城市轨道交通车辆起复救援方案分析

城市轨道交通车辆起复救援方案分析
韩吉元
【摘要】针对车辆一般脱轨事故的复轨作业的处理,对枕外复轨位复轨与牵引梁位置单点复轨两种复轨作业方案进行了阐述与分析,建立了某地铁车体的有限元模型,并对两种复轨方法的车体应力分布进行了有限元计算.两种情况下的计算结果表明:不同的复轨方案下,整车的最大应力相差不大,但最大点的出现位置有所不同,均在结构承受范围之内,最终采用的救援复轨方案还应该参考现场实际情况来制定.
【期刊名称】《农业装备与车辆工程》
【年(卷),期】2018(056)003
【总页数】4页(P87-90)
【关键词】城市轨道交通;脱轨;复轨方案;有限元分析
【作者】韩吉元
【作者单位】116000 辽宁省大连市大连地铁运营有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U298.6
0 引言
在《铁路交通事故应急救援和调查处理条例》中，铁路交通事故被划分为两大类：第1类是车辆在运行过程中与其他障碍物相撞的事故第2类是车辆发生脱轨、火灾、爆炸等事故[1]。

本文研究的复轨器主要是为解决第2类事故中的脱轨问题。

铁路事故是一个非常复杂的问题，涉及到多个学科，目前为止铁路事故依然不能避免，其中脱轨事故就是铁路事故当中占比较大的事故[2]。

当发生车辆倾覆事故后，救援队应立即赶到事故现场，根据事故现场实际情况确定救援方案。

发生脱轨事故如果不能迅速地完成复轨，势必会影响作业的完成进度以及轨道的通行。

由于脱线现场情况不同，机车、车辆脱轨后，中梁或边梁与钢轨面的距离也就有不同，因此要根据起复设备“积木”式的优点，制定出合理的机具组合方案，达到迅速起复的目的。

1 设备介绍
在一般性脱轨事故中，顶复法基本已经得到了广泛应用。

采用顶复法进行救援，顶复设备性能较好，安全性能较高。

复轨器是对脱轨列车进行复轨的主要设备，国内对复轨器的研究投入大量的人力财力，复轨器一直处于发展阶段，各类型式复轨器层出不穷，其功能也不断完善。

我国铁路部门当前运用的各种复轨器在功能上追求快速、安全复轨[3]。

顶复法是用液压式复轨器顶起脱轨的机车列车，使脱轨列车高出轨道平面15～30 mm，再横向位移后复位的方法。

目前国内外列车机车脱轨以后采用的复轨器主要为液压式复轨器。

具有结构简单、体积小、操作简单的特点。

一般用于车辆复轨的主流设备如图1所示，主要由液压起复动力系统、复轨系统、气垫顶升系统、扶正系统几大部分构成。

2 起复救援方案1
车体两侧边梁顶升，然后横移复轨（使用车辆架车点对车辆进行顶升，再使用复轨桥、横移小车利用车辆车钩尾箱专用顶升点进行横移）。

图1 车辆脱轨起复设备Fig.1 Re-rail equipment of vehicle
2.1 车体顶升/横移位置
该方案的复轨位置在车头一位端位置枕梁外侧，靠近转向架，车体上标有顶车标识，
如图2。

图2 边梁复轨位示意Fig.2 Re-rail location on side beam
2.2 救援人员及设备配备
可配备5-6人，其中指挥员1人，控制台操作人员1人，油缸、复轨桥等操作人员3-4人，图3为该方案下人员分工配属情况。

图3 人员配属及设备位置图Fig.3 Location of operators and equipment set 2.3 车辆起复程序
2.3.1 整备
（1）在顶升和复轨前，把4个止轮器放入后端车轮。

（2）做好顶升的路面基础：在顶升点对应路基位置，使其平整稳固。

（3）安装联接复轨设备，在两侧边梁下放入复轨桥于轨面。

（4）将两只横移滑车放置复轨桥，联接可调距离杆。

（5）将两只带底座的油缸放两侧横移滑车上，在车体顶升点与活塞防护盖之间加装垫板。

2.3.2 顶升
一般通过一次顶升即可完成所需要的横移工作高度，可以采用两侧边梁顶升方法完成。

进行顶升作业前的各项安全确认，顶升作业至脱轨车辆轮对的轮缘高于轨面30～50 mm停止，把对应的顶升油管流量阀关闭，把方向选择阀置于空位（水平位）。

2.3.3 横移
进行横移作业前的各项安全确认，如果一次横移车轮踏面相对轨面仍不到位，按下控制台上的锚油缸按键，回缩横移油缸，重新对进复轨桥锚孔，再次横移，直至横移到满意位置为准（确认脱轨轮缘全部处于两钢轨内侧）。

2.3.4 复轨（落车）
进行复轨（落车）作业前的各项安全确认，在指挥员的指挥下，回缩顶升油缸开始落车复轨作业，当车轮踏面落于轨面上后，继续回缩顶升油缸，直至完全回缩。

3 起复救援方案2
该方案的主要特点是车体牵引梁复轨位置顶升，然后横移实现复轨任务。

方案2
的起复程序也包括了整备、顶升、横移、落车几大环节，与方案1的起复程序基
本一致，由于起复位置变化，唯一不同的是使用了1只带底座的油缸。

3.1 车体顶升/横移位置
图4给出了该方案下的顶车位置示意。

图4 顶升点位置示意Fig.4 Lifting location
3.2 救援人员及设备配备
该方案实施可配备5-6人，其中指挥员1人，控制台操作人员1人，油缸、复轨
桥等操作人员3-4人，人员配属图如图5所示。

图5 人员配置及设备位置图Fig.5 Location of operators and equipment set
4 计算分析
有限元方法是目前工程结构广泛采用的结构分析数值方法，可以给出满意的数值解[4]。

大量试验数据表明：不锈钢点焊结构车体存在严重的局部屈曲失稳问题[5],不同的复轨方案下车体的应力分布如何，结构强度余量是否充裕都是值得研究的问题。

参考欧洲标准EN12663-2010：《轨道车辆的结构要求》[6]对车体载荷的一般要求，应用有限元计算方法对两种复轨方案下车体的应力情况进行了计算分析，给出了两种方案下的应力分布。

4.1 架车位复轨工况（一位端架车位复轨）
垂向载荷：（整备状态下车辆自重——一个转向架质量）×g×1.1；
在二位端空气弹簧座处施加3个方向约束，一位端枕外架车点施加垂向和横向位
移约束。

图6 边梁复轨位支撑点位置Fig.6 Re-rail location on side beam
图7 车体应力分布Fig.7 Von-mises stress distribution
图8 Von-mises应力最大点Fig.8 Maximum Von-mises stress
4.2 牵缓架车点复轨工况
垂向载荷：（整备状态下车辆自重—一个转向架质量）×g×1.1；
约束：二位端空气弹簧座处施加3个方向约束，一位端牵缓架车点处施加垂向和
横向位移约束。

图9 牵缓梁复轨支撑点位置示意Fig.9 Re-rail point on traction beam
图10 车体应力分布Fig.10 Stress distribution of car body
图11 车体最大点应力Fig.11 Maximum Von -mises stress of carbody
5 结语
对两种复轨方案进行了实施细则对比与设备介绍，并利用有限元方法对不同复轨方案下车体的应力分布状态进行了对比，总体应力分布差异不大，边梁复轨位复轨最大应力在车顶弯梁处，241 MPa,牵缓复轨位置复轨，车体最大应力发生在门角，
为242 MPa，车体整体应力分布趋势无明显区别。

不同的实施方案采用视具体的
脱轨情况而定。

当前，城市轨道交通行业发展迅速，企业应该高度重视车辆脱轨后快速应对的重要性，通过实践演练不断健全起复救援预案，希望在以后的突发事件中能安全、快速、有效地恢复车辆，推动城市轨道交通行业的发展。

参考文献
【相关文献】
[1]周慧娟．铁路应急管理中的预案管理与资源配置优化[D]．北京：北京交通大学,2011．
[2]李董．货物列车空车直线区段脱轨的研究[D]．南京:南京理工大学,2004．
[3]黄勇. 铁路车辆顶复救援效率于安全性研究[D].成都:西南交通大学,2012
[4]王勖成. 有限单元法[M]. 清华大学出版社, 2003.
[5]田洪微．A型不锈钢点焊结构车体强度,模态,稳定性和疲劳强度的研究[D].大连:大连交通大学,2011.
[6]EN12663-2000: Structural requirements of railway vehicle bodies [S]. European Committee for Standardization, 2000。