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刨削吸能式防爬器在城軌車(chē)輛碰撞安全設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

文檔作者：張?jiān)品? 文檔來(lái)源：長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司技		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月04日
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設(shè)計(jì)制造鐵道車(chē)輛第52卷第10期2014年10月
文章編號(hào)：1002—7602(2014)10—0020—03
勃削吸能式防爬器在減軌車(chē)輛碰撞安全
設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
張?jiān)品?
(長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，吉林長(zhǎng)春130062)
摘要：對(duì)比了普通車(chē)體的防爬吸能區(qū)結(jié)構(gòu)與采用新型刨削吸能式防爬器的車(chē)體的防爬吸能區(qū)結(jié)構(gòu)，介紹了刨削吸
能式防爬器在城軌車(chē)輛碰撞安全設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：刨削吸能式防爬器；碰撞安全；應(yīng)用；特點(diǎn)
中圖分類(lèi)號(hào)：U270．34 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
隨著城市軌道交通行業(yè)的不斷發(fā)展及對(duì)城軌車(chē)輛
需求的不斷增多，對(duì)車(chē)輛安全性能的要求也不斷提高，
特別是在列車(chē)發(fā)生意外撞擊時(shí)，對(duì)司乘人員及車(chē)體主
結(jié)構(gòu)的保護(hù)要求也越來(lái)越具體，而普通防爬吸能區(qū)結(jié)
構(gòu)已不能適應(yīng)新的碰撞安全要求，需采用具有吸能功
能的防爬器。
國(guó)內(nèi)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車(chē)輛碰撞安全性提出了要求：
當(dāng)列車(chē)在一定速度下撞擊時(shí)，應(yīng)將司乘人員所受傷害
降到最小，車(chē)體主結(jié)構(gòu)不受損壞，在撞擊之后僅拆卸更
換預(yù)設(shè)在列車(chē)前端的能量吸收元件，車(chē)輛即可恢復(fù)使
用。為此，在城軌車(chē)輛前端吸能模塊設(shè)計(jì)中引入了刨
削吸能式防爬器。
1 普通車(chē)體防爬吸能區(qū)簡(jiǎn)介
在以往的設(shè)計(jì)中，防爬器與車(chē)體底架采用焊接方
式連接，防爬器本身不僅承受撞擊產(chǎn)生的縱向載荷，同
時(shí)還承受垂向載荷以防止車(chē)輛爬起。防爬器后部通常
設(shè)置車(chē)體吸能區(qū)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖2為計(jì)算機(jī)仿
真車(chē)體吸能區(qū)的變形模式。圖3所示為計(jì)算機(jī)仿真某
型城軌車(chē)輛車(chē)體吸能區(qū)的力一時(shí)間曲線(xiàn)?？梢钥闯觯?chē)
體吸能區(qū)壓潰變形起始力約為1 480 kN，0．008 S時(shí)
回落到850 kN，0．012 S時(shí)再次達(dá)到1 200 kN，0．02～
收稿日期：2013—12-24；修訂日期：2014一06一03
作者簡(jiǎn)介：張?jiān)品?1981一)，男，工程師。
圖I 普通車(chē)體防爬吸能區(qū)結(jié)構(gòu)
圖2仿真車(chē)體吸能區(qū)變形模式
0．068 S相對(duì)穩(wěn)
定(在700 1 000
kN之間波動(dòng))，
之后，隨著壓潰
行程用盡，力值
迅速上升到
2 500 kN，直到
吸能區(qū)后部結(jié)構(gòu)
變形?？梢?jiàn)，即
使在理想變形模
式下，變形過(guò)程
中力的波動(dòng)范圍
也比較大。
而在實(shí)際應(yīng)
用中影響因素較
多，尤其是在防
爬器需要承受垂
向力的情況下，
變形模式往往達(dá)
不到圖2的預(yù)期
效果。圖4所示
為整車(chē)碰撞仿真模擬，撞擊中吸能區(qū)未能承受防爬裝
置傳遞過(guò)來(lái)的垂向力而向下彎折，致使防爬裝置和吸
能區(qū)均不能達(dá)到預(yù)期的效果。
5結(jié)束語(yǔ)接量竺淼言嘉舅巢薹翁萎囂辜莩蓑囊蓋用
；fi-限元靜強(qiáng)度分析、實(shí)車(chē)靜強(qiáng)度試驗(yàn)和試水試驗(yàn)在天津地鐵3號(hào)線(xiàn)、沈陽(yáng)地鐵2號(hào)線(xiàn)、北京地鐵8號(hào)線(xiàn)
證明：新型空調(diào)平臺(tái)結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足EN 12663--2000規(guī)定和北京地鐵昌平線(xiàn)等項(xiàng)目上，截至目前，運(yùn)用效果良好。
的城軌車(chē)輛強(qiáng)度和剛度要求，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，焊(編輯：顏純)
·20 ·
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
刨削吸能式防爬器在城軌車(chē)輛碰撞安全設(shè)計(jì)中的應(yīng)用張?jiān)品?
3 000
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時(shí)間／a
圖3仿真車(chē)體吸能區(qū)力時(shí)間曲線(xiàn)
I ● I I -l
IIIIIIlI Lu【J LJI L
去√一
—才一正鯽．
(a)吸能區(qū)作用前
＼ ／
(b)吸能區(qū)作用后
圖4整車(chē)碰撞仿真模擬
2刨削吸能式防爬器在城軌車(chē)輛上的設(shè)計(jì)應(yīng)
用
針對(duì)普通防爬裝置及車(chē)體吸能區(qū)抗垂向載荷能力
弱，變形吸能時(shí)力值波動(dòng)大，易造成防
爬裝置失效及車(chē)體預(yù)設(shè)吸能區(qū)外的損
壞，碰撞后修復(fù)困難等缺點(diǎn)，在城軌車(chē)
輛設(shè)計(jì)中引入了刨削吸能式防爬器。
圖5所示為刨削吸能式防爬器在
城軌車(chē)輛上的設(shè)計(jì)應(yīng)用結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)
的特點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)單，防爬抗偏載能力
強(qiáng)，吸能變形模式穩(wěn)定可控，更換方
便。
塊
圖5刨削吸能式防爬器在城軌車(chē)輛上的設(shè)計(jì)應(yīng)用結(jié)構(gòu)
3 刨削吸能式防爬器吸能原理及特點(diǎn)
在車(chē)輛發(fā)生碰撞的情況下，刨削吸能式防爬器的
刨刀與刨削筒產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，刨刀刨削筒壁，刨削下條
狀金屬。刨削前后的形態(tài)見(jiàn)圖6。
刨削吸能式防爬器具有碰撞力穩(wěn)定、抗偏載能力
強(qiáng)、重量輕、有效行程比例高等特點(diǎn)。
3．1碰撞力穩(wěn)定
刨削吸能式防爬器的碰撞力由刨刀刨削筒壁產(chǎn)
生，碰撞力的大小取決于刨刀刨削金屬的寬度和厚度，
而在整個(gè)刨削過(guò)程中，被刨削金屬的寬度和厚度都是
相等的，所以整個(gè)碰撞過(guò)程中的力值與其他模式的吸
能元件相比更為穩(wěn)定，碰撞試驗(yàn)實(shí)測(cè)力一位移曲線(xiàn)接近
矩形。穩(wěn)定的碰撞力使得整車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)可以盡可能讓碰
撞力接近車(chē)體強(qiáng)度而不會(huì)對(duì)車(chē)體造成損壞，以提高整
車(chē)的吸能等級(jí)。
3．2抗偏載能力強(qiáng)
與其他類(lèi)型的防爬器相比，刨削吸能式防爬器抗
偏載能力更強(qiáng)，而且在偏載的情況下其刨削力不變。
這是因?yàn)榕傧魑苁椒琅榔鞯呐傧髁θQ于刨刀刨削
金屬的厚度和寬度，而被刨削金屬的厚度和寬度并不
因防爬器有無(wú)偏載而發(fā)生變化。碰撞試驗(yàn)時(shí)特別設(shè)計(jì)
了偏載工況，圖7所示為該工況下刨削吸能式防爬器
的試驗(yàn)過(guò)程圖片。實(shí)際測(cè)得的碰撞力和無(wú)偏載時(shí)
相同。
(a)刨削前(b)刨削后
圖6刨削吸能式防爬器刨削前后的形態(tài)
·2j ·
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
鐵道車(chē)輛第52卷第10期2014年10月
(a)垂直偏移40mm碰撞試驗(yàn)前
(b)垂直偏移40mm碰撞試驗(yàn)后
圖7有垂直偏移碰撞試驗(yàn)前后防爬吸能裝置
EN 15227 2008《鐵路車(chē)體的防撞性要求》規(guī)定
防爬器需能在中心偏移40 mm時(shí)正常發(fā)揮作用，試驗(yàn)
表明某型刨削吸能式防爬器在中心偏移220 mm時(shí)也
能正常發(fā)揮作用。
3．3結(jié)構(gòu)緊湊
由于刨削吸能式防爬器的行程取決于刨削筒的長(zhǎng)
度，而刨削筒的長(zhǎng)度接近防爬器的總行程，所以其總長(zhǎng)
度較其他類(lèi)型防爬器短很多。
由于刨削吸能式防爬器的長(zhǎng)度短，所以其重量也
輕，有利于實(shí)現(xiàn)城軌車(chē)的輕量化設(shè)計(jì)。
4結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，刨削吸能式防爬器安裝簡(jiǎn)單，防爬抗偏
載能力強(qiáng)，吸能變形模式穩(wěn)定可控，更換方便，可有效
改善以往車(chē)體吸能區(qū)在防爬能力和吸能效率方面的不
足，極大地提高了車(chē)輛的碰撞安全性，縮短了車(chē)輛的修
復(fù)時(shí)間。
目前，采用if,0削吸能式防爬器的吸能模塊已在北
京地鐵6號(hào)線(xiàn)、哈爾濱地鐵1號(hào)線(xiàn)、北京地鐵14號(hào)線(xiàn)
及香港地鐵南港島等項(xiàng)目的車(chē)輛上應(yīng)用。
(編輯：顏純)
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(上接第9頁(yè))
700 V，延時(shí)200 ms啟動(dòng)整流器。經(jīng)驗(yàn)證，不控整流時(shí)
間與中間直流電壓同步監(jiān)控功能正常。
3．3線(xiàn)路試驗(yàn)驗(yàn)證
2013年12月20日，將動(dòng)車(chē)組的1車(chē)升級(jí)新版軟
件，8車(chē)不升級(jí)，過(guò)分相后APU啟動(dòng)過(guò)程波形見(jiàn)圖5。
1車(chē)、8車(chē)啟動(dòng)過(guò)程數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
900
450
0
907
苗一8
腳-924
925
6
-912
l車(chē)APU中間電壓一l車(chē)輔助變流器輸入電壓
B車(chē)APU中間電壓8車(chē)輔助變流器輸入電壓
廠
川㈣㈣刪嗍刪
40．0 40．5 41．0 41．5 42．0 42．5 43．O 43．5
時(shí)間／·
圖5過(guò)分相后APU啟動(dòng)波形
測(cè)試結(jié)果表明，新版軟件可使APU有效提前進(jìn)
入可控穩(wěn)壓整流方式。
·22·
表1啟動(dòng)過(guò)程數(shù)據(jù)
4結(jié)束語(yǔ)
目前，APU軟件升級(jí)方案已經(jīng)通過(guò)了專(zhuān)家評(píng)審，
并完成現(xiàn)車(chē)全部升級(jí)。升級(jí)后車(chē)輛運(yùn)行狀況良好，未
出現(xiàn)因網(wǎng)壓畸變導(dǎo)致的APU故障。
參考文獻(xiàn)：
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(編輯：顏純)

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