輪軌動力學與安全性試驗方法對比*

林 洋，李宏偉，唐玉杰

(1 中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所，北京100081; 2 中國北車長春軌道客車股份有限公司，吉林長春130062; 3 華東交通大學 機電工程學院，江西南昌330013)

專題研究

輪軌動力學與安全性試驗方法對比*

林 洋1，李宏偉2，唐玉杰3

(1 中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所，北京100081; 2 中國北車長春軌道客車股份有限公司，吉林長春130062; 3 華東交通大學 機電工程學院，江西南昌330013)

我國高速列車與國外輪軌動力學與安全性試驗方法不盡相同，且已開通運營里程高達近萬公里，所以有必要對輪軌動力學與安全性試驗方法進行評估。通過調研整理國內外高速列車輪軌動力學理論研究成果與安全性試驗方法，確定了輪軌動力學和安全性試驗方法的4方面內容:脫軌系數、輪重減載率、輪軸橫向力和構架橫向穩定性。然后依次從國內外的研究現狀、標準限值、測試方法和應用情況等方面進行梳理分析。對比結果顯示，我國高速鐵路聯調聯試與車輛型式試驗均對4方面內容進行測試，滿足高速列車動力學與安全性要求。

高速列車;輪軌動力學;安全性;試驗方法

我國已開通的高速鐵路運營里程高達近萬公里，擁有CRH系列動車組，如CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH380型動車組等。高速鐵路工程建設與高鐵運營經驗日趨豐富;高速動車組的設計、制造、維護等技術日趨完善。不可否認的是高速列車在實際運行中出現了一些問題，如某一線路在聯調聯試中發現缺陷、某一運營線路出現晃車現象等。輪軌的動力學直接決定著高速列車運行的穩定性、安全性、平穩性。由于我國高速鐵路發展歷史與科研體制與歐盟、日本等國不同，國內輪軌動力學理論研究成果和安全性的試驗方法和國外不盡相同。所以，有必要參照國外方法對我國現有的輪軌動力學研究理論結果與高速列車安全性的試驗方法進行評估。

通過調研整理歐盟、北美、日本和國內高速鐵路輪軌動力學理論研究成果和高速線路試驗資料，并在確定了以脫軌系數、輪重減載率、輪軸橫向力和構架橫向穩定性為安全性試驗內容的基礎上，依次從國內外研究現狀、標準限值、測試方法和應用情況等方面進行梳理和分析了國內外的輪軌動力學理論研究成果和安全性試驗方法的應用。

1 國內外輪軌動力學試驗方法

1.1 脫軌系數

列車在鋼軌上運行時，在車輛結構參數、線路條件及運行狀態等不利的因素下，可能會有輪軌分離，從而導致車輛脫軌［1］。為了描述、表征車輛運行安全程度，國內外研究機構采用多種方法對輪軌間的作用力進行了測量，提出了脫軌系數這一指標，并規定了脫軌系數的限值。隨著測試技術的發展和工程經驗的積累，脫軌系數這一重要指標已被多數國家用來評價車輛運行安全性。脫軌系數是用于鑒定試驗車輛輪緣因橫向力作用是否會逐漸爬上軌頭而脫軌。脫軌臨界狀態時鋼軌受力關系如圖1。

圖1 脫軌臨界時鋼軌受力關系

在整理比較了國內、歐洲、日本、美國脫軌系數的標準限值以后，說明了脫軌系數在我國高速鐵路聯調聯試及高速動車組型式試驗中的應用。

(1)中國標準

文獻［2］是中國車輛動力學性能比較全面、權威的標準，對脫軌系數的限值、測量方法進行了詳細的規定。標準中指出評價車輛是否安全合格，脫軌系數應滿足第一限度標準，即:

為了增大安全裕量，脫軌系數應滿足第二限度標準，即:

式中Q為輪軌橫向力;P為輪軌垂向力。

隨著我國高速動車組的研發、應用，車輛脫軌方面的研究和測試技術均取得長足的進步，形成了《高速動車組整車試驗規范》這一標準，規定了脫軌系數的評判新標準［3］:

與此同時，新建的多條高速鐵路已投入運營。在新建鐵路的聯調聯試和動態檢測過程中，將脫軌系數作為一項重要的檢測項目，形成了文獻［4－6］等檢測標準。在線路檢測中，要求脫軌系數滿足:

(2)歐洲標準

法國國營鐵路(SNCF)、德國聯邦鐵路(DB)和瑞典國鐵(SJ)等西歐國家規定2 m滑動平均值需滿足:

脫軌系數的計算方法采用ORE的研究結果，并納入國際鐵路聯盟UIC 518標準中［7］。

(3)日本標準

日本考慮了輪軌間發生沖擊時車輪脫軌安全性問題，并將脫軌系數的安全限值與橫向力作用時間結合在一起(圖2)，規定限值為:

(4)美國

美國綜合采用兩種方法限制脫軌:一種是規定單車輪的脫軌系數需滿足:≤0.8;另一種是Weinstock準則，對兩側車輪脫軌系數之和進行了限制，規定

圖2 日本對脫軌系數安全限度的規定

國內外脫軌系數的限值比較，見表1。

表1 國內外脫軌系數的限值比較

脫軌系數關乎著軌道車輛運行的安全性，一直是我國鐵道車輛試驗關注的內容。尤其是近幾年我國高速鐵路的快速發展，脫軌系數在車輛型式試驗與聯調聯試中得到廣泛的應用。

(1)車輛型式試驗中的應用

脫軌系數是車輛動力學性能試驗的一項重要測試指標，目前已廣泛應用于普通客車、貨車、地鐵、動車組等車型的試驗與研究，而且已成為車輛研究、開發、檢驗過程中的基本指標。動車組型式試驗中通過采用逐級提速方法，嚴密監測脫軌系數等安全性指標，來保障車輛的運行安全。我國的CRH1、CRH2、CRH3、CRH5等類型的動車組的型式試驗中，均對脫軌系數進行了測試和評價。

(2)線路聯調聯試中的應用

隨著我國高速鐵路的發展，脫軌系數已經廣泛應用于既有線和新建線路的聯調聯試。包括京滬線、京哈線、京廣線、滬昆線、膠濟線、隴海線等我國鐵路第6次全國大提速的所有既有線路以及包括合寧客專、合武客專、京津城際、武廣高鐵、鄭西高鐵、京滬高鐵等在內的新建線路聯調聯試中均嚴格監測了脫軌系數這一指標。經過多條線路的聯調聯試，我國積累了豐富的工程經驗，能夠有效的利用脫軌系數檢測出線路中的軌道缺陷，指導軌道線路精調，提高線路質量。其中，在武廣、石太、甬臺溫、滬寧、滬杭等多條線路聯調聯試中，均檢測出因焊縫和信號軌斷片等原因引起的脫軌系數超限。

1.2 減載率

輪重減載率是評定鐵道車輛運行安全性的重要指標之一。輪重減載率定義為車輪垂向減載量與車輪質量的比值，即，其中ΔP=－P，式中為左右側車輪的平均輪重，P為實際輪重，ΔP為輪重減載量。輪重減載率實際上是由Nadal公式派生出來的一個評價脫軌安全性的輔助指標［8］。

各國的減載率雖然定義相同，但具體標準限值各有著自己的特點。

(1)中國

GB/T 5599－1985［2］第3.3.3條規定如下:輪重減載率試驗時，車輛應在通過9號單開道岔以及低速通過小半徑曲線的條件下測定(橫向力為0或近于0)。

除上述國家標準外，為規范高速列車試驗，檢驗高速列車的性能，2008年原鐵道部運輸局編制完成了《高速動車組試驗和評價規范》(鐵運［2008］28號)，《高速動車組試驗和評價規范》對輪重減載率的規定如下:

在中國輪重減載率作為運行安全性的一個重要指標，不僅用于準靜態測量評價，也用于動態測量評價。2007年4月中國鐵路第六次提速后，輪重減載率廣泛地應用于高速動車組的型式試驗和高速鐵路的聯調聯試試驗。具體為:

①車輛型式試驗中的應用

CRH動車組的動力學性能試驗中，多次出現輪重減載率超過0.80的現象，為了利用輪重減載率判斷車輛運行安全性，對京津城際 CRH動車組(CRH2C和CRH3C)輪重減載率超過0.80時的運行穩定性和振動加速度進行測量研究，分析了此狀態下車輛運行安全性和相關振動特性，給出了利用減載率來判斷車輛安全性的參考。

②聯調聯試中的應用

在多條客運專線的聯調聯試中，所監測的輪重減載率在直線、曲線、道岔、焊縫等線況出現了大值。根據已積累的聯調聯試經驗，通過多次線路的實地考察，發現均因線路的各種缺陷所致輪重減載率超標，不僅發現了明顯、易查的顯性缺陷，而且找出了隱密、難查，波長小于1.5 m的短波缺陷。長期聯調聯試實踐證明，通過軸監測輪重減載率能有效地找出其值超標處所對應線路的顯、隱性缺陷。

(2)歐洲

EN 14363的動態試驗中沒有輪重減載率的評定指標。靜態測試中，當不能直接測量輪軌力，不能通過脫軌系數進行評定時，才引入了輪重減載率作為評定安全的指標，具體限值如下:

(3)日本

日本標準［9］中涉及到輪重減載率的標準如下:

(4)北美

北美僅規定了車輛的動態輪重減載率

1.3 輪軸橫向力

為了最大限度的限制因輪軸橫向力導致的軌排橫移，對單個輪軸所施加給軌道的橫向力限值做了規定。

(1)中國

過大的輪軸橫向力可能會導致軌排橫移，造成無縫線路動態失穩產生脹軌跑道現象，所以有必要限制輪軸橫向力，文獻［3］對輪軸橫向力作如下規定:

(2)歐洲

UIC 518規定了輪軸橫向力限值［7］:

(H2m)lim=β(10+P0/3);P0是每個軸的靜載荷，kN。β的數值規定如表2。

表2 β數值規定

在車輛型式試驗和聯調聯試中時常出現輪軸橫向力值超限的情況。總結多次聯調聯試的經驗，發現輪軸橫向力值超限值時的情況均為單峰值，均為線路小于1.5 m的短波缺陷所致，而且一般對應兩種線路缺陷，即道岔缺陷、軌向不平順。

1.4 構架橫向穩定性

由于車輪踏面具有錐度和輪軌間復雜的動力作用，軌道車輛沿軌道運行時，輪對會產生一種特有的自激振動，即一面橫向移動，一面繞通過其重心的鉛垂軸轉動(搖頭運動)，輪軸中心運動軌跡為周期為的波浪形曲線，與蛇行相似，稱這種運動為蛇行運動［1］。在一定速度范圍內，因車輛結構中的阻尼以及輪軌間的蠕滑，輪對蛇行運動振幅會衰減;當速度超過某一臨界速度時，輪對蛇行運動的振幅不斷地增大，造成輪對左右搖擺，輪緣碰撞鋼軌，轉向架或車體出現大振幅的劇烈振動，這種現象稱為蛇行失穩［10］。輪對蛇行運動會引起轉向架和車體在橫向平面內的振動，相應地稱轉向架蛇行運動和車體蛇行運動。由于蛇行運動是在橫向平面內發生的振動，故將機車車輛在橫向平面內的蛇行運動穩定性，稱為橫向運動穩定性。構架橫向穩定性即為構架在橫向平面內的蛇行穩定性。

各國對構架橫向加速度的濾波頻率、評價方法和標準限值不同。現說明如下:

(1)中國

構架橫向加速度10 Hz濾波、峰值有連續6次以上達到或超過極限值8～10 m/s2時，判定轉向架橫向失穩。

(2)歐洲

UIC 518采用轉向架構架橫向加速度10 Hz低通濾波后計算100 m加速度的RMS值進行評價，當轉向架構架上的橫向加速度為Mb/5時判定轉向架橫向失穩［7］。其中Mb是轉向架質量，該質量是轉向架裝備完整時的質量，包括輪對。

(3)美國

最小截止頻率為10 Hz低通濾波器(LPF)濾波，并去除線性趨勢項后，連續2 s內的構架橫向加速度RMS值大于0.3 g，判定轉向架橫向失穩。

中國鐵道科學研究院自第六次鐵路提速以來，承擔了高速動車組服役跟蹤工作，先后對廣深線、滬昆線、京滬線、石太線、京哈線速度為200～250 km/h動車組的振動服役性能以及京津城際、武廣客專、京滬高鐵速度為300～350 km/h動車組的振動服役性能進行了跟蹤研究。其中，構架橫向穩定性是跟蹤測試的重要參數，也是動車組服役運行安全性關鍵評價指標。在跟蹤過程中，通過監測構架橫向加速度發現了多例轉向架蛇行失穩和車體失穩現象。

1.5 小結

各國脫軌系數與輪重減載率定義基本相同，但標準限值明顯不同。日本還考慮了輪軌發生沖擊時，車輪脫軌的安全性問題，即考慮了作用時間的脫軌系數。歐洲動態試驗中，沒有規定減載率的限值，其他各國輪重減載率均有準靜態與動態之分，且兩種情況下限值不同。

輪軸橫向力各國標準限值也不同。除日本外，各國采用構架橫向加速度來判斷構架是否失穩，但構架橫向加速度的濾波方式、濾波的截止頻率、判斷構架是否失穩的方法均不同。

2 安全性試驗方法

國內外高速鐵路涉及到的輪軌動力學和安全性問題是相同的，但相關的測試項目、測試方法和評價方法不盡相同。

北美的安全評價要素目前僅被用于貨車車輛，對于客車，不同客運當局的安全測試方式則各不相同。在英國及歐洲，安全評價標準普遍適用于所有的機車、客車、鉸接式車輛及貨車車輛。北美、英國、歐洲并不對每種車輛測試所有的安全評價要素，如果當很有把握安全性問題不會出現時，就不必對車輛進行安全性測試。

北美及英國均針對車輛運行的安全要求、出現安全問題的條件以及需要特殊標準進行測試，同時，車輛設計者對車輛運行要求(如荷載、速度和安全標準)車輛運行環境需要做出明確的限定。不同的是歐洲大陸對輪軌動力學和安全性的測試及評估，側重于確保車輛在穿過國界時不會出現安全問題。因此，歐洲車輛安全要求更趨向于要反映實際運行狀況，而不是分析研究。

2.1 脫軌安全

(1)北美試驗方法

對于貨車車輛，要求試驗車輛通過許多具有特定幾何形狀的軌道區，車輪踏面是標準的北美磨耗型踏面，鋼軌表面摩擦系數不得小于0.4，試驗車輛裝有測力輪對及其他必要的試驗儀器。試驗數據濾去高于15 Hz的高頻成分，并只考慮那些作用時間超過50 ms的輪軌力。

①曲線通過性能試驗

穩態曲線通過要求輪軌作用力是安全的，并避免有任何脫軌的趨勢。目前僅僅針對單個車輛系統進行試驗評估，對多個連掛車輛的研究(模擬車鉤及牽引力影響)正在進行中。

②曲線進出性能試驗

車輛進出這些具有特殊幾何形狀的線路要求在進出一定半徑曲線時符合一定的性能:大車輛定距及剛性車體可扭轉。試驗的分析結果要確定一個合理的脫軌安全界限，尤其要獲得輪重減載的情況下的安全界限。

③通過有激擾軌道性能試驗

為模擬車輛在運行期間可能遇到各種工況時的激擾，設計了各種類型的激擾線路。試驗旨在說明設計的車輛能夠提供足夠的結構損壞和任何脫軌趨勢的安全裕度。試驗速度達112.5 km/h，或一直逐級提高試驗速度，至出現危險情況，密切關注臨界速度附近的性能。

④對軌面表面形狀突變的響應試驗

鋼軌接頭和軌道剛度分布不均造成鋼軌有載荷時形狀突變，從而形成車輛的振動激擾。試驗旨在確認車輛通過引起車輛點頭和浮沉的軌道時具有良好的動力學性能。實際運營中，這種情況會發生在道岔或橋墩處。

⑤橫向高低不平順響應試驗

試驗軌道的軌面上有一些交錯連續的凸凹(波長為11.9 m)，其波幅可引起振幅最大達19 mm的橫向振動，軌長122 m。試驗旨在確認車輛通過存在側滾激擾的扭曲軌道時具有良好的動力學性能。試驗結果要求輪軸橫向力Q和垂直力P，Q/P總值不超過1.5，車體最大側滾角的峰值不超過6°，車輪最小垂直載荷始終不小于車輪靜載荷的10%。此類軌道不平順一般出現在道岔、低軟點或表面損壞的軌道處。

⑥方向不平順響應試驗

試驗軌道軌面是波長11.9 m、波幅31.8 mm的正弦曲線，軌距1 460 mm，軌長61 m。試驗旨在要確認車輛通過搖頭和側滾激擾的方向不平順線路時具有良好的動力學性能。試驗結果要求轉向架一側Q/P值不超過0.6，輪軸Q/P總值不超過1.5。

⑦動態曲線通過性能試驗

試驗外側軌道含有首尾相接、波幅為25.4 mm的波段構成的圓弧所形成25.4 mm的軌距偏差，波幅為25.4 mm的橫向高低不平順。試驗的目的要確認車輛通過具有軌距偏差和橫向高低偏差的曲線軌道時具有良好的動力學性能。試驗結果要求在試驗中單個車輪Q/P值不超過1.0，輪軸Q/P總值不超過1.5，車輪最小垂直載荷始終不小于車輪靜載荷的10%。

(2)歐洲試驗方法

①準靜態測量

歐洲規定車輛通過所有類型的曲線，因輪緣爬軌引起的脫軌可能性很低，但對機車并沒有特殊的要求。而對于客車車輛來說，必須驗證車輛在通過具有下述特征的線路時不能脫軌:車輛定距扭曲度=15/2a*+2.0，其中2a*為車輛定距，m;轉向架固定軸距扭曲度=7－5/2a+，其中2a+為轉向架固定軸距;上述兩種情況的組合。

貨車車輛標準對輪緣爬軌性能做了簡單的假設。針對不同參數，如車輛總長、軸距(二軸車輛)、車輛定距(轉向架車輛)、輪載、車體扭曲剛度、垂直彈簧剛度等，制定了相應的安全條件。如果車輛符合相應條件，則合格。

②動態(高速條件下測量)

至少要在裝有測試儀器的轉向架的每個外側軸端上測量輪軌接觸橫向力Q和垂直力P。如果是軸式的貨車，則簡化測量轉向架外側軸的橫向力H。

(3)日本測試方法

提高最高運行速度、曲線通過速度及通過道岔、曲線時的速度時，測量并驗證脫軌系數。利用安裝在被試車輛上的測力輪對進行測量，原則上采用電阻應變計來測量車輪上產生的應變(困難的情況下也可以測量車軸應變)，測量輪重、橫向力的同時，測量測力輪對上的軸箱垂向振動加速度，以便檢測鋼軌接頭的位置和輪重變化的時間歷程。使用輪重測量波形瞬時值或略去車輪輪重測量波形中急劇變化的成分(僅用于比較緩慢變化的脫軌系數)的值作為輪重值。最后，將同時測得的橫向力與輪重的比值作為脫軌系數。

2.2 輪軌橫向力

(1)北美試驗方法

北美對垂向或橫向軌道力(輪軌作用力)的臨界值并未作具體的限制要求。

(2)歐洲試驗方法

歐洲除對輪軌橫向力有限制規定，并不對輪軌垂向力作限制。歐洲對橫向軌道力的限定與英國相似，但限值為英國限值的85%。

客車采用與英國相同的線路試驗。雖然希望機車能符合客車車輛的技術標準，但歐洲對機車并沒有特殊的要求。貨車車輛也要符合相似的標準，也要通過線路試驗，不同的是歐洲采用的限值標準是根據軸重而不是結合輪重和作用在一系懸掛上的橫向力。

HMAX≤0.85(10+P0/3)，其中HMAX為作用在軸箱上的橫向力，kN。

此外還規定了下列要求:

Haverage+δ≤0.5(10+P0/3)，式中δ為軌道試驗中得到的H的標準偏差，kN。

(3)日本測試方法

主要用于直線提速、曲線提速、道岔提速、側線提速的各種試驗，曲線提速和道岔側線提速時主要驗證橫向力。另外為了比較試驗列車不同類型車軸或者運營列車等橫向力的發生狀態，根據需要一般可在地面采用鋼軌動態剪切應變進行橫向力的測量。

2.3 轉向架橫向穩定性試驗

(1)北美試驗方法

試驗在具有良好性能的軌道上進行，旨在確認車輛在運行速度范圍內不會出現橫向失穩或蛇行失穩。對于客車，要求在高于臨界速度時，構架橫向加速度有適當的穩定裕度;規定貨車車輛的試驗速度在112.5 km/h以下。分析同時，需要輪軌力和車體橫向加速度的大小維持在足以保證車輛有足夠的脫軌安全裕度范圍內。

根據已經測試過的并在有效范圍內的車輛參數建立分析模型，對車輛通過直線、半徑為3.5 km和1.75 km曲線的狀態進行分析。通過分析確定車輛在高于某一速度運行時出現因輪對橫向振動的振幅過大而引起輪緣與軌緣連續接觸這一情況下的速度。

試驗采用具有北美標準磨耗踏面的空載車輛，通過一段假定軌面干燥的新軌道，摩擦系數為0.5，線路為直線且性能優良，輪軌匹配等效錐度不小于0.15(必要時可通過調節軌距來獲得這一錐度)。并在該車輛每個轉向架的導向軸位置裝測力輪對。

分析和試驗結果若滿足在610 m長的線路上，車輛橫向加速度的未加權方差不得超過2.6 m/s2，軸Q/P總值不得超過1.5即為合格。

(2)英國的試驗方法

仿真計算試驗采用目前已認可的多自由度模型直線計算方法，需要車輛對臨界速度有一定的安全裕量(通常為10%)，等效錐度要能夠反映實際運行時可能遇到的等效錐度，蠕滑力要在Kalker蠕滑力系數的一半到全值之間變動，并要求阻尼值不得低于特定的值。

線路試驗也被用來確定是否存在規定范圍內的阻尼。在檢測到失穩的情況下，要在存在問題的地方測量鋼軌廓形和試驗車輛的車輪型面。

(3)歐洲的試驗方法

歐洲通過線路試驗測量相關加速度來確定車輛是否符合相關規定，測量每個端部輪對上方轉向架構架的橫向加速度y+。對于客車，歐洲規定構架的橫向加速度不得超過8.0 m/s2，頻率介于4.0～8.0 Hz，對機車并沒有特殊的要求。貨車車輛通過參照在軸箱上測到的橫向力進行動態穩定性能評價。

2.4 評價方法對比

(1)脫軌評價方法對比

北美對貨車車輛脫軌的安全性評價是通過大量的線路試驗并輔以仿真分析來完成。線路試驗在設有特定幾何形狀并有激擾的軌道上進行，以此激起車輛系統的非正常運行狀態。軌道根據波長為1.9 m(不必用最差狀況軌道)建造的，并不力求和任何實際運用中的軌道幾何形狀和狀況完全相同，被試車輛安裝了包括測力輪對在內的試驗設備。仿真分析時，設計者輸入參量來確定既定的軌道幾何形狀，從而檢測已設計的方案。

英國對于車輛脫軌評價的方法和北美有著明顯的不同。英國不對車輛進行線路測試，而是基于靜態試驗和非線性模擬。靜態試驗用來確定軌道扭曲和轉向架轉動對車輛脫軌的影響;非線性模擬用來確定車輛在通過極端但又現實軌道時的脫軌安全性能。

歐洲將測試和仿真分析結合運用。通過仿真分析得出具體的軌道扭曲對車輛脫軌安全性能的影響;測試在具有最小曲線半徑和極端扭曲的實際運行軌道上進行且車輛裝有測力輪對。

日本還利用輪重減載率評價運行安全，歐洲和北美則沒有該項評價指標。

(2)輪軌作用力評價方法對比

除北美外，英國、日本和歐洲都對最大輪軌力作了限定，但北美對靜軸重做了限定。英國對橫向和垂向輪軌力都有限定，歐洲只對橫向輪軌力有限定。

英國測試過程通常都先采用分析的方法進行，對特定分散的軌道不平順進行計算(在垂直方向上，這種不平順表現為嚴重的平行軌接頭下沉)，橫向軌道輸入作為一個理想的具有變化幅值和波長的不平順，且足以引起橫向懸掛裝置的極限運動。此外，還用到了如道岔和岔芯這樣的結構。最后，將輪對慣性力和一系懸掛力相加后得到動態輪軌力。在對分析結果存在疑問時，才進行線路試驗。歐洲和日本對橫向輪軌力的測定是通過測力輪對在線路試驗完成的。

(3)關于動態穩定性(橫向穩定性)評價方法的對比

無論北美、英國還是歐洲，都采用線路試驗并輔以分析計算對車輛進行動態穩定性評價。北美要求車體橫向加速度和軸Q/P總值符合相應的標準，而英國和歐洲以車體和構架橫向加速度為標準對客車進行動態穩定性測試，對于貨車車輛則以橫向輪軌力為標準。日本不采用構架加速度對構架橫向穩定性進行判定。

2.5 小結

北美、英國和歐洲的車輛安全性評價方法有著很大的區別。主要的區別在于北美致力于確定避免脫軌。因為北美鐵路主要用于貨物運輸，而英國和歐洲鐵路則主要用于客運，所以北美線路幾何品質差、軸重大;英國、歐洲線路質量要求高。考慮到北美的軸重要比英國和歐洲高得多，北美的另一顯著特點是沒有對動態垂向和橫向輪軌力做出限定。

運行品質在北美不屬于貨車車輛安全性評價范圍。但由于將來會更多的測重于運行品質(特別是在用于運輸汽車的用途條件下)，這一點可能會改變。

在北美和歐洲的線路試驗中，測力輪對起著重要作用，但英國卻不用測力輪對。

英國的安全性評價方法對非線性模擬計算的依賴程度比歐洲和北美高得多。對新車進行安全性評價投入的費用相當多，尤其是采用北美的方法。隨著非線性模擬計算的發展，對新車進行安全性評價的費用相應會減少。然而，由非線性模擬程序所做出的預測準確性必須要通過所有類型車輛的驗證才能進行安全性評價。尤其是許多貨車車輛的設計采用了復雜的懸掛裝置，模擬的精確度大大依賴于所用的車輛參數。所以，這些參數要經過試驗驗證，才能進行非線性模擬計算。

日本與歐洲存在2個差別:不采用構架橫向加速度來評價轉向架橫向穩定性;但采用輪重減載率來評價脫軌安全。

3 結論與建議

綜上所述，得出的結論如下:

(1)國內外鐵道行業關于列車運行的輪軌動力學和安全性全部試驗項目為:脫軌系數、輪重減載率、輪重(垂向力)、輪軌橫向力、構架橫向穩定性、車體加速度。前4項基本通過測力輪對測試，最后兩項主要通過在構架和車體安裝加速度傳感器進行測量。

(2)中國的高速列車型式試驗和聯調聯試，對以上項目均進行測量、驗證，涵蓋了國外列車運行時輪軌動力學和安全性的所有測量項目。

(3)國內外鐵道行業關于輪軌動力學和安全性試驗項目的具體測量方法和評定限值存在諸多差別。

(4)我國輪軌動力學研究成果及限值和安全性試驗方法經歷了不同型號、不同速度等級高速動車組型式試驗和聯調聯試的考驗，能夠滿足高速列車試驗要求。

雖然近年來國內外許多學者、研究機構也進行了大量的研究工作，提出了一些新的評判方法和限值，但這些評定限值尚未得到廣泛的認可，還未形成新的標準。目前我國車輛型式試驗與聯調聯試的輪軌動力學與安全性試驗方法及評價標準已經形成，但跟蹤試驗的有關標準尚未形成，建議有更多學者與研究機構研究制定跟蹤試驗輪軌動力學與安全性的試驗方法及評價標準，以掌握高速列車在服役過程中的性能變化規律以及運行安全狀態。

［1］ 王福天.車輛動力學［M］.北京:中國鐵道出版社，1981.

［2］ GB 5599－85 鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規范［S］.

［3］ 中華人民共和國鐵道部.鐵運［2008］28號 高速動車組整車試驗規范［S］.

［4］ 鐵建設［2008］133號 客貨共線鐵路工程竣工驗收動態檢測指導意見［S］.

［5］ 鐵建設〔2010〕214號 高速鐵路工程動態驗收指導意見［S］.

［6］ 鐵集成［2010］166號 高速鐵路聯調聯試及運行試驗指導意見［S］.

［7］ UIC 518:2005 Testing and approval of railway vehicles from the point of view of their dynamic behaviour-Safety-Track fatigue-Ride quality［S］.3rd edition，October 2005.

［8］ 張 洪，楊國楨.關于客車轉向架的脫軌和輪重減載問題［J］.鐵道車輛，2005，43(6):10-15.

［9］ 日本鐵道綜合技術研究所.既有線鐵路運營提速試驗手冊［S］.1993.

［10］ 任尊松.車輛動力學基礎［M］.北京中國鐵道出版社，2009.

Comparison of the Wheel Rail Dynamics Method

LIN Yang1，LI Hongwei2，TANG Yujie3
(1 Locomotive＆Car Research Institute，China Academic of Railway Science，Beijing 100081，China; 2 CNR Changchun Railway Vehicles Co.，Ltd.，Changchun 130062 Jilin，China; 3 East China Jiaotong University，Nanchang 330013 Jiangxi，China)

High speed trains wheel rail dynamics and safety test method is not all the same in our country and abroad.China Railway Highspeed has operation mileage reaching into nearly 10，000 kilometers，so it is necessary to evaluate the wheel rail dynamics and safety test method.Domestic and foreign high speed trains wheel rail dynamics theory and method of safety test are explored，and the four aspects of wheel rail dynamics and safety test methods including the derailment coefficient，reduction rate of wheel load，wheel-rail lateral force and the bogie stability are confirmed.Then，the standard research status，the limit value，test methods and applications at home and abroad are analyzed concretely.The evaluation result shows that china railway high-sped lines experiment and vehicles test cover the above four aspects of testing，and all aspects can meet the high speed trains dynamics and safety requirements.

high speed trains;wheel rail dynamics;safety;test method

U260.11

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.05

1008－7842(2015)01－0025－07

*國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)(20141CB711104)林洋(1982—)男，工程師(

2014－06－06)