地铁车辆列车碰撞吸能方案研究
地铁车辆吸能结构撞击试验研究
地铁车辆吸能结构撞击试验研究摘要：为验证地铁车辆头车前端吸能结构实际效果，本文进行吸能结构的台车碰撞试验，测量吸能结构大变形模式、吸能量及撞击力特性曲线。
试验证明，采用车钩缓冲器、压溃管及在头车前端设置吸能结构，在冲击时能产生较大塑性变形，有效地吸收冲击动能，确保司机与乘客安全。
关键词：地铁车体吸能结构碰撞试验1 前言在地铁车辆头车前端底架上安装有防爬器和吸能结构，当碰撞事故发生时，吸能结构按照设定的过程发生塑性大变形，吸收冲击能量。
为验证吸能结构的实际效果，进行车体吸能结构碰撞试验，测量吸能结构大变形模式、吸能量及撞击力特性曲线。
本试验研究主要进行吸能结构台车碰撞试验，测试吸能结构吸收冲击动能的能力及其塑性大变形模式。
2 试验方法在头车底架端部设计两组吸能结构，分别安装在头车底架两侧，每一组吸能结构由四根薄壁方管组合而成，在靠近冲击端一侧开有碰撞引导槽，沿长度方向布置有十字形加强筋，总质量约为25Kg。
车体吸能结构碰撞试验的基本试验方法如下：将撞击试件固定在运动台车前端，采用牵引电机沿轨道加速台车至预定速度，在距离刚性墙前端200mm处安装有测速系统及同步触发系统，当台车运行至刚性墙前端200mm位置时，速度测试系统测试台车的瞬时速度，此时同步触发系统被触发，高速摄像系统和撞击力测试系统开始同步工作，安装在侧面及上部的两台高速摄像系统以每秒2000帧的速度记录吸能结构的大变形过程，瞬态撞击力采集系统实时采集各个传感器的力。
3 车体吸能结构撞击试验结构撞击试验是一种瞬态破坏试验，易受各种因素的干扰，为保证试验结果的有效性和可靠性，试件的安装采用统一的方式进行，并需要进行多次重复性试验。
下面列出所进行的两次试验工况的结果。
3.1试验工况一通过速度测试系统测得撞击前瞬时速度为15.72 m/s，回弹速度为0.8 m/s，试件的宏观压缩变形为170mm。
台车质量加吸能部件合计为1236kg，根据能量守恒原理，撞击过程中结构所吸收的总冲击动能为152.3kJ。
浅谈城市轨道交通车辆端部碰撞能量吸收区设计
铁 道 车 辆 第 ５６ 卷 第 ３ 期 ２０１８ 年 ３ 月
文 章 编 号 ：１００２７６０２（２０１８）０３００１６０２
浅谈城市轨道交通车辆端部碰撞能量吸收区设计
李立恒
（中车长春轨道客车股份有限公司 国家轨道客车研究中心，吉林 长春１３００６２）
摘 要：碰撞安全性设计是现代城市轨道交通车辆研 制 的 重 要 部 分。文 章 就 城 市 轨 道 交 通 车 辆 端 部 碰 撞 能 量 吸 收 区设计进行了初步探索及分析。 关键词：城市轨道交通车辆；能量吸收区；ＥＦＧ 型橡胶缓冲器；压溃管；吸能元件 中 图 分 类 号 ：Ｕ２７０．３４ 文 献 标 志 码 ：Ｂ
吸 收 的 能 量 是 最 大 的 ，吸 收 率 也 是 最 高 的 。
１．可 恢 复 型 缓 冲 器 吸 收 的 能 量 ；２．车 钩 上 的 大 容 量 吸 能 装 置 吸 收 的 能 量 ；３．车 钩 上 的 过 载 保 护 装 置 吸 收 的 能 量 ； ４．车 体 端 部 吸 能 装 置 吸 收 的 能 量 ；５．客 室 区 域 吸 收 的 能 量 。
·１６ ·
图６ 测点 犇１５减速段 犛犜犉犜 时频能量分布图
４ 结 论
本文通过对动车组转向架构架线路测试动应力时 间 历 程 数 据 进 行 分 析 ，得 出 如 下 结 论 ：
（１）转向架构架 各 测 点 的 １２００ 万 ｋｍ 等 效 应 力 均在３０ ＭＰａ以 内，低 于 其 所 对 应 焊 缝 类 型 的 许 用 疲 劳极限。
量吸收 区 ，以 便 在 规 定 防 护 速 度 下 各 级 吸 能 装 置 都 能
檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨 车速度 的 关 系，以 测 点 犇１５ 为 例，选 取 典 型 区 间 的 加
轨道交通车辆碰撞吸能安全性研究
轨道交通车辆碰撞吸能安全性研究□吕元颖上海轨道交通设备发展有限公司上海2002451研究背景随着我国经济的快速发展,轨道交通在许多城市从无到有，从有到多，不断发展，我国的轨道交通运营总里程不断增加，轨道交通车辆运营安全问题也随之增多。
轨道交通车辆碰撞事故发生概率虽然远小于汽车碰撞事故，但是由于轨道交通运行密度大，载客量大，一旦出现碰撞事故，将会带来严重的人员伤害和经济损失。
因此,对轨道交通车辆碰撞吸能安全性进行研究具有重要意义［1］（美国Volpe研究中心将试验与有限元仿真相结合，开展轨道交通车辆耐撞性、乘员损伤与内饰的关系研究。
欧洲标准委员会（CEN）于2007年审核通过标准EN15227《铁路应用铁路车辆车体的防撞性要求》，在标准EN12663《铁路应用铁路车辆车体的结构要求》规定的基本强度要求基础上增加了结构的被动安全性要求。
我国在轨道交通车辆被动安全方面的研究虽然起步较晚，但是也取得了一些成果。
王文斌、赵洪伦等⑶运用多体动力学技术进行两列轨道交通车辆的碰撞动力学仿真，实现了对新设计轨道交通车辆收稿日期:2020年6月作者简介：吕元颖！1984-），男，硕士，高级工程师，主要从事轨道交通车辆研发设计工作装备机械2020No.4—23—碰撞被动安全系统的总体性能评估。
丁晨、赵洪 伦⑷使用吸能模块与不同吸能材料,研究轨道交通车辆的清障器，显示新的清障器能够实现良好的收集能量与缓冲碰撞功能。
笔者应用LS-DYNA 软件对轨道交通车辆碰撞工况进行安全分析，根据EN 15227标准模拟不同速度下的轨道交通车辆对撞工况，确保轨道交通车辆主体结构不受损伤。
笔者同时研究分析了不同速度下轨道交通车辆的吸能特性，并对轨道交通车辆的 安全性能进行初步评估)54*。
2碰撞非线性理论在描述轨道交通车辆碰撞非线性大变形时,通常使用拉格朗日描述，即使用运动中的质点描述物体的运动和变形。
选取物质坐标和时间构建独立坐 标系，运动方程表征的是物体的单值连续映射，由原 始构型B 变化为现有构型B 7*(除运动方程外，质量守恒定律、能量守恒定律和 动量守恒定律也是轨道交通车辆发生碰撞时必须遵 守的三大定律〔8*。
CRH5型动车组碰撞吸能结构研究
大 连 交 通 大 学 学 报
Ｊ Ｏ ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＤＡＬ Ｉ ＡＮ Ｊ Ｉ ＡＯ Ｔ ＯＮＧ ＵＮ Ｉ ＶＥＲ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
Ｖ０Ｉ ． ３ ５ Ｎｏ ． ５ ０ｃ ｔ ． ２ ０１ ４
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ９ ５ ９ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ５ — ０ ０ １ ３ — ０ ４
Ｅ－ ｍａ ｌ ｌ ： ｌ ｉ ｕ ｑ ｉ ｎ ｇ ｂ ｏ ＠ｃ ｃ ｃ ａ ｒ ． ｔ ｏ ｍ． ｃ ｎ ．
１ ６
大 连 交 通 大 学 学 报
第３ ５卷
３ ． ４ ７ 、 ２ ． ５ １ 、 ２ ． ７ ０ ｇ ， 被 动 车 头 四 节 车 的 分 别 为 ３ ． ６ ３ 、 ２ ． ２ ４ 、 １ ． ３ ７ 、 １ ． ０ ９ ｇ ， 两 者 各 节 车纵 向平 均 减 速度 均小 于标 准 中要 求 的 ５ ｇ ， 虽然 均 能满足 标 准 Ｅ Ｎ１ ５ ２ ２ ７的要 求 ， 然 而 在 安 装 吸能 装 置 后 ， Ｃ Ｒ Ｈ ５
保 证 动车组 安 全 的 重要 因 素 ， 当一 列 或者 两 列 动
车组 发生 碰撞 时最 先接 触 的端 部 由于没 有任何 吸
能结 构 和装置 ， 强 大 碰 撞 能 量 只 能 沿 着 车体 向客 室传 递 ， 从 而 导致 大量 的人 员伤 亡 ； 如果 在符 合强 度标 准 的车体 端 部 增 加 一 个 吸 能装 置 ， 就可 以将 碰撞 产生 的巨大 能 量 吸 收 掉 ， 从 而保 持 车体 的完
间隙 ； 导向杆设计为十字型结构 ， 长为 １ ３ ９ ９ ． ５ ０ ｍ ｍ，
主要 起 导 向并 抗 弯 的作 用． 吸 能装 置 在 受 到 较 大 的碰撞 力 时 ， 主 要通 过 吸能 管 和外 箱 板 产 生 塑性 屈 服变 形来 吸收 能 量 ． 吸能 装 置后 端 板 开 有 螺纹
A_型地铁列车碰撞吸能及配置研究
技术装备姜 杉1，李 茁2（1. 北京市地铁运营有限公司，北京 100044；2. 北京市轨道技术交通装备集团有限公司，北京 100071）第一作者：姜杉, 男, 高级工程师；通信作者：李茁, 男, 本科引用格式：姜杉, 李茁. A 型地铁列车碰撞吸能及配置研究[J]. 现代城市轨道交通, 2024(05): 71-76. JIANG Shan, LI Zhuo. Research on collision energy absorption and configuration of A-type metro[J]. Modern Urban Transit, 2024(05):71-76.DOI:10.20151/ki.1672-7533.2024.05.0121 引言根据GB 50157-2013 《地铁设计规范》，地铁列车根据车体尺寸、轴重等的不同可分为A 、B 2种车型。
A 型地铁列车载重量和自身重量更大、在同速度等级碰撞过程中需要缓冲吸收的撞击能量更多。
地铁列车车体按EN 12663-1-2014《轨道交通 铁路车辆车身的结构要求》摘 要：A 型车是地铁列车型号中宽度最大、载客量最大的车型，尤其适合人口密度高、客流量大的城市使用，因此A 型地铁列车的安全性对于大中型城市地铁安全运营至关重要，其中列车的碰撞吸能是列车安全性能指标之一。
文章首先基于用户对车钩的吸能需求及EN 15227-2020要求，提出钩缓装置与防爬器组合使用的A 型地铁列车碰撞吸能方案。
其次，对该吸能方案的设计思路、验证方法、吸能装置关键部件及其主要技术参数进行逐一介绍。
最后，确认该方案通过高弹性可恢复EFG 缓冲器、压溃单元、可拆卸式防爬器作为吸能组合，能在A 型地铁列车连挂、碰撞、救援等多工况中起到缓冲吸能的作用，不仅可以保护乘客安全和车体主结构不受损坏，还具有方便维护和替换的优点。
该研究可为后期地铁列车吸能方案的设计提供一定的参考与借鉴。
满足轨道车辆防撞性要求的轻型吸能器的设计与分析
掂枸 设计
文章编号 ： １ ０ ０ ２ — ７ ６ １ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ ０ １ ５ － ０ ５
１ ５
满 足 轨 道 车 辆 防 撞 性 要 求 的 轻 型 吸 能 器 的 设 计 与 分 析
Ｃ． Ｏ’ Ｎｅ ｉ ｌ ｌ ， 等 （ 英）
摘 要 ： 介 绍 了一 种 轨 道 车 辆 轻 型 吸 能 器 的概 念 设 计 和 分 析 ， 该 吸 能 器 能 够 满 足 欧洲 防撞 性 标 准 规 定 的 平交道 Ｖ Ｉ （ 车 辆 与大 型可 变形 体 相 撞 ） 碰撞要求 。吸能器采用铝蜂窝结构 ， 经 过体 积 优 化 后 适 合 现 有 司 机 室 轮 廓， 可吸收高达 ７ ０ ０ ｋ Ｊ的 能量 ， 压溃段压缩力 为 １ ４ ０ ０ ｋ Ｎ。通 过 准 静 态 试 验 和静 态 分 析 了 解设 计 概 念 的 载 荷
Ｃ． Ｏ’ Ｎｅ ｉ ｌ ｌ ， ｅ ｔ ａ １ ．（ Ｕ． Ｋ． ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｐ ｔ ｕ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ａ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｂ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｒ ａ ｉ ｌ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ
城轨车辆耐撞性及其吸能结构的研究
城轨车辆耐撞性及其吸能结构的研究城轨车辆耐撞性及其吸能结构的研究近年来，城轨交通系统在城市交通中发挥着越来越重要的作用。
城轨车辆作为城市快速交通的重要组成部分，其安全性和可靠性备受关注。
在城市中，车辆之间的相互碰撞是难以避免的，因此研究城轨车辆的耐撞性及其吸能结构具有重要意义。
城轨车辆的耐撞性是指车辆在发生碰撞时所能承受的冲击能量以及保持车身结构的完整性。
城轨车辆在运营过程中可能面临多种不同类型的碰撞，如与其他车辆的追尾碰撞、与行人的碰撞等。
因此，车辆的耐撞性需要考虑各种不同的情况。
为了提高城轨车辆的耐撞性，研究者们进行了大量的工作。
首先，他们通过仿真和实验等方法，分析了城轨车辆在不同碰撞情况下的受力情况和结构破坏模式。
通过对车辆碰撞事件进行数值模拟，研究人员能够更好地理解车辆在不同碰撞情况下的受力分布，为改善车辆的耐撞性提供理论依据。
其次，研究者们设计了各种吸能结构来提高城轨车辆的耐撞性。
吸能结构通常包括防撞梁、能量吸收器等。
防撞梁是车辆前部的一个加强结构，用于吸收碰撞时的冲击能量，减少车辆主体的受损程度。
能量吸收器则通过改变车辆结构的形状和材料来实现能量的吸收和释放，减少碰撞对乘客和车辆的伤害。
此外，城轨车辆的耐撞性还与车辆的结构材料有关。
研究者们不断探索新的材料，如复合材料和高强度钢，以提高车辆的耐撞性。
这些新材料具有较高的强度和韧性，能够更好地承受碰撞冲击，并减少车辆结构的变形程度。
城轨车辆的耐撞性研究不仅关乎乘客的安全，也关系到城市交通系统的可靠性和服务质量。
通过提高车辆的耐撞性，可以减少意外事故的发生，降低交通事故对城市交通的影响。
此外，提高车辆的耐撞性还能够减少车辆损坏情况下的维修成本，提高运营效率。
总之，城轨车辆的耐撞性及其吸能结构的研究对于提高城轨交通系统的安全性和可靠性具有重要意义。
通过分析车辆在不同碰撞情况下的受力分布和结构破坏模式，研究者们能够设计出更加安全可靠的城轨车辆。
城市轨道车辆吸能结构设计
种城轨车辆用可更换的 两级吸能组合吸能 结构 ， 并运用显式有限元分析软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ／ Ｌ Ｓ—Ｄ Ｙ Ｎ Ａ进 行 ２ ５ ｋ ｍ ／ ｈ撞 击速度 下
碰撞仿真分析 。研 究结果表 明： 吸能结构发生 了有序可控的 两级 塑形 变形 ， 第一级为铝蜂 窝压缩变形 ， 其 变形行 程为 １ ５ １ ． １ ｍ ｍ， 撞 击平台力约为 １ ５ ４ ． ８ ｋ Ｎ， 吸能量为 ２ ４ ｋ Ｊ ； 第二级 为方 管叠缩和 圆管挤压 变形 ， 变形行程 约为 ３ ０ ７ ． ６ ｍ ｍ， 平 台撞击 力
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｐ ａ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｉ ｎ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｃ ｃ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｓ ，ａ ｋ ｉ ｎ ｄ ｏ ｆ ｒ ｅ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｗｏ— ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｂ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｕ ｒ ｂ ａ ｎ ｒ ａ ｉ ｌ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ．ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｍａ ｄ ｅ ａ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｉ ｆ ｃ
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地铁车辆列车碰撞吸能方案研究
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，根据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。
标签：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，根據设计要求，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）.。