轨道车辆耐碰撞性研究进展

对轨道车辆耐碰撞性研究的国内外最新进展进行综述,并对列车碰撞研究的主要方法及存在的问题、耐撞性车辆设计及评价标准进行论述。研究表明:我国在轨道车辆耐碰撞安全性技术研究方面与国外存在较大的差距,应在列车碰撞响应与车体结构安全性关系、列车碰撞试验标准和试验设备、列车碰撞后脱轨机理等方面进行深入的研究,并亟待制定符合我国国情的列车碰撞安全性标准。     

新型高速动车组碰撞仿真分析

高速列车在运行过程中一旦发生碰撞事故，不但会损坏车辆结构，而且还会严重威胁乘客的生命安全。因此，高速列车的被动安全性越来越受到各主机厂的重视。对高速列车进行耐撞性能研究并设计吸能结构，能够有效降低高速列车在意外碰撞事故中的受损程度，同时还可以有效保护司乘人员的安全。文章以时速400 km动车组为研究对象，基于被动安全的设计思路，按照标准EN 15227:2008+A1:2010对C-Ⅰ类型的碰撞描述进行了耐碰撞仿真计算与分析，评估了其防碰撞性能，并结合计算结果给出了改进建议。     

单车级初始运行状态对地铁列车碰撞响应影响的仿真分析

以某市域地铁列车为研究对象,研究单车级初始运行状态对列车碰撞响应的影响。建立了动力学仿真模型,提取列车运行过程中4种典型的几何姿态,分析了不同单车级初始状态对列车碰撞响应的影响规律及发生机理;提出了一种抑制列车碰撞过程中爬车和侧翻的车间防爬防偏吸能装置。研究表明：单车级状态差异通过钩缓装置的正反馈机制和传递机制的作用影响列车的碰撞响应,但对列车纵向响应基本无影响,对横向响应的影响大于垂向响应;单车垂向初始状态仅影响邻近车辆的响应,而横向初始状态对列车整体响应的影响都比较显著;评价列车脱轨风险时应同时考虑车体的姿态响应和轮对抬升量;通过设置车间防爬防偏吸能装置,可以有效改善列车碰撞稳定性。     

列车防碰撞装置及动力学仿真

阐述了防碰撞列车采用能量吸收装置和在车体端部设置变形区域降低碰撞作用力的设计原理。针对国内外甘防碰撞列车建立了碰撞模型，进行了碰撞动力学仿真计算。计算表明，列车防碰撞装置能够较好地减缓冲击，降低碰撞作用力。     

低地板列车吸能防爬装置的碰撞特性研究

为研究某型低地板列车的吸能防爬装置的吸能防爬特性,提高车体结构的正面耐碰撞性,运用非线性瞬态动力学软件LS-DYNA对其进行数值仿真,得到膨胀式吸能构件的吸能特性;然后在该吸能装置上增设导向杆,并研究了壁厚、诱导孔等几何参数对该吸能管碰撞特性的影响;最后结合该型低地板列车做碰撞仿真分析。结果表明,增设导向杆和诱导孔后的吸能防爬装置具有良好的吸能与防爬能力;壁厚能显著影响吸能管的碰撞界面力和吸收的能量,壁厚越大,碰撞界面力和吸收的能量越大。证明该吸能防爬装置符合设计要求,为吸能防爬装置在低地板列车上的合理应用提供理论指导。     

城市轨道车辆防碰撞性研究

为了从理论研究角度与本刊2005年第1期发表的“城轨车辆碰撞安全性的现代设计理念”一文相呼应，特约稿。介绍防碰撞性研究的必要性，国内外轨道车辆防碰撞研究的现状、防碰撞要求和标准以及研究手段，对我国城轨车辆防碰撞车体给出建议性指标。     

地铁列车连挂碰撞仿真及吸能特性分析

为研究地铁列车冲击碰撞情景和吸能元件特性,依据列车动力学理论,用动力学软件对地铁列车冲击碰撞工况进行了仿真计算,模拟了缓冲器、压溃管和防爬吸能装置等吸能元件在冲击中的力学特性。以某型地铁车辆为例,计算了几类常见冲击工况,并研究了轮轨摩擦系数和车钩接触刚度对列车冲击碰撞过程的影响。     

车辆乘员碰撞安全防护研究

结合我国车辆客室设施与布置,参考国外车辆乘员伤害标准,采用假人时轨道列车碰撞事故中乘员二次碰撞的过程进行了计算机仿真和伤害分析,并研究和比较了3种客室内部桌椅的布置方式对乘员安全的影响,最后提出了碰撞事故中乘员安全防护的建议。     

列车纵向-垂向碰撞动力学耦合模型建模与研究

为研究列车碰撞响应机理,基于多体动力学方法,建立包括轨道子系统、轮轨关系子系统、车钩缓冲器-防爬器子系统以及车辆子系统的列车纵向-垂向平面碰撞动力学模型。轨道子系统中将钢轨假设为离散点支撑的Timoshenko梁;轮轨关系子系统考虑了大蠕滑情况下轮轨切向力的计算;钩缓-防爬器子系统中考虑了车钩和防爬器转动以及动态因素对吸能特性的影响;车辆子系统中考虑了车端点头运动和吸能变形模式以及悬挂系统的非线性特性影响。采用显示数值积分方法,编制了该耦合系统的动力学仿真程序,并进行时域求解。将数值求解结果与有限元仿真和试验结果进行比较,验证了列车纵向-垂向碰撞动力学耦合模型的正确性。论文研究成果为进一步研究车辆主要结构参数对碰撞性能的影响规律、改善列车碰撞动力学行为以及新型耐撞性车辆设计提供了理论依据和仿真手段。     

地铁工程车碰撞仿真中钩缓及防爬器模拟方法

在进行某型号地铁工程车碰撞分析时,提出了一种基于LS-DYNA非弹性压缩弹簧模拟钩缓特性以及防爬器吸能特性的仿真方法。就两相同列车以相对速度25km/h相撞为例,对碰撞过程进行模拟,并计算钩缓装置以及防爬器对列车碰撞工况能量吸收的贡献程度。结果表明:该方法能够模拟碰撞时列车钩缓装置和防爬器的力学特性,并且能得到列车碰撞的输出特性、能量吸收等指标;两列车对撞后,两工程车前端的车钩缓冲器吸收能量0.51 MJ,防爬器吸收能量0.47 MJ,分别占总能量的34%和31%。     

新型无人驾驶地铁列车耐撞性研究

新型无人驾驶地铁列车为现代轨道交通智能列车的代表,对列车运行安全性,尤其是对列车的碰撞安全性具有较高的要求,是车辆设计的重点和难点。以新型无人驾驶地铁列车为研究载体,以列车耐撞性为研究目标,基于EN15227:2008标准要求,采用数值仿真分析方法对新型无人驾驶地铁列车耐撞性进行研究评估。研究结论为:列车在初始速度25 km/h下与一列静止列车发生碰撞时,车钩缓冲器、压溃管及防爬吸能装置可以将碰撞动能全部吸收,能够较好地缓冲撞击;列车爬车指标、乘员生存空间指标及减速度指标均满足标准要求,能够保护乘客安全。     

城际动车组车辆防爬吸能装置性能研究

根据城际动车组车辆参数,介绍了防爬吸能装置设计结构及吸能原理。通过列车碰撞仿真计算和分析,验证了防爬吸能装置在列车碰撞过程中具有良好的防爬性和吸能性,对列车被动安全有着积极的防护作用。     

城轨列车在曲线上的碰撞仿真分析

根据EN 15227:2020 《轨道交通轨道车辆耐撞性要求》，一般在直线线路上对城轨列车碰撞进行仿真分析，在曲线线路上开展的碰撞研究相对较少。城轨列车在曲线线路上运行时同样会发生碰撞，这就提出了在曲线线路上的碰撞分析需求。为此，研究城轨列车在曲线上运动的碰撞仿真建模方法，开展仿真分析，并对比分析曲线碰撞与直线碰撞结果，为列车在曲线上的碰撞分析提供参考。     

基于某地铁列车的碰撞仿真与事故对比分析

建立了某地铁列车详细的碰撞有限元模型,通过一列以37 km/h运行的6编组列车与另一列静止的相同编组列车的正面碰撞,从列车各接触位置的界面力、头车和中间车端部变形情况,以及能量变化与分布情况等角度对列车的碰撞进行仿真和事故对比分析。分析结果表明:防爬吸能装置、司机室结构以及客室连接部位的车体铝合金结构产生局部塑性变形,占列车碰撞总动能的48. 2%;碰撞过程中,头车吸能装置和部分车间吸能装置结构产生了破坏,仿真结果与实际情况较为一致。     

阿拉斯加铁路列车防碰撞系统项目

美国阿拉斯加铁路公司(ARRC)正在实施一项计划,开展基于通信的安全精确列车控制系统(PTC),也称防碰撞系统(CAS)的设计、开发与实施。该系统可大大提高采用调度集中(CTC)和无信号控制直接调度(DTC)的阿拉斯加铁路线路上的旅客运输及货物运输的安全,同时提高运输效率。计划中提出的提高运输安全的措施包括:*制定安全强制标准;*为防止列车碰撞,强制实施故障-安全权限;*为防止因超速造成的列车脱轨,强制实施故障-安全限速;*保护线路工人在指定的工作范围内不受侵犯;*对通过误扳道岔列车实施保护。     

地铁列车司机室前端结构耐撞性研究

为研究地铁列车在重载条件下列车的碰撞响应,尤其是司机室前端破坏程度,基于EN 15227对地铁车辆碰撞的相关规定,建立了地铁列车碰撞有限元数值模型,根据列车不同的载荷状态和被动列车是否施加停放制动,给出了3种不同工况,研究地铁列车在超载状态与标准规定状态下的司机室前端损伤程度和车体结构的耐撞性。计算结果表明:当载荷作为唯一变量时,司机室前端在超员载荷下所被压缩的距离是标准条件下的5倍左右;而当初速和载荷为定量时,施加停放制动的被动车碰撞破坏更为严重,碰撞界面的车钩和防爬吸能装置均走完全程,被动车司机室前端的压溃区几乎达到吸能极限,若再次加大速度或载荷即会对司机的生存空间造成威胁,故有必要在碰撞标准中考虑超员工况的计算。     

新德里RMGL项目车体耐碰撞性能研究

在AW3工况下,利用有限元模拟软件HyperMesh和Ls-Dyna对新德里RMGL项目车体进行被动安全性及耐撞性分析。以弹簧代替车钩建立一列车与另一列车的碰撞模型,运用瞬态非线性有限元碰撞仿真方法,分析两列车的碰撞过程,结果满足EN 15227中车辆的碰撞要求。     

列车碰撞事故中中间车辆端部结构强度的评估

从耐撞性的观点,对铁道车辆车体结构的结构设计标准进行了评估。对列车碰撞事故中发生的骑跨或扭曲造成的中间车辆端部结构的碰撞等几种不规则载荷工况进行了数值分析。     

高速动车组碰撞安全性研究

2011年7月国内发生了两列动车组追尾碰撞事故。基于多体动力学理论,运用SIMPACK软件建立了两列高速动车组多体系统动力学模型。采用数值方法对两列8节编组动车组碰撞过程进行了分析和研究。获得了不同速度碰撞工况下列车各车辆的冲击加速度、各个碰撞界面冲击力、碰撞行程、各轮对轮重减载率等参数的变化规律,实现了对高速动车组不同碰撞工况下安全性评估。结果表明,列车以较低速度碰撞时,钩缓装置和吸能结构可保护车厢主体不变形;当碰撞速度较高时,车厢主体受到破坏,乘客空间遭到侵入,且列车安全性指标超过相应限定值。     

数据链技术在地铁车辆应急驾驶防碰撞系统中的应用

利用数据链技术的优势和特点,在地铁车辆应急驾驶防碰撞系统中实现列车间点对点的无线通信和测距功能,并通过现场试验进行测试验证,为地铁车辆应急驾驶防碰撞系统的发展提供参考。