车钩缓冲装置对轨道列车碰撞安全性的影响综述

从轨道列车车钩缓冲装置功能和失效原理、分类和标准、理论和应用与列车整体碰撞响应4个方面，梳理了近20年车钩缓冲装置在列车碰撞领域的研究方法和研究成果，总结了4个方面研究的优缺点与未来亟待解决的问题；从列车碰撞动力学的角度，阐述了车钩缓冲装置在列车碰撞中的作用，及其在车辆系统整体设计中的地位；基于欧盟、美国、日本与中国列车耐撞性和强度标准，介绍了车钩缓冲装置的子部件组成；从车钩缓冲装置理论模型在列车碰撞动力学模型和有限元模型的应用剖析其演化过程；基于当前国内外车钩缓冲装置的研究现状，指出未来轨道列车车钩缓冲装置的研究趋势和发展目标。研究结果表明:车钩缓冲装置是列车多级吸能系统中重要组成部分之一，需针对不同车钩缓冲装置类型建立不同的力学模型，准确反映缓冲器的非线性迟滞特性和压溃管的压溃吸能特性，以及车钩的运动关系；在国内外现行标准中，仅规定了车钩缓冲装置的静强度指标，且仅有货车车辆缓冲器的详细界定，缺乏中高速轨道车辆的车钩缓冲装置在动态场景下的载荷指标、能量上限等标准规范；胶泥、气液缓冲器具有比摩擦式缓冲器更好的碰撞力学性能，但其复杂的非线性特性描述依赖于准确的数学模型和试验，目前尚未对车钩缓冲装置数学模型的横向、垂向动态特性进行详细研究；应结合试验，加强研究车辆运行和碰撞过程中车钩缓冲装置的触发和失效稳定性，及其对列车纵向撞击响应的影响；中低速下较大的车钩缓冲装置刚度会导致非正常的垂向和横向响应，不同速度等级下车钩缓冲装置的力学特性和初始姿态对车辆碰撞机理的影响较大。      

地铁列车车钩系统能量配置特性研究与优化

为研究地铁列车在碰撞过程中的能量分配特性,以某6辆编组的地铁列车为平台,依据车钩缓冲装置和防爬器的吸能特性,进行列车纵向动力学仿真计算,结果显示:在列车碰撞的过程中,各个界面的吸能情况并不均衡.对此,对比了车钩系统在不同配置条件下的吸能特性,寻找列车碰撞过程中各界面的吸能规律,并进行一定的参数优化,使列车在满足车辆连挂和低速碰撞的要求条件下,可最大化地利用各界面的吸能容量,其配置结果对列车碰撞能量管理和车体结构强度的设计都有一定的指导价值.     

高速公路路面养护作业的缓冲装置变形动力学研究

针对用于高速公路临时定点作业和机动养护作业的碰撞缓冲安全装置。研究高速公路移动养护车辆的碰撞特性。碰撞主要的结构吸能是碰撞缓冲安全装置和车身的保险杠。文章基于非线性ANSYS/LS-DYNA有限元软件,进行模型的吸能部件的碰撞力学分析,提出碰撞缓冲安全装置的适用场合。研究结果表明,复合结构的缓冲装置具有较高的吸能率,该系统通过塑性变形能来消耗冲击能量,当回弹发生后整个吸能过程结束。     

铝合金车体前端结构抗撞性优化设计

为提高列车在碰撞事故中的耐撞性能并保证乘客的安全.以铝合金车体为研究对象,应用碰撞仿真软件PAM-CRASH对客车铝合金车体进行大变形碰撞仿真,并在此基础上利用多学科优化软件iSIGHT对车体前端吸能结构的进行优化,得出在碰撞过程中车体结构的变形模式以及车内乘客身体的受力和加速度情况,并对车体前端吸能结构进行最优化设计,满足轻量化要求,从而实现车辆的被动安全保护和耐撞性优化设计.     

轨道车辆新型车端专用吸能装置

为了提高轨道车辆的耐碰撞性,利用金属薄壁结构轴向切削和压缩过程吸收能量的原理,设计了一种新型车辆端部专用吸能装置;采用显式有限元软件LS-DYNA建立了吸能装置吸能过程的等效三维有限元模型,并对吸能过程进行数值模拟;分析了切削深度、刀具前角和切屑圆心角等参数对吸能装置吸能性能的影响.研究结果表明,新型吸能装置吸收的能量、界面力与切削深度、切屑圆心角成正比,与刀具前角成反比,受切削深度的影响较小;新型吸能装置的冲程效率可达100%,压缩力效率和总效率可达70%以上,高于现有吸能装置.      

车钩箱位置误差对重载机车动态性能的影响

为了探明车钩箱中心线相对车底架中心线存在横向偏差及对制动时机车动态性能的影响规律,测量了八轴机车底架几何参数.测试结果发现,车钩箱偏离车底架中心线范围约5~10 mm.根据测量结果,考虑国内重载机车常用的车钩缓冲器装置的结构特点,建立了具有时变弧面接触特性的钩缓动力学模型和由2台八轴机车组成的列车动力学模型.在此基础上分析了不同横向偏差的车钩摆角、车体横向错位以及机车行车安全性.研究结果表明:在厂线试验条件下,若车钩箱偏离中心线距离越大,制动后车钩摆角与车体横向错位增大,行车安全性越差.为保证行车安全性,车钩箱偏离距离应不超过9 mm.      

锥台点阵吸能装置在整车碰撞中的建模研究

点阵吸能装置在以壳单元建模时,碰撞仿真求解时间步较短,不适用于车体耐撞性设计的快速碰撞仿真.针对这个问题,提出以实体单元近似的建模方法.以T向压缩典型的点阵块体为考察条件,对比壳单元和实体单元压溃仿真的压缩力-位移曲线结果,通过讨论实体单元建模的网格尺寸效应,获得了具备足够精度和求解效率的点阵吸能装置实体单元等效模型.最后以某城轨车车体碰撞仿真为载体,观察点阵吸能装置实体单元建模的效果.结果表明,该建模方法能够在整车碰撞仿真中显著提高求解效率.     

基于位移控制的可实现车钩碰撞精确解锁装置研究

为防止列车碰撞时车钩不能及时剪断,造成防爬齿非正常啮合而发生骑爬事故,研究了一种基于位移控制的可实现车钩碰撞精确解锁装置.首先介绍了解锁装置的构成和基本工作原理,并对解锁装置的关键参数进行了设计.然后通过有限元对理想情况的解锁过程及偏载情况下的解锁过程进行了仿真分析,验证了解锁装置可靠的解锁性能,最后对本装置的缩比试件进行落锤冲击试验.通过仿真和试验表明:位移控制的车钩解锁装置比传统剪切力控制的解锁装置能更精确的实现车钩解锁.     

某地铁车侧翻碰撞安全性分析

以某地铁车Tc车体结构作为研究对象,采用显式动力学软件LS-DYNA,根据ECE R66标准对车体进行侧翻碰撞仿真.以车内乘员生存空间的完整性作为安全指标,评估车体的侧翻耐撞性能.对车体结构薄弱区域进行改进,通过增大该区域结构的截面抗弯模量,从而使车体在侧翻碰撞中吸能速率提高,车体结构变形减小,且车内乘员生存空间不被侵入.实验结果表明:改进后的结构明显提高了车体结构的侧翻耐撞性能,达到了提高车辆被动安全性的目的.     

CRH5型动车组碰撞吸能结构研究

结合我国现有动车组端部吸能结构现状,介绍CRH5型动车组车体结构、碰撞吸能工况类型、车体碰撞仿真模型及碰撞吸能性能分析、碰撞吸能元件的材料和结构.对我国高速动车组吸能结构设计具有指导意义.     

基于位移控制的可实现车钩碰撞精确解锁装置研究

为防止列车碰撞时车钩不能及时剪断,造成防爬齿非正常啮合而发生骑爬事故,研究了一种基于位移控制的可实现车钩碰撞精确解锁装置.首先介绍了解锁装置的构成和基本工作原理,并对解锁装置的关键参数进行了设计.然后通过有限元对理想情况的解锁过程及偏载情况下的解锁过程进行了仿真分析,验证了解锁装置可靠的解锁性能,最后对本装置的缩比试件进行落锤冲击试验.通过仿真和试验表明:位移控制的车钩解锁装置比传统剪切力控制的解锁装置能更精确的实现车钩解锁.     

基于神经网络的数据挖掘模型在吸能装置上的应用

针对传统有限元分析方法对机车车辆结构耐撞性计算效率低的问题，在已有仿真分析数据基础上，引入机器学习方法，对车辆关键结构的耐撞性以及碰撞安全性进行分析预测. 首先，建立基于神经网络的数据挖掘模型，在此基础上构建车辆关键结构的碰撞响应预测方法；其次，通过试验验证了防爬吸能装置有限元模型的正确性，以此模型为基础获得不同壁厚防爬吸能装置的碰撞响应仿真数据；然后，以吸能装置壁厚作为模型输入，不同壁厚所对应的位移、速度、界面力和内能等碰撞响应作为模型输出，将有限元仿真数据用于模型训练，优化后的数据挖掘模型的拟合优度在0.922以上；最后，为验证模型预测的准确性，将碰撞数学模型的预测结果与有限元仿真结果进行对比，速度、位移、界面力和内能的平均相对误差分别为7.10%、4.51%、6.20%和2.50%. 研究结果表明:基于神经网络构建的数据挖掘模型在保证精度的情况下，能很好地反映防爬吸能装置的碰撞特性，大幅降低了计算时间，提高了计算效率.      

货运机车车钩缓冲装置动力学仿真模型(英文)

分析了不同钩缓装置的工作原理,采用控制系统仿真方法建立了考虑实时性对中钩肩与钩尾摩擦副作用的钩缓装置结构模型,采用函数查表法建立了具有迟滞特性的非线性缓冲器模型,采用由2台8轴机车及1辆简化货车组成的列车模型对DFC-E100与13A/QKX-100钩缓装置进行了仿真研究,同时对车体稳钩能力进行了理论计算。计算结果表明:钩缓装置模型能够较好地反映机车钩缓装置的实际运行状态,DFC-E100钩缓装置车钩在纵向力超过一定值后才会发生明显偏转,钩肩结构能够有效地防止车钩的过度偏转;机车配备DFC-E100钩缓系统时车体稳钩能力的仿真结果及理论计算结果与实测结果的误差分别为4.23%和10.65%。13A/QKX-100系统车钩钩尾摩擦副是影响其承压行为的关键因素,其能使车钩在承受纵向压力时不发生明显偏转。     

制动力对机车直线运行安全性的影响

为研究机车直线运行时车钩制动力对其安全性的影响,建立了车体载荷方程,在分析车体几何关系、车钩与车体受力关系的基础上,利用牛顿迭代法求解该方程,获得车钩复原角刚度与车体转角的关系,并提出保证机车直线运行安全性的必要条件.理论分析和仿真结果表明:为保持机车车体平衡,机车车体在两端车钩制动力的作用下,车钩复原角刚度应大于临界值,否则,机车车轮的轮缘会贴靠钢轨,机车有脱轨的危险.     

货车后部吸能装置40%偏置碰撞仿真分析

建立并验证了货车后部吸能装置全宽碰撞模型的有效性,按照ECE R94.01法规和PRO/E软件建立该装置的有限元模型,利用有限元方法对其进行40%偏置碰撞吸能性仿真分析,通过与货车后部原有结构进行对比分析,结果发现:该吸能装置可以避免轿车偏置追尾碰撞货车时钻入货车下部并吸收两者碰撞过程所产生的大部分动能,从而使轿车和货车本身结构的变形达到最小.     

重载机车钩缓装置稳定性机理探讨

本文深入探讨了重载机车钩缓装置的稳定性机理,并对钩缓装置对重载机车的安全性能的影响进行了分析。结果表明：重载机车钩缓装置的稳定性直接影响着机车的安全性,列车纵向载荷通过钩缓装置作用于机车,应该避免对机车的横向动力学性能的干扰。     

桥墩防撞装置碰撞动力学分析

运用非线性有限元基本理论，采用国际上广泛使用的大型结构分析程序LS-DYNA，建立了船舶和桥墩防护装置的三维有限元计算模型，分析了防护装置碰撞特点、船首及构件的损伤和吸能特性，得出了主要吸能结构吸能比例，碰撞力曲线的非线性特点，船体和防撞装置外板是主要的吸能结构等结论．     

环保型浮式柔性防撞装置试验与数值仿真研究

环保型浮式柔性防撞装置是一种新型的比强度、比刚度大和比吸能高的复合材料防撞结构.文中对其进行了4种不同工况下的碰撞试验,对比了有无防撞装置和不同撞击速度条件下的撞击力、撞击加速度、动位移等碰撞动力效应,研究了防撞装置的缓冲消能效果;对应进行了4种不同工况下的数值仿真研究.试验研究结果与仿真结果均表明该防撞装置的缓冲消能效果良好.     

基于RCAR试验的电动SUV低速保险杠耐撞性研究

为研究某款纯电动SUV保险杠在低速正面碰撞工况下的耐撞指标,提高其耐撞性能。首先依据RCAR保险杠低速碰撞试验及评价方法,建立某纯电动SUV正面全宽低速保险杠碰撞有限元模型;其次,从防撞梁、吸能盒的吸能和变形以及车体损坏情况等对仿真结果进行分析。结果表明,模型防撞梁强度不足,导致吸能盒未发挥低速吸能效果,风扇受到挤压。最后从防撞梁截面型式、材料,厚度3个影响防撞梁强度的因素出发,提出3种优化改进方案。研究表明,方案3防撞梁低速碰撞耐撞性最好,在满足轻量化要求的同时满足了RCAR测试的要求。     

快速救援锁闭套钩装置的研制与应用

锁闭套钩装置是一种救援专用工具,它可以解决脱轨机车、车辆的车钩不能直接与救援机车车钩连挂的问题,操作简便,安全快捷。文中介绍了锁闭套钩装置研制过程、结构和使用方法。