梁海廷　田洪雷　劉龍璽　顧玉林

摘 要：介紹了一種新型地鐵車輛碰撞吸能結(jié)構(gòu)，各吸能模塊的結(jié)構(gòu)及吸能原理。按EN 15227：2008中CI類車輛碰撞要求對吸能結(jié)構(gòu)進行有限元仿真分析

關(guān)鍵詞：碰撞；吸能；仿真分析

由于軌道交通碰撞事故的不可預(yù)測性，對其進行碰撞性能研究顯得尤為重要。對車輛強度及碰撞吸能的研究，國內(nèi)通行的參考標(biāo)準(zhǔn)為EN 126631：2010、EN 15227：2008。按照EN 15227：2008標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的鐵路車輛防撞性設(shè)計種類來分，國內(nèi)地鐵車輛均歸類到CⅡ中。該新型碰撞吸能結(jié)構(gòu)滿足EN 15227：2008 中規(guī)定的CI類車輛碰撞要求。

1 碰撞吸能結(jié)構(gòu)

當(dāng)兩輛車發(fā)生碰撞時理想的吸能過程是：兩車鉤先撞擊連掛，車鉤緩沖器變形吸收能量，隨著速度增加車鉤壓潰管動作開始吸能，速度繼續(xù)增加車鉤過載保護螺栓剪斷，車鉤后退，兩車防爬吸能裝置接觸，吸能裝置吸收能量，最后兩車吸能塊撞擊吸能。

2 仿真分析

2.1 計算模型及工況

按照標(biāo)準(zhǔn)EN 15227：2008車輛分類中的CⅠ類，定義兩個相同列車的碰撞。兩列車均在直線、平整軌道上。其中一列車帶有36km/h 的初始速度，另一列車未制動。兩列車有初始40mm 的垂向位移。兩列車為整備狀態(tài)下質(zhì)量加上50%坐席乘客的質(zhì)量。計算模型如圖2所示。

2.2 能量變化情況

碰撞過程中總能量、動能和內(nèi)能時間變化如圖3所示?？偰芰炕揪S持在21.3MJ。在碰撞發(fā)生0.98s時刻，內(nèi)能由0增大到10.3MJ ，動能由21.3MJ 減少到10.3MJ 。到1.2s時內(nèi)能繼續(xù)增加達(dá)到了10.89MJ，動能減小至9.5MJ。1.2s內(nèi)，車鉤緩沖器吸收908MJ能量。漏能最大值只有15.5KJ，不超過總能量0.1%。

撞擊界面沖擊力時間曲線見圖4，撞擊過程中首先車鉤橡膠緩沖器被壓死，接著壓潰管被壓縮吸能，碰撞界面的沖擊力達(dá)到1250kN，然后是防爬器被壓縮，碰撞界面的沖擊力為1500kN，最后頭車端部吸能塊被壓縮，碰撞界面中防爬器和吸能結(jié)構(gòu)共同起作用時，沖擊力達(dá)到2262kN。

對撞兩頭車的變形吸能結(jié)構(gòu)和車體結(jié)構(gòu)塑性應(yīng)變時間序列，表明碰撞過程中變形順序有序可控。

3 結(jié)語

軌道交通車輛的被動安全性能一直是各車輛制造廠商致力于研究的課題。一種合理的吸能結(jié)構(gòu)可以最大程度的吸收車輛撞擊時產(chǎn)生的能量，保證乘客安全。由仿真分析可知，本文介紹的這種吸能結(jié)構(gòu)可以吸收兩車以36Km/h速度撞擊時產(chǎn)生的能量，且變形順序有序可控，即車鉤緩沖裝置先變形吸收能量，其次是防爬吸能裝置變形吸能，最后是吸能塊變形吸能。

參考文獻：

[1]EN.鐵路應(yīng)用——鐵路車輛車身的結(jié)構(gòu)要求.第1部分：機車和客運車輛（貨運車輛交替法），126631：2010.

[2]EN.鐵路應(yīng)用——鐵路車體的防撞性要求.15227：2008.

作者簡介：梁海廷（1981），男， 漢族，山東沂水人，碩士， 研究方向：從事軌道交通車輛設(shè)計。