена средняя, закрытая листом 13 поперечная балка 14. Со смещением в направлении присоединительных средств 1 видна еще поперечная балка 15. Она проходит также горизонтально в поперечном направлении, т.е. параллельно таранной балке 14. Таранные 12, 14 и поперечная 15 балки являются соответственно составной частью энергопоглощающего элемента.
На фиг.2 один из энергопоглощающих элементов 16 несущей конструкции 2 изображен более подробно. Он расположен под проемами 4 на фиг.1 и образует конструкцию 10 пульта управления. Составными частями энергопоглощающего элемента 16 являются проходящая в поперечном направлении таранная балка 14, проходящая параллельно ей поперечная балка 15 и две продольные балки 17, 18, которые механически соединяют между собой поперечную 15 и таранную 14 балки. При этом продольные балки 17, 18 имеют дугообразные участки 19, изогнутые так, что оба их свободных конца обращены друг к другу. Свободные концы продольных балок 17, 18 механически соединены с таранной балкой 14, причем последняя расположена со смещением к присоединительным средствам, так что боковые балки 17, 18 выдаются за таранную балку 14 в направлении движения своими участками 20.
Для механического ослабления дугообразных участков 19 они имеют соответственно слабое место 21 в виде простых выемок. За счет этих выемок 21 механическая прочность боковых балок 17, 18 на дугообразных участках 19 снижена, так что при столкновении эти балки деформируются внутрь в этих зонах. Между таранной 14 и поперечной 15 балками расположен деформируемый материал 22 в виде двух параллельных друг другу плоских деформируемых листов.
При столкновении участки 20 вступают в контакт с препятствием. Сначала происходит направленная внутрь деформация боковых балок 17, 18 на их дугообразных участках 19 и лишь затем смещение таранной балки 14 в направлении поперечной балки 15 с деформацией деформируемых листов 22. При этом поперечная балка 15 имеет повышенную по сравнению с таранной балкой 14 и деформируемыми листами 22 механическую прочность, так что при столкновении она образует род контроопоры для деформационного процесса. Происходит постоянное энергопоглощение и тем самым контролируемое уменьшение кинетической энергии транспортного средства. Только при очень высоких усилиях столкновения вследствие очень высоких скоростей происходит также необратимая деформация формоустойчивой поперечной балки 15.
На фиг.3 изображен другой энергопоглощающий элемент 23, который образует участок 9 пола несущей конструкции 2 на фиг.1. Энергопоглощающий элемент 23 состоит из таранной 12 и расположенной параллельно ей поперечной 24 балок, причем между таранной 12 и поперечной 24 балками расположен деформируемый материал, здесь деформируемый лист 25 из стали. Поперечная 24 и таранная 12 балки соединены между собой боковыми балками 17, 18, которые изогнуты навстречу друг другу с образованием дугообразных участков 19. Для механического образования слабых мест дугообразные участки 19 имеют выемки 21. В деформируемом листе 25 выполнено вентиляционное отверстие 26 для выдувания воздуха посредством воздухотехнического оборудования.
На фиг.3 также видно, что деформируемый лист 25 имеет волнообразную структуру с волнообразными участками 27. Последние образуют усеченные пирамиды и сужены на своем направленном к таранной балке 12 конце. При этом высота усеченных пирамид уменьшается в направлении таранной балки 12. Таким образом, упрощена деформируемость обращенных к таранной балке 12 концов усеченных пирамид. Поэтому последние образуют посредством упомянутого сужения места запуска деформации. На обращенной от таранной балки 12 стороне волнообразных участков 27 предусмотрено ребро жесткости 28, которое механически соединяет между собой волнообразные участки 27. Ребро жесткости 28 служит только для уплотнения. Описанная конфигурация деформируемого листа 25 обеспечивает высокое и непрерывное энергопоглощение при столкновении. После него деформированная головная часть может быть полностью заменена за счет выламывания болтов с чекой. Энергопоглощающие элементы позволяют избежать деформаций остального транспортного средства.