地鐵車輛列車碰撞吸能方案研究

高雨

【摘要】隨著城市化腳步的不斷加快，一些中特大人口城市逐漸形成，為解決人口增加帶來的交通壓力，地鐵車輛由于其快速性、準時性、安全性被廣泛應用到城市交通運輸中，與此同時，車輛運行安全也被廣泛關注，被動安全設計成為地鐵設計的首要設計要求，車輛通過增加吸能裝置來吸收車輛碰撞過程中產生的能量，文章根據某B型車被動安全設計要求為例，根據一維能量分配軟件配置車輛吸能裝置參數，并根據三維碰撞分析驗證設計的可行性。

【關鍵詞】地鐵車輛；列車碰撞；吸能方案

一、引言

目前地鐵車輛廣泛采用車鉤緩沖裝置、防爬吸能裝置、車體結構吸能等吸能裝置吸收車體碰撞過程中產生的能量，采用逐級吸能的方式以適應不同碰撞速度下的吸能要求。以某6編組B型被動安全設計要求為例，車輛要求25km/h碰撞下，車體客室不得有損壞，根據設計要求，列車在各車輛間配置有EFG3型車鉤緩沖裝置并增加膨脹式壓潰管以滿足15km/h下的碰撞要求，通過配置在車體前端的防爬吸能裝置共同吸收25km/h下的碰撞能量。

二、車輛建模

（一）工況介紹

一列6編組整備列車以25km/h的速度撞擊另一列6編組車輛，兩車均處于無制動狀態，列車碰撞示意圖如圖1所示，其中1-5為運動車各車輛間碰撞界面，7-11為靜止車各車輛間碰撞界面，6為兩列車碰撞界面。

（二）吸能裝置參數設置

各車輛間均配有帶EFG3型緩沖器的車鉤，并配有膨脹式壓潰管，在車輛首尾兩端配置有防爬吸能裝置，根據列車碰撞經驗，碰撞界面車鉤力最大，并在向后傳遞的過程中逐漸減弱，為了讓壓潰管更多地參與吸能，在各車輛間配置有不同觸發力的壓潰管，其中半永久車鉤采用階梯式壓潰管，根據一維能量分配軟件模擬，所有吸能裝置的配置參數如表1所示。

（三）車輛建模

利用HYPERMESH進行網格劃分，有限元模型主要采用殼單元進行劃分，焊縫通過梁單元來模擬，利用LS-DYNA進行碰撞分析。

三、結果分析

一列25km/h的列車碰撞一列靜止的列車，當碰撞界面頭車半自動車鉤接觸時，認為碰撞開始，當兩列車共速時，認為碰撞吸能結束，頭車半自動車鉤壓潰管觸發，通過力的傳遞使后界面車鉤壓潰管逐級觸發，當頭車半自動車鉤走完全部行程后，剪切螺栓發生剪切，頭車半自動車鉤回退，防爬吸能裝置接觸，繼續吸收剩余的能量。

如圖3所示，界面6車鉤力上升到570KN時，EFG3緩沖器開始壓縮變形，由于碰撞劇烈，緩沖器很快走完最大行程，車鉤力上升到950KN，壓潰管開始觸發，并在210ms時，壓潰管走完最大行程，頭車車鉤被剪切，防爬吸能裝置開始接觸繼續吸能；界面9中間半自動車鉤，車鉤力波動上升到570KN時，緩沖器開始觸發壓縮，由于力向后傳遞的衰減，緩沖器相對平穩的走完行程后壓潰管開始觸發，從7、8、10、11界面半永久車鉤車鉤力曲線上可以看出，由于7、8界面靠近碰撞界面，在緩沖器壓縮完成后，車鉤力隨變截面壓潰管的逐級觸發而線性增加。而10、11界面由于距離碰撞界面較遠，車鉤力未達到壓潰管的觸發力，只有緩沖器參與壓縮吸能。

由圖4可以看出，越靠近碰撞界面的界面車鉤觸發的行程越長，7、8、9界面壓潰管被觸發，第7界面共觸發了313mm行程、第8界面共觸發了280mm行程，第9界面共觸發了260mm行程，所有界面觸發行程均未超過許用最大行程。

當頭鉤剪切后，防爬吸能裝置開始接觸參與吸能，其中吸能裝置最大壓縮行程為301mm，低于吸能裝置的最大許用行程，在整個吸能過程中，所有吸能裝置參與吸能，并能吸收碰撞過程中產生的所有能量。

四、結論

兩列6車編組的整備狀態下的列車以25km/h相對速度碰撞過程中，碰撞產生的能量均被吸能裝置吸收，乘客區無明顯塑性變形，符合被動安全設計要求。

參考文獻

[1]王亞偉，劉曉亮，張士臣.地鐵車輛列車碰撞吸能方案研究[J].中國科技投資，2017（03）.