CN105258901A - 一种轨道车辆碰撞试验的防护装置和防护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道车辆碰撞试验的防护装置和防护方法，在试验区域内设置高度依次递增的第一级防护装置、第二级防护装置及第三级防护装置，分别对车轮、转向架及车体进行逐级防护。本发明针对轨道车辆的运行特点，设计了高度差不同的防护轨道、防护基、防护围栏三级防护措施，通过该三级防护结构解决了轨道车辆在碰撞试验时存在的安全问题，当碰撞试验时发生跳起、脱轨、皱褶、爬车等响应时，三层防护结构能起到保护人员、厂房、地面测试设备的安全，确保了在室内进行碰撞试验的安全性。

Description

一种轨道车辆碰撞试验的防护装置和防护方法

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆碰撞试验的防护装置和防护方法，属于碰撞动力学试验技术领域。

背景技术

随着我国轨道交通事业的不断发展，尤其是高速动车组在国内的普及，车辆运行安全被越来越多的人们所重视，而车辆运行安全中的车辆碰撞安全性是非常重要的一部分。

现在的轨道车辆碰撞试验大多在野外开阔地带，人口稀疏，即使发生脱轨等危险，由于其地面开阔，无厂房等其它建筑物，因此不具备大的破坏力，但这种方式试验条件和结果受地理和环境影响较大。

为了解决该问题，最好如汽车一样，将车辆碰撞试验设置在室内，但汽车碰撞试验由于质量小，速度小于65km/h，其采用普通的护栏、空心墩即可有效的防止车辆在脱出时产生的碰撞，在室内做汽车碰撞试验是安全的。而轨道车辆在碰撞过程中能量大、速度高，单节车质量达15-80t、速度也达到60-110km/h，而且由于轨道车辆具有轨道导向，单节车辆又长达26m，碰撞时，大质量、高速度的测试车辆可能发生跳起、脱轨、皱褶、爬车等碰撞响应，车轮轮缘可能会骑上走行轨道而导致脱轨，甚至掉线，这样测试车辆会因失去轨道导向作用而失控，进而发生测试车辆撞向厂房等安全事故，因此必须采取必要的防护措施。

现有技术对轨道车辆防脱轨仅仅是在轴箱上安装一套防脱钩装置，但一旦发生大幅度跳跃，还是会将轨道一起拽出并脱离轨道。由于试验室的周边还有其它厂房、道路和建筑物等，如不在室内配置有效的安全防护装置，当发生车辆脱轨冲出的意外时，危险性很大，后果不堪设想，现有碰撞试验中所采用的普通护栏明显不能满足轨道车辆碰撞试验的防护要求。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题，提供了一种整体结构简单，可有效实施防护，确保试验过程安全的轨道车辆碰撞试验的防护装置。

本发明的另一个主要目的在于，提供一种可有效实施防护，确保试验过程安全的轨道车辆碰撞试验的防护方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种轨道车辆碰撞试验的防护装置，包括测试车辆、走行轨道及刚性止挡墙，测试车辆在走行轨道上运行，刚性止挡墙安装在走行轨道的前端，还包括高度依次递增用于对车轮、转向架及车体进行逐级防护的第一级防护装置、第二级防护装置及第三级防护装置。

进一步，所述第一级防护装置为两条与走行轨道并行的防护轨道，所述防护轨道安装在走行轨道的内侧或外侧，所述防护轨道的高度高于走行轨道用于在车轮脱线时阻挡车轮偏转。

进一步，所述走行轨道和防护轨道通过支撑基础固定安装在试验区域的地面上，所述支撑基础包括支承层、道床板、轨枕、支撑钢块及支撑座，所述支承层铺设在地面上，道床板铺设在支承层上，在道床板上设置若干轨枕，在每相邻的两个轨枕之间横向设置支撑钢块，所述走行轨道固定在轨枕和支撑钢块上，所述支撑座焊接固定在所述支撑钢块上，所述防护轨道焊接在所述支撑座上。

进一步，所述第二级防护装置为两个防护基，两个防护基分设在走行轨道的两侧，将走行轨道和测试车辆包围在其中，所述防护基的高度高于所述第一防护装置用于阻挡转向架横向运动。

进一步，所述防护基由厂房地面向下凹陷形成，所述走行轨道和测试车辆安置在所述凹陷区域内。

进一步，所述第三级防护装置为设置在第一防护装置和第二防护装置外围的防护围栏，防护围栏将试验区域同厂房内的其它区域隔离，所述防护围栏的高度高于所述第二防护装置用于阻挡车辆撞向厂房。

进一步，所述防护围栏由若干个防护桩及吸能缓冲件组成，两个防护桩之间通过连接件连接。

进一步，在两个所述防护桩之间还设置有防护网。

本发明的另一个技术方案是：

一种轨道车辆碰撞试验的防护方法，在试验区域内设置高度依次递增的第一级防护装置、第二级防护装置及第三级防护装置，分别对车轮、转向架及车体进行逐级防护。

进一步，具体包括：

当车轮跳起高度低于第一高度H1时，由平行设置在走行轨道旁的防护轨道阻挡车轮发生偏转，抑制车辆脱轨；

当车轮跳起高度高于第一高度H1但低于第二高度H2时，由设置在走行轨道和测试车辆两侧的防护基抑制转向架横向移动，使车辆脱轨后在有限的空间内运动；

当车轮跳起高度高于第二高度H2时，由设置在防护轨和防护基外围的防护围栏阻挡车辆撞向厂房。

综上内容，本发明所述的一种轨道车辆碰撞试验的防护装置和防护方法，针对轨道车辆的运行特点，设计了高度差不同的防护轨、防护基、防护围栏三级防护措施，通过该三级防护结构解决了轨道车辆在碰撞试验时存在的安全问题，当因碰撞试验而发生跳起、脱轨、皱褶、爬车等响应时，三层防护结构能起到保护人员、厂房、地面测试设备安全的作用，确保了在室内进行碰撞试验的安全性。本发明不但整体结构简单合理，而且成本低，做到了“小脱轨”低成本防护、“大脱轨”安全防护。

附图说明

图1是本发明防护装置的结构示意图；

图2是本发明防护装置的断面结构示意图；

图3是本发明走行轨道与防护轨道的安装结构示意图。

如图1至图3所示，试验区域1，走行轨道2，测试车辆3，刚性止挡墙4，防护装置5，防护轨道6，支撑层7，道床板8，防护基9，防护围栏10，防护桩11，连接件12，地面13，凹陷区域14，支撑钢板15，轨枕16，排水坡17，排水通道18，支撑钢块19。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1和图2所示，本发明提供的一种轨道车辆碰撞试验的防护装置，安装在用于进行碰撞试验的厂房内，在厂房内规划出碰撞，在试验区域1内安装走行轨道2，测试车辆3在走行轨道2上运行，走行轨道2采用普通的钢轨，测试车辆3由牵引系统带动运行，牵引系统可以采用由电机驱动的牵引车辆(图中未示出)，牵引车辆同样在走行轨道2上运行。在走行轨道2的前方设置一刚性止挡墙4，刚性止挡墙4固定在厂房地面13上。

其中，测试车辆3可以根据试验需要采用真实的轨道车辆，也可以采用一种简化车辆，简化车辆的结构、编组方式和性能与真实车辆一样，只是在尺寸上按比例缩小。在简化的测试车辆3前端部设置有与其匹配的车钩缓冲装置、压溃管、端部吸能装置等，车体本身与真实车辆一样具有足够的刚度，各车体通过联挂装置连接，在车辆碰撞过程中上述各结构相互配合吸收能量。牵引车辆则安装在测试车辆3的后方，由电机等牵引动力装置驱动，牵引车辆的前端顶靠在测试车辆3的尾部进而带动测试车辆3在走行轨道2上按规定速度运行，并以设定速度撞击前方的刚性止挡墙4，完成碰撞试验。

为了获取更多的试验数据，在刚性止挡墙4的背面安装多个力传感器(图中未示出)，力传感器用来检测测试车辆3撞击刚性止挡墙4时的各点撞击力数据，力传感器的安装位置根据试验要求而定。在试验区域1的上方还可以安装高速摄影采集系统等，对测试车辆3的运行及碰撞过程进行全程录影，用于后期计算位移量、速度和加速度等。

防护装置5沿着试验区域1内走行轨道2延伸设置，在对测试车辆3进行碰撞性能测试时，防护装置5对测试车辆3实现多级防护，以确保试验过程安全。

如图1和图2所示，本实施例中，防护装置5共包括三级防护措施，分别为第一级防护装置、第二级防护装置及第三级防护装置，第一级防护装置、第二级防护装置及第三级防护装置的高度依次递增设置，用以分别对车轮、转向架及车体进行逐级防护。

其中，第一级防护装置为两条与走行轨道2并行设置的防护轨道6，防护轨道6采用普通的钢轨，其结构与走行轨道2相同，但其高度高于走行轨道2，防护轨道6的轨面距离走行轨道2的轨面高度为H1，H1的数值应大于车轮轮缘的高度，两条防护轨道6之间的水平距离为L1,两条走行轨道2之间的水平距离为L2，两条防护轨道6可以同时安装在两条走行轨道2的内侧，也可以同时安装在两条走行轨道2的外侧，即L1可以大于L2，也可以小于L2，本实施例中，优选将两条防护轨道6设置在走行轨道2的内侧，L1和L2之间的差值不宜过大，过大时导致车轮跳出后偏移角度较大的时候防护轨道6才能起作用，应控制L1和L2之间的差值在200mm以内较为合适，以保证在车轮跳起时，无论车轮朝向左右哪个方向偏移，只要车轮跳起高度不高于防护轨道6轨面的高度，防护轨道6都可以别住车轮，进而有效地抑制车轮的偏转，利用防护轨道6发挥轨道导向的作用，阻止车轮脱线。在正常试验时，防护轨道6可以用于走行牵引车辆的驱动装置。

第二级防护装置为两个防护基9，两个防护基9分设在走行轨道2和测试车辆3的两侧，将走行轨道2和测试车辆3包围在其中，防护基9的上表面距离走行轨道2轨面的高度为H2，防护基9的上表面高于防护轨道6的轨面，即H2大于H1，同时防护基9的上表面也要高于测试车辆3转向架的高度，H2的高度确定为小于车轮直径的一半，优选采用为300mm，主要目的是一旦车辆脱出时能够別住车轮而不是別住转向架，因为设计时，防护基9为厂房地面，如果深度高于转向架时，就太深了，左右走动不方便，而300mm高度时能够別住车轮，同样能够起到足够的防护作用。当车轮跳起的高度高于H1时(或者车辆倾覆时)，防护轨道6已无法别住车轮，此时利用两侧的防护基9阻挡转向架横向运动，进而抑制车体横向偏移，使车辆脱轨后在有限的空间内运动。

当车辆脱轨而向一侧偏移时，力量较大，为了更好的起到防护作用，防护基9采用钢筋混凝土结构。施工时可以在厂房的地面13上垒起两个钢筋混凝土结构的防护基9，也可以直接利用厂房的地面，试验区域1内的地面采用具有相当厚度的钢筋混凝土结构，防护基9由厂房的地面13向下凹陷而形成，这样不但可以降低成本，方便施工，还可以避免试验台的高度过高，以降低试验难度。凹陷区域14的底部用于安装走行轨道2和防护轨道6，凹陷区域14的两个侧部即作为防护基9，刚性止挡墙4也固定安装在凹陷区域14前端的底部，除凹陷区域14，其它区域可以作为正常的厂房地面使用。

两个防护基9之间的水平距离为L3，L3的数值大于测试车辆3的车体宽度，但不易过大，限制在标准的车辆限界范围内，使车辆脱轨后在有限的空间内运动。

如图3所示，走行轨道2和防护轨道6通过支撑基础固定安装在凹陷区域14的底部。本实施例中，支撑基础包括支承层7、道床板8、轨枕16、支撑钢块19及支撑座，在凹陷区域14的底部首先铺设一层支承层7，支承层7优选采用水硬性混合料，也可采用低塑性水泥混凝土，道床板8铺设在支承层7上，道床板8采用现场连续浇筑的混凝土结构，在道床板8上设置若干双头式轨枕16，在每两个相邻的双头式轨枕16之间还设置有一横向设置的支撑钢块19，支撑钢块19优选采用槽钢，支撑钢块19在浇筑时预埋在道床板8上，走行轨道2通过扣件固定在轨枕16上，同时走行轨道2的底部也与支撑钢块19焊接连接。

在支撑钢块19上再焊接支撑座，本实施例中，支撑座为整块的支撑钢板15，支撑钢板15的厚度决定了防护轨道6的高度，防护轨道6的底部则焊接固定在支撑钢板15上。

在支承层7的两侧根据排水需要设计成具有一定斜度的排水坡17，相应地在防护基9的下方沿凹陷区域14的底部设置多条排水通道18，排水通道18直通厂房外。

走行轨道2和防护轨道6均安装在混凝土层和钢板上，以满足碰撞试验对轨道精度较高的要求，轨道需要满足现行的时速350km/h高速铁路轨的设计标准，另，由于防护轨道6须安装于普通轨道中间，无法和混凝土层有效连接，故采用焊接在轨道中间铺设的钢板上，在满足轨道精度要求的同时，方便防护轨道6的安装。

第三级防护装置为设置在防护轨道6和走行轨道2外围的防护围栏10，防护围栏10以前端的刚性止挡墙4为起点向两侧纵向延伸设置，将试验区域1同厂房内的其它区域隔离。防护围栏10的最高点距离走行轨道2轨面的高度为H3，防护围栏10的高度高于防护基9的高度，即H3大于H2，防护围栏10的高度须大于车体高度的一半，优选为车体高度的70％左右。由于防护基9直接利用厂房地面13，防护围栏10也直接安装在厂房地面13上。防护围栏10起到最后的防护作用，当第一级防护和第二级防护都没有阻止测试车辆3翻转偏移时，防护围栏10可以防止翻转的测试车辆3或飞出的部件撞向厂房，避免发生严重事故。

本实施例中，防护围栏10由若干个防护桩11及吸能缓冲件(图中未示出)组成，防护桩11由钢管+混凝土组成，其底部插入地面13内部安装，在防护桩11上安装吸能缓冲件，吸能缓冲件可以采用橡胶轮胎等，两个防护桩11之间通过连接件12连接，连接件12也起到一定的阻挡作用，连接件12可以采用工字钢，工字钢的两端通过螺栓固定在防护桩11上。

为了进一步提高防护能力，在两个防护桩11之间再设置有一层或多层防护网(图中未示出)，防护网由钢丝绳或复合材料网组成。防护桩11用于阻挡翻转冲出的车辆，而防护网则可用于阻挡脱落的小部件飞出试验区域1。

下面详细描述试验防护过程：

当开始试验时，测试车辆3和牵引车辆放置于走行轨道2上，测试车辆3和牵引车辆在走行轨道2上运行，调试高速摄影采集系统的照射位置，同时启动驱动电机，驱动牵引车辆运行，牵引车辆沿走行轨道2向测试车辆3方向加速运动，牵引车辆的前端顶靠在测试车辆3的尾部进而带动测试车辆3在走行轨道2上按规定速度运行，在测试车辆3达到规定速度后，驱动电机停止运转，牵引车辆减速脱离测试车辆3，测试车辆3以规定速度撞击前端的刚性止挡墙4，高速摄影采集系统全程录影，用于后期对试验过程进行统计分析。

测试车辆3在碰撞前或者碰撞后，如果车轮跳起高度低于第一高度H1时，由防护轨道6别住车轮，进而有效地抑制车轮的偏转，利用防护轨道6发挥轨道导向的作用，阻止车轮脱线，以减小测试车辆3对走行轨道2、防护轨道6和防护基9的损坏，实现对测试车辆3的第一级防护。

如果车轮跳起高度高于第一高度H1但低于第二高度H2时，防护轨道6已无法别住车轮，车辆就会脱出轨道运行，第一级防护装置不再起作用，此时，由防护基9进行第二级的防护，两侧的防护基9可以抑制转向架横向移动，使车辆脱轨后在有限的空间内运动，以减小对厂房地面13的损坏。

如果车轮跳起高度高于第二高度H2时，测试车辆3会发生翻车，并冲出厂房地面的凹陷区域14而滑向防护基9上方的地面13，此时，利用防护围栏10做最后的防护，防护围栏10中的防护桩11用于阻挡翻转冲出的测试车辆3撞向厂房，防护网用于阻挡脱落的小部件飞出。

该防护装置和防护方法针对轨道车辆的运行特点，设计了高度差不同的防护轨道6、防护基9、防护围栏10三级防护措施，通过该三级防护结构解决了轨道车辆在碰撞试验时存在的安全问题，当碰撞试验时发生跳起、脱轨、皱褶、爬车等响应时，三层防护结构能起到保护人员、厂房、地面测试设备的安全，确保了在室内进行碰撞试验的安全性，而且，三级防护可以在车轮跳起高度不高时，对防护基9、地面13进行保护，降低试验成本。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本是发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种轨道车辆碰撞试验的防护装置，包括测试车辆、走行轨道及刚性止挡墙，测试车辆在走行轨道上运行，刚性止挡墙安装在走行轨道的前端，其特征在于：还包括高度依次递增用于对车轮、转向架及车体进行逐级防护的第一级防护装置、第二级防护装置及第三级防护装置。

2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆碰撞试验的防护装置，其特征在于：所述第一级防护装置为两条与走行轨道并行的防护轨道，所述防护轨道安装在走行轨道的内侧或外侧，所述防护轨道的高度高于走行轨道用于在车轮脱线时阻挡车轮偏转。

3.根据权利要求2所述的一种轨道车辆碰撞试验的防护装置，其特征在于：所述走行轨道和防护轨道通过支撑基础固定安装在试验区域的地面上，所述支撑基础包括支承层、道床板、轨枕、支撑钢块及支撑座，所述支承层铺设在地面上，道床板铺设在支承层上，在道床板上设置若干轨枕，在每相邻的两个轨枕之间横向设置支撑钢块，所述走行轨道固定在轨枕和支撑钢块上，所述支撑座焊接固定在所述支撑钢块上，所述防护轨道焊接在所述支撑座上。

4.根据权利要求1所述的一种轨道车辆碰撞试验的防护装置，其特征在于：所述第二级防护装置为两个防护基，两个防护基分设在走行轨道的两侧，将走行轨道和测试车辆包围在其中，所述防护基的高度高于所述第一防护装置用于阻挡转向架横向运动。

5.根据权利要求4所述的一种轨道车辆碰撞试验的防护装置，其特征在于：所述防护基由厂房地面向下凹陷形成，所述走行轨道和测试车辆安置在所述凹陷区域内。

6.根据权利要求1所述的一种轨道车辆碰撞试验的防护装置，其特征在于：所述第三级防护装置为设置在第一防护装置和第二防护装置外围的防护围栏，防护围栏将试验区域同厂房内的其它区域隔离，所述防护围栏的高度高于所述第二防护装置用于阻挡车辆撞向厂房。

7.根据权利要求6所述的一种轨道车辆碰撞试验的防护装置，其特征在于：所述防护围栏由若干个防护桩及吸能缓冲件组成，两个防护桩之间通过连接件连接。

8.根据权利要求7所述的一种轨道车辆碰撞试验的防护装置，其特征在于：在两个所述防护桩之间还设置有防护网。

9.一种轨道车辆碰撞试验的防护方法，其特征在于：在试验区域内设置高度依次递增的第一级防护装置、第二级防护装置及第三级防护装置，分别对车轮、转向架及车体进行逐级防护。

10.根据权利要求9所述的轨道车辆碰撞试验的防护方法，其特征在于，具体包括：

当车轮跳起高度低于第一高度H1时，由平行设置在走行轨道旁的防护轨道阻挡车轮发生偏转，抑制车辆脱轨；

当车轮跳起高度高于第一高度H1但低于第二高度H2时，由设置在走行轨道和测试车辆两侧的防护基抑制转向架横向移动，使车辆脱轨后在有限的空间内运动；

当车轮跳起高度高于第二高度H2时，由设置在防护轨和防护基外围的防护围栏阻挡车辆撞向厂房。