不同計算時間下的平穩性指標對比研究

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中重要的組成部分，近年來軌道交通快速發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展，使得人們更加關注出行的舒適性，反映列車運行舒適性的一個重要指標是平穩性指標，本文介紹了一種結合測試手段下的平穩性計算方法，并將GB5599-1985和GB5599-2019的計算結果進行了對比分析。

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，全程保持數據采集儀工作。

1.2 試驗設備

本次試驗的傳感器采用加速度傳感器，量程范圍±10g，偏值<50mg，偏值穩定性<0.5mg，偏值重復性<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。測點布置在轉向架正上方的客室內且與車輛縱向中線偏離1m的位置，單節車廂內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鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規范，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

地鐵列車的平穩性指標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、環境溫度都會對平穩性產生影響，進而影響乘客乘坐的舒適度。平穩性指標的計算公式如下：

(1)

式中：W為平穩性指標；am為振動加速度峰值；f為振動頻率；F(f)——與振動頻率相關的加權修正系數，對于垂向加速度的頻率加權函數為。

(2)

對于橫向振動加速度的頻率加權函數為：

(3)

公式(1)～公式(3)計算的平穩性指標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性指標進行計算，最后進行總平穩性指標的計算，計算公式為：

(4)

參照GB5599，對平穩性指標的評定通常分為以下三個等級，如表1所示。

表1 平穩性指標評定等級

3 測試案例分析

3.1 GB5599-1985測試結果

通過對國內某地鐵列車的客室內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性結果如圖2所示，圖2為國標要求每18秒計算一次平穩性。

圖2 各測點平穩性與速度關系圖

各個測點的不同方向平穩性最大值匯總結果如表2所示。

表2 各測點平穩性最大值

3.2 GB5599-2019測試結果

新舊國標的變動體現在由18秒進行一次平穩性計算改為5秒計算一次，舊國標要求每2秒進行分段，新國標沒作具體要求，計算結果如圖3所示。

圖3 各測點平穩性與速度關系圖

各個測點的不同方向平穩性最大值匯總結果如表3所示。

表3 各測點平穩性最大值

圖中的紅色橫線表示平穩性的極限值2.5，在紅色限值以下的點均為優秀，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性值。

3.3 測試結果對比

為更直觀的反映不同計算時間下的平穩性結果的差異，將5s計算結果和18s計算結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性對比

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

表4 各測點平穩性平均值對比

3.4 測試結果分析

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

4 結論

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