一种轨道列车的防爬吸能装置及其撞击吸能的仿真分析

张保英 张寅河

摘 要：车辆碰撞是车辆运行的风险因素之一，为确保列车的碰撞安全性能，在列车的首尾车司机室端部底架设置防爬装置、吸能构件和撞击能量吸收区，以防止两列车发生冲撞时产生爬叠，有效吸收撞击能量。进行了碰撞吸能的仿真分析。

关键词：碰撞；吸能；仿真分析

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.29.097

1 能量吸收原理及方案

撞击能量吸收的原理是：当两列车碰撞时，列车前部的吸能构件以设定的方式产生大塑性变形，消耗巨大的撞击能量。结构设计的关键是：对吸能构件的不同部件设定在一定载荷作用下产生失效并保证其逐级作用，失效载荷是在考虑满足列车正常运行时车体及其它部件载荷要求的前提下确定的。

能量吸收方案设计为三級：第一级为车钩缓冲装置，第二级为车钩压溃管，第三级为吸能构件和撞击能量吸收区。

设置于头车前端的防爬装置具有防止车辆爬叠的功能，两列车相撞时，防爬装置准确对中，使撞击能量通过底架水平传递。防爬装置后设有吸能构件，吸能构件在前端设有弧形引导槽。吸能构件设计合理，具有良好的吸能能力和大变形力学特性。头车前端底架结构和防爬吸能结构如图1、图2所示。

2 车体碰撞吸收过程

端部结构示意图如图3所示。

当吸能构件压缩变形到一定程度后，头车前端结构开始接触，车体结构设计时协调了端部结构的刚度与强度，变形将按照设定的方式进行，结构的变形过程如图5所示。

设计和制造撞击能量吸收区的目标为：当列车发生撞击时，缓冲装置、压溃管、吸能构件、撞击能量吸收区顺序作用，吸收撞击能量，保护客室不受损坏，使乘客受伤的危险降至最低程度。

3 仿真计算

图6是一列6辆编组的AW0载荷列车以25km/h的速度与另一列静止的6辆编组AW0载荷列车撞击后的编组。

对冲击过程进行动力学仿真计算，各断面的撞击力-位移曲线如图7所示。从图中可以看出，最大车钩力发生在直接冲击的连挂断面上，车钩压缩力峰值为1200kN，冲击断面头车车钩过载保护被触发，所有断面压溃管均被触发，冲击断面防爬器触发，详见表1。靠近直接冲击断面的中间断面压溃管行程266.2mm。直接冲击断面防爬器触发，防爬器变形力为1200kN，行程为235.4*2mm。

仿真结果表明，当一列6辆编组的AW0载荷列车以25km/h的速度与另一列静止的6辆编组AW0载荷列车撞击时，缓冲器、压馈管和前端吸能结构共同作用能够完全吸收撞击能量，客室无损坏，保护乘客人身安全。

4 结论

当一列AW0载荷列车以6.8km/h及以下速度与一列静止的AW0载荷列车连挂时，车钩通过缓冲装置吸收全部的冲击能量。

当一列AW0载荷列车以6.8km/h～17.5km/h速度与一列静止的AW0载荷列车碰撞时，车钩通过缓冲装置和压溃管吸收全部的撞击能量。

当一列AW0载荷列车以17.5km/h～25km/h速度与一列静止的AW0载荷列车碰撞时，当缓冲装置和压溃管动作到限后，头车前端车钩过载保护装置发生作用，前端车钩退出能量吸收过程，防爬器接触，开始承受纵向冲击，防爬器后面的吸能构件和撞击能量吸收区将产生464mm的塑性变形，共同吸收剩余撞击能量。

参考文献

[1]GB/T 7928-2003 地铁车辆通用技术条件[S].

[2]BS EN 12663：2010 铁路应用-铁路车辆车体结构要求[S].

[3]EN 15227：2008 铁路应用——铁路车体的防撞行要求[S].