试述车钩缓冲装置对轨道列车碰撞安全性的影响

试述车钩缓冲装置对轨道列车碰撞安全

性的影响

摘要：本文以轨道列车为研究对象，针对列车在碰撞过程中的动力学响应问题，建立了车辆-轨道耦合系统碰撞有限元模型，分析了不同车钩缓冲装置的制

动能力、制动距离以及轨道列车的安全性。结果表明：当轨道列车采用车钩缓冲

装置后，轨道列车的碰撞安全性得到明显提高。除了结构设计、材料选择、故障

检测和其他因素外，环境温度、湿度、风速等因素也可能对车钩缓冲装置的性能

和使用寿命产生影响。需要注意的是，车钩缓冲装置对轨道列车碰撞安全性的影

响是复杂的，需要综合考虑多个因素。在选择车钩缓冲装置时，应该根据实际情

况进行综合考虑和优化，以确保轨道列车的安全运行和人民生命财产安全。

关键词：车钩缓冲装置；轨道列车；碰撞安全性

随着我国铁路线路里程不断增加，在行车过程中发生的碰撞事故也随之增加。在实际运营中，轨道列车的碰撞安全性问题是不容忽视的。因此，有必要分析车

钩缓冲装置对轨道列车碰撞安全性的影响，以便为今后轨道列车车钩缓冲装置的

设计提供参考依据。

1.背景阐述

轨道列车的碰撞安全问题是关系到轨道列车能否安全运行的关键，同时也关

系到旅客生命财产的安全。因此，为了提高轨道列车碰撞安全性，需要对现有车

钩缓冲装置进行优化设计。目前，我国铁路的车辆安全标准体系由铁路部门制定，其中有两个标准体系，分别是《铁路客车车辆的技术条件》（TB/T3069-1995）

和《铁路货车车辆的技术条件》（TB/T3069-1995）。其中，《铁路客车车辆的

技术条件》（TB/T3069-1995）对轨道列车在实际运行过程中可能发生的碰撞进

行了规定。但是，该标准主要是对轨道列车在运营过程中可能发生的碰撞进行了

规定，并未对不同车钩缓冲装置的作用效果进行研究。本文主要对轨道列车采用

不同车钩缓冲装置后在运行过程中可能发生的碰撞进行研究，以期为后续车钩缓

冲装置的优化设计提供参考依据。

1.车辆-轨道耦合系统碰撞模型

为了研究车钩缓冲装置对轨道列车碰撞安全性的影响，将轨道列车简化为一

种两点接触碰撞模型，即一端固定、一端简支的车辆-轨道耦合系统。车辆-轨道

耦合系统中车辆部分和轨道部分相互独立，均由弹簧阻尼单元、刚性车架单元和

多个接触单元组成，其中刚性车架单元可以通过弹簧阻尼单元实现与地面的连接。接触单元的材料力学参数如表1所示。在进行碰撞模拟时，轨道列车模型主要包

括轨道、车辆模型以及车钩缓冲装置模型三部分。其中，轨道模型采用LS-DYNA

软件中的梁单元来模拟。建立好的车辆-轨道耦合系统有限元模型。其中，车辆

部分为刚性车架单元，用于模拟车轮与地面之间的接触关系；车轮与轨道部分采

用接触非线性弹簧阻尼单元模拟。车钩缓冲装置主要通过连接装置与车辆模型进

行连接，连接装置采用非线性弹簧阻尼单元模拟，弹簧阻尼单元采用LS-DYNA软

件中的梁单元模拟。

2.车钩缓冲装置参数及制动特性

在轨道列车的车钩缓冲装置设计中，通常采用具有较高强度和良好缓冲性能

的缓冲车钩。车钩缓冲装置的作用是当碰撞发生时，利用自身较大的变形吸收碰

撞能量，并将能量传递给轨道列车；同时，还能够防止轨道列车出现溜逸现象。

在对车钩缓冲装置进行设计时，首先需要明确其参数，如结构形式、尺寸以及质

量等。通过对常用的车钩缓冲装置进行分析发现：一是轨道列车的车钩缓冲装置

尺寸一般为450mm×350mm×30mm；二是轨道列车的车钩缓冲装置质量为1000kg，以保证列车能够承受较大的碰撞载荷；三是当列车在运行过程中发生碰撞时，车

辆受到巨大冲击作用，容易出现车钩碰撞变形现象。因此，在设计车钩缓冲装置

时需要充分考虑轨道列车的实际情况，确保车钩缓冲装置能够承受较大的碰撞载荷。

3.结果分析探讨

在不同工况下，车钩缓冲装置均可实现一定的制动距离。以碰撞过程中的加速度作为评价指标，从图中可以看出，轨道列车在车钩缓冲装置作用下具有较高的安全性。当轨道列车采用不同车钩缓冲装置时，随着碰撞速度的增大，轨道列车的碰撞安全性呈先增大后减小的趋势。这是因为：第一，当轨道列车采用车钩缓冲装置后，可以使轨道列车在碰撞过程中产生的加速度明显减小。从图中可以看出，当车辆与轨道列车发生碰撞时，列车车钩处的最大加速度要比无车钩缓冲装置时小很多。这是因为：第一，当车辆与轨道列车发生碰撞时，轨道列车的车钩缓冲装置会吸收掉一部分碰撞能量。

4.展望

（1）虽然车钩缓冲装置的制动能力与列车自身的制动能力相匹配，但是在碰撞过程中，轨道列车受到的力和加速度不是均匀的。（2）车辆-轨道耦合系统碰撞有限元模型可用于模拟各种实际场景下的碰撞过程，并能够反映车辆与轨道结构之间的相互作用关系。在分析碰撞过程中，应充分考虑车钩缓冲装置对车辆安全性的影响。通过增加车钩缓冲装置对车辆的约束，提高了车辆的安全性，避免了由于碰撞产生的安全事故。（3）轨道列车是一种新型交通工具，其行驶速度相对较高。当轨道列车与其他车辆发生碰撞时，将会导致严重的后果，因此有必要研究车钩缓冲装置对轨道列车碰撞安全性的影响。本文从理论上对车钩缓冲装置对轨道列车碰撞安全性的影响进行了分析，并得到了一些结论，具有一定参考价值。

结束语：

综上所述，本文通过建立轨道列车车辆-轨道耦合系统碰撞有限元模型，分析了不同车钩缓冲装置对轨道列车碰撞安全性的影响，主要结论如下：（1）轨道列车在采用不同车钩缓冲装置时，在撞击过程中，车钩缓冲装置可以使列车产生较大的加速度，但是并不能达到对车辆进行主动制动的目的。当碰撞距离达到一定值时，车钩缓冲装置可以有效地将车辆与轨道分开，从而保证了轨道列车的碰撞安全性。（2）在不同速度下，不同车钩缓冲装置对轨道列车的安全性影响规律是一致的。当列车以20km/h行驶时，采用铁心导向式车钩缓冲装置可以使