地鐵車輛動力學響應(yīng)穩(wěn)定性和平穩(wěn)性測試方法

趙宗耀，羅曦春

（1.北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司，云南昆明 650500；2.云南京建軌道交通投資建設(shè)有限公司，云南昆明 650500）

0 引言

根據(jù)交通運輸部2019 年第1 號文的要求，在城市軌道交通工程初期運營前需進行安全評估工作，其中車輛動力學響應(yīng)測試是安全評估工作的重點，車輛動力學響應(yīng)的測試結(jié)果將作為安全評估工作的重要依據(jù)。

車輛動力學響應(yīng)測試又分為運行穩(wěn)定性試驗和運行平穩(wěn)性試驗，根據(jù)設(shè)計和相關(guān)技術(shù)標準在規(guī)定速度范圍內(nèi)對系統(tǒng)功能、動態(tài)性能和系統(tǒng)狀態(tài)進行測試，驗證軌道、車輛等系統(tǒng)的功能或性能，檢查、復驗工程質(zhì)量，指導軌道、車輛等相關(guān)子系統(tǒng)調(diào)整和優(yōu)化，減少線路輪軌系統(tǒng)缺陷，保障新建線路運營安全性和舒適性。

1 車輛運行穩(wěn)定性測試

1.1 測試內(nèi)容

根據(jù)相關(guān)標準及文件要求，對車輛動力學響應(yīng)—車輛運行穩(wěn)定性進行測試，主要測試參數(shù)包含脫軌系數(shù)D、輪重減載率U、輪軸橫向力H 等，檢驗其結(jié)果是否滿足標準要求。

（1）脫軌系數(shù)D。車輛運行時，在線路狀況、運用條件、車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)和裝載等因素最不利的組合條件下可能導致車輪脫軌。評定防止車輪脫軌穩(wěn)定性的指標用“脫軌系數(shù)”，為作用在車輪上的橫向力Q 和作用在車輪上的垂向力P 的比值。

在整條線路區(qū)段上劃分多個樣本區(qū)段，每個區(qū)段的長度為200 m，使用輪軌力檢測系統(tǒng)對每個樣本區(qū)段進行檢測，取每個區(qū)段的最大值作為該區(qū)段的脫軌系數(shù)值，整條線路區(qū)段的脫軌系數(shù)以散點圖的方式呈現(xiàn)，即可評估整條線路區(qū)段的質(zhì)量情況。

（2）輪重減載率U。輪重減載率定義為減載側(cè)車輪的輪重減載量與減載和增載側(cè)車輪的平均靜輪重之比。車輛在高速運動過程中，車輪在振動過程上下運動，輪對間的輪重會發(fā)生增減變化，輪重減小一側(cè)即使橫向力很?。ㄉ踔翛]有），也有可能與車輪發(fā)生橫向相對位移而發(fā)生脫軌，輪重減載率是判斷脫軌風險的另一個指標。

輪重減載率的檢測和輸出方式與脫軌系數(shù)相同，都可以評價車載在軌道上運行的穩(wěn)定性。

（3）輪軸橫向力H。輪軸橫向力為左右兩側(cè)輪軌橫向力的矢量和，用于評定車輛在運行過程中是否會因為過大的橫向力而導致軌距擴寬或線路出現(xiàn)嚴重變形等。輪軸橫向力的大小與軌道的幾何尺寸狀態(tài)有密切關(guān)系。

1.2 測試方法及設(shè)備安裝方式

在Tc 車上安裝一條測力輪對。采用測力輪對方法，需對軸端和輻板進行加工，輪對與采集系統(tǒng)之間信號傳輸通過集流環(huán)完成（圖1、圖2）。

圖1 測力輪對

圖2 測試結(jié)構(gòu)示意

測力輪對需要進行測力標定。根據(jù)GB 5599—1985《鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規(guī)范》和TB/T 2360—1993《鐵道機車動力學性能試驗鑒定方法及評定標準》中的間斷測試標準。在標定臺上，利用仿軌面加力頭，在車輪踏面范圍，依次施加垂向與橫向力，統(tǒng)計測試結(jié)果，得到測力輪對的垂向力比例系數(shù)為Kpp、垂向力對橫向力橋的干擾系數(shù)為Kqp、橫向力比例系數(shù)為Kqq、橫向力對垂向力橋的干擾系數(shù)為Kpq，代入實測系數(shù)間斷點的計算方程，實現(xiàn)測試信號與輪軌接觸力的換算方法。

如圖3 所示，兩條測力輪對分別換裝在被試車輛Tc 和Mp的1 位軸位置，用于輪軌力的測量。

圖3 測力輪對位置

1.3 判定標準

車輛運行穩(wěn)定性評判標準見表1。

表1 車輛運行穩(wěn)定性評判標準

2 車輛運行平穩(wěn)性測試

2.1 測試內(nèi)容

測試車輛運行平穩(wěn)性指標及轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、軸箱振動加速度，檢驗評估其指標是否符合標準的要求，驗證軌道狀態(tài)能否滿足乘客乘坐舒適性要求。

(1)提升新一代信息技術(shù)的集成應(yīng)用水平 一方面，企業(yè)應(yīng)加強管理創(chuàng)新，推動管理模式向流程化、網(wǎng)絡(luò)化、社會化轉(zhuǎn)變，為新一代信息技術(shù)的集成應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)；另一方面，企業(yè)應(yīng)面向虛擬工廠、設(shè)計與制造集成、管理與控制集成、智能經(jīng)營決策等特定工業(yè)場景，加快研發(fā)和應(yīng)用覆蓋組織、流程、技術(shù)、數(shù)據(jù)等全要素，囊括設(shè)備、軟件、網(wǎng)絡(luò)、平臺等的系統(tǒng)性解決方案。

使用加速度傳感器對車輛運行平穩(wěn)性進行檢測，將線路總區(qū)段按每200 m 進行劃分，劃分為一個個的樣本檢測區(qū)段，計算出平穩(wěn)性指標，以散點圖或數(shù)據(jù)表的形式輸出樣本報表，并可根據(jù)里程準確定位。

2.2 測試方法及設(shè)備安裝方式

按照GB 5599—2019《鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規(guī)范》，分別在電客車的Tc 和Mp 車轉(zhuǎn)向架上方一側(cè)1 m 的車體地板面上安裝共計4 只兩相加速度傳感器，具體安裝位置如圖4 所示。

圖4 加速度傳感器安裝位置

2.3 判定標準

垂向及橫向平穩(wěn)性指標（W）按分類如下：

車輛懸掛系統(tǒng)正常下平穩(wěn)性指標規(guī)定為：新造車（經(jīng)5×103～8×103km 運用）運行平穩(wěn)性指標W<2.5。

車輛平穩(wěn)性指標按以下公式計算：

式中 W——平穩(wěn)性指標

A——振動加速度，g

f——振動頻率，Hz

F（f）——頻率修正系數(shù)（表2）

表2 頻率修正系數(shù)

3 測試條件

（1）線路工程（包括線路、路基、隧道、橋梁、軌道等）、檢測車輛、供電、接觸網(wǎng)、通信、信號、環(huán)境保護等系統(tǒng)的工程及其配套工程（包括外部配套工程及設(shè)備安裝）已按設(shè)計文件建成，承包商或集成商對工程質(zhì)量和系統(tǒng)功能自檢合格，具備運營車上線條件。

（2）試驗列車能提供機車數(shù)據(jù)（速度、里程等），用于試驗設(shè)備檢測定位。

（3）試驗設(shè)備安裝完成，完成動靜態(tài)通電通信測試，達到預期調(diào)試效果，具備上線正式試驗條件。

4 測試案例

使用本文的測試方法對昆明某地鐵線路上行進行了測試，該線路剛進行過初期運營前安全評估，通過了運行穩(wěn)定性和平穩(wěn)性測試。在被試車輛處于空車（AW0）載荷下、正常狀態(tài)下，在線路最高限速條件下進行試驗。被試車輛運行穩(wěn)定性和平穩(wěn)性指標最大值以及最大值出現(xiàn)時的速度見表3、表4。

表3 運行穩(wěn)定性指標測試結(jié)果

表4 運行平穩(wěn)性指標測試結(jié)果

由以上數(shù)據(jù)可知，運行穩(wěn)定性和平穩(wěn)性指標滿足評定標準要求，且與初期運營前安全評估時的數(shù)據(jù)基本一致。

5 結(jié)論

根據(jù)測試結(jié)果，所測試驗段車輛運行穩(wěn)定性和平穩(wěn)性指標符合交辦運［2019］17 號《城市軌道交通初期運營前安全評估技術(shù)規(guī)范 第1 部分：地鐵和輕軌》要求，且測試數(shù)據(jù)與初期運營前安全評估時的數(shù)據(jù)基本一致，所以該方法能有效測試地鐵車輛運行穩(wěn)定性和平穩(wěn)性，并作為城市軌道交通初期運營前安全評估的依據(jù)。