A型铝合金地铁车辆前端吸能结构设计

10.16638/ki.1671-7988.2017.22.019铝合金吸能盒的结构设计及耐撞性分析于用军，郭永奇，李飞，王帅，黄小征（华晨汽车工程研究院，辽宁沈阳110141）摘要：为提高整车的安全性能及轻量化水平，研究设计了一种铝合金材料的车用吸能盒。

应用显示有限元法对铝合金吸能盒与传统钢制吸能盒的轴向耐撞性能进行了仿真对比分析，结果表明：在相同的碰撞条件下，铝合金吸能盒的比吸能为23KJ/kg，是传统钢制吸能盒的2.9倍；铝合金吸能盒的质量为1.3kg，较传统吸能盒的质量降低了0.8kg。

结论：所设计的铝合金吸能盒较传统钢制吸能盒有着较好的轻量化水平及耐撞性能。

关键词：吸能盒；轻量化；耐撞性；吸能中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2017)22-55-03Structure Design and Crashworthiness Analysis of Aluminum AlloyEnergy-absorbing BoxYu Yongjun, Guo Yongqi, Li Fei, Wang Suai, Huang Xiaozheng( Brilliance automobile engineering research institute, Liaoning Shenyang 110141 )Abstract: In order to improve the safety performance and the level of light weight of the vehicle, the research designed a kind of aluminum alloy energy-absorbing box. The finite element method was used to simulate the axial crashworthiness of the aluminum alloy energy-absorbing box and traditional steel energy-absorbing box.The result showed that in the same collision conditions, the specific energy-absorption of the aluminum alloy energy-absorbing box was 23KJ/kg, which was 2.9 times of the traditional steel energy-absorbing box. The mass of the aluminum alloy energy-absorbing box was 1.3kg, which was 0.8kg lower than the traditional energy-absorbing box. Conclusion: The designed aluminum alloy energy-absorbing box has better lightweight level and crashworthiness than the traditional steel energy-absorbing box.Keywords: energy-absorbing box; lightweight; crashworthiness; energy-absorptionCLC NO.: TH16 Document Code: A Article ID:1671-7988(2017)22-55-03前言汽车的轻量化是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。

技术装备姜 杉1，李 茁2（1. 北京市地铁运营有限公司，北京 100044；2. 北京市轨道技术交通装备集团有限公司，北京 100071）第一作者：姜杉, 男, 高级工程师；通信作者：李茁, 男, 本科引用格式：姜杉, 李茁. A 型地铁列车碰撞吸能及配置研究[J]. 现代城市轨道交通, 2024(05): 71-76. JIANG Shan, LI Zhuo. Research on collision energy absorption and configuration of A-type metro[J]. Modern Urban Transit, 2024(05):71-76.DOI:10.20151/ki.1672-7533.2024.05.0121 引言根据GB 50157-2013 《地铁设计规范》，地铁列车根据车体尺寸、轴重等的不同可分为A 、B 2种车型。

A 型地铁列车载重量和自身重量更大、在同速度等级碰撞过程中需要缓冲吸收的撞击能量更多。

地铁列车车体按EN 12663-1-2014《轨道交通 铁路车辆车身的结构要求》摘 要：A 型车是地铁列车型号中宽度最大、载客量最大的车型，尤其适合人口密度高、客流量大的城市使用，因此A 型地铁列车的安全性对于大中型城市地铁安全运营至关重要，其中列车的碰撞吸能是列车安全性能指标之一。

文章首先基于用户对车钩的吸能需求及EN 15227-2020要求，提出钩缓装置与防爬器组合使用的A 型地铁列车碰撞吸能方案。

其次，对该吸能方案的设计思路、验证方法、吸能装置关键部件及其主要技术参数进行逐一介绍。

最后，确认该方案通过高弹性可恢复EFG 缓冲器、压溃单元、可拆卸式防爬器作为吸能组合，能在A 型地铁列车连挂、碰撞、救援等多工况中起到缓冲吸能的作用，不仅可以保护乘客安全和车体主结构不受损坏，还具有方便维护和替换的优点。

该研究可为后期地铁列车吸能方案的设计提供一定的参考与借鉴。

A型地铁铝合金车体结构设计【摘要】车体是车辆结构的主体，车体强度、刚度关系到车辆运行的可靠性和安全性。

合理选择车体的材料和车体结构是保证地铁“安全、可靠、快速、轻量、经济、适用”运营的重要因素之一。

【关键词】材料；参数；车体结构1.A型地铁铝合金车体材料选择车体承载结构主要采用铝合金大型中空挤压型材6005A-T6、7005-T6、6063-T5及板材5083-H111、6082-T6系列，铝合金大型中空挤压型材耐腐蚀性高、易于焊接、密度小，同时还有抗拉强度高、屈服强度高的优点，因此在国外A型地铁车辆中被广泛应用。

A型地铁所使用的铝合金的强度数据，满足欧洲标准EN755-2及德国标准DIN 1748要求，热处理满足DIN EN515或相应的欧洲或国际标准的规定。

2.主要技术参数所设计的车体为采用大型中空铝合金挤压型材A型地铁鼓形车体；头车车体的主要技术参数如下：1）车辆长度：23619mm；2）车辆定距：15700mm；3）车辆宽度：3000mm；4）车辆高度：3760mm；5）车钩中心线至轨面的高度：720mm。

中间车车体的主要技术参数如下：1）车辆长度：21885mm；2）车辆定距：15700mm；3）车辆宽度：3000mm；4）车辆高度：3760mm；5）车钩中心线至轨面的高度：720mm。

3.A型地铁铝合金车体承载形式3.1 车体总成如图1、2所示，车体外形为鼓型，这样能很好的降低空气阻力，减少能源的消耗。

车体采用通长大断面铝合金中空挤压型材全焊接或部分铆接结构，由底架、车顶、侧墙、端墙、司机室等部分组成，底架、侧墙、端墙及车顶均承受载荷，能够承受垂直、纵向、横向、扭转等载荷。

车体由纵向长尺寸的挤压铝合金型材制造，不需要对接。

车体结构基本要求是进行轻量化设计，整体承载结构，底架无中梁。

司机室为框架结构，外部由玻璃钢罩板包裹，前端的玻璃钢罩板符合空气动力学要求。

司机室端部结构设计能满足意外撞车时的能量吸收。

AUTO TIME27FRONTIER DISCUSSION | 前沿探讨时代汽车 浅析地铁车辆吸能结构寇丽君吉林铁道职业技术学院　吉林省吉林市　132200摘 要： 根据不同地铁车辆的结构，建立头车有限元模型，当发生碰撞，头车相对于车身更危险，对头车结构采用有限元模型，利用OptiStruct 软件对车端吸能结构吸能梁的分布进行研究。

对于车辆碰撞过程中理想四级吸能顺序进行参照，结合PAM-CRASH 碰撞仿真软件，用碰撞仿真软件进行验证四种吸能结构的吸能特性。

对于不同的吸能特性进行分析，从而达到优化地铁车辆的吸能结构的目的。

关键词：吸能结构　车钩　有限元模型　优化1　地铁车辆吸能结构的研究背景中国是一个国土面积十分辽阔的国度，在中国的土地上铁路发展的尤为迅速。

交通强国、铁路先行的口号也一直伴随着我们的铁路事业不断前进着。

地铁车辆的发展，可以说是推荐城市之中经济进步的重要因素。

地铁多建于地下，多条地铁线路的建设可以让城市的交通得到很大程度的提升。

特别是在私家车保有量逐渐增多的今天，城市地铁车辆的建设显得尤为的突出和重要。

城市人员流动大，地铁站内人流密集，所以更应该加强安全管理，避免发生碰撞事故，消除安全隐患。

地车车辆头车司机室相对于车身设计的比较短，当发生碰撞，没有特定的吸能区域来吸收、耗散碰撞能量。

由于地铁内部设计和高铁等不同，中间车辆没有卫生间、行李架等可以牺牲掉的薄弱区域来耗散能量，因此地铁车辆前端吸能结构的设计就显得尤为重要。

怎样使地铁车辆在碰撞过程中能够稳定的吸收更多的能量，减少财产损失，确保乘务人员的安全，减少不必要的伤害，就特别重要。

本文主要研究地铁车辆的吸能结构，车辆端部吸能装置设置有编组列车头车（Tc 车）采用全自动机械车钩。

如图1所示为地铁车辆四级吸能结构顺序理想的曲线模型图，通过对图1所示的吸能顺序，我们对地铁车辆进行优化研究其吸能结构的工作。

按照车钩缓冲装置建模、防爬器建模、拓扑结构分布研究三部分进行分析。

深圳地铁6号线工程车辆总体设计摘要：介绍自主研制的100km/h速度等级铝合金A型鼓型地铁车辆，车辆正线采用DC 1500V第三轨受流，车辆段内采用DC 1500V受电弓受流，车辆采用无触点控制逻辑LCU系统。

内容包括总体技术性能、主要机械部件性能及主要电气系统的基本特点。

关键词：100km/h；铝合金A型地铁；鼓型车型；受电弓受流器双受流方式；LCU。

Overall design of Shenzhen Metro line 6 vehicleZhang kai Wei ruixia(CRRC NANJING PUZHEN CO., LTD., Jiangsu Nanjing 210031, china)Abstract: The document introduces a 100km/h aluminum alloy A-type metro vehicle which developed independently. The mainline of thevehicle adopts DC 1500V third rail to receive current, and the vehicle uses non-contact control logic LCU system. The content includes the overall technical performance, the performance of main mechanical components and the basic characteristics of the main electrical system.Key words: 100km/h; aluminum alloy A-type metro vehicle; drum-type vehicle; pantograph and third rail dual current receiving mode; LCU system.1、概述深圳地铁6号线一期及二期工程车辆是中车南京浦镇车辆有限公司在既有自主研发的全焊接A型地铁车辆基础上，为深圳市设计的100km/h速度等级的地铁车辆，本文对该项目的总体设计进行介绍。

Technology Application技术应用DCW169数字通信世界2019.02铁道运输中，对车体的刚度有着很高的要求，现阶段车体材料采用铝合金。

这样不仅能保障车辆的强度，也符合轻量化设计的要求。

文章介绍一款轻量化设计的B 型铝合金鼓形车体，用有限元模型对设计的结构强度作出了分析。

1 铝合金车体的轻量化设计铝在地壳中的含量非常高，但强度较低，经过合金化后，强度会得到显著的提升。

同时相比于钢结构，铝的密度较低，因此铝合金在生产中得到了广泛的应用。

铝合金车体设计过程中要注意到车体的刚度问题，为了保障弯曲刚度，选取断面系数要是钢的3倍，设计中要充分考虑到铝合金的断面高和板厚度。

铝合金车体中各个零部件的连接中有焊接和铆接等结构。

其中，焊接的难度较大，操作起来较为复杂，容易产生较大的热应力[1]。

2 车体结构设计该轻量化车体设计中，是由底架、车顶、侧墙和司机室骨架等构成的，采用铝合金全焊接的结构。

设计中的长度是19300mm ，高度是3687mm ，最大宽度是2800mm ，门间距是4450mm ，车俩定距为12600mm ，车身自重为6.6吨[2]。

2.1 主体结构型材设计车体主体结构占总质量的80%，设计中采用了大断面中空型材，包括了车顶边梁、门立柱和底架地板等。

车体焊接使用MIG 焊，铝合金厚度的减小，会增加其焊接的难度。

在该设计中，为了保障焊接的安全程度，主体结构中保障了型材的厚度。

通常状况下，车顶边梁中用到大断面、厚度较大的筋板时，会造成车顶重量增大。

该设计中为了防止重量过大，对筋板的数量进行了科学的调控。

结构设计中对空调梁进行了单独设计，焊在长梁上，在一定程度上节省了材料。

侧墙板型材断面用三角形截面，内筋板2到3mm ，外壁为3到4mm ，保障了侧墙平面程度。

底架边梁内筋板厚度是3到4mm ，外闭厚度在5mm 左右，对底架的结构强度作出保障。

长地板中分布较多的U 形槽，增加长地板的设备悬挂能力[3]。

前言车辆在高速碰撞时会产生巨大能量，因此需合理布置能量吸收系统的各级吸能环节，保证每个环节在一种可控的方式下，最大限度地吸收能量，达到：保证司乘人员的安全；车体端部损坏量最小；车钩的损坏个数最少。

发生碰撞时，车辆端部承受压缩载荷为主，主要由底架结构承担。

而碰撞产生的能量主要由底架前端的结构变形区域来吸收，因此，对吸能区主要构件进行模块化设计来满足车辆的结构吸能要求。

1 前端吸能结构模块化设计1.1 车体底架前端吸能结构简介大连3号线增购车车体底架前端吸能结构有上盖板、中梁、横梁、后端挡板、防爬器等组成，各部分焊接在一起，然后整体通过后端挡板焊接在底架地板结构的前端。

1.2 以往现有吸能结构方案的不足（1）前端吸能结构中的压溃吸能梁即中梁的数量较多，纵向刚度相对车体较大，在碰撞过程中不利于发生塑性变形，从而不易于压溃吸能。

（2）压溃吸能梁上的诱导孔敷设缺乏一定的规律和科学性，容易诱发导致压溃过程紊乱无序，不易实现可控的渐进性压溃变形。

（3）梁的数量过多，使得焊缝数量过多，生产工艺复杂繁琐，焊接量大、焊接变形大。

1.3 吸能结构模块化设计考虑大连3号线增购车车辆生产制造工艺的可行性与经济性，针对吸能结构中的主要组成部分：防爬器、压溃吸能梁以及横梁，重新对吸能区域进行模块化设计。

根据车辆实际需要的吸能区空间约束条件和压溃吸能梁结构的优化条件，结合有限元模拟碰撞动态仿真研究，做如下设计：前端横梁采用壁厚为6mm 的“日”字形型材；压溃吸能梁和后端横梁采用壁厚为3mm 的“日”字形型材。

采用此模块化设计方案后，配合整车外形要求以及和相关部件的配合要求，组装成底架前端吸能结构如图1所示：1补强立板（一）2吸能模块3中梁（一）4补强板（二）5立板6横梁7后端堵板8上盖板图1 车体底架前端吸能结构2 设计结构在一定碰撞条件下的变形响应经仿真，当车辆以25km/h 撞击固定平面刚性墙体时，吸能区结构在碰撞中被压溃，其塑性变形与其对乘客区车厢结构的压缩力随变形量L 的同步变化如图2所示：（a ）当L=0mm时（b ）当L=402mm时图2 吸能区的压溃变形与压缩力-位移曲线的同步变化由图可见，在底架前端吸能区被压缩的过程里，随时间的推进，压溃吸能梁被渐进有序的压缩，防爬器、前端横梁等结构只产生了弹性变形，没有发生塑性变形，而压溃吸能梁处于完全压溃状态。

– 64 –工作研究·一种轨道车辆吸能端墙结构设计方法doi:10.16648/ki.1005-2917.2019.03.056一种轨道车辆吸能端墙结构设计方法姜青霞（中车四方车辆有限公司，山东 青岛 266000）摘要：车辆碰撞变形时能量吸收的吸能结构是以研究车体端墙为主吸能端墙结构；车辆在正常运行时，车体不仅要有足够的强度和刚度来满足相关规范规定要求外；车辆发生碰撞时，车体还要有一定的吸能结构，即能沿着预设方向产生塑性大变形来吸收列车撞击时所产生的冲击动能，保证车体乘客区内的乘客的人身安全和此区域设备尽可能不被破坏，还可延缓其碰撞时间，降低撞击瞬间的速度，使冲击速度能够降低到人体所能够承受的范围内。

本文主要介绍了一种轨道车辆车体端墙结构吸能的设计方法。

关键词：轨道车辆；吸能端墙；设计方法一、 前言近年来，随着我国铁道车辆制造业迅速发展，已陆续向阿根廷、伊拉克、伊朗、孟加拉、等多个国家和地区批量出口铁路客车。

在出口这些车辆中所要求的技术条件制定中，客户要求客车车体的设计标准采用国际铁路联盟标准UIC566《客车车体及其零部件的载荷》，替代了我国铁道行业标准TB/T1335《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》。

UIC566与TB/T1335相比，车体不仅要有足够的强度和刚度来满足车辆在正常运行时相关规范规定要求外；车体还要有一定的吸能结构，即当车辆发生碰撞时，能沿着预设方向产生塑性大变形来吸收车辆撞击时所产生的冲击动能，保证车体乘客区内的乘客人身安全和此区域的设备尽可能不被破坏，还可延缓其碰撞时间，降低撞击瞬间的速度，使冲击速度能够降低到人体所能够承受的范围内。

目前，很多车辆主要的吸收和释放车辆在运行过程中所产生能量是通过联挂车钩自身带的液压、橡胶、弹性胶泥缓冲器等部件来完成，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吸收和释放这些能量，而UIC566标准对客车不但有较高强度的要求，同时对车体端部的耐撞性也有明确的要求，显然将底架端部设计吸能功能是难满足其强度标准需要，为了保证车体既要满足高强度要求，还要满足其吸能要求，这样车体的端墙作为吸能结构来研究是急需考虑和解决的问题。