地铁车辆车钩缓冲装置吸能特性分析研究杨锐

地铁车辆车钩缓冲装置吸能特性分析研究杨锐
发布时间：2022-04-29T16:06:07.749Z 来源：《城市建设》2022年1月中2期作者：杨锐[导读] 我国从21世纪开始，重点发展轨道交通产业。

昆明地铁运营有限公司杨锐 650500
摘要：我国从21世纪开始，重点发展轨道交通产业，随着轨道交通的快速发展，具有高效、舒适、便捷多种优点的地铁也在多个城市开始运行，截止2019年12月我国有46座城市获批修建城市轨道交通，并且完成多次提速，地铁已经是人们生活交通生活当中必不可少的一部分，而今越来越多的上班族依靠地铁，有关地铁运行的性能和安全问题，也成了当下最主要的研究重点。

地铁车钩缓冲装置是实现机车和车辆或车辆和车辆之间连挂的装置，传递牵引力和冲击力，并且能够确保两辆车之间保持安全的距离，关于地铁车辆车钩缓冲装置的吸能分析也是有效确保地铁安全平稳运行的关键，通过查阅多种文献资料，以及实践观察从车钩缓冲装置的构成开始研究，探讨不同速度发生碰撞产生的不同结果。

关键词：地铁车辆；车钩缓冲装置；吸能特性
引言：不同速度列车连挂时其车辆钩缓装置所呈现的安全性能是不同的，通过对列车纵向动力学理论进行分析，把整辆列车比作若干自由度质点由钩缓装置连接，可了解整个碰撞过程中钩缓装置在不同联挂速度下的受力情况、能量吸收情况以及变形情况。

一、车钩缓冲装置的构成
车钩缓冲装置是地铁或者是其他车辆的组合部件当中最基础的部件，在车辆发生故障碰撞时，车辆的车钩缓冲装置会最先承受压力变形，车钩缓冲装置的构成是由前端粗大的钩头、钩身、车钩后部的钩尾三个部分组成，而每一个部分又会有不同的结构组成，比如说钩头内就装有钩舌，钩舌销，钩锁铁，钩舌推铁以及锁提销。

而车辆车钩缓冲装置为了能更好的保持车辆之间的连接或分离状态，增加其维修的便利性，所以车钩又分为三种位置形态：闭锁位置，开锁位置，全开位置三种。

在车辆安全性能方面车钩缓冲装置是最基础且必须有的装置。

机车牵引车辆时产生的作用力传导顺序是：首先对车钩产生作用，车钩对钩尾销产生作用，钩尾销会连带传到钩尾框，接着传到后从板，从后从板会传到缓冲器，缓冲器会过渡到前从板，前从板会过渡到前从板座，最后再到牵引梁。

当机车推动车辆时，作用力会作用到车钩，从车钩直接到前从板，前从板会施加作用力到缓冲器，再到后从板，从后从板过渡到后从板座，最后又作用于牵引梁。

车钩缓冲装置按其结构类型又可以分为螺旋车钩，密接式自动车钩，自动车钩及旋转车钩等。

目前使用最广泛的便是自动车钩。

二、地铁车辆吸能结构研究
1.车钩缓冲装置
对于地铁线路来说，会以编组车辆的形式进行配置方案的设计，往往会有司机室和无司机室，车钩配置缓冲装置，并且往往会加入多个车辆缓冲装置，可能包含半永久车钩缓冲装置，半自动车钩缓冲装置等，一般头车会采用半自动车钩缓冲装置，其应用主要目的是为了保证头车之间的机械连接和气路的自动连接，分离采用密接式连挂系统，安装紧凑式弹性体型缓冲系统压溃管装置和过载保护装置，对于地铁车辆，中间车辆往往会采用半永久车钩缓冲装置，其主要目的是为了保证列车编组内部两车之间能够得到有效的连接，传递作用力以及牵引力。

2.缓冲原理
车辆缓冲装置本身会具有适当的抵抗压力以及良好的减震特性，能够很好的在保证列车正常牵引力的同时，减少在列车运行过程当中发生故障所产生的冲击力，减少车辆的纵向震动和冲击，以及车辆在运行过程当中能更好的保证乘客的乘坐舒适程度，车辆缓冲装置的缓冲原理是因为拉力传递顺序经历了多个具有缓冲功能的部件，减弱了首次冲击带来的缓冲力，比如会依次经过外拉杆，内拉杆后端隔板等等。

3.车钩缓冲装置故障发生
地铁车辆在运行的过程当中，往往也会遇到一些故障，其解决故障的思路是需要先判断故障产生的原因，可以参照正常运行状态下车钩缓冲装置的力-位移曲线特性进行详细的分析，判断其故障产生的位置，然后进行失效评估，制定检修的标准，具体问题进行具体分析。

三、吸能特性分析研究
所谓的吸能特性分析既是在车辆发生碰撞时,车钩缓冲装置能够有效安全保护时发生的作用力分析。

1.列车编组
根据车辆的质量对车辆进行编组，不同的车辆工况情况下，其表现的车辆质量也会不同，因此是根据车辆工况情况对车辆进行的编组，根据研究发现，以A市地铁车辆表现的车辆主状况为探讨对象：
2.仿真计算
地铁车辆在冲击环节，冲击车最先推动的是头部的阻挡车，头部的阻挡车在感受到冲击力后，会受到推动力影响，逐渐向前移动，然后其他的阻挡车在运动过程当中也会因为头部阻挡车的移动而受到影响，有数据显示，其他的阻挡车受到推动力的影响是在0.75秒以内出现反弹，产生相应的制动变化，查阅相关的文献资料，会看到连挂冲击速度表现不同，车钩缓冲器吸收的冲击能量和压溃管的行程变化是不同的。

选取不同的速度对地铁运行进行仿真计算，会发现在不同的速度连挂时，其作用方式是相似的，但是车辆在制动时带来的阻抗力以及冲击力不同，因此车辆所需要承受的冲击力也不同，对于车辆缓冲器面对的阻抗力也会有所区别，主要是选取5km／h、7.1km／h、15km ／h三种运行速度进行地铁仿真运算，车辆以不同速度发生撞击时，统计各个断面反馈出的压溃管压溃行程、最大车钩力以及缓冲器形成等都呈现出不同。

3.结论
地铁车辆在以不同的运行速度连挂时，地铁车辆和缓冲装置表现出来的安全性能是不同的，当连挂冲击速度为7.1km/h时，最大的车钩力是发生在直接冲撞的连挂面上，车钩压缩力峰值是511kN，这样的冲击力是小于缓冲器的最大阻抗力的，也就是说当连挂冲击速度是7.1km/h时，是可以维持在正常的弹性变形范围内，保证地铁车辆安全运行，压溃管也不会被触发，自然同理，当车辆运行速度低于7.1km/h 时，缓冲器能够吸收全部的冲击能量，保证车辆的安全运行，当系统对冲击速度为15km／h进行仿真计算时，会发现这个速度产生的冲击力要剧烈的多，带来的压溃管触发面积也非常大，车钩压缩力峰值为733kN，已经超过了缓冲器最大弹性的范围，同时也超过了压溃管作用形成的距离，由此也就可以看出，列车以15km／h运行，在运行过程当中发生连挂，缓冲器是不能吸收全部的冲击能量的，并且相应的压溃管也会被触发，地铁会面临一定的危险。

综上所述：
地铁对于人们出行来说带来了极大的便利性，对地铁的安全性能分析也成了当下研究的一项热点话题，作为地铁车辆重要组成部件的车钩缓冲装置可以有效传递牵引力，减弱冲击力，有效保证车辆的平稳运行，降低噪声，保证地铁运行的安全性，车辆在运行时的冲击速度以及地铁的容量对缓冲力有着正向的关系，车辆运行时的速度越高，撞击变形程度会越大，但是相信随着科技技术在不断的进步所发明的各项部件的性能也会逐渐提高，地铁运行的安全性能也会不断满足人们社会生产和生活的需要。

参考文献：
[1]孟飞,戴源廷,田云峰,魏志恒.城市轨道交通车辆车钩缓冲装置故障分析[J].现代城市轨道交通,2021(11):59-63.
[2]马青春.车钩缓冲装置连挂冲击模拟试验对比分析[J].铁道车辆,2021,59(01):20-21+26.
[3]张小强,杨庆龙.地铁车辆车钩缓冲装置的使用维护研究[J].轨道交通装备与技术,2019(04):37-38.
[4]寇丽君.地铁车辆前端吸能结构吸能顺序研究[J].时代农机,2018,45(12):234.
[5]吴刚,张瑞,杨庆龙.常州地铁1号线车辆钩缓装置设计研究[J].轨道交通装备与技术,2018(06):18-20.
[6]周理想.地铁车辆车钩和缓冲装置安全性能分析[J].农家参谋,2017(17):232.。