《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第四部分裝備《高速列車被動(dòng)安全系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》

本期項(xiàng)目簡(jiǎn)介

完成單位: 中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司、 中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司、 中南大學(xué)、西南交通大學(xué)、 中車研究院、 中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司、 中車唐山機(jī)車車輛有限公司

主要完成人: 王軍、 丁叁叁、 李福、 田愛(ài)琴、 陳大偉、 田洪雷、 趙士忠、 李剛、 張志強(qiáng)、李寧、 許平、 陽(yáng)光武、 車全偉、 于洋洋、 劉彬、王暉、 張永貴、 白夜、 田寅、 彭勇、 朱濤、 張義超、 齊洪峰、 李本懷、 高峰

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

(一) 項(xiàng)目背景

2011 年 “7·23冶 事故以來(lái), 高速列車被動(dòng)安全受到業(yè)界高度關(guān)注, 提升高速列車被動(dòng)安全性能, 解決車輛安全性和效能的矛盾是亟須攻克的技術(shù)難題。本項(xiàng)目從碰撞機(jī)理、 過(guò)程響應(yīng)、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 仿真優(yōu)化、 試驗(yàn)驗(yàn)證等方面進(jìn)行高速列車被動(dòng)安全系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究, 探明列車級(jí)碰撞保護(hù)性能有效性、 界面穩(wěn)定性及碰撞全過(guò)程機(jī)理,提出高速列車耐撞性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn), 搭建我國(guó)高速列車被動(dòng)安全技術(shù)設(shè)計(jì)及評(píng)估體系, 研制新型端部吸能系統(tǒng), 以解決大長(zhǎng)細(xì)比、 流線化細(xì)長(zhǎng)頭型高速列車碰撞被動(dòng)安全工程化設(shè)計(jì)問(wèn)題, 最大限度吸收列車碰撞時(shí)的沖擊動(dòng)能, 降低碰撞作用力,保護(hù)乘員安全。

(二) 技術(shù)概況

1. 主要內(nèi)容

(1) 開(kāi)展碰撞標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研及既有高速列車碰撞響應(yīng)特性研究, 梳理高速列車被動(dòng)安全關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題, 提出應(yīng)對(duì)策略, 針對(duì) “7·23冶 事故進(jìn)行理論研究, 為耐沖擊車體設(shè)計(jì)指明研究方向。

(2) 開(kāi)展兼顧空氣動(dòng)力學(xué)、 結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)要求的流線化細(xì)長(zhǎng)頭型高速列車前端碰撞被動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)研制, 實(shí)現(xiàn) “結(jié)構(gòu)承載+碰撞吸能+模塊安裝冶 的一體化設(shè)計(jì), 通過(guò)仿真優(yōu)化與 “材料-零件-部件整車-列車冶 試驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行評(píng)估。

(3) 提出高速列車耐撞性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn), 建立參數(shù)化驅(qū)動(dòng)的三維可視列車車輛-軌道耦合多體碰撞仿真平臺(tái), 構(gòu)建列車級(jí)碰撞試驗(yàn)評(píng)估系統(tǒng), 搭建我國(guó)高速列車被動(dòng)安全技術(shù)設(shè)計(jì)及評(píng)估體系, 促進(jìn)我國(guó)高速列車被動(dòng)安全裝備產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

2. 研究成果

獲得授權(quán)發(fā)明專利 25 項(xiàng), 實(shí)用新型專利 5 項(xiàng),發(fā)表論文 32 篇, 制定標(biāo)準(zhǔn) 5 項(xiàng)。其中, 《一種軌道車輛前端吸能裝置》 獲得第二十屆中國(guó)專利金獎(jiǎng)。

(三) 適用范圍

截至 2020 年 12 月, 已經(jīng)累計(jì)交付復(fù)興號(hào)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組 206 列。該被動(dòng)安全防護(hù)系統(tǒng)以其良好的結(jié)構(gòu)承載性、 耐撞性及穩(wěn)定性, 有效提升了復(fù)興號(hào)動(dòng)車組的運(yùn)營(yíng)安全性能, 提升了中國(guó)高速列車國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力, 具有廣闊的應(yīng)用前景。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

(1) 提出了高速列車系統(tǒng)能量管理、 剛度梯度匹配、 包覆工況下吸能承載安裝一體化的設(shè)計(jì)理念, 研制了具有梯級(jí)剛度匹配、 分級(jí)強(qiáng)導(dǎo)向、高效吸能結(jié)構(gòu)、 模塊化安裝特點(diǎn)的自主原創(chuàng)高速列車端部吸能系統(tǒng), 成功應(yīng)用于 CR400AF 型動(dòng)車組平臺(tái)。

(2) 搭建被動(dòng)安全性能試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái), 完善高速列車被動(dòng)安全性能評(píng)估體系。建設(shè)軌道車輛碰撞試驗(yàn)臺(tái), 最大碰撞能量 13MJ, 最大耐受沖擊力 8000t, 控制精度依0郾 5km / h。完成時(shí)速 76 公里高速列車整車對(duì)撞試驗(yàn)。

(3) 研發(fā)了列車車輛—軌道耦合的三維多體碰撞仿真平臺(tái), 實(shí)現(xiàn)了計(jì)算模型參數(shù)化驅(qū)動(dòng)、 高精度快速計(jì)算、 關(guān)鍵參數(shù)快速評(píng)估, 解決了求解效率與計(jì)算精度間矛盾的工程化設(shè)計(jì)需求。

(4) 高速動(dòng)車組碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)發(fā)展我國(guó)動(dòng)車組耐沖擊吸能載人安全車體的需求制定的,此標(biāo)準(zhǔn)有利于保障行車安全, 為列車上的乘員提供被動(dòng)安全保護(hù), 以減輕列車碰撞事故造成的損失, 并具備多項(xiàng)創(chuàng)新點(diǎn)。

同類項(xiàng)目比較

(1) 項(xiàng)目研制的高速列車被動(dòng)安全前端吸能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)界面接觸穩(wěn)定、 形變有序, 司機(jī)室和車體生存空間垂向/ 縱向變形量、 加速度、 抬升量等主要指標(biāo)明顯優(yōu)于 EN15227 規(guī)定, 具體指標(biāo)見(jiàn)表 1。

(2) 首創(chuàng) “防撞吸能+結(jié)構(gòu)承載+模塊安裝冶一體化整體式高速列車前端吸能系統(tǒng), 適應(yīng)頭型長(zhǎng)細(xì)比優(yōu)于法國(guó)與德國(guó)。具體指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表 2。

應(yīng)用案例

截至 2020 年 12 月, 已經(jīng)累計(jì)交付復(fù)興號(hào)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組 206 列。圖 1 和圖 2 為復(fù)興號(hào)動(dòng)車組配屬部分鐵路集團(tuán)公司的情況。

社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

(一) 經(jīng)濟(jì)效益

截至 2020 年 12 月, 已經(jīng)累計(jì)交付動(dòng)車組 206列, 被動(dòng)安全防護(hù)系統(tǒng)新增銷售額 5. 03 億。已累計(jì)完成用于評(píng)估軌道車輛各零部件、 司機(jī)室及整車碰撞被動(dòng)安全性能的試驗(yàn)委托 13 項(xiàng),節(jié)省科研費(fèi)用支出 1632. 5 萬(wàn)元。項(xiàng)目成果合計(jì)產(chǎn)生的綜合經(jīng)濟(jì)效益共 5. 19 億元, 共產(chǎn)生利潤(rùn) 5191. 42 萬(wàn)元; 新增稅收 2076. 57萬(wàn)元。

(二) 社會(huì)效益

(1) 提高列車被動(dòng)防護(hù)速度, 完善高鐵研發(fā)平臺(tái)與標(biāo)準(zhǔn)體系, 提升系統(tǒng)創(chuàng)新能力。

(2) 最大限度地吸收列車碰撞時(shí)沖擊動(dòng)能,降低碰撞作用力, 降低碰撞事故中的人員財(cái)產(chǎn)損失的風(fēng)險(xiǎn)。

(3) 項(xiàng)目取得的成果成功解決了我國(guó)高速列車核心關(guān)鍵技術(shù)難題, 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品升級(jí)。填補(bǔ)了我國(guó)在高速動(dòng)車組耐撞性領(lǐng)域的研究空白, 占領(lǐng)高速列車的技術(shù)制高點(diǎn), 開(kāi)拓了國(guó)際市場(chǎng)。