27 t軸重貨車(chē)動(dòng)載荷淺析*

姜 成，苗曉雨，熊 芯，張?zhí)鞁?/p>

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所，北京100081）

27 t軸重貨車(chē)動(dòng)載荷淺析*

姜 成，苗曉雨，熊 芯，張?zhí)鞁?/p>

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所，北京100081）

通過(guò)對(duì)27 t軸重貨車(chē)的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，分析軸重、工況和速度對(duì)動(dòng)載荷的影響。

軸重；速度；動(dòng)載荷

重載鐵路運(yùn)輸因其運(yùn)能大、效率高、運(yùn)輸成本低已被國(guó)際公認(rèn)為鐵路貨運(yùn)發(fā)展主要方向之一。我國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線鐵路網(wǎng)基本建成后，鐵路運(yùn)輸?shù)目拓浄至鲗⒊蔀楸厝坏陌l(fā)展趨勢(shì)。提高軸重是提高運(yùn)輸效率的最重要的措施之一。通過(guò)提高軸重、增加載重提高運(yùn)輸能力和效率，可降低運(yùn)輸成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。車(chē)輛載重提高了，勢(shì)必對(duì)線路、橋梁等造成影響，其中，由于車(chē)輛運(yùn)行中振動(dòng)引起的動(dòng)載荷變化，對(duì)線路、橋梁的影響尤為引人關(guān)心。本文就27 t軸重貨車(chē)在動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)分析輪軌垂向動(dòng)載荷的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，并與C70比較車(chē)進(jìn)行對(duì)比。

1 數(shù)據(jù)分析樣本

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于既有線27 t軸重貨車(chē)適應(yīng)性試驗(yàn)。該試驗(yàn)對(duì)27 t軸重貨車(chē)中的C80E、C80EF、C80EH、KM80、P80、GN80、NX80各1輛和C70 1輛共計(jì)8輛車(chē)進(jìn)行測(cè)試，車(chē)型比較全面。試驗(yàn)在京廣線上行線古培塘—新開(kāi)鋪區(qū)段進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)段固定。試驗(yàn)分為道岔、曲線和直線工況。道岔分為9＃和12＃道岔，曲線最小半徑600 m。9＃道岔分為15，25，30 km/h速度級(jí)，12＃道岔分為25，35，45 km/h速度級(jí)，R600曲線分為60，70（27 t軸重裝載時(shí)進(jìn)行）、80 km/h速度級(jí)，直線分為60，70（27 t軸重裝載時(shí)進(jìn)行）、80，90（27 t軸重裝載時(shí)進(jìn)行），100 km/h速度級(jí)。

對(duì)每輛被試車(chē)換裝的測(cè)力輪對(duì)單側(cè)車(chē)輪在每種工況下、同一速度級(jí)的垂向動(dòng)載荷進(jìn)行分析。為便于分析規(guī)律，采用同一工況下的動(dòng)載荷平均值進(jìn)行分析，計(jì)算動(dòng)靜載荷比，并與C70比較車(chē)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

2 軸重對(duì)動(dòng)載荷的影響

表1中23，25，27 t各數(shù)據(jù)分別是7輛27 t軸重貨車(chē)在各軸重級(jí)所測(cè)垂向動(dòng)載荷、動(dòng)靜載荷比的平均值（7輛車(chē)平均值）；C70比較車(chē)數(shù)據(jù)是所測(cè)垂向動(dòng)載荷、動(dòng)靜載荷比的平均值（3次平均值）。

從表1中不難看出，相對(duì)于比較車(chē)C70，27 t軸重貨車(chē)在裝載23 t軸重時(shí)，動(dòng)載荷增加幅度在－21.27%～－8.97%之間，動(dòng)靜載荷比增加幅度在－15.93%～－7.09%之間；27 t軸重貨車(chē)在裝載25 t軸重時(shí)，動(dòng)載荷增加幅度在－8.87%～10.21%之間，動(dòng)靜載荷比增加幅度在－13.16%～0.75%之間；27 t軸重貨車(chē)在裝載27 t軸重時(shí)，動(dòng)載荷增加幅度在－3.71%～17.10%之間，動(dòng)靜載荷比增加幅度在－14.81%～1.48%之間。

27 t軸重貨車(chē)相比C70比較車(chē)，在車(chē)輛軸重相同23 t時(shí)，垂向動(dòng)載荷小于C70比較車(chē)；在車(chē)輛軸重25，27 t時(shí)，與C70比較車(chē)相比，垂向動(dòng)載荷變化幅度在上下1.5 k N范圍內(nèi)，總體與C70比較車(chē)相當(dāng)。說(shuō)明大軸重轉(zhuǎn)向架相比K6轉(zhuǎn)向架具有更好的低動(dòng)力作用。

相對(duì)于27 t軸重貨車(chē)裝載23 t軸重時(shí)，27 t軸重貨車(chē)在裝載25 t軸重時(shí)，動(dòng)載荷增加幅度在6.03%～21.06%之間，動(dòng)靜載荷比增加幅度在－2.71%～11.13%之間；27 t軸重貨車(chē)在裝載27 t軸重時(shí)，動(dòng)載荷增幅在16.15%～45.04%之間，動(dòng)靜載荷比增加幅度在－1.48%～20.70%之間。

表1 27 t軸重貨車(chē)和C70比較車(chē)不同工況垂向動(dòng)載荷和動(dòng)靜載荷比

圖1 不同軸重、不同工況平均動(dòng)載荷圖

圖2 不同軸重、不同工況平均動(dòng)靜載荷比圖

從圖1、圖2中可以看出，27 t軸重貨車(chē)在與C70比較車(chē)相同裝載23 t軸重時(shí)相比，車(chē)輪垂向動(dòng)載荷平均值均小于C70比較車(chē)。在裝載25，27 t軸重時(shí)，垂向動(dòng)載荷平均值相比C70比較車(chē)，總體與C70比較車(chē)保持在一個(gè)水平上。對(duì)于同一種轉(zhuǎn)向架，軸重從23 t逐級(jí)增加至27 t，車(chē)輪垂向動(dòng)載荷也逐級(jí)增大。對(duì)于不同轉(zhuǎn)向架，在裝載相同軸重時(shí)，27 t軸重貨車(chē)車(chē)輪垂向動(dòng)載荷小于C70比較車(chē)。

從23 t軸重增加到27 t軸重，軸重增加了17.4%，理論上動(dòng)載荷也應(yīng)該相應(yīng)增加17.4%。相對(duì)于C70比較車(chē)，27 t軸重貨車(chē)在軸重增加到27 t時(shí)，動(dòng)載荷最多增加17.1%，小于軸重增幅，說(shuō)明27 t軸重貨車(chē)轉(zhuǎn)向架相比C70比較車(chē)的K6轉(zhuǎn)向架，在增加了一系定位后，降低了簧下質(zhì)量，有效的減少了輪軌間動(dòng)作用力，體現(xiàn)良好的低動(dòng)力特性。

3 線路工況對(duì)動(dòng)載荷的影響

在直線工況下，27 t軸重貨車(chē)車(chē)輪垂向動(dòng)載荷平均值和動(dòng)靜載荷比均小于C70比較車(chē)。在其他工況下，27 t軸重貨車(chē)車(chē)輪垂向動(dòng)載荷與C70比較車(chē)相比，總體保持在一水平上。相比較直線而言，27 t軸重貨車(chē)在通過(guò)側(cè)線、曲線工況時(shí)，車(chē)輪垂向動(dòng)載荷和動(dòng)靜載荷比還是明顯增大，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

在側(cè)線、小曲線工況條件下，輪軌的動(dòng)載荷并不全是由車(chē)輛振動(dòng)引起，而是由線路屬性（超高）、運(yùn)行速度（大于或小于平衡速度）、車(chē)輛特性等因素綜合影響的結(jié)果。所以在直線工況下的測(cè)試結(jié)果比較典型。從圖3在直線工況下，27 t軸重貨車(chē)在裝載23，25 t和27 t軸重時(shí)，動(dòng)靜載荷比基本相當(dāng)，說(shuō)明在直線工況單位軸重下的動(dòng)載荷是一定的。且27 t軸重貨車(chē)裝在23，25，27 t軸重時(shí)，在直線工況下的車(chē)輪垂向動(dòng)載荷和動(dòng)靜載荷比均小于C70比較車(chē)，低動(dòng)力作用明顯。在同一軸重下，相對(duì)于直線工況，27 t軸重貨車(chē)在側(cè)向通過(guò)9號(hào)道岔時(shí)，垂向動(dòng)載荷增幅在18.2%～30.8%之間；側(cè)向通過(guò)12號(hào)道岔時(shí)，垂向動(dòng)載荷增幅在5.8%～32.2%之間；通過(guò)R600曲線時(shí)，垂向動(dòng)載荷增幅在28.4%～42.2%之間。

4 速度對(duì)動(dòng)載荷的影響

表2是在直線工況下、各速度級(jí)時(shí)7輛27 t軸重貨車(chē)在23，25，27 t時(shí)所測(cè)垂向動(dòng)載荷、動(dòng)靜載荷比的平均值（7輛車(chē)平均）；C70比較車(chē)數(shù)據(jù)是所測(cè)垂向動(dòng)載荷、動(dòng)靜載荷比的平均值（3次平均值）。

表2 27 t軸重貨車(chē)和C70比較車(chē)不同速度級(jí)垂向動(dòng)載荷和動(dòng)靜載荷比

27 t軸重貨車(chē)相對(duì)于C70比較車(chē)，在60 km/h速度級(jí)時(shí)，車(chē)輪垂向動(dòng)載荷減小幅度在13.80%～22.31%之間，動(dòng)靜載荷比減小幅度在19.28%～23.73%之間；80 km/h速度級(jí)時(shí)，車(chē)輪垂向動(dòng)載荷減小幅度在8.08%～23.54%之間，動(dòng)靜載荷比減小幅度在18.24%～20.39%之間；100 km/h速度級(jí)時(shí)，車(chē)輪垂向動(dòng)載荷減小幅度在5.67%～17.99%之間，動(dòng)靜載荷比減小幅度在12.73%～16.24%之間。各速度級(jí)下27 t軸重貨車(chē)的車(chē)輪垂向動(dòng)載荷和動(dòng)靜載荷比均小于比較車(chē)C70。

在相同軸重下，隨著速度的增高，車(chē)輪垂向動(dòng)載荷和動(dòng)靜載荷比逐漸增大。當(dāng)速度從60 km/h增大到100 km/h時(shí)，垂向動(dòng)載荷增幅在23.1%～27.6%之間，見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 直線工況不同速度各軸重平均動(dòng)載荷圖

5 速度和軸重對(duì)動(dòng)載荷和動(dòng)靜載荷比的影響關(guān)系分析

為了進(jìn)一步分析速度和軸重對(duì)動(dòng)載荷和動(dòng)靜載荷比的影響和變化規(guī)律，應(yīng)用方差分析方法對(duì)直線工況下測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，見(jiàn)表3～表5。

圖4 直線工況不同速度各軸重平均動(dòng)靜載荷比圖

表3 27 t軸重貨車(chē)和C70比較車(chē)各速度級(jí)、各軸重平均動(dòng)載荷和動(dòng)靜載荷比

5.1 速度和軸重因素對(duì)動(dòng)載荷的影響分析

假設(shè)H01軸重對(duì)動(dòng)載荷無(wú)影響；

H02速度對(duì)動(dòng)載荷無(wú)影響；

H03交互效應(yīng)對(duì)動(dòng)載荷無(wú)影響；

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，軸重有3個(gè)因素，速度有3個(gè)因素，重復(fù)2次，即r＝3、s＝3、t＝2。設(shè)A為軸重，B為速度，Ti··為速度合計(jì)值，T·i·為軸重合計(jì)值。

表4 方差計(jì)算表

得方差分析見(jiàn)表5。

表5 方差分析表

F（0.05）（2，9）＝4.26＜FA，所以在水平α＝0.05下，拒絕假設(shè)H01，即軸重對(duì)動(dòng)載荷的影響顯著。F（0.05）（2，9）＝4.26＜FB，所以在水平α＝0.05下，拒絕假設(shè)H02，即速度對(duì)動(dòng)載荷的影響顯著。F（0.05）（4，9）＝3.63＞ FA×B，接受H03，即交互作用對(duì)動(dòng)靜載荷比的影響不顯著。值得注意的是FB＞FA，所以速度對(duì)動(dòng)載荷的影響大于軸重對(duì)動(dòng)載荷的影響程度。

對(duì)結(jié)果進(jìn)行秩和檢驗(yàn)。

（1）不同軸重載荷表（見(jiàn)表6）

表6 不同軸重動(dòng)載荷表

假設(shè)H0：μ1＝μ2，H1：μ1＜μ2。

把動(dòng)載荷按照自小到大順序排列，見(jiàn)表7。

表7 秩和檢驗(yàn)表

對(duì)于第一個(gè)總體的觀察值r1＝1＋2＋3＋4＋7＋8.5＝25.5。

查表得CU（0.05）＝26，即拒絕域?yàn)閞1≤26。故拒絕H0，認(rèn)為兩個(gè)軸重下動(dòng)載荷有明顯差異。

（2）不同速度動(dòng)載荷表（見(jiàn)表8）

表8 不同速度動(dòng)載荷表

假設(shè)H0：μ1＝μ2，H1：μ1＜μ2。

把動(dòng)載荷按照自小到大順序排列見(jiàn)表9。

對(duì)于第一個(gè)總體的觀察值r1＝1＋2＋3＋4＋5＋6＝21。

查表得CU（0.05）＝26，即拒絕域?yàn)閞1≤26。故拒絕H0，認(rèn)為兩個(gè)速度級(jí)下動(dòng)載荷有明顯差異。

5.2 速度和軸重因素對(duì)動(dòng)靜載荷比的影響分析（見(jiàn)表10、表11）

假設(shè)H01軸重對(duì)動(dòng)靜載荷比無(wú)影響；

H02速度對(duì)動(dòng)靜載荷比無(wú)影響；

H03交互效應(yīng)對(duì)動(dòng)靜載荷比無(wú)影響。

表9 秩和檢驗(yàn)表

表10 方差計(jì)算表

得方差分析表11。

表11 方差分析表

F（0.05）（2，9）＝4.26＜FA，所以在水平α＝0.05下，接受假設(shè)H01，即軸重對(duì)動(dòng)靜載荷比的影響不顯著。F（0.05）（2，9）＝4.26＜FB，所以在水平α＝0.05下，拒絕假設(shè)H02，即速度對(duì)動(dòng)靜載荷比的影響顯著。F（0.05）（4，9）＝3.63＞FA×B，接受H03，即交互作用對(duì)動(dòng)靜載荷比的影響不顯著。

對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，可以驗(yàn)證軸重對(duì)動(dòng)靜載荷比的影響不顯著；速度對(duì)動(dòng)靜載荷比的影響顯著。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，27 t軸重貨車(chē)與C70比較車(chē)相比，動(dòng)載荷和動(dòng)靜載荷比總體相當(dāng)，甚至優(yōu)于C70比較車(chē)，表明27 t軸重貨車(chē)轉(zhuǎn)向架具有較好的低動(dòng)力性能。

在直線工況下，速度和軸重對(duì)動(dòng)載荷的影響均顯著，且速度對(duì)動(dòng)載荷的影響顯著程度高于軸重對(duì)動(dòng)載荷的影響；速度對(duì)動(dòng)靜載荷比的影響顯著，軸重對(duì)動(dòng)靜載荷比的影響不顯著；速度和軸重的交互對(duì)動(dòng)載荷和動(dòng)靜載荷比的影響均不顯著。

［1］ 苗曉雨.軸重與動(dòng)靜載荷比影響因素分析［J］.鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛，2011，31（2）：30-33.

［2］ 王新銳.既有線27 t軸重貨車(chē)（混編）適應(yīng)性試驗(yàn)研究.TY字第3734號(hào)［R］.北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2014.

Analysis on Dynamic Load of 27 t Axle Load Wagons

JIANG Cheng，MIAO Xiaoyu，XIONG Xin，ZHANG Tianying
（Locomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Based on the dynamic test data for 27 t axle load wagons，this paper analyzes the impact of axle load，working conditions and speed on dynamic load.

axle load；speed；dynamic load

U272

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.07

1008－7842（2014）04－0034－04

*鐵道部科技開(kāi)發(fā)計(jì)劃（2012J008－A）

?）男，助理研究員（

2013－12－10）