不同計算時間下的平穩(wěn)性指標(biāo)對比研究

姜 威 馮程程 田 凱

(中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266111)

0 引言

軌道交通運輸是交通運輸行業(yè)中重要的組成部分，近年來軌道交通快速發(fā)展讓人們的出行更加便捷。各式各樣地鐵車輛不僅可以體現(xiàn)各個城市的特點，而且逐漸成為居民出行的主要交通工具，地鐵車輛因其特殊的運行環(huán)境可以避免交通的擁堵，也使其更加快速和便捷。近幾年地鐵列車的快速發(fā)展，使得人們更加關(guān)注出行的舒適性，反映列車運行舒適性的一個重要指標(biāo)是平穩(wěn)性指標(biāo)，本文介紹了一種結(jié)合測試手段下的平穩(wěn)性計算方法，并將GB5599-1985和GB5599-2019的計算結(jié)果進行了對比分析。

1 試驗方案

1.1 試驗工況

本次測試工況均為AW0，即空載運行。全程ATO模式下運行，到站正常停車，全程保持數(shù)據(jù)采集儀工作。

1.2 試驗設(shè)備

本次試驗的傳感器采用加速度傳感器，量程范圍±10g，偏值<50mg，偏值穩(wěn)定性<0.5mg，偏值重復(fù)性<50mg，工作溫度范圍-55℃-+125℃，供電電壓范圍3-7VDC。

1.3 試驗測點布置

此次測試選擇一輛T車作為測試對象。測點布置在轉(zhuǎn)向架正上方的客室內(nèi)且與車輛縱向中線偏離1m的位置，單節(jié)車廂內(nèi)的兩個測點對稱分布，示意圖如圖1所示。每個測點布置橫向Y和垂向Z兩個傳感器，分別用于測量橫向振動加速度和垂向振動加速度。首先參照GB5599-1985鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范，粘貼傳感器之前要求對墊板粘貼處進行清潔和打磨，打磨面要平整光潔，保證傳感器粘貼后能夠正常工作。測點布置如圖1所示。

圖1 振動加速度測點布置示意圖

2 計算方法

地鐵列車的平穩(wěn)性指標(biāo)是用于評判地鐵列車在運行過程中的舒適性能，其運行速度、懸掛參數(shù)、環(huán)境溫度都會對平穩(wěn)性產(chǎn)生影響，進而影響乘客乘坐的舒適度。平穩(wěn)性指標(biāo)的計算公式如下：

(1)

式中：W為平穩(wěn)性指標(biāo)；am為振動加速度峰值；f為振動頻率；F(f)——與振動頻率相關(guān)的加權(quán)修正系數(shù)，對于垂向加速度的頻率加權(quán)函數(shù)為。

(2)

對于橫向振動加速度的頻率加權(quán)函數(shù)為：

(3)

公式(1)～公式(3)計算的平穩(wěn)性指標(biāo)通常情況下僅對于單一頻率的振動適用，而實際列車在運行過程都大多情況下屬于隨機振動，對于傳感器測得加速度信號需要對其按頻率分組，分別對不同頻率的振動平穩(wěn)性指標(biāo)進行計算，最后進行總平穩(wěn)性指標(biāo)的計算，計算公式為：

(4)

參照GB5599，對平穩(wěn)性指標(biāo)的評定通常分為以下三個等級，如表1所示。

表1 平穩(wěn)性指標(biāo)評定等級

3 測試案例分析

3.1 GB5599-1985測試結(jié)果

通過對國內(nèi)某地鐵列車的客室內(nèi)布置振動加速度傳感器，在ATO模式下進行空載運行。測得的振動加速度信號通過上述計算方法得到的平穩(wěn)性結(jié)果如圖2所示，圖2為國標(biāo)要求每18秒計算一次平穩(wěn)性。

圖2 各測點平穩(wěn)性與速度關(guān)系圖

各個測點的不同方向平穩(wěn)性最大值匯總結(jié)果如表2所示。

表2 各測點平穩(wěn)性最大值

3.2 GB5599-2019測試結(jié)果

新舊國標(biāo)的變動體現(xiàn)在由18秒進行一次平穩(wěn)性計算改為5秒計算一次，舊國標(biāo)要求每2秒進行分段，新國標(biāo)沒作具體要求，計算結(jié)果如圖3所示。

圖3 各測點平穩(wěn)性與速度關(guān)系圖

各個測點的不同方向平穩(wěn)性最大值匯總結(jié)果如表3所示。

表3 各測點平穩(wěn)性最大值

圖中的紅色橫線表示平穩(wěn)性的極限值2.5，在紅色限值以下的點均為優(yōu)秀，藍色的曲線表示速度變化，紅色的散點圖表示在整個運行過程中的不同時間段的平穩(wěn)性值。

3.3 測試結(jié)果對比

為更直觀的反映不同計算時間下的平穩(wěn)性結(jié)果的差異，將5s計算結(jié)果和18s計算結(jié)果匯總到同一張圖中，如圖4所示。

圖4 不同計算時間下平穩(wěn)性對比

如圖4所示，5s計算一次平穩(wěn)性，最大值比18s計算一次的結(jié)果大；最小值比18s計算一次的結(jié)果小。選擇速度大于70km/h時，平穩(wěn)性計算結(jié)果的平均值匯總于表4中。

表4 各測點平穩(wěn)性平均值對比

3.4 測試結(jié)果分析

通過圖2、圖3和圖4各個測點的平穩(wěn)性與速度的關(guān)系圖可以發(fā)現(xiàn)，測試車輛的平穩(wěn)性指標(biāo)均小于2.5；同一節(jié)車廂的兩測點的同向平穩(wěn)性近似相同；與GB5599-1985計算結(jié)果比較，GB5599-2019的計算結(jié)果波動范圍大，其最高速度下的平穩(wěn)性平均值大，二者整體變化趨勢相同。

4 結(jié)論

本文介紹了一種測試手段下的平穩(wěn)性計算指標(biāo)。根據(jù)文中實例，本次試驗計算的5s平穩(wěn)性平均值大于18s的計算結(jié)果，說明GB5599-2019相對于GB5599-85版本，在軌道車輛的運行品質(zhì)上提出了更高的要求。