电力机车防撞车体结构设计及分析
铁路机车—电力机车的结构组成及特点
任务3 电力机车
电力机车的总体结构——机械部分
电力机车机械部分：包括车体、转向架、牵引连接装置、车钩缓冲 装置。
任务3 电力机车
电力机车的总体结构——电气部分
电力机车电气部分：包括电气设备及连接导线。电气设备主要有牵 引电机、牵引变压器、整流硅机组及各种电器等。
任务3 电力机车
电力机车的总体结构——空气管路系统
从接触网上引入的仍然是单相交流电，首先把单相交流电整流成直 流电，然后再把直流电逆变成可以使频率变化的三相交流电供三相异步 电动机使用。这种机车具有优良的牵引能力。
任务3 电力机车
电力机车的总体结构
电力机车是由电气部分、机械部分、空气管路系统三大部分组成。 电气部分：包括电气设备及连接导线。电气设备主要有牵引电机、 牵引变压器、整流硅机组及各种电器等； 机械部分：包括车体、转向架、牵引连接装置、车钩缓冲装置； 空气管路系统：包括风源系统、制动机管路、控制及辅助管路。
任务3 电力机车
电力机车的特点——交-直流电力机车
采用交流制供电，世界上大多数国家都采用工频（50Hz）交流制， 或25Hz低频交流制。电力机车采用直流串励电动机（优点是调速简单）， 由于接触网电压比直流制时提高了很多，接触导线的直径可以相对减小。
任务3 电力机车
电力机车的特点——交-直-交流电力机车
直-直流电力机车
交-直流电力机车
交-直-交流电力机车
任务3 电力机车
电力机车的特点——直-直流电力机车
采用直流制供电，牵引变电所内设有整流装置，它将三相交流电变 成直流电后，再送到接触网上。电力机车可直接从接触网上取得直流电 供给直流串励牵引电动机使用，简化了机车上的设备。直流制的缺点是 接触网的电压低，一般为1500V或3000V，接触导线要求很粗，要消耗 大量的有色金属，多用于工矿机车。
电力机车车体耐冲击性情况分析
电力机车车体耐冲击性情况分析
电力机车作为重要的铁路运输工具，其车体的耐冲击性表现尤为关键。
本文将从原理、材料、设计等方面探讨电力机车车体耐冲击性情况。
一、耐冲击性的原理
车体冲击载荷包括静载荷和动载荷。
静载荷包括自重、附加荷载等。
动载荷包括牵引力、制动力、弯曲力、横向力等。
车体的耐冲击性表现为：在受到载荷冲击时，车体不发
生塑性变形和破坏，并且车内人员和设备不受影响。
二、车体材料
车体材料的选择直接影响车体的耐冲击性。
一般来说，铝合金的密度低，强度高，有
很好的耐腐蚀性和环保性，因此现代车体多采用铝合金制作。
另外，钢材也是车体常用的
材料之一，其强度、韧性和耐腐蚀性很好。
不过，钢材的密度大，容易锈蚀，需要定期检
查和维护。
三、车体设计
车体的设计应考虑整车的受力情况和工艺性。
在受到冲击载荷时，车体应能吸收能量
并分散载荷，避免发生局部塑性变形和破坏。
因此车体一般采用箱型结构或骨架式结构，
并在车体内部设置承载结构，以提高整体刚度和耐冲击性。
此外，在车前部加装隔离材料
和补偿装置，可有效降低异响和震动，提高乘客舒适度。
综上所述，电力机车车体的耐冲击性表现受多个因素影响，包括材料、设计、生产工
艺和服务维护等。
为确保车体的耐冲击性，在实际运用中需进行定期检查和维护，以确保
车体的安全性和使用寿命。
货运电力机车司机室防撞性优化设计研究
21中国设备工程 2023.06（下）
中国设备工程China PlantEngineering
随着我国轨道交通事业的发展，货运电力机车得到了广泛的应用，而司机室作为电力机车司乘人员主要操作与活动空间，其防撞性能广受关注。2017年我国首个机车被动安全性技术规范发布，即TJ/JW102—2017《交流传动机车司机室防撞性暂行技术规范》，对机车司机室防碰撞结构的设计提出了明确要求。传统的车体结构设计标准，仅规定了司机室前墙腰梁处及底部的强度要求，而该规范对司机室前墙、角柱及侧壁均进行了明确要求。本文按照TJ/JW102—2017规范的要求，完成了某型货运电力机车司机室防撞结构的设计，并依据该标准对该司机室防撞结构的耐撞性能进行了评估。1 司机室结构设计
1.1 司机室结构设计要求货运电力机车司机室钢结构是由前墙、左右侧墙、后墙、顶盖等组焊而成的箱型结构。碰撞事故发生时，对于主要由金属板材焊接而成的机车车体结构，其动能主要是通过结构件的塑性大变形来吸收的，而这些塑性大变形将可能直接导致车体结构的破坏，因此要以保证承载结构的完整性为主要目标，即在最恶劣的载荷条件下机车车辆承载结构也不允许有永久变形。根据TJ/JW102—2017的要求，司机室防撞结构应包含：位于司机室前端的防撞墙或防撞柱、位于司机室前端两侧的角柱、司机室防撞侧墙；司机室防撞柱（防撞墙）和角柱的根部、中部和顶部3个位置，侧壁防撞结构均应能承受相应的载荷，如图1所示。防撞墙、防撞角柱、防撞侧壁通过焊接方式连接成一体，形成完整的司机室防碰撞结构。1.2 司机室结构设计优化通过初步分析，在防撞墙根部与中部防撞性校核工况下，横筋板圆弧区域应力集中明显。因此在对应区域增加横向加强筋板，加强筋板围成高100mm的承载区域，同时优化加强筋板的形状以避免应力集中。在角柱根部与中部、司机室侧壁防撞性校核工况下，应力集中在蒙皮区域，这是由于角柱结构内部横向加强
工程车辆防撞设计方案范本
工程车辆防撞设计方案范本一、项目背景随着工程车辆的使用越来越广泛，工程车辆的安全问题也越来越受到关注。
在工程作业现场，由于地形复杂、环境不规范、作业人员疲劳等原因，工程车辆容易发生碰撞事故，造成人员伤亡和车辆损坏。
因此，设计一种有效的工程车辆防撞系统，对于提高工程车辆的安全性和减少事故率具有重要意义。
二、目标本方案旨在设计一种工程车辆防撞系统，能够有效预防和减少工程车辆发生碰撞事故，并且能够适应不同地形和环境的作业需求。
同时，该系统应具有成本低、安装方便、维护成本低等特点。
三、原理工程车辆防撞系统的设计原理主要包括预警系统、自动刹车系统、车身护栏和车身涂装凸显标志四个部分。
1.预警系统：通过激光雷达、声波传感器等检测设备，实时监测车辆周围环境，一旦发现有障碍物靠近，系统会发出警报信号，提醒驾驶员及时采取措施避免碰撞。
2.自动刹车系统：当预警系统发出警报信号后，系统自动切断加速器供给，并且启动制动系统，使车辆自动减速或停车，以避免碰撞。
3.车身护栏：在车辆的前部和侧部安装护栏，能够有效阻挡碰撞时产生的冲击力，减少事故后果。
4.车身涂装凸显标志：在车身上设置明显的标志和反光条，能够增加车辆的可见性，提醒其他车辆和行人注意避让。
四、设计方案1.预警系统：采用激光雷达和声波传感器相结合的方式，能够实现对车辆周围环境的全方位监测。
一旦发现障碍物靠近，系统能够发出声光警报，提醒驾驶员及时采取措施。
2.自动刹车系统：通过在车辆上安装智能感应器和制动控制单元，能够实现对加速器和制动系统的自动控制。
当预警系统发出警报信号后，系统能够自动切断加速器供给，并且启动制动系统，减少或避免碰撞发生。
3.车身护栏：在车辆的前部和侧部安装防撞护栏，可以采用钢材、铝合金等材质制作，能够有效阻挡碰撞时产生的冲击力。
护栏的设计应考虑车辆的外形和结构，保证不影响车辆的正常行驶和作业。
4.车身涂装凸显标志：在车身上设置明显的反光条和标志，以黄色和红色为主，能够增加车辆的可见性，提醒其他车辆和行人注意避让。
浅析机车防撞安全防护装置的设计
浅析机车防撞安全防护装置的设计文章介绍机车防撞安全防护装置系统，详细阐述了其控制功能与工作原理。
标签：防撞装置；设计原理；研究分析1 概述机车防撞安全防护装置为列车运行（牵引或单机）安全保护装置。
可以检测列车距运行正前方0～200m（视天气条件及障碍物的反射面而定）障碍物的距离，将距离数据适时显示给司机，并通过检测机车当时的速度判断是否安全，实现报警或减速停车。
机车安装该装置后，可有效地防止因司机精神不集中、看不见前方障碍物或车速过快等原因而导致的撞车事故。
2 防撞控制系统简介该装置由激光测距传感器、机车速度传感器、高清夜视透雾摄像头、中央处理控制系统（PLC）、显示系统（液晶触摸屏）、机车信息采集模块、紧急制动控制模块、语音报警、电源系统等部分组成。
控制系统的原理框图如图1所示。
2.1 测距传感器为激光测距型距离传感器。
具有测量时间短、测距远、误差小、分辨率高等优点。
安装于机车前、后端车钩上部位置，用于检测机车正前方障碍物（车辆或其他物体）的距离。
将检测到距离信号以4-20MA模拟量的形式传送给可编程控制器（PLC）。
2.2 可编程控制器（PLC）为系统控制的核心部件，由三菱PLC主机和A＼D转换模块组成。
工作中适时接收来自于激光传感器及车速传感器的相关信息，并对这些数据进行处理、比较，实现对系统的控制功能。
①当距离障碍物的距离与车速达到系统设定的临界值时，驱动报警装置，提醒司机需及时减速；②当距离障碍物的距离与车速超过系统设定危险临界值时，驱动减速电空阀动作，机车可实现自动减速和停车。
2.3 触摸屏为液晶触控型人机界面。
安装在司机室内。
实现下述人机交互功能：①与PLC适时通讯，显示距离、车速等基本信息；②通过设定的触控按钮向PLC发出指令，实现控制、查询、修改各项参数等功能；③历史运行信息记录与查詢功能；④根据机车运行方向，显示前（后）端摄像头拍摄的运行前方的图像。
2.4 高清透雾摄像头分别安装于机车前、后端，具有较强的夜视和透雾功能，在夜晚和大雾等不良天气下，仍能在屏幕上显示出运行前方较清晰的图像，为司机了望创造条件。
160kmh动力集中动车组动力车车体防撞性设计
金 希 红 （１９７０— ）男 ，教 授 级 高 级 工 程 师 （修 回 日 期 ：２０１９－０１－２４）
ＴＪ／ＪＷ １０２—２０１７《交流传 动 机 车 司 机 室 防 撞 性 暂 行技术规范》是 由 中 国 铁 路 总 公 司 牵 头，由 中 南 大 学 及 中车多家子公司共同起草的一个针对交流传动机车和 动力集中动车组动力车的车体防撞性要求的暂行技术 规范，是国内第一个专门针对机车车 体及动 力 车车 体的 防撞性技术要求。
ＴＪ／ＪＷ １０２—２０１７技术文件从车体防撞结构（如司
机室结构、车体 后 端 墙 结 构 及 排 障 器 结 构 等）的 强 度 要 求、车体碰撞吸能 要 求、检 验 方 法 及 检 验 规 则 等 方 面 对 机车车体 和 动 力 车 车 体 的 防 撞 性 提 出 了 具 体 的 要 求。 在车体防撞 结 构 的 强 度 要 求 中，该 技 术 文 件 参 考 北 美 ＡＡＲＳ５８０《机车防撞 性 要 求》标 准，在 司 机 室 结 构 中 引 入了防撞墙／防撞 柱 和 角 柱 等 防 撞 结 构 要 求，同 时 对 司 机室结构的各项强度指标要求也比以往国内标准提高 了很多。在 碰 撞 吸 能 要 求 中，该 技 术 文 件 基 本 与 欧 洲 ＥＮ１５２２７标准要求 一 致，这 也 是 在 国 内 机 车 领 域 的 车 体防撞性要求上 首 次 对 标 ＥＮ１５２２７ 标 准。 由 此 可 知， 该技术文件对车体防撞性的要求已经达到了国际领先 水平。车 体的 防撞性 要满足 ＴＪ／ＪＷ １０２—２０１７ 的 技 术 要求，对国内机车和动力集中动力车的 车体设 计是 一个 很大的挑战。
电力机车的构造和原理
电力机车的构造和原理电力机车是一种以电动机为动力的铁路机车。
它由电力与机械两个方面的构造组成。
从构造上来看，电力机车主要包括车体、动力装置、牵引装置和电力供应系统等部分。
首先，我们来看电力机车的车体构造。
车体是电力机车的主要结构部分，它起到了保护车载设备和乘务人员的作用。
车体由钢板焊接而成，具有良好的刚度和强度。
它的外形一般呈长方体或圆筒形，便于行驶和停车。
车体内部设置了司机室、乘务室、乘客室、机舱和电气设备间等。
车体上还配备了指示灯、警报器等装置，用于通讯和提示。
接下来我们来看电力机车的动力装置。
动力装置主要包括电动机和牵引变流器。
电动机是电力机车的动力来源，它将电能转化为机械能，推动机车行驶。
电力机车通常使用三相交流电动机，具有结构简单、可靠性高、效率较高等特点。
牵引变流器则起到了将交流电能转换为直流电能的作用，为电动机提供适宜的电流和电压。
这样可以调整电动机的转速和转矩，以适应各种行驶条件。
再看电力机车的牵引装置。
牵引装置主要由变压器、牵引电动机和传动装置组成。
变压器是牵引装置的核心，它将来自供电网的高压电转换为适合牵引电动机的低压电能。
牵引电动机则通过传动装置将电能转换为机械能，驱动机车行驶。
传动装置通过轮轴和传动齿轮将电动机的转动传向轮轴，从而带动整个车辆运动。
最后，我们来看电力机车的电力供应系统。
电力供应系统主要由供电网、蓄电池和供电装置组成。
供电网是提供电能给电力机车的主要方式，一般为铁路电气化设施。
蓄电池作为备用电源，用于车辆在断电情况下保持电气设备的正常工作。
供电装置则起到了将电能从供电网输送到电动机和其它设备的作用，包括输电线路、接触网和线路继电器等。
在电力机车的工作原理方面，其核心原理是电能转换。
当电力机车接通电源后，电能经过牵引装置的变压器和牵引电动机的工作转换为机械能，带动机车行驶。
同时，车载的电路系统控制牵引电动机的工作状态，实现机车的启动、调速、制动等功能。
电力机车的电路系统还包括辅助电气设备的供电和控制等。
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电力机车防撞车体结构设计及分析
摘要：铁路运输的安全性和可靠性一直是公众关注的焦点。
因此，本文对电
力机车车体结构进行了深入分析，并对其冲击稳定性进行了研究，分析了电力机
车车体结构、重载技术性能和车体结构的刚度参数，对车体纵断面结构的应力流
动进行了分析，利用该模型对局部结构应力进行了优化，完善了电力机车车体的
设计。
【1】利用电力机车作为电气化线路的重要牵引工具，可以提高列车速度
和牵引重量，这将大大提高铁路的运输能力，这也是全球公认的电力机车发展方向。
首先概述了铁路车辆结构分析和碰撞安全研究的背景和重要性。
简要介绍了
设计强度分析和碰撞仿真的理论基础和关键技术。
关键词：电力机车、撞击、车体、结构设计
1、前言
重载是提高铁路货物运输能效的主要方向。
我国已计划通过鄂尔多斯-江西、山西-鲁连-山东等重载线路运输能源，但在困难的牵引条件下，电力机车牵引状
态复杂，车体复杂，载重大。
为了降低电力机车碰撞事故的风险，发达国家采用
了相应的碰撞安全规则，如英国GM/rt2100或49cfr等，但国家标准并未对防撞
车辆的能量强度进行全面的规定。
【2】当我们开始安装和谐电力机车冲击吸能
装置的可能性时，对装置的功能和效率的定量分析却很少。
本文介绍了电力电力
机车安装前后仿真分析的方法和结果。
2、电力机车车体结构及特性
上世纪90年代，中国引进和掌握了法国8K电力机车技术。
此外，根据改进
后的设计，已对SS4型电力机车进行了改造，部分货运拖轮还在进行中。
自01
年以来，中国先后引进了德国西门子、法国阿尔斯通和日本东芝的技术。
【3】
近年来，通过对各种重型电力机车车体载荷的分析和实际工作，初步确定了
3000kN的纵向压缩载荷和2500kN的纵向拉伸载荷。
TB/T 2541-2010《电力机车
车体静强度试验规程》中也确定了车体纵向压缩载荷为3000kN，GB/T 1598-2012
《铁路电力机车车体设计要求》中规定：纵向拉伸载荷为2500kN。
【4】重型电
力电力机车车体结构基本相同，主要由骨架、座舱和后壁、内框架安装和其他主
要部件的焊接、基础的形成、其他部件和总轴承结构组成。
由于司机室前窗、侧
窗和上盖板的功能要求，不能形成完全封闭的梁结构。
根据经典的梁承式车身结
构力学理论，梁的最外围部分是结构的最大力流，必须增加梁的外部质量或刚度，才能产生较高的整体荷载刚度，降低车身的变形和应力水平。
重型电力电力机车
的车体结构承受着结构底部气流的纵向和弯曲载荷，作为车身基础，这是最重要
的车身部件，通常承载侧、中、端牵引梁、轨枕梁和变压器梁，驾驶室分隔梁底
盘由封闭的、小的组成结构、局部结构、板厚、平面结构、纵向力和曲线结构流，电力机车设备在上部受力时，通过后纵梁传递到侧梁和曲线结构上，因此，中心
梁和侧梁的强度和刚度要求较高。
3、耐碰撞电力机车车辆的性能要求
电力机车车辆碰撞的安全结构通常是通过安装在车钩上的吸热元件来实现的，在吸力设计中，应采用20～25km/h的碰撞速度。
具有多级能量散射系统的冲击
式车辆结构应满足以下要求：移动冲击速度：2.0～2.8m/s，约7～10km/h冲击
动能的吸收和散射主要通过缓冲器。
【5】在这种情况下，结构应保持良好状态，且容易发生碰撞：碰撞速度小于5 m/s（18 km/h），碰撞过程中的冲击能量取决
于缓冲区和一些吸收元件和中间冲击；冲击速度5.0-10.0m/s冲击能量取决于吸
力装置和车体末端弱刚性结构的塑性变形，会对司乘人员造成伤害；司机室和司
机室的设计必须安全稳定。
1.
电力机车车辆碰撞事故分类及特征
电力机车碰撞包括列车与列车之间的碰撞，以及列车与列车上障碍物的碰撞。
列车与同一轨道列车之间的碰撞，包括同一轨道（通常在支线）上的同一类型或
不同类型列车之间的正面碰撞和碰撞，不同类型列车之间的侧面碰撞。
列车与轨
道的碰撞，包括汽车、机车、道路维修设施等碰撞。
所有碰撞中最糟糕的是火车和火车之间的碰撞。
由于碰撞惯性很高，列车碰
撞瞬间的巨大动能在很短的时间内以其他形式的能量消散。
这种碰撞产生巨大的
冲击和减速。
在高速撞击下，也会造成列车结构的巨大破坏，并导致司乘人员伤亡。
列车在碰撞后的反应和相关乘客的移动可以解释如下。
（1）直线加速或减速。
机车在轨道上加速或减速，机车两端结构有一定压缩。
乘客可能会在撞击方向发生碰撞，并在加速或减速时在座椅上发生两次碰撞。
（2）攀爬车。
一辆机车攀爬到另一辆机车的司机室顶部，被车辆上部的结
构破坏而被毁坏。
受压车厢内的乘客可能会被严重推挤。
5、电力机车车辆碰撞中的人体损伤机理
为了便于讨论，机车与机车的碰撞称为“一次碰撞”，人体内各部件与车辆
的碰撞称为“二次碰撞”。
“单体碰撞”中车身结构的塑性变形直接造成车身的
破坏，车辆空间缩小，驾驶员或乘客受到压缩，造成事故。
根据人体生物力学的特点，机车车辆撞击造成的人体损伤可分为机械损伤、
生物损伤和心理损伤。
机械损伤是指人体在直接拥抱和加载载荷的作用下所造成
的内部损伤和创伤，以及外部载荷的强度超过人体骨骼或肌肉组织的极限而引起
的骨折和破裂的讽刺。
心理损伤是对人类心理的一种惊讶或恐惧。
以下三个方面总结了碰撞中造成机组人员损失的主要原因。
（1）碰撞过程过猛，传递给船员的加速度值超过人体承受极限，人体器官
受损。
（2）司机室和在碰撞中变形过大，机组人员失去生存空间死亡。
（3）机组人员在车内受到一两次“二次碰撞”而受伤。
6、结束语
当电力机车装有碰撞吸能装置时，列车碰撞速度方向一致，最大能量被缓冲
器吸收，此时缓冲器压缩变形。
在冲突期间，根据上述设计和计算分析，该司得
出以下结论：随着列车碰撞速度的提高，碰撞边界上的峰值载荷延迟通常会减慢；临界速度，其结构为20km/h，不会损坏司机室；加装冲击吸力装置后，车体的碰
撞能力大大提高。
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