邢海英 张金
澳大利亚不锈钢动车组项目端部吸能结构研究
发表时间：2014-11-01 20:22 作者： 来源： 浏览：
摘 要：本文结合长春轨道客车股份有限公司出口澳大利亚的EDI626动车组项目，介绍车体端部吸能结构的设计、结构及试验，吸能结构研究及吸能装置设计对我国高速列车吸能结构设计发展具有重要的意义。
关键词： EDI626项目吸能结构 吸能装置
随着动车组运营速度不断提高，车体强度作为衡量车辆性能的一个非常重要指标被业界所接受，UIC566、EN12663、TB1335等标准作为保证车体强度的标准被广泛应用，在保证功能的前提下如何将车体设计得更强是设计人员努力方向；但设计者往往忽略一个问题，当一列或者两列动车组发生碰撞时最新接触的端部由于没有任何吸能结构和装置，强大碰撞能量只能沿着车体向客室传递，从而导致大量的人员伤亡；在车辆发生碰撞时如何将伤亡人数降至最低，是我们设计者一个急待考虑的问题，如果在符合强度标准的车体端部增加一个吸能装置，就可以将碰撞产生的巨大能量吸收掉，从而保持车体的完整性，将损失降至最低；因此，动车组吸能结构研究及吸能装置是高速列车车辆结构设计过程中急需考虑和解决的问题。
1 国内现有吸能技术简介
目前，国内现有车辆主要是通过联挂的车钩本身自带的液压、橡胶、弹性胶泥缓冲器，来实现车辆在运行过程中产生的能量吸收和释放，保证车辆的舒适、平稳运行。而对于使用链子钩的车辆只能通过在底架端部增加侧缓冲器来解决能量的吸收和释放；这些方式的能量吸收和释放仅能保证车辆运行过程中引起的较小的缓冲，而一旦发生碰撞产生的巨大能量释放将直接导致车钩损坏，进而导致联挂的车体直接发生碰撞，而没有起到保护车体及车内乘客人身安全的目的。表
2 EDI626项目车体吸能结构特点
2.1 吸能结构特点
整个吸能单元由吸能箱和吸能材料组成，吸能箱由箱体、碰撞柱、防爬板、导轨、定位销组成。其中碰撞柱通过螺栓与箱体联接，防爬板和导轨通过焊接与箱体形成一体。装配时将吸能箱和吸能材料按顺序装入带有滑槽的车体内，车体和吸能箱之间为吸能材料，在装配完毕后吸能箱通过定位销与车体进行固定。当两车辆发生碰撞时固定吸能箱的定位销被剪切力剪断，吸能箱通过导轨沿着车体内滑槽将载荷施加给吸能材料，在载荷作用下将吸能块压溃的过程中，能量得到释放，从而起到保护车体和乘客的目的。
2.2吸能结构方案
在EDI626项目底架端部增加的吸能装置具体方案如图1所示：
图1 EDI626项目吸能结构
1.吸能框架 2.车体 3.防爬板 4.箱体
5.导轨 6.定位销 7.碰撞柱 8.吸能材料 9.螺栓
当车辆发生碰撞时，两车辆端部防爬板通过凸凹的沟槽相互咬合，从而防止车辆起拱和叠加，使载荷的传递方向只能沿着车体纵向传递。在发生碰撞时在底架端部吸能框架上用于固定吸能箱组成定位销被巨大的剪切力剪断，吸能箱组成通过导轨沿着车体内的滑槽将载荷施加给铝蜂窝吸能块，在载荷将吸能块压溃的过程中，能量得到释放。从而保护车体的完整性，避免乘客的人身损害。
3、吸能器的设计参数
3.1 铝蜂窝材料
材料选择为铝箔5052
3.2铝蜂窝相关参数的选取
铝蜂窝各种规格参数按照《中华人民共和国航空航天工业部航空工业标准》( )选取。
根据设计条件计算得各类吸能器需要的最小动态平均压缩强度和吸能器需要吸收的总能量，如表1所示：
吸能器型号
最小动态平均压缩强度/MPa
需要吸收的总能量/kJ
TDC NO 2 End
8.084
1168
Inter-Car1
2.479
90
Inter-Car2
2.272
82.5
Inter-Car3
10.02
363.75
Inter-Car4
8.057
292.5
表1 吸能器所需最小动态平均压缩强度和所需吸收的总能量
根据表1给出的五类吸能器需要的最小平均压缩强度及吸能器需要吸收的总能量要求，可以设计出铝蜂窝的规格，如表2所示：
吸能器型号
规格1
规格2
密 度
密 度
TDC NO 2 End
0.1×2
206.30
0.2×4
206.30
Inter-Car1
0.1×4
103.15
0.05×2
103.15
Inter-Car2
0.1×4
103.15
0.05×2
103.15
Inter-Car3
0.12×2
247.57
Inter-Car4
0.1×2
206.30
0.2×4
206.30
表2 满足吸能器要求的铝蜂窝规格
表中 ——铝箔的厚度( );
——铝蜂窝胞元的边长( )。
规格1和规格2均能满足吸能器的设计要求，选用规格1的铝蜂窝参数来设计五类吸能器，并可求的每种吸能器的实际平均压缩强度，如表3所示：
吸能器型号
规格
实际平均压缩强度/
TDC NO 2 End
0.1mm×2mm
8.371
Inter-Car1
0.1mm×4mm
2.64
Inter-Car2
0.1mm×4mm
2.64
Inter-Car3
0.12mm×2mm
11.344
Inter-Car4
0.1mm×2mm
8.371
表3 吸能器的实际平均压缩强度
3.3 吸能器最大压缩量的确定
描述
要求的压缩量/
设计最大压缩量/
TDC NO 2 End
800
820
Inter-Car1
300
352
Inter-Car2
300
352
Inter-Car3
300
296
Inter-Car4
300
314
表4 吸能器的最大压缩量
3.4吸能器平均压溃力的确定
描述
平均压溃力/kN
设计平均压溃力/kN
TDC NO 2 End
1460
1423
Inter-Car1
300
294
Inter-Car2
275
269
Inter-Car3
1212.5
1180
Inter-Car4
975
949
表5 吸能器的平均压溃力
3.5 吸能器吸收的能量计算
描述
设计平均压溃力/kN
面积
mm2
最大压缩量/
最大吸收能量/
TDC NO 2 End
1423
160800
820
1167
Inter-Car1
294
112800
352
103.5
Inter-Car2
269
101800
352
94.7
Inter-Car3
1180
103800
296
349.3
Inter-Car4
949
113200
314
298.0
表6 吸能器吸收的总能量
4 吸能器的试验及测试证明
4.1吸能器的动态冲击试验
动态冲击试验的目的是检验吸能器的最大载荷不超过许用的最大载荷，而平均压溃力则达到设计许用值；试验地点设在铁道部高速列车试验中心，利用该中心的
动态冲击试验台进行，该试验台台车质量1.2~4.0T，速度20~30m/s，动能达1800KJ。试验台照片如图2所示：
图2 动态冲击试验台
4.2 吸能器的静态压溃试验
静态压溃试验在MTS 250T电液伺服万能试验机上进行。该设备最大压力200T，最大样件尺寸1000mm×1000mm×1500mm，压缩速度0.05mm/s~90mm/s, 行程350mm。因此5种吸能器均可以用该试验机进行静态试验。由于Inter-Car1、Inter-Car2、Inter-Car3 、Inter-Car4四种吸能器的设计压缩长度均小于350mm，故可以一次完成准静态试验，而TDC车吸能器压缩长度达800mm，需要进行3次压缩才能完成一次试验。每次压缩只需调整压头的高度，不需移动样件，故不影响试验结果。MTS 250T综合试验机如图3所示。
图3 MTS 250T综合试验机
5 结论和建议
EDI626项目端部吸能结构设计满足了车辆设计对吸能的要求，吸能结构比较简单、安装方便，对我国铁路客车吸能结构的设计具有较高的借鉴意义。
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