一种新型地铁车辆碰撞吸能结构

梁海廷　田洪雷　刘龙玺　顾玉林

摘 要：介绍了一种新型地铁车辆碰撞吸能结构，各吸能模块的结构及吸能原理。按EN 15227：2008中CI类车辆碰撞要求对吸能结构进行有限元仿真分析

关键词：碰撞；吸能；仿真分析

由于轨道交通碰撞事故的不可预测性，对其进行碰撞性能研究显得尤为重要。对车辆强度及碰撞吸能的研究，国内通行的参考标准为EN 126631：2010、EN 15227：2008。按照EN 15227：2008标准中规定的铁路车辆防撞性设计种类来分，国内地铁车辆均归类到CⅡ中。该新型碰撞吸能结构满足EN 15227：2008 中规定的CI类车辆碰撞要求。

1 碰撞吸能结构

当两辆车发生碰撞时理想的吸能过程是：两车钩先撞击连挂，车钩缓冲器变形吸收能量，随着速度增加车钩压溃管动作开始吸能，速度继续增加车钩过载保护螺栓剪断，车钩后退，两车防爬吸能装置接触，吸能装置吸收能量，最后两车吸能块撞击吸能。

2 仿真分析

2.1 计算模型及工况

按照标准EN 15227：2008车辆分类中的CⅠ类，定义两个相同列车的碰撞。两列车均在直线、平整轨道上。其中一列车带有36km/h 的初始速度，另一列车未制动。两列车有初始40mm 的垂向位移。两列车为整备状态下质量加上50%坐席乘客的质量。计算模型如图2所示。

2.2 能量变化情况

碰撞过程中总能量、动能和内能时间变化如图3所示。总能量基本维持在21.3MJ。在碰撞发生0.98s时刻，内能由0增大到10.3MJ ，动能由21.3MJ 减少到10.3MJ 。到1.2s时内能继续增加达到了10.89MJ，动能减小至9.5MJ。1.2s内，车钩缓冲器吸收908MJ能量。漏能最大值只有15.5KJ，不超过总能量0.1%。

撞击界面冲击力时间曲线见图4，撞击过程中首先车钩橡胶缓冲器被压死，接着压溃管被压缩吸能，碰撞界面的冲击力达到1250kN，然后是防爬器被压缩，碰撞界面的冲击力为1500kN，最后头车端部吸能块被压缩，碰撞界面中防爬器和吸能结构共同起作用时，冲击力达到2262kN。

对撞两头车的变形吸能结构和车体结构塑性应变时间序列，表明碰撞过程中变形顺序有序可控。

3 结语

轨道交通车辆的被动安全性能一直是各车辆制造厂商致力于研究的课题。一种合理的吸能结构可以最大程度的吸收车辆撞击时产生的能量，保证乘客安全。由仿真分析可知，本文介绍的这种吸能结构可以吸收兩车以36Km/h速度撞击时产生的能量，且变形顺序有序可控，即车钩缓冲装置先变形吸收能量，其次是防爬吸能装置变形吸能，最后是吸能块变形吸能。

参考文献：

[1]EN.铁路应用——铁路车辆车身的结构要求.第1部分：机车和客运车辆（货运车辆交替法），126631：2010.

[2]EN.铁路应用——铁路车体的防撞性要求.15227：2008.

作者简介：梁海廷（1981），男， 汉族，山东沂水人，硕士， 研究方向：从事轨道交通车辆设计。