王旭东
()北京交通大学机电学院 , 北京 100044
考虑安全性和经济性 , 提出我国地铁车体的垂向载荷和纵向力的建议值 。
关键词 地铁车辆 , 车体结构 , 垂向载荷 , 纵向力
中图分类号 : U271192132 文献标志码 : A
1 前言 1993 年制造的北京地铁 1 号线 DK鼓形地铁车 从 20车体结构是地铁车辆重要的受力部件 , 它的承载 开始 , 超员按每平方米站立 8 人计算 。 能力与自重对车辆的安全 、能耗等性能有重要的影响 。 () 2伊朗德黑兰地铁车 目前 , 我国尚没有制订地铁车辆车体强度规范 , 各城 1997,1999 年长春客车厂向伊朗德黑兰出口了地
这就 市建设地铁时要求的车体强度载荷值也不统一 , 铁车 。车体设计时执行日本 J IS E 7105 标准 , 纵向力 增加 造成了车体及配件种类多 , 且不能互换的问题 , 为490 kN , 车辆载重超员按每平方米站立 10 人来计算 , 了车辆制造与使用的成本 , 不利于地铁车辆的标准化 、
由于伊朗人体重较大 , 故每个人按 70 kg 来考虑 。 系列 化 。笔 者 参 加 了 GB7928 《地 铁 车 辆 通 用 技 术 条
() 3近些年新造的地铁车 件》的修订工作 , 该标准中增加了车体纵向力和垂向
近些年 , 我国许多新建或续建地铁的城市虽然仍 载荷值的内容 , 但 是 GB7928 是 一 个 推 荐 性 的 通 用 标
选择 B 型车 , 但受上海 、广州 A 型车的影响 , 车体纵 准 , 不可能对车体强度计算载荷 、试验载荷等内容作
向压缩力都取得比较大 。例如武汉轨道交通 1 线车体 全面 、细致的规定 。因此 , 应尽快制定我国地铁车辆
纵向压缩力取 980 kN , 天津滨海快轨线车辆取 800 kN 。 车体强度规范 。本文对垂向总载荷和纵向力进行了探
上述车辆载重超员人数按每平方米站立 9 人计算 。北 讨 , 为制定强度规范提供参考 。
京地铁八通线 、新的天津地铁 1 号线车体纵向压缩力 2 我国地铁车车体载荷值的现状
分别为 490 kN 和 500 kN , 车辆载重超员人数按每平方 目前 , 我 国 地 铁 车 辆 按 照 外 形 尺 寸 分 母亲节 鲜花为 A 型 车
米站立催款函格式 8 人计算 。 (( ) 车体长约 22 m , 车辆最大宽度 3 m和 B 型车 车体 纵向力/ kN 车体载重/ kg 冲击速 联挂速 压缩 拉伸 强度规范超员人 乘客质 3 表 1 我国主要地铁车车体强度载荷值 度/ km 度 / 地铁线 车型 ) 长 19 m , 车辆最大宽度 218 m。表 1 列出了我国制造 3 ()/ kg参照 量 数 / 人 - 1 - 1 ?h kmh? - 1- 2 人? m? 与使用的 A 、B 型车车体强度载荷值 。从表 1 中可以 北京 1 、2 号线 定员的 B 245 147 3 - 60 TB1335 平壤地铁 天看出各城市的地铁车体强度载荷值差别较大 。 115 倍 津地铁
211 A 型地铁车 (北京 1 号线 DK20 TB 1335 、 )车 B 245 147 3 - 8 60 J IS E7105 目前 ,
上海 、广州的 A 型地铁车车体纵向压缩力 北 京 复 八 线 、13 号线 B 800 640 3 12 9 60 J IS E7105 与我国铁路客车的纵向压缩力相当 , 高达 1 200 kN 。车 天津滨海快轨线 B 500 400 5 15 8 60 J IS E7105 新天津 1 号线 北B 490 - 5 5 8 60 J IS E7105 辆载重按每平方米站立 9 人计算 。车体设计时执行德 京八通线 德黑兰 B 490 - 5 - 10 70 J IS E7105 国标准 VDV - 152《符合 BOStrab 用于公共交通轨道车 1 、2 号线 A 1 200 - 3 15 9 60 VDV152 上海 1 、2 号线 辆结构要求》。 广州 1 号线 VDV152 、 A 1 200 980 3 15 9 60 广州 2 号线 EN12663 212 B 型地铁车 武汉 轨 道 交 通 1 J IS E7105 、 ?24 kJ B 1 000 760 3 9 60 号线 EN12663 () 1早期的北京 、平壤和天津地铁车 车体设计时注 : 3 冲击速度指缓冲器吸收能量所允许的最大冲击速度 , 大于该速度司机室底 架变形吸能 。 参照执行 TB 1335《铁道车辆强度计算
表 2 国内外车体强度规范对照表 3 国内外铁道车辆车体强度规范的比较分析
中国 日本 欧洲 德国 VDV152 日本和欧洲的地铁车辆制造技术比较发达 , 他们
BOStrab 符 合 TB 1335 - 1996 J IS E 7105 - 铁EN12663 适用的车体强度规范均被我国地铁车辆的设计 、运用部门 用于公共交通 于铁道车郭品超图片 辆车道车辆强度计 1989 算及试验鉴轨
道车辆结构 体结构要 求 定规 铁道车辆强度 范 试验方法 要求 使用 。表 2 中列出了在我国设计 、试验中较常用的 4 / 市 座椅数 ×750 持 定 期 票[市郊客车 : : 地铁车 郊的 : 座椅数 + 有效面积 × [ 座 椅 数 + 有 [ 座 椅 数 + 有 垂 垂直静 个标准 。由表 2 可见 : ?日本车体强度规范载荷值最 + 有效面积 × 7 ] × 效面 积 ×10 ] 5 000 + 司机 × 效面积 ×载荷 5,10 ×70 kg 65 kg + 车体自 ×60 kg + 车体 800 + 车体自 直 低 , 并且该规范直接使用材料的屈服强度作为许用应 + 车体自重 自重 重 重 总 二 系 为 钢 弹 013 二系为空垂向动 力 ; ?欧洲的车体强度规范纵向力要高得多 , 相当于 013 查表格 一般取 簧 :013 二系为气弹 簧 :012 载荷系 载 空气弹 簧 :011 数 日本的 2 倍 , 所 以 欧 洲 的 地 铁 车 、客 车 的 安 全 性 好 , 荷 σ σσ 快乐男生 张杰σ s ss s许 用 应 客车 : 115 1115 1125 力 但车体的自重大 ; ?我国铁路行业标准的纵向力数值 P 客车 1 500 ?仅提供计算公 压缩力 客车 :1 180 地铁车 :490 客式 P 地 铁 车 : ? 介于二者之间 , 但由于许用应力的安全系数达到 115 , 车及新干线 客800 车 :980 P 轻 型 地 铁 ?因此折算纵向力达到 1 770 kN , 比欧洲标准还要高 。 车 :400 纵 垂向总载荷包括两部分 : 垂向静载荷和垂向动载 - - :980 客车 拉伸力 - 4 垂向总载荷的分析 向 σ s许 用 应 σ 荷 。 σσs ss客车 : 1115 力 115力 P 客车 1 725 411 垂向静载荷 ?地铁车 :490 折 算 压 客车 :1 770 P 地 铁 车 :新 干 线 客 车 : ? 3缩力 地铁车辆的垂向静载荷由车体自重 、车辆载
重组 - 980 920 P 轻 型 地 铁 ?成 。地铁车辆载重的计算中 , 每个人质量按 60 kg 计算 车 :460 注 : 3 折算压缩力为压缩力乘以许用应力中的安全系数 。 已经形成共识 , 主要争议在于每平方米站立的人数按 5 纵向力的分析
几人算 ? 由表 1 和表 2 可见日本按 10 人算 , 我国 A 、 列车在起动 、制动和牵引力骤变过程中以及车辆
() B 型车和伊朗德黑兰地铁车 B 型车分别按 9 、8 人 联挂冲击过程中 , 车辆之间都会 产 生 较 大 的 纵 向 力 。
() 或 9 人和 10 人计算 。为了统一购车合同中车辆载 纵向力通过车钩缓冲装置作用在车体底架牵 引 梁 上 , 客能力和强度设计中垂直载荷的计算 , 建议我国车辆
使车体产生偏心压缩或拉伸变形 。缓冲器可延长冲击 载重按每平方米 9 人计算 。
力增长的时间 , 从而降低冲击力的峰值 , 故缓冲器的 412 垂向动载荷
性能对纵向力有很大影响 。目前 , 世界各国以及我国 在日本标准中 , 二系为空气弹簧时垂向动荷系数
各型地铁车辆的设计中 , 对纵向力取值差异较大 , 见 按 011 取值 , 为钢弹簧时垂向动荷系数取 013 ; 在欧洲
表 1 和表 5 。下面通过对缓冲器容量计算与德国标准 标准中 , 一般取 013 , 二 系最新娱乐新闻tom 为 空 气 弹 簧 时 垂 向 动 荷 系
提供的纵向力计算方法 , 来探讨纵向力的合理取值 。 数取 012 。我国早期生产的北京 、平壤和天津地铁车 ,
511 地铁车最大纵向力发生在冲击工况 二系为空气弹 簧 时 , 垂 向 动 荷 系 数 取 011 , 这 些 车 经
目前 , 各城市的地铁车辆招标文件中 , 一般都标 过了多年的使用 , 车体强度经受住了考验手提电脑散热器 。因此建议
明车体纵向压缩载荷值 、联挂速度 、能量吸收 , 即 1 垂向动荷系数的取值参照日本标准 , 即二系为空气弹 簧时垂向动荷系数按 011 取值 , 为钢弹簧时垂向动荷 列空载状态列车以一定的速度与另 1 列处于停放制动 系数取 013 状态的列车冲击时 , 车钩缓冲装置能有效吸收
的碰撞 413 垂向载荷的许用应力 许用应力为材料的屈服极
能量 。上述 3 项要求之间存在着关联性 。地铁列车由 限除以安全系数 。安全
若干全动车或若干动车与拖车联挂而成 。一般采用固 系数的取值对于车体强度至关重要 。由表 2 可见在德
定编组 , 车辆之间分解 、联挂的次数较少 。头车采用 国标准中 , 实际上每平方米按 815 人计算 , 安全系数
全自动或半自动密接式车钩 , 以便于与其它列车实现 取 1125 ; 日本标准中 , 每平方米按 10 人计算 , 安全系
联挂 ; 车辆之间往往采用半永久牵引杆相连 。 数取 1 。我国城市交通拥挤的状况与日本相似 , 如果
车辆动力学的研究认为 : “两列车冲击时最大纵向 每平方米取 9 人 、动荷系数参照日本标准 , 建议安全
力产生于直接冲击的两辆车之间的车钩缓冲 装 置 中 , , ”。地铁列车发生冲击时有两种情况 ?车 系数 取 113 , 这 样 车 体 强 度 要 求 略 高 于 日 本 、德 国 ,
辆联挂时 , 列车分解后的再次联挂 ; 救援时 , 1 列救 而目前 , 大容量的地铁缓冲器的容量一般也低于30 kJ 。 援空车与 1 列超员的事故列车之间的联挂冲击 ; ?事 考虑到地铁车辆联挂速度是可控制的 , 建议仍维持目
前的 3,5 km/ h 的联挂速度 。 故状态时列车之间的冲击 , 在车辆段内调车时 , 容易
513 车体纵向力值的计算 发生 1 列空载状态列车以一定的速度与另 1 列处于停
德国标准 VDV152 提供了车辆冲击时纵向力 F xend放制动状态列车的碰撞冲击 , 一般称为事故状态 。由
的计算方法 , 以及由此可求出车体强度的纵向力 F。 xwk 于前者的速度是可以控制的 , 当以较小的速度联挂时 , 对于两列型号相同的空车 , 当 1 列车向另 1 列处于停 纵向力值较小 ; 事故状态时的冲击速度是难于控制的 , 放制动状态的列车冲击时计算公式如下
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