• ISSN 0258-2724
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密接式车钩连挂短编动车组追尾碰撞脱轨风险影响研究

王明猛,  周建鑫,  杨超,  张露泽,  朱涛,  张卫华

王明猛, 周建鑫, 杨超, 张露泽, 朱涛, 张卫华. 密接式车钩连挂短编动车组追尾碰撞脱轨风险影响研究[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250572
引用本文: 王明猛, 周建鑫, 杨超, 张露泽, 朱涛, 张卫华. 密接式车钩连挂短编动车组追尾碰撞脱轨风险影响研究[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250572
WANG Mingmeng, ZHOU Jianxin, YANG Chao, ZHANG Luze, ZHU Tao, ZHANG Weihua. Derailment Risk Influence of Rear-End Collision of Short Electric Multiple Units with Tight-Lock Couplers[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250572
Citation: WANG Mingmeng, ZHOU Jianxin, YANG Chao, ZHANG Luze, ZHU Tao, ZHANG Weihua. Derailment Risk Influence of Rear-End Collision of Short Electric Multiple Units with Tight-Lock Couplers[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250572

密接式车钩连挂短编动车组追尾碰撞脱轨风险影响研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250572
基金项目: 国家自然科学基金项目(52205085,U2568227);轨道交通运载系统全国重点实验室开放课题(RVL2603)
详细信息
    作者简介:

    王明猛(1985—),男,博士研究生,研究方向为机车车辆结构强度及可靠性,E-mail:wangmm@swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    杨超(1988—),男,副教授,博士,研究方向为列车被动安全,E-mail: ychao@bjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TG156

Derailment Risk Influence of Rear-End Collision of Short Electric Multiple Units with Tight-Lock Couplers

  • 摘要:

    为了探究车辆参数对动车组追尾碰撞脱轨风险的影响规律,本文创新性地提出了一种速度敏感型密接式车钩数学模型,并将其集成到车辆动力学模型中,再相邻车辆耦合组成列车碰撞动力学模型;使用该模型模拟两同型短编动车组在直线轨道条件下追尾碰撞,获得不同参数情况下车辆的动态响应;通过脱轨系数、轮重减载率、轮轨接触力及车轮抬升量等脱轨指标评估追尾碰撞脱轨风险,探讨了碰撞速度、头车车体质量和防爬装置稳态合力对脱轨指标的影响规律. 研究结果表明:短编动车组在直线轨道追尾碰撞时,各碰撞条件下车轮抬升量和轮重减载率最大值出现在主动列车头车第三位轮对右轮处,脱轨系数和轮轨接触力最大值出现在头车第二位轮对右轮处;相同初始条件下脱轨指标随着碰撞速度的增大而增大,当碰撞速度由25 km/h增大至55 km/h,车轮抬升量由0.01 mm陡增至33.40 mm,车轮垂向力最大值由83.8 kN增大到159.0 kN,增大89.7%;轮重减载率峰值随着头车车体质量的增大先减小后增大,防爬装置稳态力最小时,车轮抬升量比极值高83.6%.

     

  • 图 1  车辆端部界面吸能特性

    Figure 1.  Energy absorption characteristic of vehicle end interface

    图 2  气液缓冲器组成

    Figure 2.  Composition of gas-hydraulic buffer

    图 3  缓冲器外特性曲线和拟合曲线对比

    Figure 3.  Comparison of external characteristic curves and fitting curves for buffer

    图 4  车端吸能结构的压缩特性

    Figure 4.  Compression characteristic of energy absorption structure in vehicle ends

    图 5  联合仿真实时数据交互流程

    Figure 5.  Real-time data interaction progress in co-simulation

    图 6  短编动车组的车辆和碰撞界面编号

    Figure 6.  Vehicle and collision interface numbers of short electric multiple unit

    图 7  不同速度下脱轨系数和轮重减载率

    Figure 7.  Derailment coefficient and wheel load reduction rate at different speeds

    图 8  不同速度下W2右轮轮轨接触力

    Figure 8.  Wheel–rail contact forces of right wheel of W2 at different speeds

    图 9  不同速度下W3右轮车轮抬升量

    Figure 9.  Wheel lift of right wheel of W3 at different speeds

    图 10  不同质量下脱轨系数和轮重减载率

    Figure 10.  Derailment coefficient and wheel load reduction rate under different masses

    图 11  不同质量下W2右轮轮轨接触力

    Figure 11.  Wheel–rail contact forces of right wheel of W2 under different masses

    图 12  不同质量下W3右轮车轮抬升量

    Figure 12.  Wheel lift of right wheel of W3 under different masses

    图 13  不同稳态合力下脱轨系数和轮重减载率

    Figure 13.  Derailment coefficient and wheel load reduction rate under different steady-state resultant forces

    图 14  不同稳态合力下W2右轮轮轨接触力

    Figure 14.  Wheel–rail contact forces of right wheel of W2 under different steady-state resultant forces

    图 15  不同稳态合力下W3右轮车轮抬升量

    Figure 15.  Wheel lift of right wheel of W3 under different steady-state resultant forces

    表  1  修正模型拟合参数

    Table  1.   Fitting parameters of modified model

    参数 数值
    f0/kN 150
    L0/mm 192
    m −2.43
    v0/(m•s−1) 0.0047
    q 4.2
    p 0.25
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    表  2  不同速度下修正模型的拟合度

    Table  2.   Fitting degree of modified model at different speeds

    速度/(m•s−1) R2
    0.001 0.9612
    1 0.9711
    2 0.9911
    3 0.9948
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    表  3  数学模型参数

    Table  3.   Parameters of mathematical model

    装置 参数 数值
    车钩缓冲装置膨胀管行程/mm200
    膨胀管稳态力/kN1500
    气液缓冲器行程/mm100
    吸能装置防爬装置行程/mm300
    车体压溃时接触刚度/(MN•m−1)100
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    表  4  车辆动力学参数[23]

    Table  4.   Parameters of vehicle dynamics [23]

    参数 数值
    轮对质量/kg 1400
    构架质量/kg 3000
    车体质量/kg 34000
    一系垂向刚度/(MN•m−1) 0.55
    一系垂向阻尼/( kN•s m−1) 6
    二系纵向刚度/(MN•m−1) 0.15
    二系横向刚度/(MN•m−1) 0.15
    二系垂向刚度/(MN•m−1) 0.40
    二系横向阻尼/( kN•s m−1) 60
    二系垂向阻尼/( kN•s m−1) 80
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    表  5  头车车体质量范围

    Table  5.   Range of leading car body mass

    百分比/% 80 90 100 110 120
    车体质量/kg 27200 30600 34000 37400 40800
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-11-14
  • 修回日期:  2025-12-31
  • 网络出版日期:  2026-10-16

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