地鐵車輛牽引沖擊率的研究與試驗(yàn)

摘 要：地鐵車輛牽引啟動(dòng)階段的平穩(wěn)性直接影響到乘客的舒適度，車輛的平穩(wěn)性即車輛啟動(dòng)階段縱向沖擊率的體現(xiàn)；通過相關(guān)試驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析和參數(shù)調(diào)整，使車輛加速性能滿足要求的同時(shí)，啟動(dòng)沖擊率也在合格范圍內(nèi)，提高乘客舒適度。

關(guān)鍵詞：縱向沖擊率；舒適度；保持制動(dòng)；牛頓定律

一、引言

目前國內(nèi)地鐵車輛類型可分為A、B、C和L型，在車體寬度、高度、軸重、運(yùn)行速度及客運(yùn)量等方面都有明確的區(qū)別。在車輛正式投入運(yùn)營前，各類型車輛都需通過相關(guān)試驗(yàn)，以確保車輛各系統(tǒng)發(fā)揮最佳性能，滿足正常運(yùn)營需求；其中車輛牽引啟動(dòng)階段沖擊率的大小，決定了乘客乘坐時(shí)的舒適度和客室內(nèi)的整體穩(wěn)定性。本文主要介紹牽引沖擊率的原理及相關(guān)試驗(yàn)和優(yōu)化方案，詳細(xì)對(duì)比分析優(yōu)化前后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)影響牽引沖擊率的相關(guān)因素進(jìn)行剖析，為后續(xù)車輛的調(diào)試提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

二、牽引沖擊率原理介紹

地鐵車輛牽引縱向沖擊率，廣義即為由于工況的改變引起列車所受到的縱向沖擊，理論定義即為列車加速度在單位時(shí)間內(nèi)的變化。

沖擊率J計(jì)算公式：j=a/t

其中，j、a、t順序是沖擊率、加速度和時(shí)間，單位為米每三次方秒（m/s3）。

通過以上公式得出，車輛牽引沖擊率的大小即為車輛加速度的變化率。在實(shí)際情況下，車輛牽引啟動(dòng)瞬間，存在一定的保持制動(dòng)力和軌道反向摩擦力，因軌道反向摩擦力無可避免，所以在進(jìn)行車輛牽引沖擊率試驗(yàn)時(shí)，需考慮保持制動(dòng)力的影響。同時(shí)，結(jié)合沖擊率計(jì)算公式，車輛加速度的變化也存在一定的影響。

三、牽引沖擊率試驗(yàn)

（一）優(yōu)化前試驗(yàn)效果

圖一、為國內(nèi)某項(xiàng)目車輛牽引啟動(dòng)試驗(yàn)沖擊率曲線，在列車啟動(dòng)瞬間，牽引沖擊率達(dá)到0.866 m/s3，未滿足車輛該項(xiàng)性能要求≤0.75 m/s3的標(biāo)準(zhǔn)。

（二）分析及優(yōu)化方案

在理論設(shè)計(jì)時(shí)，一般牽引力上升和制動(dòng)力緩解的曲線斜率均為0.75，圖2所示，但結(jié)合實(shí)際情況，為防范列車在坡道牽引時(shí)出現(xiàn)溜車現(xiàn)象，只有當(dāng)牽引力上升到一定值（或列車綜合速度大于一定值）時(shí)，放送保持制動(dòng)緩解信號(hào)給制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)收到指令后，根據(jù)一定的斜率才開始緩解保持制動(dòng)。

根據(jù)牛頓第二定律a=F/m（a、F、m依次為加速度、牽引力、車輛質(zhì)量），當(dāng)車輛質(zhì)量m不變的情況下，F(xiàn)與a成正比。沖擊率與加速度之間的關(guān)系為j=△a/△t（j、△a、△t依次為沖擊率、加速度變化量、時(shí)間變化量），j與△a成正比、j與△t成反比。當(dāng)車輛牽引沖擊率偏大，從牽引系統(tǒng)方面可調(diào)整列車的加速度a和加速度時(shí)間變量？t。如果減小列車加速度a，必須減小列車牽引力F，但列車牽引力需與整個(gè)牽引系統(tǒng)相匹配，如果進(jìn)行調(diào)整，將造成車輛其它性能無法滿足技術(shù)要求，所以牽引方面只能優(yōu)化加速度時(shí)間變量△t。

車輛在牽引啟動(dòng)瞬間，牽引力F隨著時(shí)間不斷上升，當(dāng)牽引力F已經(jīng)上升到最大值時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)才開始緩解保持制動(dòng)，作用于車輛的力F△已經(jīng)相對(duì)較大，則緩解后瞬間的加速度△a也將比較大，車輛牽引沖擊率j也將隨之增大；如此可通過調(diào)整保持制動(dòng)力緩解下降的斜率和保持制動(dòng)緩解指令的快慢，來優(yōu)化車輛牽引啟動(dòng)的沖擊率。

結(jié)合以上分析，沖擊率偏大優(yōu)化方案主要有：

1）調(diào)整牽引系統(tǒng)加速度上升斜率；

2）調(diào)整制動(dòng)系統(tǒng)保持制動(dòng)緩解指令；

3）調(diào)整制動(dòng)系統(tǒng)保持制動(dòng)緩解下降斜率。

（三）優(yōu)化后試驗(yàn)效果

1.牽引系統(tǒng)

通過多次調(diào)整加速度上升斜率和測(cè)試，即圖2中△t3相關(guān)參數(shù)，對(duì)車輛牽引沖擊率的改善效果不明顯。

2.制動(dòng)系統(tǒng)

制動(dòng)系統(tǒng)調(diào)整發(fā)送保持制動(dòng)緩解指令，即通過控制圖二中△t1的時(shí)間，提前執(zhí)行保持制動(dòng)緩解，從試驗(yàn)結(jié)果看仍不滿足技術(shù)要求，且此方案存在列車溜車的可能性。

圖三所示，通過調(diào)整制動(dòng)系統(tǒng)保持制動(dòng)緩解下降斜率系數(shù)，即圖二中？t2相關(guān)參數(shù)，多次測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合技術(shù)要求，牽引沖擊率為0.703 m/s3，滿足車輛該項(xiàng)性能要求≤0.75 m/s3的標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)語

通過以上各項(xiàng)試驗(yàn)及結(jié)果對(duì)比分析，證明制動(dòng)系統(tǒng)保持制動(dòng)力的緩解快慢，對(duì)牽引啟動(dòng)沖擊率存在較大影響，即牽引力還未上升到最大值時(shí)，保持制動(dòng)力已緩解。同時(shí)針對(duì)此類問題，提煉出完整的解決方案和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為后期其它項(xiàng)目的調(diào)試中提供寶貴的依據(jù)，同時(shí)也為車輛后期運(yùn)營中乘客的舒適度提供良好的環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]城市軌道交通車輛牽引與制動(dòng)系統(tǒng)原理分析.株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司.2016.

作者簡(jiǎn)介：

易永勝，男，1983.11、漢族、湖南.株洲、助理工程師endprint