城市軌道車體結(jié)構(gòu)(第五章車體)ppt課件

.,第一節(jié)城市軌道車輛車體的類型與特征,一、城市軌道交通車輛的特征主要包括地下鐵道車輛、城市快速輕軌交通車輛和城市有軌電車。它們與一般鐵路客車相比，車體有以下特征：（1）一般為電動車組，有單節(jié)、雙節(jié)和三節(jié)式等，有頭車(即帶有司機室車)與拖掛車、動車與非動車之分。（2）在車內(nèi)的平面布置上，座位少，車門多開度大，內(nèi)部設(shè)備簡單等。（3）重量的限制較為嚴格，特別是對于高架輕軌和獨軌車輛，要求軸重小，以降低線路的工程投資，滿載和空載的差異大。（4）車體防火要求嚴格，特別是地鐵車輛運行于地下隧道，一旦發(fā)生火災(zāi)后果不堪設(shè)想。（5）對車輛的隔音、消音要求嚴格。（6）為使車體輕量化，對于車體鋼結(jié)構(gòu)一般采用鋁合金中空截面擠壓型材，構(gòu)成整體承載筒形結(jié)構(gòu)；對車體其他輔助設(shè)施盡量采用輕型新材料。（7）對車輛的外觀造型及色彩有美化和與城市景觀相適應(yīng)的要求。,.,二、城市軌道車輛的型式,我國城市快速軌道交通車輛的基本型式：（1）按車體寬度可分為A、B、C三類車型（2）按車體材料分：耐候鋼車、不銹鋼車和鋁合金車（3）按牽引控制系統(tǒng)分：直流變阻車、直流斬波調(diào)阻車、直流斬波調(diào)壓車、交流變壓變頻車。（4）按電壓等級分：直流1500V、直流750V（5）按受電方式分：受電弓受電的車和受流器受電的車，,.,德國公共交通企業(yè)聯(lián)盟(VV)推薦的兩節(jié)式標準地鐵車輛,德國公共交通企業(yè)聯(lián)盟(VV)推薦的兩節(jié)式標準地鐵車輛,.,德國斯圖特加市S-DT8型輕軌八軸雙節(jié)式動車組,德國斯圖特加市S-DT8型輕軌八軸雙節(jié)式動車組,.,VV推薦的用于城市有軌電車的265型八軸鉸接式輕軌車,VV推薦的用于城市有軌電車的265型八軸鉸接式輕軌車,.,三種基本型式,推薦的A、B、C型車輛的主要技術(shù)規(guī)格A型車和B型車較適宜用于高運量和大運量的地鐵車輛C型車一般用來作為輕軌車輛，它又有三種車型可供選擇，即四軸車、六軸單鉸車和八軸雙鉸車。,.,第二節(jié)城市軌道車輛車體結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施,一、上海地鐵車輛1、車輛選型及列車編組車輛按設(shè)備配置的不同分三種車型，即（1）帶司機室的拖車(簡稱為A車)（2）帶受電弓的動車(簡稱為B車)（3）不帶受電弓(帶空氣壓縮機)的動車(簡稱C車)。由A車、B車和C車組成單元車組。(B車)和(C車)為一固定單元,.,帶駕駛室的拖車（A車）,.,帶受電弓的動車（B車）,.,不帶受電弓的動車（C車）,.,列車編組型式,6輛編組A=B*CC*BA_或A=C*B=C*B=A等8輛編組A=B*C=B*C=C*B=A或A=B*C=C*B=B*C=A自動車鉤；=半自動車鉤；*半永久車鉤,.,車型主要設(shè)備配置,.,2、車體結(jié)構(gòu),車體承載結(jié)構(gòu)構(gòu)成：底架、側(cè)墻、車頂、端墻結(jié)構(gòu)型式及材料：整體承載封閉筒形結(jié)構(gòu)，采用質(zhì)強比高、耐腐蝕性好的鋁合金材料。車體的主要承載件，如地板梁、側(cè)梁、側(cè)墻板、車頂板等均制成斷面較復(fù)雜承載能力強的大型中空擠壓型材，從而充分發(fā)揮材料的承載能力，達到重量輕、強度高、壽命長。,.,地鐵車輛斷面,.,（1）承載能力與材料選擇,車體結(jié)構(gòu)設(shè)計承載：地板面垂直靜載荷：8.9105N車鉤水平載荷：9.8105N車頂垂直均布載荷：每相隔0.75m、1000N。車體疲勞壽命：大于30年。A車車體司機室端設(shè)有撞擊能量吸收裝置，當車端受到意外沖撞，起著保護客室乘客和車輛的作用。車鉤的縱向力沖擊超過5.9105N時，能量吸收裝置產(chǎn)生塑性變形，吸收耗散沖擊能量，從而車體承載結(jié)構(gòu)選材根據(jù)德國標準（DIN1725），主要受力構(gòu)件：選用AlMg0.7F26、AlMgSi0.5F22、AlMgSi1F28，側(cè)墻板和車頂板：選用耐腐性好的AlMg3W19、A1Mg3F24。車體表面需進行噴丸處理，提高表面強度。,.,（2）底架,車體底架設(shè)計型式：采用上拱型無中梁結(jié)構(gòu)，在兩枕梁之間設(shè)地板梁和側(cè)梁而無橫梁作用于地板面的垂向載荷和由牽引梁傳來的縱向力(牽引力或沖擊力)均由地板梁和側(cè)梁承擔。預(yù)制撓度在空載狀態(tài)下車體中央位置最大上撓度為10mm在滿載時地板面保持水平，即撓度為零。A車司機室端底架的前端設(shè)有撞擊能量吸收區(qū)在司機室端外側(cè)地板面高度設(shè)有防爬裝置構(gòu)造型式：由低合金高強度鋼制成的三筋式可折彎型結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載可承受：垂直力：3.34105N縱向力：5.6105N牽引梁：安裝車鉤緩沖裝置傳遞車輛之間的牽引力和沖擊力，底架端梁左右各有8個圓孔，用于安裝電纜及管路。,.,地鐵車輛A車底架總圖,有司機室的A車底架總圖，由側(cè)梁、地板梁、枕梁、牽引梁和端梁組成。大部采用大型中空截面擠壓鋁型材拼焊而成。,.,地鐵車輛底架端梁、牽引梁,.,地板梁,橫向構(gòu)造：由5塊形狀較復(fù)雜的中空截面的擠壓型材焊起來，高度為70mm零件構(gòu)造：上下翼板之間有6塊斜筋板和一塊腹板，每塊地板梁下部還設(shè)有2對安裝車下設(shè)備的吊掛座。,.,地板梁零件構(gòu)造圖,地鐵車輛底架地扳梁零件斷面圖,.,底架側(cè)梁,高325mm、寬212mm的形狀復(fù)雜的鋁合金擠壓型材，在兩腹板之間有多塊斜筋板和隔板，由于側(cè)梁在車體中受力較大其壁厚為4mm，個別地方達6mm及12mm。,.,地鐵車輛底架側(cè)梁零件圖,.,（3）側(cè)墻,型式左右各有五個車門和四個車窗側(cè)墻的上部又與車頂部件組合連接。組裝工藝側(cè)墻不作為獨立的整體部件將一個車窗的：窗框、窗下側(cè)壁及其左右窗問壁或門間壁做成一個部件，及兩端2塊側(cè)壁。全車共12塊，直接與底架、車頂組裝。各個側(cè)壁部件均有縱向和橫向L形、U形或口形型材予以加強。,.,地鐵車輛車體側(cè)墻部件圖,.,（4）車頂,構(gòu)造型式：由復(fù)雜形狀斷面的兩端小圓弧部分擠壓型材和中部大圓弧部分鋁合金擠壓車頂板組成在車體端部車頂，因需要安裝空調(diào)機組，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。,.,地鐵車輛車頂總圖,.,（5）端墻,地鐵車輛端墻（司機室）圖,.,地鐵車輛端墻（通過臺）圖,.,3、客室內(nèi)部裝飾,客室地板結(jié)構(gòu)：由3層組成，8mm的橡膠布粘貼在鋁合金地板上，其上為16mm的層壓板，最上面的2mmPVC地板覆蓋層用強力膠與層壓板粘結(jié)。性能：地板整體結(jié)構(gòu)具有防水、防火、隔音、耐磨、無毒性能?？褪翼敯搴蛢?nèi)墻板均采用涂有密胺樹脂的裝飾層壓板，用壓條固定在車體內(nèi)壁上。座椅配置：每節(jié)車客室兩側(cè)各設(shè)4只長座椅，兩端各設(shè)1只短座椅，全車共12只座椅，呈縱向配置。座椅底盤和靠背采用整體結(jié)構(gòu)材料性能：采用高阻燃性的玻璃鋼制成，由橡膠墊減振，固定在鋁合金座箱上，座椅的外形按人體工程學設(shè)計，座椅兩端設(shè)安全擋板。立柱與扶手均用鋁管制成，立柱與地板聯(lián)接處，均用強力密封粘膠密封，防水、防火。,.,4、客室門、窗結(jié)構(gòu),設(shè)置：客室兩側(cè)各設(shè)5個車門，沿車長方向均勻分布，采用氣動對開內(nèi)藏式滑動移門。門葉上方設(shè)置一套氣動操作機構(gòu)，它由風缸、鋼絲繩、滑輪、導(dǎo)軌、鎖鉤、地板導(dǎo)槽等組成。在門葉上設(shè)有定位開關(guān)及指示燈。在正常運行時，由司機室集中控制全列車的車門動作，另外在氣動操作機構(gòu)上還設(shè)有一套手動裝置，在緊急情況下可打開解鎖風缸，直接在客室內(nèi)單獨打開車門。結(jié)構(gòu)構(gòu)造：門葉由鋁框架、鋁板、層壓板組成，有較高的強度和剛度設(shè)計門葉中心作用90kg集中力時，撓度不得超過0.4mm，且不允許產(chǎn)生永久變形。車窗：每節(jié)車的客室每側(cè)各設(shè)4扇窗采用楣窗式結(jié)構(gòu)，由上、下兩部分組成，用一根環(huán)形的氯丁橡膠密封圈將窗框固定在車體側(cè)墻的窗孔內(nèi)。車窗的上、下部用鉸鏈聯(lián)接，可向車內(nèi)方向開啟45角，并可用頂部兩鎖銷鎖定在窗框上，窗玻璃采用雙層玻璃。,.,車窗結(jié)構(gòu),.,二、我國研制生產(chǎn)的各型地鐵客車,長春客車廠自20世紀60年代開始完全依靠自己的力量為北京地下鐵道設(shè)計制造了DK型地鐵客車。,.,性能變遷與發(fā)展,早期生產(chǎn)DK1、DK2、DK4、DK8與DK8A型地鐵客車采用直流電機，其主電路控制方式為凸輪變阻。80年代生產(chǎn)DK9、DK11、DK13等采用直流電機斬波調(diào)壓或斬波調(diào)阻的控制方式。90年代采用直流電機斬波調(diào)阻控制方式，配置無搖枕自由膜式空氣彈簧結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架。鼓形車體的DK20型地鐵車配用DK16型轉(zhuǎn)向架，改進車體結(jié)構(gòu)，增加了定員(Mc車228人，M車247人)。出口伊朗的217輛德黑蘭地鐵客車，其型號為DK21DK24，引進日本和韓國技術(shù)采用三相交流異步電機變頻變壓控制方式（VVVF），微機控制模擬電空制動系統(tǒng)，動車配備再生制動等一系列新技術(shù)。該廠為北京新開通的地鐵復(fù)八線研制的新型地鐵客車（DK28DK31），,.,1、DK8型地鐵電動客車,DK8型地鐵電動客車是長春客車廠20世紀80年代為北京地鐵研制的地鐵車輛車輛輪廓符合北京地下鐵道車輛限界采用第三軌受電電氣傳動控制方式為直流電機凸輪變阻每兩輛為一組，每輛車的一端有司機室，各車均為動車在運營中據(jù)客流的變化可以按四、六、八輛連掛編列運行，司機在首車司機室內(nèi)對全列車進行集中控制。,.,（1）車體,采用無中梁波紋地板薄壁焊接結(jié)構(gòu)，材質(zhì)均為碳素結(jié)構(gòu)鋼。底架的牽引梁采用200mm73mm7mm的槽鋼側(cè)梁及端梁采用180mm68ram7mm的槽鋼，金屬地板為厚2mm的波紋鋼板車頂為厚2mm的鋼板，側(cè)墻板為厚2.5mm的鋼板，各梁柱采用角鋼或鋼板壓型件。車體表面處理車體鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面均經(jīng)防腐處理，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)壁涂35mm厚的防震隔熱阻尼漿。內(nèi)外側(cè)墻、端墻板問以及內(nèi)外頂板間均敷設(shè)超細玻璃棉。客室內(nèi)頂采用鋁合金板，其外露表面噴白色半光醇酸磁漆?？褪覂?nèi)側(cè)墻板均用塑料復(fù)合鋁板，地板為具有防火性能的輕質(zhì)陶砂乳膠水泥層，表面鋪設(shè)地板布。全車木梁均涂以防火漆。,.,（2）DK8型地鐵車輛配置,所有車軸均單獨地由牽引電動機驅(qū)動，有較大的啟動加速度，滿足站距短、啟動及制動頻繁的運行要求，提高車輛平均運行速度。全車分為司機室和客室兩部分，列車具有最大的編組靈活性車內(nèi)座位靠側(cè)墻作縱向長行排列，車內(nèi)有較寬的通道，便于旅客迅速上下車。全車座席位56，站位124，定員總數(shù)180人，并允許超員50。每人按60kg計算載重?？褪颐總?cè)有3對風動拉門，車門有效開度為1200mm，可保證乘客迅速上下車，以縮短停車時間。司機室前端采用略為斜傾的平面結(jié)構(gòu)，便于安裝和更換鋼化玻璃。,.,DK8型地鐵電動客車總平面布置圖,.,DK8型地鐵電動客車斷面圖,l插銷插座連接器；2主隔離開關(guān)箱；3直流斷路電器箱；4電空接觸器箱；5電磁接觸器箱；6主控制器箱；7制動機安裝箱；8電動空氣壓縮機組；9散熱器；10油水分離器；11總風缸；12接線盒；13分線盒；14蓄電池箱；15電阻器；16感應(yīng)分流器；17牽引制動轉(zhuǎn)換開關(guān)箱；18電源變壓器；19繼電器箱；20熔斷器箱；2l電動發(fā)電機組；22電喇叭,.,（3）客室車窗,采用中空玻璃，司機前窗為鋼化玻璃，各門玻璃(除前端門和司機室側(cè)門外)均為統(tǒng)一規(guī)格的鋼化玻璃。司機室兩側(cè)設(shè)有帶升降窗的內(nèi)開側(cè)門，后面正中有隔門與客室相通。司機室前部右側(cè)裝有司機臺、左側(cè)裝有廣播臺，司機臺與廣播臺側(cè)的側(cè)墻上裝有儀表盤和無線電通話機。,.,（4）司機室,司機室前部右側(cè)裝有司機臺、左側(cè)裝有廣播臺，司機臺與廣播臺側(cè)的側(cè)墻上裝有儀表盤和無線電通話機。主臺主要含兩大部分，操縱部分和監(jiān)視部分：操縱部分供司機進行手操縱的各部分，有手柄、開關(guān)和按鈕。（1）司機控制手柄主手柄和反向手柄，進行列車的牽引，電制動及換向。（2）制動閥手柄或SD制動機控制手柄供司機進行列車的空氣制動操縱。（3）KK開關(guān)控制回路電源開關(guān)。（4）頭、中、尾開關(guān)司機臺控制回路開關(guān)。（5）琴鍵開關(guān)輔助設(shè)備的啟動開關(guān)：壓縮機組、電動發(fā)電機組、交流電源機組、客車照明、輔助電路、電源、列車尾燈、電風扇。（6）風門主開關(guān)控制風動門動作的主要開關(guān)(與副臺輔助開關(guān)聯(lián)鎖)。（7）故障恢復(fù)及合閘按鈕DS的合、分閘按鈕等。（8）GGK開關(guān)各車的隔離開關(guān)。（9）前照燈開關(guān)。（10）各種按鈕開關(guān)AN。檢測監(jiān)視部分儀表主臺正前方有電壓表（電機電壓表和網(wǎng)壓監(jiān)視表）、電流表(每組電機各一塊)和速度表。司機臺右前方有風壓表，即總風和均衡風壓力表和列車管及制動缸壓力表。各種進路及故障信號顯示,.,2、DK20鼓形地鐵電動客車,DK20鼓形地鐵電動客車為全動車六輛編組，編組形式為Mc+M+M+M+M+Mc。Mc為帶有司機室的電動客車，M為不帶司機室的電動客車。配置受電型式：三軌受電網(wǎng)壓DC750V電機功率86kW，每輛車344kW，全組為2064kW。轉(zhuǎn)向架為第一系懸掛采用水平放置鋼彈簧、橡膠節(jié)點式軸箱定位。中央懸掛裝置為自由膜式空氣彈簧。采用焊接或鑄鋼構(gòu)架及單側(cè)無石棉合成閘瓦制動裝置聯(lián)軸節(jié)為球面齒式聯(lián)軸節(jié)，構(gòu)造速度為80kmh。平穩(wěn)性指標W2.75。制動系統(tǒng)采用模擬式電空制動機，電子防滑器?？諝庵苿涌膳c電制動協(xié)調(diào)配合。結(jié)構(gòu)特點鼓形側(cè)墻取代了傳統(tǒng)的豎直側(cè)墻，在距底架邊梁上平面550mm處車體達到最大寬度2800mm該處為圓弧形狀，圓弧上部和下部沿切線方向與豎直方向內(nèi)傾一定斜角?？褪业膱A弧處正好是安裝縱向座椅的位置，使室內(nèi)空間增大，提高站立人數(shù)，增加定員。DK20型的Mc車定員為228人，M車定員為247人,.,（1）結(jié)構(gòu)構(gòu)造配置,車體結(jié)構(gòu)特點：DK20車體鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)采用低合金耐候鋼，車體側(cè)墻、車頂?shù)牧褐嗖捎谩伴T”形斷面，與包板結(jié)合后構(gòu)成封閉形斷面，增加了車體的強度與剛度，提高了承載能力。經(jīng)強度試驗其鋼結(jié)構(gòu)均滿足強度和剛度規(guī)范值的要求?？褪覂?nèi)端、頂、側(cè)墻板全部采用了玻璃鋼，玻璃鋼表面平整度好、色澤均勻、表面硬度高、耐腐蝕易清潔。玻璃鋼本身的強度、剛度完全滿足結(jié)構(gòu)需要，阻燃性好，是理想的車內(nèi)裝飾材料。側(cè)墻、車頂、端墻均采用大塊玻璃鋼，自然縫連接，實現(xiàn)了少用或不用壓條結(jié)構(gòu)，使車內(nèi)顯得簡潔、明快、寬敞、大方。DK20型車體長、車輛定距與DK8型相同,.,DK20型地鐵電動客車平面布置圖,.,DK20型地鐵電動客車斷面圖,.,（2）車門,每側(cè)有四個對開側(cè)拉門門洞寬1300mm比DK8增加了一對側(cè)拉門，提高了旅客上、下車的速度，縮短了停站時間。,.,3、北京復(fù)八線交流傳動電動車組,北京復(fù)八線地鐵車輛是具有20世紀90年代國際先進水平的車輛。它采用了具有當代先進水平的VVVF逆變器控制的交流傳動系統(tǒng)、靜止逆變器(SIV)輔助低壓電源、模擬式電空制動系統(tǒng)、風動門傳動系統(tǒng)對上述設(shè)備的狀態(tài)進行監(jiān)視和故障數(shù)據(jù)處理、記錄的列車監(jiān)控系統(tǒng)、列車自動保護(ATP)車載設(shè)備、車載無線通訊設(shè)備等。車輛走行裝置采用了具有運行品質(zhì)好、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕的無搖枕轉(zhuǎn)向架。作為承載結(jié)構(gòu)的車體，采用了耐候鋼板經(jīng)過防腐預(yù)處理后焊接而成的整體承載薄壁筒形結(jié)構(gòu)，強度高，重量輕，設(shè)計使用壽命超過30年。車體內(nèi)裝飾和設(shè)備也借鑒和采用了國內(nèi)外先進技術(shù)。車輛設(shè)計中，特別注意了符合國情和北京地下地上聯(lián)運的實際需要。,.,Mc車的總體布置圖,.,Mc車客室斷面圖,.,采用VVVF交流相對直流的優(yōu)點,車輛所采用的電氣傳動系統(tǒng)由變壓變頻(VVVF)逆變器和三相交流牽引電動機組成，與傳統(tǒng)的直流傳動系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有如下明顯的優(yōu)良性能：可以充分利用粘著，減少列車編組中動車的比例。主電路無接點化，交流牽引電機無換向器無電刷，可以顯著提高列車運行的可靠性，并極大地減少了維修作業(yè)。再生制動可以從高速持續(xù)到5km/h以下擴大了恒轉(zhuǎn)矩速度控制范圍，節(jié)省了電能，并且沒有電阻發(fā)熱的危害。電力制動與空氣制動的混合使用，可以充分發(fā)揮電力制動的作用，減少空氣制動閘瓦的磨耗。利用系統(tǒng)中的監(jiān)控和顯示功能，在系統(tǒng)發(fā)生故障時可以引導(dǎo)司機迅速采取對策，入庫后可迅速查找故障原因。與直流電機相比，交流牽引電機結(jié)構(gòu)簡單、可靠、檢修周期長、使用壽命長，并且重量輕、體積小。本系統(tǒng)的優(yōu)良調(diào)速性能更是直流傳動系統(tǒng)無法相比的，具有20世紀90年代世界先進水平。,.,第三節(jié)小斷面地鐵車輛(K型地鐵車輛),對于城市交通中等運量的地鐵線路，為了最大限度地降低地鐵建造費用，特別是隧道開挖工程耗費，最大限度地利用隧道所提供的空間，發(fā)展小斷面地鐵是一行之有效的途徑。柏林工業(yè)大學(TUBerlin)H.Bugarcic教授所推薦的K型地鐵車輛結(jié)構(gòu)方案遵循以下原則：(1)車輛的斷面輪廓應(yīng)在限界安全空間內(nèi)。(2)應(yīng)保證乘客具有適當?shù)氖孢m度。(3)車頂輪廓形狀設(shè)計成與隧道頂部圓弧相配合，客室內(nèi)高應(yīng)不小于1.97m。(4)為盡可能降低車頂距軌面高度，以減縮隧道的直徑，車底架制成下凹形，兩轉(zhuǎn)向架之間的地板面距軌面降低至50.5cm。(5)車門、車窗設(shè)計成特殊的結(jié)構(gòu)形式，其上部向車內(nèi)折彎，呈圓弧或折線形。(6)原吊掛于車底架的設(shè)備箱移置于轉(zhuǎn)向架上方的車體內(nèi)。(7)采用小輪徑車輪和線性電機驅(qū)動。,.,小斷面地鐵與常規(guī)地鐵隧道橫截面尺寸對照,(a)VV快速輕軌車；(b)VV地鐵車輛；(c)小斷面地鐵車輛,.,車型與隧道橫截面積之對照,.,小斷面地鐵車輛與一般城市軌道車輛對照,.,三節(jié)式雙鉸八軸小斷面地鐵單元車組,.,小斷面地鐵車輛承載車體結(jié)構(gòu),.,第四節(jié)車輛碰撞能量吸收裝置的原理及設(shè)計,一、概述在客運交通中車輛運行安全是至關(guān)重要的，尤其對行駛中的車輛發(fā)生意外碰撞、斷軸或脫軌等重大事故十分關(guān)注。一旦這類事故發(fā)生，如果不能在短時間內(nèi)將其巨大的動能吸收掉，將會嚴重地危害著人身生命的安全和財產(chǎn)的損失。因此，近幾年來，很多國家在高速鐵路客車(其中包括機車)、城市軌道車輛的結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮將客室部分結(jié)構(gòu)加強，以提高其耐撞性，對非客室部分的特定部位處安置能量吸收裝置和設(shè)置一些特殊的結(jié)構(gòu)形式，以期達到吸收大部分碰撞動能和防止爬車的目的，從而最大限度地減少人員的傷亡。,.,能量吸收裝置應(yīng)具備的基本要求,(1)能使動能的耗散以一種有控制的方式進行，即不但能吸收掉所設(shè)計要求的碰撞能量，而且，能按設(shè)計要求控制碰撞力和減速度的變化。(2)為了使減速度a最小，應(yīng)有足夠大的變形行程，而且是不可逆的將沖擊動能轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃文芏纳⒌?，無回彈碰撞，使遭受碰撞人員的損傷最小。(3)能量吸收裝置要性能穩(wěn)定，可靠，重量輕，成本低，易于制造。,.,二、能量吸收裝置的元件結(jié)構(gòu)形式、塑性變形能和極限載荷,（1）能量吸收裝置的基本原理是利用其元件材料的塑性變形能來耗散所遭受的沖擊動能，該元件是處在塑性大變形狀態(tài)。（2）極限狀態(tài)在外載荷達到某一定值時，理想剛塑性體可在外載荷不變的情況下發(fā)生塑性流動，即無限制的塑性變形，這時稱元件或結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。（3）極限承載能力元件或結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)所承受的載荷與之相應(yīng)的速度場稱為塑性損傷機構(gòu)，或塑性流動(可動)機構(gòu)。,.,1、結(jié)構(gòu)極限荷載的確定,在極限狀態(tài)下，元件或結(jié)構(gòu)若有不同的幾個塑性流動機構(gòu)，則對應(yīng)地可求得幾個不同的極限載荷值。極限狀態(tài)是唯一的，即極限載荷是唯一確定的。故選取其最小值作為該元件或結(jié)構(gòu)的極限載荷，則更接近或等于該元件或結(jié)構(gòu)的真實的極限載荷值。,.,2、能量吸收裝置的元件型式,為了獲得性能穩(wěn)定可靠，滿足設(shè)計要求，能量吸收裝置多采用彎曲變形或壓縮變形的元件。1受彎曲變形的元件(1)W(或V)形(2)圓管或圓環(huán)元件對徑受壓受集中載荷對徑壓縮的圓環(huán)物體M以低速v0碰撞圓環(huán)圓環(huán)在兩平行剛性體間準靜態(tài)碰撞,.,變形元件型式-1,W形能量吸收元件,.,變形元件型式-2、3,受集中載荷對徑壓縮的圓環(huán),物體M以低速v0碰撞圓環(huán),.,變形元件型式-4,Ps/D關(guān)系曲線,圓環(huán)在兩平行剛性體間準靜態(tài)碰撞,.,2受軸向壓力作用的圓管(或圓筒),(1)圓管軸對稱屈曲彎曲變形能管壁伸張塑性變形能(2)圓管非軸對稱屈曲(3)圓管在軸向被壓入模具中的變形受軸向壓力作用的圓管或圓筒，可能出現(xiàn)三種屈曲模式：即歐拉壓桿式的彈性屈曲，軸對稱屈曲和非軸對稱屈曲，作為能量吸收裝置中的元件，采用后兩者屈曲后的大變形。,.,圓管軸對稱屈曲模型,.,圓管非軸對稱屈曲模式,.,圓管的卷曲變形,.,3超靜定結(jié)構(gòu)的極限載荷,（1）一端固定一端鉸支的超靜定懸臂梁（2）超靜定剛架,.,超靜定懸臂梁,.,剛架破壞可動機構(gòu)簡圖,.,三、車輛碰撞縱向設(shè)計載荷與變形的關(guān)系,對各種能量吸收元件和結(jié)構(gòu)的塑性分析，可得到它們的塑性功。塑性功是不可逆的，需要消耗與之相當?shù)哪芰?外力功)。由此，可根據(jù)一定的條件和要求，將它們應(yīng)用于車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在列車發(fā)生碰撞事故時，用以吸收沖擊動能，這為防撞車輛設(shè)計提供了可靠的、比較方便的分析方法，也為其發(fā)展提供了扎實的理論基礎(chǔ)。同時，由于現(xiàn)代運輸業(yè)中，其中包括鐵路運輸和城市軌道列車等，行車事故頻頻發(fā)生，根據(jù)文獻介紹，英國在19721981年10年間，鐵路運輸發(fā)生事故次數(shù)多達83次，死亡人數(shù)共計68人；在19801989年10年間，死亡人數(shù)高達165人，后者比前者上升了140，情況嚴重，迫使人們?nèi)ふ宜^的第二安全措施(相對于行車信號而言)，即車輛自身防碰撞性能的研究，這樣防撞車輛的設(shè)計研究便應(yīng)運而生。此外，防撞車輛的設(shè)計與車輛的輕量化，提高列車運行速度和運用經(jīng)濟性是完全一致的。,.,車輛縱向設(shè)計載荷與車輛變形分級,車輛縱向設(shè)計載荷(或車體縱向阻抗力)與車輛變形關(guān)系，大致分為四個等級。對應(yīng)大致有4個碰撞速度范圍：(1)速度為2.5m/s，重型調(diào)車動能耗散主要靠車鉤緩沖器(2)碰撞速度為5m/s，為輕度碰撞考慮車體有一定的變形量(行程)約0.2m。其最大沖擊力值限制在800kN左右。(3)速度大于5m/s，小于10m/s時的碰撞，為中等碰撞。(4)速度大于10m/s時的碰撞，為嚴重碰撞事故,.,車體縱向力(阻力)與變形關(guān)系,.,四、防撞車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計,1BR防撞車用來進行超越(爬車)和非超越碰撞試驗(準靜態(tài))各部分結(jié)構(gòu)作用：(1)牽引緩沖裝置，起牽引聯(lián)結(jié)緩沖作用，吸收一定沖擊動能。用一個受剪切的螺栓將它與底架相聯(lián)結(jié)，螺栓的剪切破壞載荷為480kN。即當縱向力為480kN時，緩沖器已達到最大容量，牽引緩沖裝置與底架脫離。(2)可更換式能量吸收裝置在車鉤兩側(cè)緩沖梁上，原安裝緩沖餅的位置處，各安裝一個玻璃鋼增強塑料(GRP)圓管。圓管的根部固定在緩沖梁上，另一端頭部裝有帶加強肋的防爬板。當車輛碰撞時，使之與對面車的防爬板接觸，并阻止其垂向移動。在塑料圓管內(nèi)防爬板的內(nèi)側(cè)焊有心軸，而心軸支承在底架上，當GRP圓管折曲時，心軸向底架內(nèi)滑入。(3)底架結(jié)構(gòu)底架包括下側(cè)梁、橫梁、緩沖梁、斜撐和波紋地板組成。兩根斜撐上設(shè)有彎曲轉(zhuǎn)向結(jié)，以誘導(dǎo)起始屈曲。下側(cè)梁在前側(cè)門柱的下方設(shè)有幾個剪切連接結(jié)，將下側(cè)梁分為前段和后段兩部分，前段為引導(dǎo)部分，當縱向力達到某一定值時，連接結(jié)被剪斷后，它便滑入略大一點的后段主下側(cè)梁內(nèi)。車體發(fā)生折曲。期間，除了車體結(jié)構(gòu)折曲吸收能量外，還需借助專門設(shè)置的能量吸收裝置以控制其阻力為常數(shù)。,.,續(xù),(4)上部結(jié)構(gòu)由端門柱(緩沖柱)、角柱、上側(cè)梁、上緩沖梁、車頂彎梁和上側(cè)門框、頂板、側(cè)墻板和端墻板等組成。上側(cè)梁和上側(cè)門框上開有切口，使之向外折曲，以減少入侵容納司機的空間。(5)各構(gòu)件的連接結(jié)對各構(gòu)件的結(jié)合點處的連接結(jié)要求在大的塑性變形情況下，保持其完整性。全部焊接連接結(jié)設(shè)計的均由結(jié)點處較弱的構(gòu)件承受該結(jié)點處的全部塑性彎矩，在結(jié)構(gòu)折曲時，連接結(jié)構(gòu)繼續(xù)傳遞各構(gòu)件之間的彎矩和最終載荷,.,防撞車司機室結(jié)構(gòu)簡圖,1-側(cè)門上框；2-上緩沖梁；3-角柱；4-側(cè)墻板承梁；5-端墻板承梁；6-端門柱；7-防爬緩沖器；8-緩沖梁；9-車鉤；10-能量吸收牽引裝置；11-斜撐；12-CRP能量吸收元件；13-下側(cè)梁；14-鋁質(zhì)蜂窩扳；15-下側(cè)梁剪切連接鉸；16-下側(cè)梁導(dǎo)板；17-橫粱；18-牽引緩沖盒；19-后門柱；20-前門柱；2l-車頂彎梁,.,BR防撞車在實驗室非超越碰撞后的結(jié)構(gòu)變形情況,.,2ORE防撞車,與前述BR防撞車主要不同點為(1)牽引緩沖裝置安裝能吸收彈性能的緩沖器，在縱向力為600kN時，可吸收能量80kJ。用一受剪切的連接結(jié)使之與