地鐵列車碰撞吸能元件簡述

常瑞

【摘要】隨著軌道客車制造業的高速發展，地鐵在城市中的應用也越來越廣泛。地鐵是城市中的重要運輸工具，它不僅可以有效緩解城市中的交通壓力，同時具有運載客流量大、經濟、環保等特點，已經成為城市中的首選交通工具。地鐵列車碰撞事故發生時，不但對車輛結構造成破壞，也對乘客生命安全構成威脅，同時給社會帶來巨大的負面影響。本文擬對地鐵列車碰撞的四級吸能進行概述，并詳細介紹了各吸能元件的特點及應用，為列車碰撞吸能研究提供參考依據。

【關鍵詞】地鐵車輛；列車碰撞；吸能元件

一、引言

在地鐵列車運行過程中，安全問題是不容忽視的重要問題。地鐵列車的碰撞事故，不僅會造成車輛的直接損壞，而且會威脅到列車上乘客的生命安全。為增加列車碰撞的被動安全性，地鐵列車具有一定的被動吸能結構，在列車發生碰撞事故時，對車體起到保護的作用，以減輕人員傷亡。本文詳細介紹了地鐵列車常用的吸能元件，為列車碰撞吸能研究提供參考依據。

二、地鐵列車碰撞吸能概述

列車相撞時，沖撞力最大的是頭車，后面車依次迅速減小，綜合考慮吸能工況，吸能結構一般布置如下。

（1）頭車端部設置4級吸能，依次分別為車鉤緩沖器吸能，車鉤壓潰管吸能，車鉤過載保護裝置破壞吸能，端部防爬吸能裝置吸能。

（2）中間車端部設置2級吸能：依次分別為車鉤緩沖器吸能，車鉤壓潰管吸能。

三、地鐵列車的主要吸能元件

（一）緩沖器

緩沖器是一種可恢復變形的能量吸收裝置，它主要安裝在地鐵列車的車鉤上。當地鐵列車發生5～8km/h的低速連掛時，車鉤上的緩沖器起主要的吸能作用，并且在完成吸能作用以后能夠回復到初始狀態。目前地鐵列車的車鉤上配置有三種類型的緩沖器：分別是橡膠緩沖器、氣液緩沖器、膠泥緩沖器。

1.橡膠緩沖器

目前應用于地鐵列車的橡膠緩沖器主要是EFG3緩沖器，它主要是通過橡膠的彈性變形來吸收列車碰撞產生的動能。EFG3緩沖器可以在拉、壓兩個方向吸收能量，吸能容量大約在14kJ左右，其主要特點如下：結構比較簡單，吸能介質為橡膠塊，剛度較小，有利于緩和沖擊、提高舒適度；容量較低，能量吸收率低，一般僅能滿足列車 5km/h 連掛的要求；使用免維護周期為8年，需定期更換橡膠元件；可配合較長行程地壓潰管以吸收高速碰撞情況下的沖擊能量。

2.膠泥緩沖器

膠泥緩沖器主要是一個裝有高粘度液壓油的缸筒，里面有一個帶有小孔的活塞，由于油的粘度很高，車鉤在正常工作時，油不會通過小孔，緩沖器可以承受縱向力。當車鉤受到較高速度的沖擊時，油通過活塞上的小孔進入活塞另一側的油腔，將沖擊能量轉化成熱能。膠泥緩沖器的吸能容量大約在30kJ左右，其主要特點如下：能量吸收與沖擊速度有較大關系，速度較低時，緩沖器剛度較低，有利于提高舒適性，速度較高時，緩沖器剛度變大，吸能容量變大；可以滿足列車5～8km/h的連掛速度要求；免維護周期可以滿足大修周期要求，檢修周期短，費用較低；可配合較長行程的壓潰管以吸收高速碰撞情況下的沖擊能量。

3.氣液緩沖器

氣液緩沖器為彈性可恢復緩沖器，可吸收壓力方向的沖擊能量，國內目前多用于上海、香港。

氣液緩沖器的最大吸能行程可達到200mm，其主要特點如下：能量吸收容量與沖擊速度有較大關系，速度較低時，緩沖器剛度較低，有利于提高舒適性，速度較高時，緩沖器剛度變大，吸能容量變大；可以滿足列車15km/h 的連掛速度要求；免維護周期可以滿足大修周期要求，但其結構較為復雜且依賴進口，價格較高，檢修周期長，費用較高；大行程緩沖器無法滿足與壓潰管的配合使用。

（二）壓潰管

壓潰管安裝于地鐵列車的車鉤上，具有較大的能量吸收能力，是一種不可恢復變形的能量吸收裝置。當列車碰撞速度大于10km/h時，車鉤受到的縱向壓載荷大于壓潰管設定值，壓潰管就發生作用產生塑性變形，最大限度吸收沖擊能量，以達到保證車上人身安全和保護車輛設備目的。壓潰管上部設置了一個判斷觸發的指示銷，當壓潰管觸發時，指示銷被剪斷，由此來判斷壓潰管是否觸發。在正常使用中，車鉤在受到牽引工況時，牽引載荷會通過壓潰管內部的剛性連接來傳遞，變形元件不受到影響；車鉤在受到壓縮工況時，車鉤的壓載荷遠低于壓潰管的設定力值，變形元件不發生動作，壓縮能量由車鉤緩沖器來吸收。

（三）防爬吸能裝置

地鐵列車一般采用刨削式防爬吸能裝置作為其車端的核心吸能結構。其吸能工作原理為：軌道列車發生碰撞時，兩列車的防爬齒碰撞嚙合，推動防爬齒板向后退，通過刀具切削吸能管來吸收碰撞能量，完成整個碰撞吸能過程。防爬吸能裝置的碰撞力穩定，可以避免列車在碰撞沖擊力的影響下偏載，并且具有長度較短、重量較輕的特點，從而適用于列車的碰撞吸能。

四、結語

隨著城市軌道交通的快速發展，列車碰撞安全受到高度關注。在設計列車碰撞吸能的方案時，應該充分了解應用于地鐵車輛的主要吸能元件的功能和特點，從而設計出有效的列車碰撞吸能方案。在深入研究地鐵碰撞安全的同時，還應開發出更多更有效的吸能模塊，適應各種工況下的碰撞吸能需求，為提高地鐵列車的被動安全性作出更大的貢獻。

參考文獻

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