城市軌道交通液壓緩沖滑動式車擋設(shè)計研究

曹　亮　李俊璽　曲　銘

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，北京　100055)

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城市軌道交通液壓緩沖滑動式車擋設(shè)計研究

曹亮李俊璽曲銘

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(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)，給出液壓緩沖滑動式車擋的關(guān)鍵部件配置和軌道預(yù)留安裝長度的計算流程，并提供不同工況下液壓緩沖滑動式車擋的配置和軌道最小預(yù)留安裝長度的參考值。

城市軌道交通液壓緩沖滑動式車擋占用軌道長度

1　概述

根據(jù)GB50517—2013《地鐵設(shè)計規(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、信號等要求計算確定。”

規(guī)范中僅對車擋的類型、允許撞擊速度對應(yīng)的荷載進(jìn)行了規(guī)定，但對車擋占用軌道(線路)長度沒有明確的要求，實際設(shè)計中車擋占用軌道長度等還需要結(jié)合具體的車擋形式尺寸、制動能力及制動部件的配置數(shù)量來計算確定。

通常情況下，當(dāng)撞擊速度為25 km/h、制動減速度為1.5 m/s2時，線路預(yù)留安裝長度建議取25 m；當(dāng)撞擊速度為15 km/h，制動減速度為1.5 m/s2時，線路預(yù)留安裝長度取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度預(yù)留，但實際工程往往受制于各種因素，車擋安裝長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要求需要設(shè)計人員進(jìn)行檢算。

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

2　液壓緩沖滑動式車擋結(jié)構(gòu)特征及工作原理

液壓緩沖滑動式車擋是近年來國內(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)的的緩沖滑動式車擋和液壓緩沖車擋的優(yōu)點，利用液壓緩沖器和若干對制動摩擦塊的緩沖作用消耗失控車輛的動能，從而達(dá)到使失控車輛制停的目的。

圖1　液壓緩沖滑動式車擋

液壓緩沖滑動式車擋的工作過程如下：

失控車輛的慣性沖擊→撞擊頭→液壓緩沖器(制動)→主體支架(制動)→摩擦塊(制動)→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能傳遞給液壓緩沖器，該裝置在承受撞擊的同時向后移動，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氣及一定量的液壓油。氮氣與液壓油被一活塞分別隔離于兩個密閉空間內(nèi)。由于氮氣具有可壓縮的特性(空氣彈簧)，故而失控車輛撞擊液壓緩沖擋車器時的緩沖過程顯而易見，然后在失控車輛持續(xù)作用下液壓油從油缸體內(nèi)的一腔通過閥孔排向另一腔(節(jié)流作功)，此時會產(chǎn)生大量的熱量。這一過程是液壓緩沖擋車器作制動功的過程，即消耗失控車輛慣性動能的過程。液壓緩沖器在被壓縮的同時，油缸體內(nèi)的總?cè)莘e在縮小，氮氣的壓力在增大，這時的液壓緩沖擋車器積聚了大量的壓力能，并可通過壓力能的自動釋放幫助液壓緩沖器自動復(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。通過液壓緩沖器對失控車輛部分動能的消耗，主體支架通過其鋼結(jié)構(gòu)將余下的車輛慣性沖力傳遞至制動摩擦塊。

圖4　主體支架

制動摩擦塊(如圖5)可通過調(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能的目的。

圖5　制動摩擦塊

3　液壓緩沖滑動式車擋主要技術(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)制動減速度a

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

(4)液壓緩沖器吸收動能Wb

列車撞擊荷載通過液壓緩沖器做功，將部分撞擊動能轉(zhuǎn)化為熱能

Wb=wb×Nb

其中：wb為每套液壓緩沖器吸收動能/kJ；Nb為液壓緩沖器數(shù)量。

(5)平均制動力Fsh

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

其中：fsh為每對制動摩擦塊的平均制動力/kN；Nsh為制動摩擦塊配置對數(shù)，有

(6)車擋占用軌道長度L

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

圖6　液壓傳沖滑動式車擋占用軌道長度示意

其中Le——主體架安裝長度；

S——滑移距離；

Lsh——制動摩擦塊的安裝長度；

Ls——安全距離，一般取0.1S；

Lf——固定車擋占用長度。

4　液壓緩沖滑動式車擋的配置及占用軌道長度計算

液壓緩沖滑動式車擋配置及占用軌道長度計算流程如圖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見表1。

表1　額定撞擊荷載

圖7　液壓緩沖滑動式車擋配置及最小占用軌道長度計算流程

(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對制動摩擦塊)長度Le:

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

②每對制動摩擦塊長度lsh：0.2 m。

③固定車擋占用軌道長度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)；

2套(允許撞擊速度為25 km/h時)。

⑤每臺液壓緩沖器吸收動能Wb:224 kJ。

⑥每對摩擦塊制動力fsh:50 kN。

(3)制動效果參數(shù)

最大制動減速度amax:

1.5 m/s2(重載)；3 m/s2(空載)。

(4)輸出參數(shù)及結(jié)果

輸入具體計算工況和選用的設(shè)備參數(shù)，通過計算，輸出液壓緩沖滑動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度。

計算結(jié)果見表2。

表2　車擋配置及占用軌道長度計算結(jié)果

5　結(jié)束語

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

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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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