地铁列车曲线碰撞响应及耐撞性研究

摘要

地铁是城市轨道交通中最常见的形式之一，其曲线段占运营里程的比例越来越高。目前碰撞研究主要集中在直线碰撞方面，缺少对地铁列车曲线碰撞响应及耐撞性方面的研究。 为研究不同影响因素变化下地铁列车的碰撞结果，本文设计了4个地铁列车曲线碰撞的典型工况。分析了轨道的参数设置和轮轨初始的接触状态，使用显示动力学计算软件LS-DYNA对包含不同参数变化的地铁列车碰撞仿真模型进行计算与分析，采用脱轨系数、轮重减载率、车轮抬升量和车轮横移量等4个准则评判车辆的脱轨行为。根据分析得到： （1）随着轮轨间摩擦系数的减小，列车的横向褶曲呈增大趋势，D1车更容易发生脱轨、垂向拱起和爬车行为而 D2 车则相反，车体的纵向变形量和前端结构变形吸能量减少而初始动能转化为滑移能的比例增加。（2）随着编组形式的增多，列车的横向褶曲和车钩的运动姿态愈发剧烈，车辆发生脱轨、爬车和侧滚等行为的风险增加，车体的纵向变形量、初始动能转化为滑移能的比例、前端结构的变形吸能量逐步增大。（3 ）随着轨道半径的减小，列车的横向褶曲行为更加明显，车辆发生脱轨和爬车行为的可能性提高且更容易发生多辆车同时脱轨的情况。（4 ）随着碰撞初速度的提高，车辆发生脱轨、爬车行为的风险增加，车体的纵向变形量和前端结构变形吸能量增多，但并未影响初始动能转化为滑移能的比例。 结合仿真结果，设计了2个提高地铁列车曲线碰撞安全性的方案，研究结果表明：当限制车钩的点头偏转极限并重新分配压溃管设计行程时，列车未出现严重的横向褶曲、脱轨和爬车行为，中间车钩的吸能利用率得到一定的提升；在车端安装防爬防偏装置能有效地限制相邻车端间的相对运动，约束车钩的点头和摇头运动，并抑制列车发生横向褶曲、脱轨、爬车和侧滚等行为。

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