胡連軍，李忠繼，林紅松，楊吉忠

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031)

擋車器作為軌道交通中的安全防護(hù)設(shè)備[1]，避免列車意外失控時沖出線路，防止人員傷害及車輛和其他設(shè)施損壞。作為一種新興制式的軌道交通，許多技術(shù)仍處于研究階段[2]，國內(nèi)外尚無關(guān)于懸掛式單軌列車擋車器的相關(guān)文獻(xiàn)。目前，有關(guān)懸掛式單軌交通系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)正在制定，而《地鐵設(shè)計規(guī)范》與《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》僅明確了車擋的速度要求[3]，但是在工程設(shè)計中，仍需考慮其他多種因素及技術(shù)參數(shù)。

隨著城市軌道交通的發(fā)展，懸掛式單軌交通系統(tǒng)的興起，對擋車器的設(shè)置及結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了許多新的需求。與傳統(tǒng)軌道交通制式不同，懸掛式單軌交通的走行部位于列車上方，列車懸掛于軌道梁下方運行[4]。由于采用懸掛式構(gòu)造，全線采用高架形式，因此對軌道梁終端的安全防護(hù)要求更高。同時，基于列車運行速度.軸重.編組等因素，還需考慮擋車器的主要設(shè)計參數(shù)及線路預(yù)留長度[5]。

1 擋車器的設(shè)計原則

1.1 足夠的制動能力

擋車器應(yīng)該具有足夠的制動能力，保證被列車車鉤撞擊之后安全平穩(wěn)停止[6]。最大制動能力應(yīng)大于車輛撞擊動能E=mv2/2。考慮失控車輛的速度不確定性.車重的增加及自然氣候等不利因素，兼顧擋車器螺栓的強(qiáng)度.撞擊強(qiáng)度及擋車器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等許可條件，考慮一定的安全系數(shù)1.3，條件惡劣的情況下，甚至取2.0。

1.2 合理的緩沖吸振

合理的緩沖吸振裝置，能夠吸收車輛的動能，把對車輛的反作用力限定在一定范圍內(nèi)。對于撞擊速度高.撞擊動能大的線路，常采用摩擦式或者液壓式擋車器，通過摩擦力或者黏質(zhì)液體來吸收撞擊能量[7]。固定式擋車器緩沖吸振能力非常有限，一般用于庫內(nèi)線等列車速度非常低的場合[8]。近年來還出現(xiàn)有彈性膠泥緩沖器.液氣擋車器等[9]。

1.3 安裝方便.易于維護(hù)

不同于傳統(tǒng)軌道交通，懸掛式單軌交通系統(tǒng)在軌道梁內(nèi)行駛，安裝.維護(hù).作業(yè)空間受到極大限制。因此，懸掛式單軌交通的擋車器應(yīng)便于安裝.易于更換.安全可靠，維護(hù)工作量少等。

1.4 美觀性好

懸掛式單軌交通通常采用高架形式敷設(shè)，很容易進(jìn)入人們的視線范圍。因此在設(shè)計時需注重美觀性，融入道路景觀.城市綜合設(shè)計等，可進(jìn)行“植物擋車器”[10]的創(chuàng)新性研究，減小擋車器對城市的消極影響。

2 懸掛式單軌擋車器主要設(shè)計參數(shù)

與大多數(shù)軌道交通制式類似，擋車器的設(shè)計既要保證車輛運行故障后的安全，又要考慮經(jīng)濟(jì)性，主要技術(shù)參數(shù)如下。

(1)撞擊荷載：根據(jù)線路使用功能(如站前折返線.站后折返線.停車線)可分為重載和空載。

(2)撞擊速度：車輛失控時撞擊擋車器的速度?！冻鞘熊壍澜煌夹g(shù)規(guī)范》規(guī)定：設(shè)在正線.折返線和車輛試車線的車擋應(yīng)能承受列車以15 km/h速度撞擊時的沖擊荷載。日本規(guī)范《單軌構(gòu)造設(shè)計指南》[11]：列車有自動停止裝置，且車輛的調(diào)換.入庫等原因速度非常低，僅為3～4 km/h?？紤]我國國情及懸掛式單軌車輛構(gòu)造，正線.折返線及試車線建議采用15 km/h為額定撞擊速度，車輛段庫內(nèi)線采用5 km/h為額定撞擊速度。

(3)制動減速度：目前我國設(shè)計規(guī)范對擋車器制動減速度沒有規(guī)定。結(jié)合國內(nèi)外運營經(jīng)驗，為保護(hù)乘客安全，擋車器的制動減速度一般不得大于1.5 m/s2；為保護(hù)列車設(shè)施，制動減速度值一般應(yīng)小于3～4 m/s2。

(4)線路預(yù)留安裝長度：由于使用工況和擋車器產(chǎn)品的多樣性，規(guī)范或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并沒有規(guī)定線路預(yù)留安裝長度，但是在設(shè)計過程中，需考慮擋車器長度.運行工況等。

①固定式擋車器，線路預(yù)留長度為擋車器實際長度。

②對于滑移式擋車器.滑移液壓緩沖式擋車器，線路預(yù)留最小安裝長度=設(shè)備占用線路長度+最短滑移距離+安全距離。其中，最短滑移距離Smin=v2/2a，a為車輛的減加速度。

(5)車體撞擊點：為有效保護(hù)車輛，將車鉤作為車輛與擋車器的撞擊點[12]，設(shè)計時需考慮撞擊點的高度。

3 主要結(jié)構(gòu)形式

由于懸掛式單軌交通形式在我國處于起步階段，市場上的產(chǎn)品相對較少，因此，可以創(chuàng)新設(shè)計的地方較多。從滿足阻擋列車脫線.保證安全的功能角度出發(fā)，與傳統(tǒng)軌道擋車器類似，懸掛式單軌擋車器主要由支撐單元(框架結(jié)構(gòu))和制動單元組成，按照支撐單元的可動與否，常分為固定式與滑移式兩種。區(qū)別于傳統(tǒng)軌道擋車器，懸掛式單軌擋車器在實現(xiàn)形式可以多種多樣。

3.1 固定式擋車器

固定式擋車器(圖1)最顯著的特點在于支撐單元直接固定在軌道梁上，為便于安裝拆卸，通常采用螺栓連接[13]。

圖1 固定式擋車器示意

擋車器的制動單元主要用于阻擋車輛的前進(jìn)，由緩沖頭和緩沖部件組成，可以有多種形式。緩沖頭一般為橡膠平板，為保證穩(wěn)定性，常在其下方或者旁邊加裝導(dǎo)向連桿?？紤]懸掛式單軌列車具有擺動效果，特別在橫風(fēng)作用下，為保證車鉤與緩沖頭位置對齊，采用引導(dǎo)式開口緩沖頭(圖2)[14]。

圖2 引導(dǎo)式緩沖頭

對于緩沖部件，常用的有液壓緩沖器.彈簧減振器和橡膠緩沖器等，具有存儲.耗散機(jī)械能量的功能，同時能夠恢復(fù)到原有工作狀態(tài)。近年來，彈性膠泥緩沖器(圖3)受到熱捧，其具有容量大.阻抗力小.結(jié)構(gòu)簡單.性能穩(wěn)定等優(yōu)點(圖4)[15]。該種擋車器的緩沖吸振能力較好，可用于正線及配線等，但其滑動距離較短，參考地鐵制式，常用于車輛段庫內(nèi)線。

圖3 彈性膠泥緩沖器原理

圖4 彈性膠泥緩沖器力-位移曲線

3.2 滑移式擋車器

借鑒傳統(tǒng)地鐵滑移式擋車器，懸掛式單軌列車擋車器在機(jī)架上方安裝制動摩擦單元，特點在于通過在軌道梁腹板上用螺栓連接角鋼，倒置安裝摩擦軌，利用阻尼器與摩擦軌之間的摩擦阻力來消耗失控車輛的動能[16]。為進(jìn)一步降低擋車器對車輛的影響，可以考慮在主體架下方安裝液壓緩沖結(jié)構(gòu)[17](圖5)?；剖綋踯嚻饕云潆p重減振的優(yōu)勢，可用于正線及配線.試車線.牽出線的終端。

圖5 滑移式液壓緩沖式擋車器示意

3.3 新型擋車器

(1)雙緩沖器懸掛式擋車器

如圖6所示，雙緩沖器懸掛式擋車器[18]通過兩個緩沖器對列車起到緩沖和吸引沖擊能量的作用。第一緩沖器采用雙桿緩沖器，既增強(qiáng)了制動能力，同時也可起到自動導(dǎo)向的作用，不用單獨設(shè)置導(dǎo)向連桿，結(jié)構(gòu)更為緊湊。第一緩沖器固定安裝在主體架內(nèi)，主體架上方直接搭在軌道梁走行面上，既起到支撐作用，同時與軌道梁走行面形成摩擦，具有緩沖吸振效果。第二緩沖器連接主體架上方，可選用與第一緩沖器同樣類型的緩沖器，也可采用其他類型。

圖6 雙緩沖器懸掛式擋車器

該擋車器的特點在于制動能力強(qiáng)，三重緩沖吸振作用效果下，為減小擋車器占用線路長度，兩個緩沖器可采用固定連接的方式。為便于拆卸，通常采用螺栓連接的方式，可設(shè)在正線.折返線和試車線等。

(2)永磁式懸掛式擋車器

永磁式懸掛式擋車器[19]，通過內(nèi)部安裝的永磁式緩沖器中同極相斥的永磁鐵，利用磁場來抵抗列車的撞擊力，如圖7所示。其中，永磁式緩沖器包括：筒狀的絕磁殼體，在殼體內(nèi)部安裝有若干塊同極相對的圓環(huán)永磁體，內(nèi)部設(shè)置有彈簧連接，外部直線移動柱與緩沖頭連接。內(nèi)部設(shè)置的彈簧能夠起到附加緩沖吸振的作用，同時在緩沖器復(fù)位過程中也能起到防止過快恢復(fù)到原有位置產(chǎn)生破壞的作用。絕磁殼體與緩沖頭連接一端還需要固接(比如螺紋連接)一塊擋塊，防止緩沖器在復(fù)位過程永磁體彈出殼體。

圖7 永磁式懸掛式擋車器

該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于利用彈簧與磁場雙重減振吸能，減振效果明顯，同時具有快速復(fù)位的功能，可用于正線.折返線和試車線等。

(3)阻攔索式擋車器

參照航母阻攔索，將艦載機(jī)高速攔停，阻攔索式擋車器[20]應(yīng)用于懸掛式單軌系統(tǒng)，如圖8所示。在軌道梁末端對稱布置阻尼器，安裝方向與軌道梁縱向呈一定角度。其中，活動支架起到張緊阻攔索的作用，保證列車車鉤與阻攔索對齊，車鉤順利鉤住阻攔索。通過阻尼器的緩沖吸振，有效吸收列車動能，阻止列車?yán)^續(xù)前行，保護(hù)列車，可用于車輛段庫內(nèi)線。其中，阻尼器可以選擇多種類型的阻尼器，優(yōu)選液壓阻尼器。

圖8 阻攔索式擋車器

3.4 擋車器選型

目前城市軌道交通擋車器選型對于使用工況指標(biāo)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。表1總結(jié)了懸掛式單軌列車擋車器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)及使用工況，力求為擋車器合理選型提供依據(jù)。

表1 擋車器選型對比

4 結(jié)論

結(jié)合傳統(tǒng)軌道交通擋車器，通過對懸掛式單軌列車擋車器結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)的分析，得出以下結(jié)論。

(1)研究和總結(jié)了擋車器設(shè)計應(yīng)遵從足夠的制動能力.合理的緩沖吸振.易于安裝維護(hù).美觀性好等原則，確保失控車輛在擋車器的作用下安全完好地停下來。

(2)梳理了懸掛式單軌列車擋車器的主要技術(shù)參數(shù)包括撞擊荷載.撞擊速度.制動減速度.線路預(yù)留安裝長度.車體撞擊點等。

(3)與傳統(tǒng)軌道交通擋車器類似，根據(jù)功能需求，懸掛式單軌擋車器主要分為固定式與滑移式兩種，研究提出多種適用于懸掛式單軌列車的擋車器結(jié)構(gòu)。

(4)總結(jié)了懸掛式單軌列車擋車器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)及使用工況，為擋車器的合理選型提供了一定的支撐。

(5)傳統(tǒng)軌道交通僅提出了擋車器的速度要求，針對擋車器的結(jié)構(gòu)設(shè)計仍有待開展，為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定提供理論和數(shù)據(jù)支持。