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整车碰撞概念设计、优化及一维碰撞计算

  时间: 2021-02-26      1305    

    车辆的碰撞安全性能是轨道车辆尤其是高速动车组安全可靠性的一项重要指标,可以在预防事故发生的所有主动防碰撞方案均失败后提供最后保护措施,降低事故造成的损失,保障司机和乘客的人身安全。动车组应采用可靠的高性能抗碰撞设计。在设计初期就充分考虑了车辆的被动安全性能,针对四种实际运营中可能发生的碰撞场景进行设计分析使其在上述碰撞场景下仍能保障司机和乘客的人身安全。这四种碰撞场景分别模拟1)在同一轨道上与同类型的动车组发生正面碰撞;2)在客货两用轨道上与80吨重货车正面碰撞;3)在平面交叉路口与道路车辆(譬如大卡车)发生横向碰撞;4)与较小物体(譬如小汽车、行人和动物、飞行物及低矮障碍物等)发生碰撞。在任何碰撞场景下动车组均能保证车体不会发生严重的变形,确保司机和乘客的安全空间和逃生通道,使得司机和乘客能及时脱离危险;限制乘客区域的平均减速度不超过5g,避免在碰撞瞬间造成人员的伤害;限制动车组出现爬车等恶性碰撞响应应为。

    鉴于上述要求的碰撞情景和碰撞要求,动车组可采用吸能装置吸能的碰撞概念。以下为一个碰撞概念的实例。在车体端部安装能量吸收装置,即车钩和缓冲器系统。前车钩及中间车钩均设置有可逆吸能单元和不可逆吸能单元两部分;安装于头车的防爬器同样具有不可逆能量吸收功能。一旦发生车体碰撞,车钩和缓冲器的吸能装置受压缩变形吸收能量,将冲击动能转化为塑性应变能储存起来,降低车体承受的冲击力,减小车体的加速度和塑性变形,确保司机和乘客的生存空间和逃生通道。端墙的垂直设计及头车防爬器可以减小车辆碰撞时的垂向载荷分量,有效防止爬车现象的发生。

    列车的前端设置前车钩、防爬器及排障器。前车钩设置有气液缓冲器和膨胀式吸能管,气液缓冲器可以吸收14kJ的可逆能量;吸能管具有1.2MJ的不可逆吸能容量。前车钩具有剪断功能,当车钩力大于允许的最大纵向力时,前车钩被剪断,两侧的防爬器开始起作用。防爬器前端的防爬板可以有效减少车体受到的垂向分量,具有防止车辆出现爬车现象。防爬器的后端为切削式吸能装置,每个最大可吸能0.43MJ的能量。头部的吸能结构总共可以吸收超过2MJ的能量。

    安装于头车下部的排障器可承受300kN的中心纵向载荷和250kN的侧向载荷,能够保障列车与小型障碍物如小型汽车相碰撞时的安全。

    中间车的车端安装有中间车钩,中间车钩设置有弹性缓冲器和膨胀式吸能管,每个缓冲器最大可吸收14kJ的压缩能量,每个吸能管最大可以吸收0.52MJ的能量。端墙上的钩围框设计可以限制中间车钩的偏转角度,避免出现Z字形碰撞响应及限制爬车现象的发生。竖直式端墙结构设计,碰撞时的冲击载荷在垂向无分量,具有防爬功能。

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