日本防止铁路车辆地震时脱轨措施(2)

图6 防偏离保护装置

3 地震时车辆行为分析技术

在开展提高地震中车辆安全性的技术研发时，不可能制造地震进行列车行驶试验，只能通过数值模拟推测地震中的车辆行为，并据此进行安全性评估。日本铁道综合技术研究所（以下简称“铁道综研”）开发的车辆动力学仿真软件（VDS）是一种数值模拟程序，其不仅能够进行常规的车辆动力学分析，还可以分析在剧烈振动轨道上（地震时）行驶车辆的行为。研究人员利用该仿真软件分析了2004年新泻县中越地震、2011年东北地区太平洋海域地震和2016年熊本地震（前震）中新干线脱轨事故的脱轨机制。当使用VDS对地震中轨道上车辆的行为进行分析时，首先通过对构筑物的地震响应分析（地基地震响应分析、构筑物动力学分析）推导出轨道的地震响应，再将其用作VDS的输入参数，进而分析车辆行为（图7）。地震时的车辆行为分析着眼于轮对与轨道的横向相对位移，在其值达到±70 mm时判定为轮对脱轨，此时轮对的状态如图8所示，即轮缘完全位于轨道顶面上，车轮偏离轨道。

为分析车辆在地震时对于脱轨的基本耐受能力，研发人员绘制了正弦波激振时安全界限曲线图（图9），由图可知车辆易脱轨的振动频率范围及振幅。图中横坐标为施加在轨道上的正弦波频率，纵坐标为使车辆保持不脱轨（即安全）状态的临界振幅。

图7 利用VDS分析地震时构筑物上车辆的行为

图8 地震时车辆行为分析的脱轨判定标准

图9 针对正弦波激振的安全界限曲线图

4 防止车辆地震时脱轨的车辆部件

铁道综研一直致力于研究在日常运营中可使车辆稳定高速行驶、安全通过弯道，并保证乘客乘坐舒适性，在极端条件（如地震时）下可防止车辆脱轨的车辆部件，下面列举其中2种部件。

4.1 新型横向阻尼器

该横向阻尼器安装在转向架上，除在日常运营中具备原有横向阻尼器的阻尼力特性外，还能够在地震中活塞速度加快时产生更大的阻尼力，从而减小地震时车辆的摇晃，使之不容易发生脱轨（图10）。

图10 新型横向阻尼器及防碰撞限制器

通过在大型振动台上进行转向架振动试验，以及使用试验车辆进行运行试验，铁道综研对该阻尼器的效果进行了确认。

4.2 防碰撞限制器

该防碰撞限制器在地震时的工作原理如图11所示。该限制器在原有车体横向位移限制器的基础上，添加了防碰撞机构，可在荷载巨大的地震工况下扩大限制器游隙，增大横向阻尼器的行程，从而使之产生更有效的阻尼力。通过在大型振动台上进行转向架振动实验，研究人员已证实该限制器对于提高车辆地震时的安全性具有显著效果。

5 展望

图11 防碰撞限制器在地震时的工作原理

目前，日本铁路运营商已计划扩大上述防止车辆脱轨或偏离轨道技术在新干线线路上的部署和应用。今后，铁道综研还将研究和开发针对常规线路的措施。

[1]飯田浩平.鉄道車両の地震対策[J].鉄道総研レビュー，2020（5）：32-35.

文章来源：《地震学报》 网址: http://www.dizhenxuebaoqks.cn/qikandaodu/2021/0701/400.html