城市軌道交通液壓緩沖滑動(dòng)式車擋設(shè)計(jì)研究

曹　亮　李俊璽　曲　銘

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京　100055)

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城市軌道交通液壓緩沖滑動(dòng)式車擋設(shè)計(jì)研究

曹亮李俊璽曲銘

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京100055)

介紹城市軌道交通最常用的液壓緩沖滑動(dòng)式車擋的結(jié)構(gòu)特征、工作原理及主要技術(shù)參數(shù)，給出液壓緩沖滑動(dòng)式車擋的關(guān)鍵部件配置和軌道預(yù)留安裝長(zhǎng)度的計(jì)算流程，并提供不同工況下液壓緩沖滑動(dòng)式車擋的配置和軌道最小預(yù)留安裝長(zhǎng)度的參考值。

城市軌道交通液壓緩沖滑動(dòng)式車擋占用軌道長(zhǎng)度

1　概述

根據(jù)GB50517—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》7.7.2條車擋設(shè)置的相關(guān)規(guī)定：“正線及配線、試車線、牽出線的終端應(yīng)采用緩沖滑動(dòng)式車擋。地面和地下線終端車擋應(yīng)能承受列車以15 km/h速度撞擊的沖擊荷載，高架線終端車擋應(yīng)能承受列車以25 km/h速度撞擊的沖擊荷載。特殊情況可根據(jù)車輛、信號(hào)等要求計(jì)算確定?！?/p>

規(guī)范中僅對(duì)車擋的類型、允許撞擊速度對(duì)應(yīng)的荷載進(jìn)行了規(guī)定，但對(duì)車擋占用軌道(線路)長(zhǎng)度沒(méi)有明確的要求，實(shí)際設(shè)計(jì)中車擋占用軌道長(zhǎng)度等還需要結(jié)合具體的車擋形式尺寸、制動(dòng)能力及制動(dòng)部件的配置數(shù)量來(lái)計(jì)算確定。

通常情況下，當(dāng)撞擊速度為25 km/h、制動(dòng)減速度為1.5 m/s2時(shí)，線路預(yù)留安裝長(zhǎng)度建議取25 m；當(dāng)撞擊速度為15 km/h，制動(dòng)減速度為1.5 m/s2時(shí)，線路預(yù)留安裝長(zhǎng)度取15 m。在土建規(guī)模及預(yù)留條件不受限制的情況下可按上述長(zhǎng)度預(yù)留，但實(shí)際工程往往受制于各種因素，車擋安裝長(zhǎng)度不能按理想條件預(yù)留，這種情況下，使用現(xiàn)有的車擋設(shè)備是否能滿足列車制動(dòng)要求需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行檢算。

采用目前國(guó)內(nèi)城市軌道交通最常用的液壓緩沖滑動(dòng)式車擋，結(jié)合具體工況，給出具體算例，為設(shè)計(jì)人員進(jìn)行特殊情況下車擋選型和能力校驗(yàn)提供一定的參考和借鑒。

2　液壓緩沖滑動(dòng)式車擋結(jié)構(gòu)特征及工作原理

液壓緩沖滑動(dòng)式車擋是近年來(lái)國(guó)內(nèi)軌道交通普遍采用的一種新型車擋(如圖1)，其綜合了傳統(tǒng)的的緩沖滑動(dòng)式車擋和液壓緩沖車擋的優(yōu)點(diǎn)，利用液壓緩沖器和若干對(duì)制動(dòng)摩擦塊的緩沖作用消耗失控車輛的動(dòng)能，從而達(dá)到使失控車輛制停的目的。

圖1　液壓緩沖滑動(dòng)式車擋

液壓緩沖滑動(dòng)式車擋的工作過(guò)程如下：

失控車輛的慣性沖擊→撞擊頭→液壓緩沖器(制動(dòng))→主體支架(制動(dòng))→摩擦塊(制動(dòng))→失控車輛的制停。

撞擊頭(如圖2)能承受失控車輛巨大的慣性撞擊，并將失控車輛的慣性動(dòng)能傳遞給液壓緩沖器，該裝置在承受撞擊的同時(shí)向后移動(dòng)，壓縮液壓緩沖器。

圖2　撞擊頭

液壓緩沖器(如圖3)為一閉式液壓系統(tǒng)，其油缸體內(nèi)填充有一定壓力的氮?dú)饧耙欢康囊簤河?。氮?dú)馀c液壓油被一活塞分別隔離于兩個(gè)密閉空間內(nèi)。由于氮?dú)饩哂锌蓧嚎s的特性(空氣彈簧)，故而失控車輛撞擊液壓緩沖擋車器時(shí)的緩沖過(guò)程顯而易見(jiàn)，然后在失控車輛持續(xù)作用下液壓油從油缸體內(nèi)的一腔通過(guò)閥孔排向另一腔(節(jié)流作功)，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。這一過(guò)程是液壓緩沖擋車器作制動(dòng)功的過(guò)程，即消耗失控車輛慣性動(dòng)能的過(guò)程。液壓緩沖器在被壓縮的同時(shí)，油缸體內(nèi)的總?cè)莘e在縮小，氮?dú)獾膲毫υ谠龃螅@時(shí)的液壓緩沖擋車器積聚了大量的壓力能，并可通過(guò)壓力能的自動(dòng)釋放幫助液壓緩沖器自動(dòng)復(fù)位至原始工作位。

圖3　液壓緩沖器

主體支架(如圖4)是擋車器的主要部件，其緩沖支座能承受失控車輛的巨大慣性沖擊。通過(guò)液壓緩沖器對(duì)失控車輛部分動(dòng)能的消耗，主體支架通過(guò)其鋼結(jié)構(gòu)將余下的車輛慣性沖力傳遞至制動(dòng)摩擦塊。

圖4　主體支架

制動(dòng)摩擦塊(如圖5)可通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)整螺母的預(yù)緊力，達(dá)到控制摩擦塊與鋼軌的接觸壓力，利用摩擦力做功，從而達(dá)到消耗失控車輛慣性動(dòng)能的目的。

圖5　制動(dòng)摩擦塊

3　液壓緩沖滑動(dòng)式車擋主要技術(shù)參數(shù)

(1)額定撞擊荷載m

額定撞擊荷載根據(jù)車型、車輛編組以及是否載客行駛確定，不同工況下均取列車重量計(jì)算的最大值。站前折返的正線盡頭線及有載客列車行駛的輔助線按列車重載行駛考慮，站后折返及無(wú)載客列車行駛的輔助線按列車空載行駛考慮。

(2)允許撞擊速度v

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》明確了地面和地下線終端車擋允許撞擊速度為15 km/h，高架線終端車擋允許撞擊速度為25 km/h。

(3)制動(dòng)減速度a

在我國(guó)目前相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)車擋的制動(dòng)減速度并沒(méi)有明確規(guī)定。根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，從保護(hù)乘客安全角度(重載行駛工況)考慮，車擋的制動(dòng)減速度不得大于1.5 m/s2；從保護(hù)列車設(shè)施角度(空載行駛工況)考慮，車擋的制動(dòng)減速度應(yīng)小于3～4 m/s2。

(4)液壓緩沖器吸收動(dòng)能Wb

列車撞擊荷載通過(guò)液壓緩沖器做功，將部分撞擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能

Wb=wb×Nb

其中：wb為每套液壓緩沖器吸收動(dòng)能/kJ；Nb為液壓緩沖器數(shù)量。

(5)平均制動(dòng)力Fsh

車擋所配置的所有制動(dòng)摩擦塊總的制動(dòng)力。平均制動(dòng)力應(yīng)小于由列車撞擊荷載和最大制動(dòng)減速度所確定制動(dòng)力的最高限值，若平均制動(dòng)力過(guò)大，則對(duì)乘客安全或列車設(shè)施不利

其中：fsh為每對(duì)制動(dòng)摩擦塊的平均制動(dòng)力/kN；Nsh為制動(dòng)摩擦塊配置對(duì)數(shù)，有

(6)車擋占用軌道長(zhǎng)度L

車擋占用軌道長(zhǎng)度為車擋設(shè)備本身安裝長(zhǎng)度、滑移距離、安全距離的總和。車擋設(shè)備本身安裝長(zhǎng)度包括主體架安裝長(zhǎng)度、制動(dòng)摩擦塊的安裝長(zhǎng)度以及固定車擋(選配)的安裝長(zhǎng)度，如圖6所示。

圖6　液壓傳沖滑動(dòng)式車擋占用軌道長(zhǎng)度示意

其中Le——主體架安裝長(zhǎng)度；

S——滑移距離；

Lsh——制動(dòng)摩擦塊的安裝長(zhǎng)度；

Ls——安全距離，一般取0.1S；

Lf——固定車擋占用長(zhǎng)度。

4　液壓緩沖滑動(dòng)式車擋的配置及占用軌道長(zhǎng)度計(jì)算

液壓緩沖滑動(dòng)式車擋配置及占用軌道長(zhǎng)度計(jì)算流程如圖7所示。

(1)撞擊工況參數(shù)

允許撞擊速度v:15 km/h、25 km/h

額定撞擊荷載m見(jiàn)表1。

表1　額定撞擊荷載

圖7　液壓緩沖滑動(dòng)式車擋配置及最小占用軌道長(zhǎng)度計(jì)算流程

(2)設(shè)備本身的參數(shù)

①主體架(含液壓緩沖器和主體架下方4對(duì)制動(dòng)摩擦塊)長(zhǎng)度Le:

2.2 m(允許撞擊速度為15 km/h時(shí))，3.2 m(允許撞擊速度為25 km/h時(shí))。

②每對(duì)制動(dòng)摩擦塊長(zhǎng)度lsh：0.2 m。

③固定車擋占用軌道長(zhǎng)度Lf：1.5 m。

④液壓緩沖器數(shù)量Nb：

1套(允許撞擊速度為15 km/h時(shí))；

2套(允許撞擊速度為25 km/h時(shí))。

⑤每臺(tái)液壓緩沖器吸收動(dòng)能Wb:224 kJ。

⑥每對(duì)摩擦塊制動(dòng)力fsh:50 kN。

(3)制動(dòng)效果參數(shù)

最大制動(dòng)減速度amax:

1.5 m/s2(重載)；3 m/s2(空載)。

(4)輸出參數(shù)及結(jié)果

輸入具體計(jì)算工況和選用的設(shè)備參數(shù)，通過(guò)計(jì)算，輸出液壓緩沖滑動(dòng)式車擋摩擦塊的配置數(shù)量以及車擋滑移距離，最終確定車擋占用軌道最小長(zhǎng)度。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　車擋配置及占用軌道長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果

5　結(jié)束語(yǔ)

對(duì)城市軌道交通最常用的液壓緩沖滑動(dòng)式車擋的結(jié)構(gòu)特征、工作原理及主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行介紹，給出液壓緩沖滑動(dòng)式車擋的關(guān)鍵部件配置和軌道預(yù)留安裝長(zhǎng)度的計(jì)算流程，并通過(guò)計(jì)算提出不同工況下液壓緩沖滑動(dòng)式擋車器的配置和最小預(yù)留軌道長(zhǎng)度的參考值?？蔀樵O(shè)計(jì)人員在特殊情況下進(jìn)行車擋選型、配置和能力校驗(yàn)提供參考和借鑒。

[1]GB 50157—2013地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[2]DB11/995—2013城市軌道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

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Design and Research on Hydraulic and Sliding Buffer Endstop for Urban Rail Transit

CAO LiangLI JunxiQU Ming

2016-01-28

曹亮(1983—)，男，2010年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院道路與鐵道工程專業(yè)，工學(xué)碩士，工程師。

1672-7479(2016)02-0107-03

U211.4； U213.42

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