摘要:介绍了国内外列车碰撞标准,并对部分标准进行了概述。
关键词:列车;碰撞;标准
我国的高铁技术日益成熟,独立自主的高铁技术及成熟的运营实践,已经让中国高铁在世界高铁技术领域拥有了一席之地。中国高铁“走出去”已呈现不可阻挡的趋势。目前我国已经与澳大利亚、英国、巴西、俄罗斯、印尼等国家签署了高铁项目合作。在“一带一路”倡议下,我国以高速铁路建设为代表的轨道交通行业快速发展。中国高铁既是一带一路战略的重要内容,更是加快实施战略的重要工具。我国高铁已经陆续出口俄罗斯、印尼乃至欧洲等国家,因此提高列车的碰撞安全保护性能是提高中国高铁竞争力的一个重要举措。
1.国际标准情况
世界上关于列车耐撞性标准主要有英国标准GM/RT2100、欧盟标准EN15227、美国标准CFR49,而法国、日本、德国和韩国对列车事故碰撞场景进行了定义。
2.国内标准情况
中国在近年也发布了TB/T3500-2018《动车组车体耐撞性要求与验证规范》作为列车耐撞性设计与评估规范。此标准设定了5种可能发生的碰撞事故场景,如表1所示,争取在车辆耐撞性指标上引领行业的发展。
表1 碰撞场景分类
3.部分标准简介
英国颁布的《铁路分类标准GM/RT2100》主要内容就是管理生产在英国运营的铁道车辆的耐撞性要求。此标准提出了全新的车辆耐撞性基本原理,当撞击速度不超过40英里/小时(约64km/h)时,冲击动能可以通过每节车车体端部的可控变形来吸收,同时能将车辆的冲击减速度控制在合理的范围内,在碰撞过程中,车辆间的车钩应该沿冲击方向回撤或在一定行程时发生断裂,以便车辆端部能够有序接触变形而吸收冲击动能。
欧盟国家普遍采用EN15227:2008作为列车耐撞性标准,改标准的适用范围很广,基本上涵盖了所有的客车设备类型。其中对于高速列车,车辆设计应满足列车发生相对速度为36km/h的撞击情形,通过车体的能量吸收系统,确保乘客和司机的安全。
美国率先提出了碰撞能量管理的设计思想:通过控制列车碰撞过程中的能量耗散形式,达到保护乘员和司机生存空间、限制乘员和司机室空间冲击减速度的目的。对于时速200km/h以下客车,规定车辆结构应满足静强度要求。对运行速度超过200km/h,要求在碰撞时吸收13MJ的冲击能量,其中司机室端部吸收5MJ能量,机车总共吸收8MJ的能量,其余车辆吸收剩下的5MJ的能量。两节相同的车辆以48km/h的相对速度迎面发生碰撞时,冲击减速度小于8g。
法国未颁布具体的列车耐撞性标准,但是根据曾经发生的事故,定义了两种严重事故的类型:速度在50km/h~70km/h 范围内的正面碰撞和以100km/h以上的速度通过平交道口时与80t公路车辆的碰撞。在高速列车设计时,将车辆两端部设计为可变形的、压皱吸能区,按整列车结构变形吸收20MJ的冲击动能考虑,其中动车吸收8MJ能量,紧靠动车的第一节拖车吸收5MJ能量,其余拖车吸收7MJ能量。
德国对城轨车辆耐撞性设计进行研究,提出了两个安全理念,即车端部变形区与车体集成,吸能元件变形区与防爬器集成组装到车体上,总结了设计评估中的方法有效的解决碰撞安全性:研究了车体以35km/h撞击刚性障碍物时的结构特性,设计要求底架区域的纵梁和横梁需要适当的削弱,保证传递静载的前提下在冲击碰撞中能变形吸能。
韩国高速列车设计为了提高韩国高速列车(KHST)的安全性,韩国铁道研究院在列车前部设计了能量吸收结构,并为KHST防撞设计定义了如下事故场景:
①速度110km/h的列车与15T重的刚性障碍物相撞(与法国SNCF定义的场景类似),要求乘员生存空间无异物侵入及爬车现象,乘客减速度低于5g;
②两列行驶速度为30km/h(相对速度为60km/h)的列车迎面对撞,乘员生存空间无异物侵入,无爬车现象,乘客减速度低于5g。
③两列行驶速度为8km/h(相对速度为16km/h)的列车对撞,乘员生存空间无异物侵入,无爬车现象,乘客减速度低于3g。
日本将列车头车端部分为2个区域设计,一个是诱发变形而吸收能量并因此减小乘员所受减速度的变形区域,另一个是为保证驾乘人员生存空间,尽量减少变形的生存区。一种设想是设计车体前端及驾驶员后方司机室车门位置为变形区,设计司机室瞭望窗及车体中间客室区为生存区。另一设想是司机室瞭望窗部位为变形区,碰撞发生时,驾驶员能随车端高地板一同向后移动到生存区,并没有对车辆的碰撞安全速度做出明确规定。
4.总结
除英国,美国外,中国高铁出口澳大利亚、巴西、俄罗斯、印尼等国家并未颁布明确的标准规定列车碰撞安全速度,经过综合考虑以上国家的不同地域位置,最大化的满足各国对于铁路车辆耐撞性安全指标要求,一般与业主共同确定高速列车应该满足36km/h及以上的碰撞安全速度是其中最重要的工况。综上所述,碰撞安全是高速列车安全的重要指标,在列车设计之初,即应按照相关标准要求进行碰撞吸能系统设计,并进行相应的碰撞仿真与试验评估,保证碰撞事故发生时车体能够保持生存空间的结构完整性,从而确保乘客和司机的安全
参考文献
1.GM/RT2100 Requirements for Rail Vehicle Structures[S].2012.
2.BS 15227:2010 Railway applications-Crashworthiness requirements for railway vehicle bodies[S].2010.
3.49 CFR Part 238-Passenger Equipment Safety Standards[S].2010.
基金项目:国家重点研发计划资助项目(2016YFB200403)
作者简介:张相宁(1982-),男,汉族,工学硕士,高级工程师