城市轨道交通液压缓冲滑动式车挡设计研究

曹　亮　李俊玺　曲　铭

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)



城市轨道交通液压缓冲滑动式车挡设计研究

曹亮李俊玺曲铭

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)

介绍城市轨道交通最常用的液压缓冲滑动式车挡的结构特征、工作原理及主要技术参数，给出液压缓冲滑动式车挡的关键部件配置和轨道预留安装长度的计算流程，并提供不同工况下液压缓冲滑动式车挡的配置和轨道最小预留安装长度的参考值。

城市轨道交通液压缓冲滑动式车挡占用轨道长度

1　概述

根据GB50517—2013《地铁设计规范》7.7.2条车挡设置的相关规定：“正线及配线、试车线、牵出线的终端应采用缓冲滑动式车挡。地面和地下线终端车挡应能承受列车以15 km/h速度撞击的冲击荷载，高架线终端车挡应能承受列车以25 km/h速度撞击的冲击荷载。特殊情况可根据车辆、信号等要求计算确定。”

规范中仅对车挡的类型、允许撞击速度对应的荷载进行了规定，但对车挡占用轨道(线路)长度没有明确的要求，实际设计中车挡占用轨道长度等还需要结合具体的车挡形式尺寸、制动能力及制动部件的配置数量来计算确定。

通常情况下，当撞击速度为25 km/h、制动减速度为1.5 m/s2时，线路预留安装长度建议取25 m；当撞击速度为15 km/h，制动减速度为1.5 m/s2时，线路预留安装长度取15 m。在土建规模及预留条件不受限制的情况下可按上述长度预留，但实际工程往往受制于各种因素，车挡安装长度不能按理想条件预留，这种情况下，使用现有的车挡设备是否能满足列车制动要求需要设计人员进行检算。

采用目前国内城市轨道交通最常用的液压缓冲滑动式车挡，结合具体工况，给出具体算例，为设计人员进行特殊情况下车挡选型和能力校验提供一定的参考和借鉴。

2　液压缓冲滑动式车挡结构特征及工作原理

液压缓冲滑动式车挡是近年来国内轨道交通普遍采用的一种新型车挡(如图1)，其综合了传统的的缓冲滑动式车挡和液压缓冲车挡的优点，利用液压缓冲器和若干对制动摩擦块的缓冲作用消耗失控车辆的动能，从而达到使失控车辆制停的目的。

图1　液压缓冲滑动式车挡

液压缓冲滑动式车挡的工作过程如下：

失控车辆的惯性冲击→撞击头→液压缓冲器(制动)→主体支架(制动)→摩擦块(制动)→失控车辆的制停。

撞击头(如图2)能承受失控车辆巨大的惯性撞击，并将失控车辆的惯性动能传递给液压缓冲器，该装置在承受撞击的同时向后移动，压缩液压缓冲器。

图2　撞击头

液压缓冲器(如图3)为一闭式液压系统，其油缸体内填充有一定压力的氮气及一定量的液压油。氮气与液压油被一活塞分别隔离于两个密闭空间内。由于氮气具有可压缩的特性(空气弹簧)，故而失控车辆撞击液压缓冲挡车器时的缓冲过程显而易见，然后在失控车辆持续作用下液压油从油缸体内的一腔通过阀孔排向另一腔(节流作功)，此时会产生大量的热量。这一过程是液压缓冲挡车器作制动功的过程，即消耗失控车辆惯性动能的过程。液压缓冲器在被压缩的同时，油缸体内的总容积在缩小，氮气的压力在增大，这时的液压缓冲挡车器积聚了大量的压力能，并可通过压力能的自动释放帮助液压缓冲器自动复位至原始工作位。

图3　液压缓冲器

主体支架(如图4)是挡车器的主要部件，其缓冲支座能承受失控车辆的巨大惯性冲击。通过液压缓冲器对失控车辆部分动能的消耗，主体支架通过其钢结构将余下的车辆惯性冲力传递至制动摩擦块。

图4　主体支架

制动摩擦块(如图5)可通过调节调整螺母的预紧力，达到控制摩擦块与钢轨的接触压力，利用摩擦力做功，从而达到消耗失控车辆惯性动能的目的。

图5　制动摩擦块

3　液压缓冲滑动式车挡主要技术参数

(1)额定撞击荷载m

额定撞击荷载根据车型、车辆编组以及是否载客行驶确定，不同工况下均取列车重量计算的最大值。站前折返的正线尽头线及有载客列车行驶的辅助线按列车重载行驶考虑，站后折返及无载客列车行驶的辅助线按列车空载行驶考虑。

(2)允许撞击速度v

《地铁设计规范》明确了地面和地下线终端车挡允许撞击速度为15 km/h，高架线终端车挡允许撞击速度为25 km/h。

(3)制动减速度a

在我国目前相关的设计规范中，对车挡的制动减速度并没有明确规定。根据国外经验，从保护乘客安全角度(重载行驶工况)考虑，车挡的制动减速度不得大于1.5 m/s2；从保护列车设施角度(空载行驶工况)考虑，车挡的制动减速度应小于3～4 m/s2。

(4)液压缓冲器吸收动能Wb

列车撞击荷载通过液压缓冲器做功，将部分撞击动能转化为热能

Wb=wb×Nb

其中：wb为每套液压缓冲器吸收动能/kJ；Nb为液压缓冲器数量。

(5)平均制动力Fsh

车挡所配置的所有制动摩擦块总的制动力。平均制动力应小于由列车撞击荷载和最大制动减速度所确定制动力的最高限值，若平均制动力过大，则对乘客安全或列车设施不利

其中：fsh为每对制动摩擦块的平均制动力/kN；Nsh为制动摩擦块配置对数，有

(6)车挡占用轨道长度L

车挡占用轨道长度为车挡设备本身安装长度、滑移距离、安全距离的总和。车挡设备本身安装长度包括主体架安装长度、制动摩擦块的安装长度以及固定车挡(选配)的安装长度，如图6所示。

图6　液压传冲滑动式车挡占用轨道长度示意

其中Le——主体架安装长度；

S——滑移距离；

Lsh——制动摩擦块的安装长度；

Ls——安全距离，一般取0.1S；

Lf——固定车挡占用长度。

4　液压缓冲滑动式车挡的配置及占用轨道长度计算

液压缓冲滑动式车挡配置及占用轨道长度计算流程如图7所示。

(1)撞击工况参数

允许撞击速度v:15 km/h、25 km/h

额定撞击荷载m见表1。

表1　额定撞击荷载

图7　液压缓冲滑动式车挡配置及最小占用轨道长度计算流程

(2)设备本身的参数

①主体架(含液压缓冲器和主体架下方4对制动摩擦块)长度Le:

2.2 m(允许撞击速度为15 km/h时)，3.2 m(允许撞击速度为25 km/h时)。

②每对制动摩擦块长度lsh：0.2 m。

③固定车挡占用轨道长度Lf：1.5 m。

④液压缓冲器数量Nb：

1套(允许撞击速度为15 km/h时)；

2套(允许撞击速度为25 km/h时)。

⑤每台液压缓冲器吸收动能Wb:224 kJ。

⑥每对摩擦块制动力fsh:50 kN。

(3)制动效果参数

最大制动减速度amax:

1.5 m/s2(重载)；3 m/s2(空载)。

(4)输出参数及结果

输入具体计算工况和选用的设备参数，通过计算，输出液压缓冲滑动式车挡摩擦块的配置数量以及车挡滑移距离，最终确定车挡占用轨道最小长度。

计算结果见表2。

表2　车挡配置及占用轨道长度计算结果

5　结束语

对城市轨道交通最常用的液压缓冲滑动式车挡的结构特征、工作原理及主要技术参数进行介绍，给出液压缓冲滑动式车挡的关键部件配置和轨道预留安装长度的计算流程，并通过计算提出不同工况下液压缓冲滑动式挡车器的配置和最小预留轨道长度的参考值。可为设计人员在特殊情况下进行车挡选型、配置和能力校验提供参考和借鉴。

[1]GB 50157—2013地铁设计规范[S]

[2]DB11/995—2013城市轨道交通工程设计规范[S]

[3]STB/ZH—000001—2010上海城市轨道交通工程技术标准(暂行)[S]

[4]施董燕.城市轨道交通线路挡车器选型及技术参数研究[J].城市轨道交通研究，2012(10)

[5]曾向荣，缪军.城市轨道交通挡车器的应用和发展[J].都市快轨交通，2007，20(1)

[6]刘文武，罗信伟.深圳地铁9号线终端车挡选型[J].都市快轨交通，2013，26(3)

[7]徐正和.地下铁道液压缓冲挡车器的研制[J].铁道标准设计，2003(9)

[8]上海地铁建设公司，上海铁路站场调速中心，上海铁路城市轨道交通设计研究院.地下铁道液压缓冲挡车器研制报告[R].上海：上海地铁建设公司，2003

[9]OLEO International Ltd & TDW， Report DR517: Friction &Friction /hydraulicEnd stopTesting at Wyvern[R]. 2007

[10]张振淼.城市轨道交通车辆[M].北京：中国铁道出版社，1998

[11]刘金朝，王成国.城市轨道车辆防碰撞性研究[J].现代城市轨道交通，2005，2(2)

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年毕业于同济大学交通运输工程学院道路与铁道工程专业，工学硕士，工程师。

1672-7479(2016)02-0107-03

U211.4； U213.42

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