РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ДЕФОРМАЦИОННОЙ ЗОНОЙ
RAIL VEHICLE WITH DEFORMATION ZONE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к рельсовому транспортному средству с деформационной зоной, в частности к пассажирскому рельсовому транспортному средству.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для улучшения деформационной характеристики рельсовых транспортных средств при столкновениях зачастую устанавливаются зоны поглощения удара. Эти зоны поглощения удара или деформационные зоны должны воспринимать энергию удара, причем деформируемые определенным образом сминаемые зоны преобразуют энергию удара в энергию деформации и при этом минимизируют нагрузки для людей в транспортном средстве.
С этой целью обширные области конструкции рельсового транспортного средства могут с одной стороны выполняться таким образом, что они могут целенаправленно воспринимать энергию деформации или специальные модули поглощения удара (буферы) надеваются на переднюю или хвостовую конструкцию рельсового транспортного средства. Последний вариант осуществления является предпочтительным, так как ремонт после столкновения упрощается благодаря хорошей доступности этих модулей поглощения удара. Столкновения между рельсовыми транспортными средствами происходят по существу в направлении продольной оси подвижного состава, в крайнем случае, разность высот, например ввиду различных нагруженных состояний сталкивающихся транспортных средств может приводить к так называемому наезду. У рельсовых транспортных средств, которые подвержены повышенному риску столкновения с другими препятствиями, чем дальнейшее рельсовое транспортное средство (в частности у трамваев), возникает особая проблема. Следует покрывать существенно более широкий спектр сценариев столкновений, причем происходящие с одной стороны или косые столкновения сдерживаются обычными сминаемыми зонами или модулями поглощения удара, которые рассчитаны по существу на столкновения в продольном направлении, лишь неудовлетворительно. Обычные, рассчитанные на продольные столкновения модули поглощения удара могут воспринимать эту косую нагрузку зачастую неудовлетворительно, так как при этом в этих модулях поглощения удара возникает напряжение изгиба и сдвига, под воздействием которого соответствующий элемент поглощения удара без мер предосторожности в виде поперечного упора надламывается в боковом направлении. Соответствующее конструктивное исполнение известных элементов поглощения удара в том виде, что они могут одинаково хорошо обрабатывать как продольные, так и косые столкновения привело бы к крайне дорогостоящим, сложным и тяжелым элементам поглощения удара, которые не подходят для использования в рельсовых транспортных средствах.
Норма EN 15277 требует для трамвайного подвижного состава подтверждение столкновения с конструктивно идентичным транспортным средством на скорости 15 км/ч при вертикальном сдвиге в 40 мм и столкновение с расположенным под углом в 45 градусов ровным препятствием массой в 3 тонны и при скорости в 25 км/ч (сценарий столкновения: поезд с легким грузовым автомобилем на пересечении улиц). Таким образом, другие столкновения, например с рельсовыми транспортными средствами другой конструкции, большими грузовыми автомобилями с высокими краями грузовых бортов или столкновения при прохождении кривого участка пути, не покрыты требованиями нормы.
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поэтому в основе изобретения лежит задача по предоставлению рельсового транспортного средства с деформационной зоной, которая предоставляет хорошую защиту для пассажиров и машиниста, в частности даже при не осевых столкновениях или при столкновениях с транспортными средствами различной конструкции.
Задача решается с помощью рельсового транспортного средства с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Согласно основной идее изобретения описывается рельсовое транспортное средство, включающее в себя, по меньшей мере, одну расположенную в каждом случае на торцевой стороне деформационную зону, причем деформационная зона включает в себя раму столкновения, множество деформационных элементов и две передние колонны, причем деформационные элементы ориентированы в радиальном направлении вокруг передней конструкции кузова вагона и в каждом случае на одном из своих концов соединены с кузовом вагона, причем рама столкновения соединяет отвернутые от кузова вагона концы деформационных элементов и расположена в виде дуги вокруг передней конструкции кузова вагона, причем передние колонны в каждом случае проходят между кузовом вагона и рамой столкновения и неподвижно соединены с рамой столкновения.
Вследствие этого может достигаться преимущество возможности придавать рельсовому транспортному средству такие свойства при столкновении, которые даже в случае косых столкновений, а также в частности при столкновениях с конструктивно неидентичными транспортными средствами (другими моделями рельсовых транспортных средств, грузовыми автомобилями и т.д.) обеспечивают поглощение кинетической энергии удара в деформационных элементах. Вследствие этого торможение, воздействующее на пассажиров и персонал транспортного средства, может минимизироваться.
Дальнейшее существенное преимущество настоящего изобретения заключается в создании прочной клетки вокруг кабины машиниста. Благодаря предусмотрению передних колонн (обозначаемых также как лобовые стойки или угловые стойки) и неподвижному соединению этих передних колонн с кузовом вагона и с рамой столкновения создается безопасная кабина машиниста транспортного средства (клетка выживания). Эта кабина машиниста предпочтительна при столкновениях с высокими препятствиями (грузовыми автомобилями), так как, в частности, современные трамваи имеют очень низкий уровень пола, то есть место машиниста транспортного средства расположено существенно ближе к дорожному полотну. Благодаря соединению передних колонн с рамой столкновения усилия столкновения, которые вводятся в передние колоны, воспринимаются в деформационных элементах, таким образом, передние колонны освобождаются от исключительного поглощения энергии.
Согласно изобретению создается деформационная зона, которая включает в себя раму столкновения. Эта рама столкновения имеет дугообразную конструкцию, которая в горизонтальном направлении расположена перед лобовой частью кузова вагона. При этом дуга может быть также сформирована из отдельных прямых сегментов. Рама столкновения соединена с кузовом вагона при помощи множества деформационных элементов. При этом эти деформационные элементы расположены по существу в радиальном направлении. На каждой стороне транспортного средства предусмотрена передняя колонна, которая проходит между кузовом вагона, предпочтительно сбоку в области крыши, и рамой столкновения и соединена с обоими вышеупомянутыми конструктивными элементами. Эта деформационная зона из передних колонн, рамы столкновения и деформационных элементов с одной стороны образует устойчивое пространство выживания для машиниста, а с другой стороны диссипирующую (рассеивающую) энергию зону.
Наиболее предпочтительно выполнять деформационную зону в виде конструктивного узла, который может изготовляться отдельно от кузова вагона, и снабжать ее средствами для разъемного закрепления на кузове вагона. Вследствие этого может достигаться преимущество возможности проводить быстрый ремонт транспортного средства посредством замены деформационной зоны. Для разъемного закрепления предпочтительны, в частности, винтовые соединения.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения деформационные элементы расположены в нескольких горизонтальных плоскостях. Таким образом, может достигаться преимущество возможности покрывать существенно более широкий спектр сценариев столкновений.
Дальнейший предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает соединять раму столкновения на ее боковых концах с конструкцией кузова вагона.
Соответствующая изобретению деформационная зона должна предпочтительно предусматриваться на всех потенциально подверженных столкновению концах вагонов, в частности на всех оснащенных кабиной машиниста транспортного средства концах вагонов. Далее соответствующая изобретению деформационная зона защищает также при столкновении во время прохождения кривого участка пути, в то время как обычные деформационные зоны не предоставляют при этом защиту или предоставляют лишь весьма незначительную защиту.
Далее рекомендуется оснащать голову транспортного средства предохранителем от наезда (Anticlimber). Вследствие этого может достигаться преимущество возможности предотвращать при столкновении с конструктивно идентичным, также оснащенным предохранителем от наезда транспортным средством очень опасный, так называемый наезд, который может приводить к полному разрушению пассажирского салона. При этом предохранитель от наезда, выполненный, как правило, в виде полосчатого (пластинчатого) конструктивного элемента с зубчатой структурой следует располагать на первом контактном месте столкновения (голове транспортного средства) на раме столкновения.
Дальнейший предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает располагать передний деформационный элемент (первую ступень деформации) в голове вагона. Таким образом, для небольших столкновений, в частности с конструктивно идентичными транспортными средствами, которые часто происходят на железнодорожных вокзалах или при маневровых работах, может достигаться защита. Тем самым благодаря действию переднего деформационного элемента остальная деформационная зона может оставаться неповрежденной, вследствие чего существенно минимизируются расходы на ремонт.
Является предпочтительным выполнять деформационные элементы в виде так называемых труб поглощения удара, так как при этом конструктивным образом может задаваться желаемая деформационная характеристика, в частности определенный уровень усилия при деформации. Альтернативно деформационные элементы могут также выполняться при помощи других технологий, например в виде элементов из дроссов (соединений цветных металлов, образующихся при плавке).
Настоящее изобретение наиболее предпочтительно для использования в трамвайном подвижном составе, так как трамваи наиболее часто подвержены не осевым сценариям столкновений.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА
На чертеже в качестве примера показаны:
фиг. 1 - рельсовое транспортное средство с деформационной зоной, вид в перспективе;
фиг. 2 - рельсовое транспортное средство с деформационной зоной, вид сверху;
фиг. 3 - рельсовое транспортное средство с деформационной зоной, вид сбоку;
фиг. 4 - столкновение, вид сверху, конструктивно идентичные транспортные средства, перед ударом;
фиг. 5 - столкновение, вид сверху, конструктивно идентичные транспортные средства, во время удара;
фиг. 6 - столкновение, вид сбоку, конструктивно идентичные транспортные средства, перед ударом;
фиг. 7 - столкновение, вид сбоку, конструктивно идентичные транспортные средства, во время удара;
фиг. 8 - косое столкновение с грузовым автомобилем, вид сбоку;
фиг. 9 - косое столкновение с грузовым автомобилем, вид в перспективе.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 показывает в качестве примера и схематично рельсовое транспортное средство с деформационной зоной на виде в перспективе. Изображено рельсовое транспортное средство 1, которое выполнено в виде трамвая. Это рельсовое транспортное средство включает в себя кузов 5 вагона с пультом 8 управления машиниста. На торце предусмотрена деформационная зона, которая включает в себя две передние колонны 4, раму 2 столкновения и множество деформационных элементов 3. Рама 2 столкновения выполнена из нескольких прямых сегментов и проходит в виде дуги перед передней частью кузова 5 вагона. Между кузовом 5 вагона и рамой 2 столкновения множество деформационных элементов 3 расположены по существу в радиальном направлении или веерообразно. Показан пример осуществления, в котором деформационные элементы 3 расположены в двух горизонтальных плоскостях. Вследствие этого рама 2 столкновения выполнена в виде сегментной решетчатой конструкции, которая соединяет отвернутые от кузова 5 вагона концы деформационных элементов 3. Передние колонны 4 выполнены в виде изогнутых угловых колонн, проходят между кузовом 5 вагона и рамой столкновения и в каждом случае соединены с этими конструктивными элементами.
Места соединения передних колонн 4 с рамой 2 столкновения должны быть выполнены настолько прочными, чтобы введенные в передние колонны 4 усилия могли проводиться в деформационные элементы 3, без того чтобы эти места соединения разрушались. Изображенный пример осуществления показывает деформационную зону с четырьмя деформационными элементами 3, ориентированными в продольном направлении транспортного средства, и в каждом случае с двумя расположенным по бокам деформационными элементами 3, ориентированными приблизительно под углом в 45 градусов к продольному направлению транспортного средства. В голове транспортного средства рама 2 столкновения снабжена двумя предохранителями 6 от наезда. Между обоими предохранителями 6 от наезда предусмотрена возможность для закрепления переднего деформационного элемента 7 (сам деформационный элемент 7 не изображен). Дальнейшие конструктивные элементы, в частности обычные для передних частей транспортных средств элементы обшивки, не изображены на фиг. 1. Эти элементы обшивки ввиду своей низкой прочности не принимают существенного участия в процессе деформации.
Фиг. 2 показывает в качестве примера и схематично рельсовое транспортное средство с деформационной зоной на виде сверху. Изображен пример осуществления с фиг. 1. Хорошо видно радиальное расположение деформационных элементов 3.
Фиг. 3 показывает в качестве примера и схематично рельсовое транспортное средство с деформационной зоной на виде сбоку. Изображен пример осуществления с фиг. 1.
Фиг. 4 показывает в качестве примера и схематично столкновение двух конструктивно идентичных транспортных средств непосредственно перед ударом. Два рельсовых транспортных средства 1 согласно изображению на фиг. с 1 по 3 изображены в положении непосредственно перед столкновением. Оба транспортных средства 1 находятся на одних и тех же рельсах. Изображение показывает типичное в зонах остановок столкновение.
Фиг. 5 показывает в качестве примера и схематично столкновение двух конструктивно идентичных транспортных средств во время удара. Сценарий столкновения с фиг. 4 изображен в дальнейшем развитии. Предохранители от наезда обоих транспортных средств 1 вошли в зацепление друг с другом и предотвращают наезд. Деформационные элементы 3 обоих транспортных средств 1 среагировали, причем каждый деформационный элемент 3 правого транспортного средства диссипировал (рассеял) больше энергии. Пространство вокруг пульта 8 управления машиниста сохранило геометрическую форму.
Фиг. 6 показывает в качестве примера и схематично столкновение двух конструктивно идентичных транспортных средств непосредственно перед ударом на виде в перспективе. Показана ситуация согласно изображению с фиг. 4.
Фиг. 7 показывает в качестве примера и схематично столкновение двух конструктивно идентичных транспортных средств во время удара. Показана ситуация согласно изображению с фиг. 5.
Фиг. 8 показывает в качестве примера и схематично косое столкновение рельсового транспортного средства с грузовым автомобилем на виде сбоку. Изображен сценарий столкновения между рельсовым транспортным средством 1 и грузовым автомобилем 9. Рельсовое транспортное средство 1 выполнено так, как показано на фиг. с 1 по 3. От грузового автомобиля 9 изображена только рама грузовой платформы, так как, с одной стороны, она является самым устойчивым конструктивным элементом грузового автомобиля, а, с другой стороны, столкновение с этой рамой является одним из самых распространенных сценариев столкновений.
Столкновение происходит под углом приблизительно в 45 градусов к продольной оси рельсового транспортного средства. Передняя колонна 4 воспринимает энергию столкновения и, с одной стороны, частично преобразует ее в работу деформации саму по себе, а, с другой стороны, передняя колонна 4 проводит энергию столкновения в деформационные элементы 3. Без передней колонны изображенное столкновение было бы очень опасным для машиниста, так как грузовая платформа грузового автомобиля 9 смогла бы беспрепятственно проникнуть в кабину машиниста.
Фиг. 9 показывает в качестве примера и схематично косое столкновение рельсового транспортного средства с грузовым автомобилем на виде в перспективе. Изображен сценарий столкновения с фиг. 8 на виде в перспективе. Фиг. 9 показывает действие левых деформационных элементов 3, а также небольшое действие деформационных элементов 3, ориентированных в продольном направлении транспортного средства. Рельсовое транспортное средство без соответствующей изобретению деформационной зоны при таком столкновении практически едва ли могло бы также поглощать энергию удара при оснащении обычными деформационными элементами, так как обычные деформационные элементы изогнулись бы и потеряли бы свое диссипирующее (рассеивающее) энергию свойство.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 рельсовое транспортное средство
2 рама столкновения
3 деформационный элемент
4 передняя колонна
5 кузов вагона
6 предохранитель от наезда
7 передний деформационный элемент
8 пульт управления машиниста
9 грузовой автомобиль