趙宗耀，羅曦春

（1.北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)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(yùn)輸部2019 年第1 號(hào)文的要求，在城市軌道交通工程初期運(yùn)營(yíng)前需進(jìn)行安全評(píng)估工作，其中車(chē)輛動(dòng)力學(xué)響應(yīng)測(cè)試是安全評(píng)估工作的重點(diǎn)，車(chē)輛動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的測(cè)試結(jié)果將作為安全評(píng)估工作的重要依據(jù)。

車(chē)輛動(dòng)力學(xué)響應(yīng)測(cè)試又分為運(yùn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)和運(yùn)行平穩(wěn)性試驗(yàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)定速度范圍內(nèi)對(duì)系統(tǒng)功能、動(dòng)態(tài)性能和系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證軌道、車(chē)輛等系統(tǒng)的功能或性能，檢查、復(fù)驗(yàn)工程質(zhì)量，指導(dǎo)軌道、車(chē)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(yùn)營(yíng)安全性和舒適性。

1 車(chē)輛運(yùn)行穩(wěn)定性測(cè)試

1.1 測(cè)試內(nèi)容

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及文件要求，對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)響應(yīng)—車(chē)輛運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試，主要測(cè)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(yàn)其結(jié)果是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（1）脫軌系數(shù)D。車(chē)輛運(yùn)行時(shí)，在線路狀況、運(yùn)用條件、車(chē)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(dǎo)致車(chē)輪脫軌。評(píng)定防止車(chē)輪脫軌穩(wěn)定性的指標(biāo)用“脫軌系數(shù)”，為作用在車(chē)輪上的橫向力Q 和作用在車(chē)輪上的垂向力P 的比值。

在整條線路區(qū)段上劃分多個(gè)樣本區(qū)段，每個(gè)區(qū)段的長(zhǎng)度為200 m，使用輪軌力檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)每個(gè)樣本區(qū)段進(jìn)行檢測(cè)，取每個(gè)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(diǎn)圖的方式呈現(xiàn)，即可評(píng)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(chē)輪的輪重減載量與減載和增載側(cè)車(chē)輪的平均靜輪重之比。車(chē)輛在高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，車(chē)輪在振動(dòng)過(guò)程上下運(yùn)動(dòng)，輪對(duì)間的輪重會(huì)發(fā)生增減變化，輪重減小一側(cè)即使橫向力很小（甚至沒(méi)有），也有可能與車(chē)輪發(fā)生橫向相對(duì)位移而發(fā)生脫軌，輪重減載率是判斷脫軌風(fēng)險(xiǎn)的另一個(gè)指標(biāo)。

輪重減載率的檢測(cè)和輸出方式與脫軌系數(shù)相同，都可以評(píng)價(jià)車(chē)載在軌道上運(yùn)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(píng)定車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中是否會(huì)因?yàn)檫^(guò)大的橫向力而導(dǎo)致軌距擴(kuò)寬或線路出現(xiàn)嚴(yán)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(cè)試方法及設(shè)備安裝方式

在Tc 車(chē)上安裝一條測(cè)力輪對(duì)。采用測(cè)力輪對(duì)方法，需對(duì)軸端和輻板進(jìn)行加工，輪對(duì)與采集系統(tǒng)之間信號(hào)傳輸通過(guò)集流環(huán)完成（圖1、圖2）。

圖1 測(cè)力輪對(duì)

圖2 測(cè)試結(jié)構(gòu)示意

測(cè)力輪對(duì)需要進(jìn)行測(cè)力標(biāo)定。根據(jù)GB 5599—1985《鐵道車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》和TB/T 2360—1993《鐵道機(jī)車(chē)動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)鑒定方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中的間斷測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。在標(biāo)定臺(tái)上，利用仿軌面加力頭，在車(chē)輪踏面范圍，依次施加垂向與橫向力，統(tǒng)計(jì)測(cè)試結(jié)果，得到測(cè)力輪對(duì)的垂向力比例系數(shù)為Kpp、垂向力對(duì)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(duì)垂向力橋的干擾系數(shù)為Kpq，代入實(shí)測(cè)系數(shù)間斷點(diǎn)的計(jì)算方程，實(shí)現(xiàn)測(cè)試信號(hào)與輪軌接觸力的換算方法。

如圖3 所示，兩條測(cè)力輪對(duì)分別換裝在被試車(chē)輛Tc 和Mp的1 位軸位置，用于輪軌力的測(cè)量。

圖3 測(cè)力輪對(duì)位置

1.3 判定標(biāo)準(zhǔn)

車(chē)輛運(yùn)行穩(wěn)定性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 車(chē)輛運(yùn)行穩(wěn)定性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

2 車(chē)輛運(yùn)行平穩(wěn)性測(cè)試

2.1 測(cè)試內(nèi)容

測(cè)試車(chē)輛運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)及轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、軸箱振動(dòng)加速度，檢驗(yàn)評(píng)估其指標(biāo)是否符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，驗(yàn)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(qiáng)管理創(chuàng)新，推動(dòng)管理模式向流程化、網(wǎng)絡(luò)化、社會(huì)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(jì)與制造集成、管理與控制集成、智能經(jīng)營(yíng)決策等特定工業(yè)場(chǎng)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(tái)等的系統(tǒng)性解決方案。

使用加速度傳感器對(duì)車(chē)輛運(yùn)行平穩(wěn)性進(jìn)行檢測(cè)，將線路總區(qū)段按每200 m 進(jìn)行劃分，劃分為一個(gè)個(gè)的樣本檢測(cè)區(qū)段，計(jì)算出平穩(wěn)性指標(biāo)，以散點(diǎn)圖或數(shù)據(jù)表的形式輸出樣本報(bào)表，并可根據(jù)里程準(zhǔn)確定位。

2.2 測(cè)試方法及設(shè)備安裝方式

按照GB 5599—2019《鐵道車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》，分別在電客車(chē)的Tc 和Mp 車(chē)轉(zhuǎn)向架上方一側(cè)1 m 的車(chē)體地板面上安裝共計(jì)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(biāo)準(zhǔn)

垂向及橫向平穩(wěn)性指標(biāo)（W）按分類(lèi)如下：

車(chē)輛懸掛系統(tǒng)正常下平穩(wěn)性指標(biāo)規(guī)定為：新造車(chē)（經(jīng)5×103～8×103km 運(yùn)用）運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)W<2.5。

車(chē)輛平穩(wěn)性指標(biāo)按以下公式計(jì)算：

式中 W——平穩(wěn)性指標(biāo)

A——振動(dòng)加速度，g

f——振動(dòng)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(cè)試條件

（1）線路工程（包括線路、路基、隧道、橋梁、軌道等）、檢測(cè)車(chē)輛、供電、接觸網(wǎng)、通信、信號(hào)、環(huán)境保護(hù)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(jì)文件建成，承包商或集成商對(duì)工程質(zhì)量和系統(tǒng)功能自檢合格，具備運(yùn)營(yíng)車(chē)上線條件。

（2）試驗(yàn)列車(chē)能提供機(jī)車(chē)數(shù)據(jù)（速度、里程等），用于試驗(yàn)設(shè)備檢測(cè)定位。

（3）試驗(yàn)設(shè)備安裝完成，完成動(dòng)靜態(tài)通電通信測(cè)試，達(dá)到預(yù)期調(diào)試效果，具備上線正式試驗(yàn)條件。

4 測(cè)試案例

使用本文的測(cè)試方法對(duì)昆明某地鐵線路上行進(jìn)行了測(cè)試，該線路剛進(jìn)行過(guò)初期運(yùn)營(yíng)前安全評(píng)估，通過(guò)了運(yùn)行穩(wěn)定性和平穩(wěn)性測(cè)試。在被試車(chē)輛處于空車(chē)（AW0）載荷下、正常狀態(tài)下，在線路最高限速條件下進(jìn)行試驗(yàn)。被試車(chē)輛運(yùn)行穩(wěn)定性和平穩(wěn)性指標(biāo)最大值以及最大值出現(xiàn)時(shí)的速度見(jiàn)表3、表4。

表3 運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

表4 運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

由以上數(shù)據(jù)可知，運(yùn)行穩(wěn)定性和平穩(wěn)性指標(biāo)滿足評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)要求，且與初期運(yùn)營(yíng)前安全評(píng)估時(shí)的數(shù)據(jù)基本一致。

5 結(jié)論

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