МОДУЛЬ КАБИНЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE CABIN MODULE

Изобретение относится к кабинам транспортных средств, преимущественно локомотивов.
Известна конструкция кабины в составе кузова локомотива, состоящая из металлического каркаса, лобовая часть которого состоит из вертикальных и горизонтальных продольных и поперечных жестких профилей, при этом каркас снаружи обшит гладкими и гофрированными листами одинаковой толщины [1].
Недостатком данной конструкции является то, что для обеспечения безопасности персонала локомотивной бригады при аварийном столкновении управляемого ими транспортного средства с препятствием на пути (автомобилем, трактором на железнодорожном переезде) происходит значительная продольная деформация лобовой части каркаса, что нередко ведет к чрезвычайно резкому сокращению пространства выживания для персонала и его гибели.
Известен модуль кабины в составе кузова железнодорожного транспортного средства, принятый за прототип, содержащий обшитый листами каркас, состоящий из вертикальных и горизонтальных жестких профилей, в котором между дополнительными поперечными горизонтальными жесткими профилями и лобовой частью каркаса размещены энергопоглощающие устройства, каждое из которых имеет не менее двух пружинно-фрикционных устройств, установленных в продольном направлении кузова, и одно клиновое устройство, корпус которого установлен в поперечном направлении кузова [2].
Недостатком указанного модуля кабины является сложность конструкции энергопоглощающего устройства, состоящего из множества элементов, что снижает надежность срабатывания конструкции при аварийном соударении.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение безопасности персонала транспортного средства путем повышения надежности срабатывания энергопоглощающего устройства, размещенного в лобовой части модуля.
Технический результат достигается тем, что в модуле кабины транспортного средства, содержащем обшитый листами металлический каркас, состоящий из вертикальных и горизонтальных жестких профилей, составляющих переднюю, заднюю, боковые стенки, основание и крышу, причем за передней стенкой установлено энергопоглощающее устройство, ниже проема лобового окна выполнен горизонтальный брус, соединяющий переднюю и боковые стенки и замыкающийся на стойках задней стенки, между передней стенкой и параллельным ей дополнительным защитным экраном размещено энергопоглощающее устройство, выполненное в виде ячеистой конструкции, состоящей из вертикальных желобчатых элементов, установленных в ряд с определенным шагом друг от друга в поперечном направлении кабины и в несколько слоев - в продольном, причем слои разделены гладкими листами, на которых боковыми кромками закреплены желобчатые элементы. Вертикальные желобчатые элементы в энергопоглощающем устройстве могут быть выполнены разной длины и ориентированы выпуклой частью в противоположные стороны.
На фиг.1 изображен общий вид модуля кабины транспортного средства; на фиг.2 - разрез А-А с фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б с фиг.2; на фиг.4 - схема графиков энергопоглощения.
Модуль кабины транспортного средства (фиг.1, 2, 3) содержит основание 1, на котором смонтированы боковые стенки 2, 3, передняя стенка (лобовая часть) 4 и задняя стенка 5, на которые опирается крыша 6, состоящие из прямых и изогнутых вертикальных и горизонтальных жестких прокатных профилей (П-образного и Z-образного сечений), составляющих металлический каркас, обшитый гладкими или гофрированными листами.
Боковые стенки 2, 3 и передняя стенка (лобовая часть) 4 ниже оконного проема 7 содержат (фиг.1-3) общий горизонтальный брус 8, опоясывающий кабину по передней и боковым сторонам ее периметра и замыкающийся на стойках (вертикальных профилях) 9 задней стенки 5. Горизонтальный брус 8 опирается на основание 1 посредством вертикальных 10 и наклонных 11 профилей.
Между передней стенкой (лобовой частью) 4 и параллельным ей дополнительным защитным экраном 12, ниже проема лобового окна 7, размещено (фиг.2, 3) энергопоглощающее устройство 13 ячеистой конструкции, состоящее из вертикальных желобчатых элементов 14, установленных в ряд с определенным шагом друг от друга в поперечном направлении кабины и в несколько слоев - в продольном. Слои вертикальных желобчатых элементов 14 разделены гладкими листами 15, к которым вертикальные желобчатые элементы 14 прикреплены (например, приварены) своими боковыми кромками (фиг.3). Причем вертикальные желобчатые элементы 14 могут быть выполнены разной длины и в энергопоглощающем устройстве 13 ориентированы выпуклой частью в противоположные стороны, например, как показано на фиг.3.
Модуль работает следующим образом.
каб
При аварийном соударении транспортного средства (локомотива) со случайно оказавшимся на его пути препятствием (например, другим транспортным средством) часть ударной нагрузки приходится непосредственно на лобовую (подоконную) часть модуля кабины, т.е. на переднюю стенку 4 (в случае локомотива ударную нагрузку также воспринимают путеочиститель, буфера, автосцепка, главная рама). В процессе удара, т.е. от момента касания транспортного средства с препятствием и до момента окончания их силового взаимодействия, выделяется определенная энергия, часть которой затрачивается на деформацию транспортного средства, в том числе кабины (E).
d
На фиг.4 схематично представлены графики энергопоглощения (Е) модуля кабины, оборудованного энергопоглощающим устройством (ЭПУ) 13 (кривая 1) и без ЭПУ (кривая 2), в зависимости от глубины продольной деформации (l), направленной внутрь кабины при аварийном столкновении с препятствием.
1
2
На первом этапе столкновения (фиг.4), когда начинается уравнивание продольных скоростей транспортного средства и препятствия, горизонтальный брус 8 вместе с передней стенкой 4 под действием ударной нагрузки смещается в продольном направлении к защитному экрану 12. При этом в модуле кабины, оборудованном ЭПУ, продольное смещение (деформация) горизонтального бруса 8 и стенки 4 происходит при более высокой ударной нагрузке, что обеспечивает на этапе I более высокий уровень энергопоглощения (точка a), чем при отсутствии ЭПУ (точка a).
каб
каб
1
2
Дальнейшее смещение горизонтального бруса 8 вместе с защитным экраном 12 происходит при более высокой ударной нагрузке, чем та, которая требуется для полного (плотного) смятия желобчатых элементов 14 между листами 15 энергопоглощающего устройства 13 и экраном 12. Деформация модуля кабины происходит до момента уравнивания продольных скоростей транспортного средства и препятствия, т.е. до момента, когда энергопоглощение модуля кабины достигнет определенного уровня (E). Как видно из кривых 1 и 2 (фиг.4), одинаковый уровень энергопоглощения E при наличии ЭПУ обеспечивается при меньшей (ld) глубине продольной деформации, чем в случае его отсутствия (ld).
каб
d
каб
d
каб
За счет выбора материала и геометрических размеров элементов энергопоглощающего устройства 13 достигается необходимое энергопоглощение E на допускаемой глубине деформации l лобовой части модуля кабины, которая выбирается из условия обеспечения минимально допустимого внутреннего продольного размера Δ1 кабины (пространства выживания), т.е. l-l≥Δl, где l - продольный размер кабины. Для модуля кабины локомотива Δl должно быть не менее 0,75 м.
Таким образом, в модуле кабины обеспечивается безопасность персонала (локомотивной бригады) при аварийных соударениях, которая достигается за счет сохранения необходимого пространства выживания.
Источники информации
1. В.Н.Иванов. Конструкция и динамика тепловозов. Изд. 2-е, доп., М., Транспорт, 1974, сс.98-100.
2. Патент RU 2253582 C2, кл. B61F 19/04, 2004 г.