您现在的位置:首页 > 百科全说
 
老司机告诉你,为啥火车不用安全带
作者:了不起的中国制造 发布时间:2018-12-25 浏览次数:36 

  “上车请系好安全带,后排也要系哦!”

  经常使用打车软件的朋友,相信对上面这句提示音十分熟悉。说到安全带,它几乎成了交通中必备的装备,无论是大巴车、轿车还是飞机,都有安全带的设定。

  然而,另一种大家熟悉的交通工具——火车,尤其是时速高达250公里以上的高铁,却没有安全带,任何国家都没有。这是为什么呢?


  (一)先来说说啥是安全带?

  既然探讨高铁上没有安全带的问题,那么就先来了解一下安全带到底是怎么保障人们安全的。

  虽然人类发明汽车已经有100年的历史了,但是汽车上首次使用安全带却仅仅是半个多世纪前的事情。最早的汽车安全带是1955年飞机设计师尼尔斯到沃尔沃汽车公司工作以后发明的三点式安全带。当时尼尔斯的设计主要是为了在碰撞时对乘员进行约束以及避免碰撞时乘员与方向盘仪表板等发生二次碰撞或避免碰撞时冲出车外导致死伤。


  (早期安全带)

  在1963年,沃尔沃汽车公司开始将三点式汽车安全带申请专利,并且在自家的车上使用,自此汽车安全带的大致结构便固定了下来:织带、卷收器、固定机构。其中,织带用尼龙或聚酯等合成纤维织成,卷收器的作用是贮存织带和锁止织带拉出,是安全带中最复杂的机械件。固定机构包括带扣、锁舌、固定销和固定座等。

  体验过安全带保护作用的朋友想必都有注意到,当人体在座位上正常运动时,安全带并没有强制约束作用,而当急速运动时却会瞬时收紧。

  这一效果是怎么做到的呢?

  汽车安全带的工作原理是:安全带在胸前和腰部之上形成一个水平放置的V字;卷收器里面是一个棘轮机构,正常情况下乘员可以在座椅上自由拉动织带,但当织带从卷收器连续拉出过程一旦停止或当车辆遇到紧急状态时,棘轮机构就会作锁紧动作将织带自动锁死,阻止织带拉出。


  (安全带受力分析)

  在典型的安全带系统中,卷收器中的核心元件是卷轴,它与安全带的一端相连。在卷收器内部,一个弹簧为卷轴提供旋转作用力(或扭矩)。它会旋转卷轴,以便卷起松弛的安全带。当拉出安全带时,卷轴将逆时针旋转,并使相连的弹簧也沿相同方向旋转。这样,旋转的卷轴就反扭了弹簧,产生扭矩。若松开安全带,弹簧将收紧,并顺时针旋转卷轴,直至使安全带张紧。


  (卷轴结构)

  卷收器有一个锁定机构,可在汽车发生碰撞时停止卷轴的旋转。

  那么安全带给我们提供了多大程度的保护呢?根据国标《乘用车正面碰撞的乘员保护》标准,在整车碰撞实验中,当车辆在碰撞中受到碰撞壁障的作用力时,乘客会由于惯性继续向前移动,而此时安全带则会束缚住乘客。其受到的作用力是肩带作用力、腰带作用力和座椅摩擦力,由于座椅摩擦力相对较小,可以忽略不计。


  (猛拉安全带时锁定卷轴原理示意图)

  有论文进行计算,胸部的最大作用力为130千牛,盆骨的最大作用力为160千牛,共计近300千牛。普通成年人的臂力为300-600牛顿之间,可见依靠双臂是无法承受如此巨大的作用力的。安全带在这时就发挥了巨大的作用,降低了乘客的生命危险。

  目前汽车安全带主要分为普通安全带、限力式安全带、预张紧限力式安全带、预卷式预张紧限力式安全带。随着汽车安全碰撞性能的不断提高,安全带技术也不断完善,目前的发展趋势是在满足安全性能的同时,与主被动安全系统结合,运用智能化系统提高舒适性。

  (二)火车为啥没必要有安全带?

  事实上,工程师在设计火车时是打过“安全带”的主意的。

  据报道,1999年的时候,芬兰曾在一条商业高速铁路上进行过在车厢内加装安全带的试验,但大多数乘客觉得那样会不舒服,违背了坐火车出行的宗旨。最终,芬兰铁路没有在火车上推行安全带。

  其实,要回答“火车为什么没安全带”这个问题,可以换一个角度思考,那就是为什么汽车和飞机需要安全带?如果不满足需要安全带的条件,就“天然的”不需要安全带。

  安全带的作用条件是,在载具出现颠簸时,能够吸收巨大的动能,使人体不至于撞击其他物体(车窗、前面椅子、飞出车身)而受伤或者直接飞出座位,所以,安全带保障的不是高速运动的安全,而是瞬时大动量的安全。

  从这个角度来说,飞机在起降过程中,往往遇到强对流空气,产生强烈的颠簸;汽车在行驶过程中,路况非常复杂,速度难以控制,容易发生意外,也需要安全带。而极少遇到瞬时速度变化的火车其实是没必要设置安全带的。


  (汽车在迅速减速时锁定卷轴示意图)

  对于高铁而言,最重要的就是安全性和稳定性,对于250km/h以上速度的交通载具,任何微小的震动都会带来巨大的颠簸,因此,高铁在设计时尤为重视稳定性。

  在施工中,每一列高铁开始运营前,都会进行许多的安全性和稳定性测试,达到国家标准了才能投入运营。而且,高铁是全封闭运营,在行车期间各种调度人员参与,保证列车的安全运行。同时,铁路铺设的固定性,也使得列车的速度、线路、转弯等都可以预先进行设定。所以,只要列车按照规定的速度、路线,服从调度,就不会发生追尾或脱轨等意外情况。

  正是这种事前规划,突发性降低很多,因此没必要设置安全带。

  另外,欧洲铁路安全与标准委员会通过大量的调查发现,如果火车出现问题,乘客被束缚在座位上受伤的几率更大,因为列车在出轨之后,最主要的伤害来自于车厢结构发生坍塌事故,如果乘客不能及时躲避,往往更容易造成伤害。

  同时,各国高铁列车普遍使用的座椅是“防撞”安全座椅,在设计上能够保证后排旅客头部或膝部向前撞向椅背时,座椅能够及时溃缩变形,防止将旅客卡住。

  而中国对高铁建设投入巨大,力求速度、舒适度与安全系数三方面的高度结合,因此,高铁的安全性是通过一系列设计和监控来保证的。

  (三)中国高铁到底有多稳?

  不知从何时开始,高铁通车的新闻报道中都喜欢立烟头、立硬币,以此来说明列车运行的平稳。在乘坐高铁时,当进入和驶离车站时,如果是在专心看书或聊天,或许感觉不到列车的移动。如此高的速度和高度变化,列车是怎么做到如此平稳的呢?


  (经典的高铁列车立硬币实验)

  火车这种交通工具受益于两条轨道的限制,一方面,高速铁路在加速度的方面有着严格控制,保证了纵向平稳性;另一方面,无砟轨道严格控制了轨道的平顺性,弯道少、弯道的半径大,保证了列车不能有大的横向和垂向震动。因此,列车在行驶时旅客可以在列车上自由走动而不会感到剧烈晃动。

  中国的高铁对列车纵向加速度的严格控制,列车启动到300km/h时,直立的香烟不会倒,这说明加速过程十分平稳,但是这不仅仅是加速度小的缘故,因为过小的加速度会影响加速时间。实际上,列车运行的平稳度不是取决于加速度的值,而是取决于加加速度,即加速度对时间的导数(单位m/s3),这个值越小,列车运行时就越平稳。

  高速列车对纵向加加速度、加速度的严格控制由电机控制系统完成,通过电机输出转矩进行精准控制,如CRH380动车组的加加速度要求必须小于0.7m/s3,这在电机驱动技术高度成熟发达的今天是非常容易实现的。

  说到这里,可能有人又会有疑问了,我们都知道,乘坐飞机时,若遇上不期而至的气流就会引起飞机毫无规则地剧烈颠簸;乘坐汽车时,同样也有遇到路况复杂、汽车性能和驾驶水平等引起的横向及竖向晃动,难道乘坐高铁就不会出现由于高速的离心力而被甩出去或者抛向空中的情况吗?答案是当然不会。

  无砟钢轨的加工精度和其间无焊缝的设计使得列车在轮轨的约束下极少出现横向晃动,也不会由于路面崎岖不平而产生竖向颠簸。中国对200 km/h以上速度等级的高速动车组的车体横向和竖向振动加速度,要求必须小于2.5 m/s2。以京沪间行驶的CRH380A型高速动车组为例,当列车以300km/h速度运行时,车厢中部横向最大加速度只有0.42 m/s2,远小于规定值。

  正是对高速列车三维方向的加速度严格控制,才使得列车可以在行车过程中平稳运行,旅客不会出现前倾后仰、左右剧烈晃动。

  (四)真遇到了问题该怎么办?

  即便如上面所说,也不代表高铁就不会遇到问题,万一信号系统工作失灵怎么办?比如,温州7.23事故就是由于遭遇雷击,导致信号故障而发生追尾的。这时,高铁上的安全防撞座椅就要发挥作用了。它的材料可以吸收撞击的能量,减少身体伤害,当人体与其相撞时,座椅能及时发生“溃散”变形,而乘客也会被安全地弹回。

  而且,随着高铁运行速度的不断提高,基于过往铁路事故的分析,在管理层面上也形成了完善的应急方案——铁路应急预案,它是各级部门应对突发事件的重要参考文件和依据,与各级管理部门和具体执行部门的业务关联紧密。

  根据中国高铁的建设、运营及管理特点,以及高铁突发事件应急管理机构及业务职责的不同,可从不同角度划分高铁应急预案体系。按预案的总体和专业划分,高铁应急预案可分为总体预案和专项预案2大类;按铁路的组织管理层次划分,高铁应急预案又可分为总公司级预案、铁路局集团公司/高铁(客专)公司级预案、站段/基地级预案3大类;按铁路突发事件的类型划分,高铁应急预案还可分为自然灾害、事故灾难、公共卫生和群体性事件应急预案4大类;按高铁建设期和运营期进行划分,它又可分为建设期应急预案与运营期应急预案2大类。


  (应急预案体系)

  正是这些从列车安全设备设计到铁路平稳性检测再到铁路系统安全管控系统一系列的复杂操作,让高铁在中国具有了汽车和飞机难以比较的安全性和平稳性,使得乘客可以在没有安全带束缚的空间内,享受更加自由快捷的旅程。

 
 
 

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4

 

QQ群: 102636617
  101772346
  163295794
  163296235
博客: 少年博览新浪博客
  少年博览腾讯QQ空间
微博: 少年博览新浪微博
  少年博览腾讯微博
贴吧: 少年博览贴吧

 
 
·共青团安徽省委员会
·中国少年先锋队
·安徽网
·我要绘本网
·中国青少年发展基金会
·绿色童年
·新华网

 

关于少博 | 联系我们 | 订阅方式 | 投稿须知 | 【安徽少年博览杂志社】 皖ICP备18003486号-1
Copyright©2006-2014 Snbl.Com.Cn, All rights reserved

本站作品版权作者所有,如无意侵权,请来信告知本站将于2个工作日内删除
版权所有 未经许可,严禁复制本站页面及盗取资源连接