一種軌道列車的防爬吸能裝置及其撞擊吸能的仿真分析

張保英 張寅河

摘 要：車輛碰撞是車輛運行的風險因素之一，為確保列車的碰撞安全性能，在列車的首尾車司機室端部底架設置防爬裝置、吸能構(gòu)件和撞擊能量吸收區(qū)，以防止兩列車發(fā)生沖撞時產(chǎn)生爬疊，有效吸收撞擊能量。進行了碰撞吸能的仿真分析。

關鍵詞：碰撞；吸能；仿真分析

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.29.097

1 能量吸收原理及方案

撞擊能量吸收的原理是：當兩列車碰撞時，列車前部的吸能構(gòu)件以設定的方式產(chǎn)生大塑性變形，消耗巨大的撞擊能量。結(jié)構(gòu)設計的關鍵是：對吸能構(gòu)件的不同部件設定在一定載荷作用下產(chǎn)生失效并保證其逐級作用，失效載荷是在考慮滿足列車正常運行時車體及其它部件載荷要求的前提下確定的。

能量吸收方案設計為三級：第一級為車鉤緩沖裝置，第二級為車鉤壓潰管，第三級為吸能構(gòu)件和撞擊能量吸收區(qū)。

設置于頭車前端的防爬裝置具有防止車輛爬疊的功能，兩列車相撞時，防爬裝置準確對中，使撞擊能量通過底架水平傳遞。防爬裝置后設有吸能構(gòu)件，吸能構(gòu)件在前端設有弧形引導槽。吸能構(gòu)件設計合理，具有良好的吸能能力和大變形力學特性。頭車前端底架結(jié)構(gòu)和防爬吸能結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

2 車體碰撞吸收過程

端部結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

當吸能構(gòu)件壓縮變形到一定程度后，頭車前端結(jié)構(gòu)開始接觸，車體結(jié)構(gòu)設計時協(xié)調(diào)了端部結(jié)構(gòu)的剛度與強度，變形將按照設定的方式進行，結(jié)構(gòu)的變形過程如圖5所示。

設計和制造撞擊能量吸收區(qū)的目標為：當列車發(fā)生撞擊時，緩沖裝置、壓潰管、吸能構(gòu)件、撞擊能量吸收區(qū)順序作用，吸收撞擊能量，保護客室不受損壞，使乘客受傷的危險降至最低程度。

3 仿真計算

圖6是一列6輛編組的AW0載荷列車以25km/h的速度與另一列靜止的6輛編組AW0載荷列車撞擊后的編組。

對沖擊過程進行動力學仿真計算，各斷面的撞擊力-位移曲線如圖7所示。從圖中可以看出，最大車鉤力發(fā)生在直接沖擊的連掛斷面上，車鉤壓縮力峰值為1200kN，沖擊斷面頭車車鉤過載保護被觸發(fā)，所有斷面壓潰管均被觸發(fā)，沖擊斷面防爬器觸發(fā)，詳見表1?？拷苯記_擊斷面的中間斷面壓潰管行程266.2mm。直接沖擊斷面防爬器觸發(fā)，防爬器變形力為1200kN，行程為235.4*2mm。

仿真結(jié)果表明，當一列6輛編組的AW0載荷列車以25km/h的速度與另一列靜止的6輛編組AW0載荷列車撞擊時，緩沖器、壓饋管和前端吸能結(jié)構(gòu)共同作用能夠完全吸收撞擊能量，客室無損壞，保護乘客人身安全。

4 結(jié)論

當一列AW0載荷列車以6.8km/h及以下速度與一列靜止的AW0載荷列車連掛時，車鉤通過緩沖裝置吸收全部的沖擊能量。

當一列AW0載荷列車以6.8km/h～17.5km/h速度與一列靜止的AW0載荷列車碰撞時，車鉤通過緩沖裝置和壓潰管吸收全部的撞擊能量。

當一列AW0載荷列車以17.5km/h～25km/h速度與一列靜止的AW0載荷列車碰撞時，當緩沖裝置和壓潰管動作到限后，頭車前端車鉤過載保護裝置發(fā)生作用，前端車鉤退出能量吸收過程，防爬器接觸，開始承受縱向沖擊，防爬器后面的吸能構(gòu)件和撞擊能量吸收區(qū)將產(chǎn)生464mm的塑性變形，共同吸收剩余撞擊能量。

參考文獻

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[2]BS EN 12663：2010 鐵路應用-鐵路車輛車體結(jié)構(gòu)要求[S].

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