地铁车辆列车碰撞吸能方案研究

高雨

【摘要】随着城市化脚步的不断加快，一些中特大人口城市逐渐形成，为解决人口增加带来的交通压力，地铁车辆由于其快速性、准时性、安全性被广泛应用到城市交通运输中，与此同时，车辆运行安全也被广泛关注，被动安全设计成为地铁设计的首要设计要求，车辆通过增加吸能装置来吸收车辆碰撞过程中产生的能量，文章根据某B型车被动安全设计要求为例，根據一维能量分配软件配置车辆吸能装置参数，并根据三维碰撞分析验证设计的可行性。

【关键词】地铁车辆；列车碰撞；吸能方案

一、引言

目前地铁车辆广泛采用车钩缓冲装置、防爬吸能装置、车体结构吸能等吸能装置吸收车体碰撞过程中产生的能量，采用逐级吸能的方式以适应不同碰撞速度下的吸能要求。以某6编组B型被动安全设计要求为例，车辆要求25km/h碰撞下，车体客室不得有损坏，根据设计要求，列车在各车辆间配置有EFG3型车钩缓冲装置并增加膨胀式压溃管以满足15km/h下的碰撞要求，通过配置在车体前端的防爬吸能装置共同吸收25km/h下的碰撞能量。

二、车辆建模

（一）工况介绍

一列6编组整备列车以25km/h的速度撞击另一列6编组车辆，两车均处于无制动状态，列车碰撞示意图如图1所示，其中1-5为运动车各车辆间碰撞界面，7-11为静止车各车辆间碰撞界面，6为两列车碰撞界面。

（二）吸能装置参数设置

各车辆间均配有带EFG3型缓冲器的车钩，并配有膨胀式压溃管，在车辆首尾两端配置有防爬吸能装置，根据列车碰撞经验，碰撞界面车钩力最大，并在向后传递的过程中逐渐减弱，为了让压溃管更多地参与吸能，在各车辆间配置有不同触发力的压溃管，其中半永久车钩采用阶梯式压溃管，根据一维能量分配软件模拟，所有吸能装置的配置参数如表1所示。

（三）车辆建模

利用HYPERMESH进行网格划分，有限元模型主要采用壳单元进行划分，焊缝通过梁单元来模拟，利用LS-DYNA进行碰撞分析。

三、结果分析

一列25km/h的列车碰撞一列静止的列车，当碰撞界面头车半自动车钩接触时，认为碰撞开始，当两列车共速时，认为碰撞吸能结束，头车半自动车钩压溃管触发，通过力的传递使后界面车钩压溃管逐级触发，当头车半自动车钩走完全部行程后，剪切螺栓发生剪切，头车半自动车钩回退，防爬吸能装置接触，继续吸收剩余的能量。

如图3所示，界面6车钩力上升到570KN时，EFG3缓冲器开始压缩变形，由于碰撞剧烈，缓冲器很快走完最大行程，车钩力上升到950KN，压溃管开始触发，并在210ms时，压溃管走完最大行程，头车车钩被剪切，防爬吸能装置开始接触继续吸能；界面9中间半自动车钩，车钩力波动上升到570KN时，缓冲器开始触发压缩，由于力向后传递的衰减，缓冲器相对平稳的走完行程后压溃管开始触发，从7、8、10、11界面半永久车钩车钩力曲线上可以看出，由于7、8界面靠近碰撞界面，在缓冲器压缩完成后，车钩力随变截面压溃管的逐级触发而线性增加。而10、11界面由于距离碰撞界面较远，车钩力未达到压溃管的触发力，只有缓冲器参与压缩吸能。

由图4可以看出，越靠近碰撞界面的界面车钩触发的行程越长，7、8、9界面压溃管被触发，第7界面共触发了313mm行程、第8界面共触发了280mm行程，第9界面共触发了260mm行程，所有界面触发行程均未超过许用最大行程。

当头钩剪切后，防爬吸能装置开始接触参与吸能，其中吸能装置最大压缩行程为301mm，低于吸能装置的最大许用行程，在整个吸能过程中，所有吸能装置参与吸能，并能吸收碰撞过程中产生的所有能量。

四、结论

两列6车编组的整备状态下的列车以25km/h相对速度碰撞过程中，碰撞产生的能量均被吸能装置吸收，乘客区无明显塑性变形，符合被动安全设计要求。

参考文献

[1]王亚伟，刘晓亮，张士臣.地铁车辆列车碰撞吸能方案研究[J].中国科技投资，2017（03）.