Excel軟件在軌道客車K值試驗數(shù)據(jù)實時分析中的應(yīng)用

王云霄 王常宇 于會龍

(中車長春軌道客車股份有限公司工程研究中心基礎(chǔ)研發(fā)部 吉林 長春 130000)

1 軌道客車K值試驗概述

K值是表示軌道客車隔熱性能的傳熱系數(shù)，數(shù)值上等于車內(nèi)外空氣溫度相差1 K時單位面積車體隔熱壁所傳遞的熱流[1]。目前，軌道客車K值試驗的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)主要有TB/T 1674—1993、UIC 553-1:2005、EN 14750-2:2006等。在上述標(biāo)準(zhǔn)中，K值的計算公式可歸納為

式中：P是車內(nèi)加熱功率；A為參與計算的傳熱面積；Tim為車內(nèi)空氣平均溫度；Tem為車外空氣平均溫度。

上述標(biāo)準(zhǔn)中均規(guī)定了參與計算K值的所有變量需要滿足的要求，主要有如下3點：

(1)數(shù)值性要求。要求Tem或Tim-Tem應(yīng)介于一定數(shù)值區(qū)間。

(2)穩(wěn)定性要求。要求P、Tim、Tem在規(guī)定時長內(nèi)滿足穩(wěn)定性判據(jù)。

(3)均勻性要求。要求參與計算Tim或Tem的所有溫度測點中，其最大值與最小值的差值(溫差)不大于規(guī)定值。

根據(jù)試驗經(jīng)驗，只要控制得當(dāng)，數(shù)值性、穩(wěn)定性以及均勻性(車外)要求不難達(dá)到。然而在試驗過程中，只能通過移動電加熱器的位置來調(diào)節(jié)車內(nèi)空氣溫度的均勻性。電加熱器改變位置后必然會影響新位置周圍空氣的溫度，導(dǎo)致車內(nèi)空氣溫度出現(xiàn)“此起彼伏”的現(xiàn)象，調(diào)節(jié)不當(dāng)時難以控制車內(nèi)溫度均勻性。因此，K值試驗的難點在于車內(nèi)溫度均勻性要求的滿足。

2 現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集軟件的不足

圖1所示為現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集軟件的運行界面。圖中左(右)側(cè)區(qū)域展示了所有車內(nèi)(外)空氣溫度測點的數(shù)值、平均值和溫差值，同時使用紅藍(lán)雙色標(biāo)出最高和最低溫度值。

試驗人員在使用過程中發(fā)現(xiàn)，該軟件存在如下幾點不足：

(1)只能按溫度通道編號的順序展示溫度數(shù)據(jù)，不能反映各溫度測點在車內(nèi)的實際位置。

(2)只用紅藍(lán)雙色標(biāo)記出了最高和最低溫度兩個數(shù)值，無法通過顏色展示其余溫度測點數(shù)值的高低，不利于全局掌握溫度分布。

(3)只能展示實時的溫度數(shù)據(jù)，無法對比調(diào)整電加熱器位置前后溫度分布的變化趨勢，不利于對比調(diào)整效果。

(4)不能繪制溫度隨時間變化的曲線。

3 Excel條件格式在試驗中的應(yīng)用

為了彌補當(dāng)前軟件的上述不足，結(jié)合某車輛的K值試驗，使用Excel軟件的部分功能增強(qiáng)試驗數(shù)據(jù)的實時分析。

3.1 數(shù)據(jù)表格的結(jié)構(gòu)

原始數(shù)據(jù)為Excel文件格式，每分鐘記錄一組數(shù)據(jù)。表格各列分別為：測試日期、測試時間、車內(nèi)溫度通道-XXX、車外溫度通道-XXX、加熱功率、隔熱面積和傳熱系數(shù)K。

為了便于分析數(shù)據(jù)，將原始數(shù)據(jù)復(fù)制至新建的Excel文件中，并根據(jù)前文所述K值試驗數(shù)據(jù)的數(shù)值性、穩(wěn)定性和均勻性的要求，新增如下列：數(shù)據(jù)序號、測試日期、測試時間、車外平均溫度、車外溫差、車內(nèi)平均溫度、車內(nèi)溫差、車內(nèi)功率、車內(nèi)外平均溫度差、面積、K值。以上各列數(shù)據(jù)，完整地包括了K值試驗所需的全部分析數(shù)據(jù)，如圖2所示。其中數(shù)據(jù)序號與它所在行的序號一致，便于后續(xù)引用。

圖2 數(shù)據(jù)表格的結(jié)構(gòu)

3.2 車內(nèi)溫度數(shù)值的展示

根據(jù)試驗大綱，應(yīng)按照圖3所示在車內(nèi)布置若干溫度測點。分析數(shù)據(jù)時，將車內(nèi)各溫度測點的相對位置標(biāo)記在Excel表格中(共18列5行)，如圖4所示。

圖3 車內(nèi)溫度測點布置

圖4 溫度測點相對位置

在圖4所示區(qū)域(即圖例區(qū)域)下方，同樣建立18列5行的區(qū)域，用于展示圖例區(qū)域所示的各點溫度。同時在新建區(qū)域的右側(cè)，建立3列5行的區(qū)域，用于顯示數(shù)據(jù)序號、測試時間以及車內(nèi)溫差，如圖5所示。

圖5 溫度測點相對位置及數(shù)值

以圖5為例說明溫度測點的展示方法。

(1)在W13:W17區(qū)域填寫數(shù)值“50”，表示為應(yīng)顯示數(shù)據(jù)文件中第50行對應(yīng)的數(shù)值。

(2)在X13單元格中使用VLOOKUP函數(shù)自動填寫第50行對應(yīng)的時刻。VLOOKUP是一個縱向查找函數(shù)，語法為：VLOOKUP(lookup_value,table_array,col_index_num,range_lookup)，其中l(wèi)ookup_value為在查找區(qū)域第一列中進(jìn)行查找的值，table_array為查找區(qū)域，col_index_num為與lookup_value對應(yīng)的被查找數(shù)據(jù)所在列的序號，range_lookup為是否精確匹配(可省略)。在X13單元格中填入公式“=VLOOKUP(W13,原始數(shù)據(jù)!＄A＄2:＄C＄1400,3)”，其中“W13”的值為“50”，“原始數(shù)據(jù)”為存放原始數(shù)據(jù)所在工作表的名稱，“＄A＄2:＄C＄1400”的部分區(qū)域如圖2所示，“3”在第3列(“測試時間”列)中查找。通過該函數(shù)，“測試時間”自動顯示為“9∶28”。同理，“車內(nèi)溫差”自動顯示為“2.19”。

(3)在D15單元格(對應(yīng)顯示“車內(nèi)溫度通道-017”)中使用HLOOKUP函數(shù)自動填寫該溫度通道在“9∶28”時刻的數(shù)值。HLOOKUP是一個橫向查找函數(shù)，語法為：HLOOKUP(lookup_value,table_array,row_index_num,range_lookup)，其中l(wèi)ookup_value為在查找區(qū)域第一行中進(jìn)行查找的值，table_array為查找區(qū)域，row_index_num為與lookup_value對應(yīng)的被查找數(shù)據(jù)所在行的序號，range_lookup為是否精確匹配(可省略)。在D15單元格中填入公式“=HLOOKUP(C＄7,原始數(shù)據(jù)!＄N＄1:＄AU＄1400,＄W15)”，其中“D＄7”的值為“車內(nèi)溫度通道-017”，“＄N＄1:＄AU＄1400”的部分區(qū)域如圖2所示，“＄W15”的值為“50”、即在第50行中查找。通過該函數(shù)，“車內(nèi)溫度通道-017”對應(yīng)的溫度數(shù)值則自動顯示為“29.19”。同理即可以完成其余溫度數(shù)值的自動顯示。

3.3 車內(nèi)溫度顏色的展示

為了更加清晰地展示車內(nèi)的溫度分布，可使用“條件格式”功能、實現(xiàn)用漸變顏色區(qū)分溫度數(shù)值的大小。仍以圖5為例：

(1)首先選中“車內(nèi)溫度通道-001”至“車內(nèi)溫度通道-017”的17個數(shù)據(jù)，再點擊“條件格式”→“新建規(guī)則”。

(2)在彈出的“新建格式規(guī)則”窗口中選擇“基于各自值設(shè)置所有單元格的格式”，在“格式樣式”處選擇“三色刻度”。

(3)“最小值”的類型選擇為“數(shù)字”，“值”選中某個存放色標(biāo)下限值的單元格，對應(yīng)的顏色為“藍(lán)色”；“中間值”的類型選擇為“數(shù)字”，“值”選中某個存放色標(biāo)中間值的單元格，對應(yīng)的顏色為“白色”；“最大值”的類型選擇為“數(shù)字”，“值”選中某個存放色標(biāo)上限值的單元格，對應(yīng)的顏色為“紅色”。建議色標(biāo)中間值設(shè)置為車內(nèi)平均溫度的目標(biāo)值，上(下)限值為中間值加上(減去)車內(nèi)溫差容許值的一半。

設(shè)置完畢后，該窗口應(yīng)如圖6所示。

圖6 新建格式規(guī)則

以此類推，還可以通過條件格式功能實現(xiàn)“車內(nèi)溫差”超過限值時顯示為“紅色”、未超過限值時顯示為“綠色”，具體方法不再贅述。

圖7所示為應(yīng)用該功能前后的數(shù)據(jù)展示對比，圖中溫度數(shù)值的背景顏色越深代表該值偏離“中間值”程度越大、背景顏色越淺代表該值越接近“中間值”?？梢?，通過“條件格式”功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的漸變色顯示后，展示效果更加直觀。

3.4 溫度均勻性變化的展示

如前文所述，K值試驗的難點在于車內(nèi)溫度均勻性要求的滿足，試驗過程中會對加熱功率的數(shù)值或電加熱器位置進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而觀察效果。應(yīng)用“條件格式”功能，可以實現(xiàn)直觀清晰的多組數(shù)據(jù)同時對比，使試驗人員充分了解調(diào)整前后車內(nèi)的溫度分布及均勻性變化。

圖8按時間順序列出了4組數(shù)據(jù)的在Excel文件中的顯示?？梢钥闯?，在這期間通過相關(guān)調(diào)整及穩(wěn)定，溫度均勻性得到了明顯改善，客室溫度分布也愈加趨于均勻。

圖8 車內(nèi)溫度分布及均勻性變化

4 結(jié)束語

利用Excel軟件的“條件格式”等功能，實現(xiàn)了“按測點相對位置展示數(shù)據(jù)”、“按漸變色展示溫度分布”和“按漸變色對比多組數(shù)據(jù)”等多種實用功能，解決了現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集軟件實時分析功能較弱的問題。

在以往同類的K值試驗中，通常需要約36 h才能完成。在使用Excel軟件實現(xiàn)上述功能后，本次試驗自某日8∶40開始至次日00∶40結(jié)束共計16 h，節(jié)省設(shè)備運行時間在50%以上，工作效率提高明顯?！?/p>