廣州地鐵電客車運行平穩(wěn)性測試及評價

歐凱 程志全

摘要 地鐵電客車作為城市公共交通的最重要的運輸工具，應(yīng)具備良好的運行平穩(wěn)性。本文對國內(nèi)外軌道交通行業(yè)列車運行平穩(wěn)性指標(biāo)的測試方法及評價等級進行研究，并以廣州地鐵四號線Ll型電客車為研究對象，在四號線運營線路上開展平穩(wěn)性測試試驗，對采集數(shù)據(jù)進行處理和計算。試驗結(jié)果表明，廣州地鐵四號線電客車的橫向與垂向運行平穩(wěn)性均為優(yōu)。

【關(guān)鍵詞】地鐵車輛 電客車 加速度 平穩(wěn)性

1 引言

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對日常出行質(zhì)量的要求也越來越高，尤其是城市軌道交通行業(yè)。隨著廣州地鐵線網(wǎng)的不斷發(fā)展，人們乘坐地鐵出行的頻率越來越高，對列車運行平穩(wěn)性的振動性能要求越來越高。

列車運行平穩(wěn)性是綜合反映列車車輛振動性能的一項重要技術(shù)指標(biāo)，是列車車輛運行品質(zhì)的體現(xiàn)。目前，國鐵上對列車動力學(xué)性能通常采用平穩(wěn)性指標(biāo)進行評價，而在城市軌道交通地鐵行業(yè)內(nèi)，研究地鐵電客車運行平穩(wěn)性相對較少。影響地鐵電客車運行平穩(wěn)性有許多因素，如地鐵軌道線路不平順、車輪輪廓變形、垂向油壓減振器及橫向油壓減振器阻尼、空氣彈簧剛度、輪軌接觸關(guān)系等，本文將采用測試電客車的平穩(wěn)性指標(biāo)的方法，來對廣州地鐵電客車的運行平穩(wěn)性進行評價。

2 計算方法及評價等級

在進行列車運行平穩(wěn)性測試時，采用車輛SPerling平穩(wěn)性指標(biāo)，可以評價列車運行品質(zhì)及旅客乘坐舒適度，用于評價廣州地鐵電客車運行平穩(wěn)性指標(biāo)可按下式計算：

式中：

w--平穩(wěn)性指標(biāo);

A--振動加速度，g;

f-一振動頻率，Hz;

F（f）一一頻率修正系數(shù)（見表1）

以上計算的電客車運行平穩(wěn)性指標(biāo)僅適用于單一頻率的振動，在電客車實際運行過程中，無論橫向振動還是垂向振動，均為隨機振動，包含許多頻率。因此在進行采集數(shù)據(jù)處理過程中，首先需要濾波，濾除干擾頻率，然后進行快速傅里葉（FFT）頻譜分析，計算出每一頻率上的平穩(wěn)性指標(biāo)，并對一定頻率范圍內(nèi)的各頻率下的運行平穩(wěn)性指標(biāo)進行加權(quán)計算，最后得出橫向和垂向的總平穩(wěn)性指標(biāo)。

在進行列車運行平穩(wěn)性評價時，廣州地鐵電客車運行平穩(wěn)性指標(biāo)可按表2評價。

3 試驗方法

本次試驗車輛為廣州地鐵四號線Ll型車，試驗列車大修中更換一系彈簧，二系空氣彈簧，輪對無擦傷，牽引系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)性能良好，狀態(tài)正常。本次試驗列車采用ATO模式運行，載荷狀態(tài)為AWO（空載）。

試驗線路為廣州地鐵四號線運營線路，起點站為黃村站，車陂、車陂南、萬盛圍、官洲、大學(xué)城北、大學(xué)城南、新造、石暮、海傍、低涌、東涌、黃閣汽車城、黃閣、蕉門，終點站為金洲站，全長約46km。列車按正常載客停站的ATO模式全程運行四號線兩個往返，上下行各試驗兩次，可用于試驗數(shù)據(jù)的重復(fù)性對比，最高運行速度為80km/h。

根據(jù)GB 5599-85《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范》的要求，測量點要求安裝在距1位轉(zhuǎn)向架中心一側(cè)lOOOmm的車體地板面上，每個測量點為測定電客車車體垂直和橫向加速度的加速度傳感器，如圖1所示。

本次試驗采用kistler 8762A5 SN2033828三向加速度傳感器來測量電客車垂向振動加速度、橫向振動加速度及縱向加速度，量程為±5g。由于列車縱向加速度受啟動及制動的影響較大，故在試驗中DEWESoft數(shù)據(jù)采集器DEWE-43及配套采集軟件，僅采集橫向加速度、垂向加速度及列車運行速度。

4 數(shù)據(jù)處理

列車按ATO正常運營情況運行，使用數(shù)據(jù)采集器及采集軟件被測列車相關(guān)數(shù)據(jù)，軟件設(shè)置采樣頻率為1000Hz，數(shù)據(jù)按每個區(qū)間保存。試驗完成后，對測試數(shù)據(jù)進行處理、分析，得出試驗結(jié)果，根據(jù)試驗結(jié)果對照各項評價指標(biāo)，對被測車輛進行評價。

（1）對采集數(shù)據(jù)進行40Hz濾波;

（2）設(shè)置采樣時間為18s，按時間采樣間隔18s進行分段;

（3）將測試數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換并計算，得到用實際物理量表示的離散數(shù)據(jù)Ai （i=l、2一n）：

（4）將{Ai}進行FFT變換并計算其頻譜;5測試結(jié)果及分析

通過對四號線上下行各區(qū)間的平穩(wěn)性指標(biāo)加權(quán)計算，可計算出各區(qū)間的橫向平穩(wěn)性指標(biāo)最大值Wh、橫向平穩(wěn)性指標(biāo)W。最大值。

5.1 上行

四號線上行各區(qū)間兩次的橫向平穩(wěn)性指標(biāo)值和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)值如表3所示。對比兩次黃村至金州上行各區(qū)間橫向和垂向的測試數(shù)據(jù)，可以看出重復(fù)性較好，試驗受外界影響較小。

四號線上行所有區(qū)間的橫向和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均小于2.5，根據(jù)表2的電客車運行平穩(wěn)性等級，可評價四號線上行平穩(wěn)性等級為優(yōu)級。在表3中可以看到，在萬盛圍至官洲區(qū)間、大學(xué)城北一大學(xué)城南區(qū)間、新造至石暮區(qū)間，電客車橫向平穩(wěn)性最大，非常接近于2.5，這是由于這三個區(qū)間的軌道線路的不平順，軌距、水平、三角坑超限較多引起的;各區(qū)間電客車的垂向平穩(wěn)性均比橫向平穩(wěn)性小，在萬盛圍.官洲區(qū)間、新造.石暮區(qū)間、低涌.東涌區(qū)間，垂向平穩(wěn)性最大，這是由于這三個區(qū)間的軌道線路的不平順，軌向超限較多引起的。

5.2 下行

四號線下行各區(qū)間兩次的橫向平穩(wěn)性指標(biāo)值和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)值如表4所示。對比兩次黃村至金州上行各區(qū)間橫向和垂向的測試數(shù)據(jù)，可以看出重復(fù)性較好，試驗受外界影響較小。

四號線下行所有區(qū)間的橫向和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均小于2.5，根據(jù)表2的電客車運行平穩(wěn)性等級，可評價四號線下行平穩(wěn)性等級為優(yōu)級。在表3中可以看到，在蕉門.黃閣區(qū)間、低涌一海傍區(qū)間、石暮.新造區(qū)間，電客車橫向平穩(wěn)性最大，非常接近于2.5，這是由于這三個區(qū)間的軌道線路的不平順，軌距、水平、三角坑超限較多引起的;各區(qū)間電客車的垂向平穩(wěn)性均比橫向平穩(wěn)性小，在蕉門.黃閣區(qū)間、低涌一海傍區(qū)間、石暮.新造區(qū)間，垂向平穩(wěn)性最大，這是由于這三個區(qū)間的軌道線路的不平順，軌向超限較多引起的。

6 結(jié)論

（1）本試驗結(jié)果充分表明，廣州地鐵四號線Ll型電客車運行平穩(wěn)性屬于優(yōu)級。

（2）同一列車在不同區(qū)間的橫向平穩(wěn)性指標(biāo)及垂向平穩(wěn)性指標(biāo)不同，表明電客車的運行平穩(wěn)性指標(biāo)不僅僅被車輛自身影響，而且還被軌道線路不平順的影響，尤其小半徑曲線段。橫向平穩(wěn)性指標(biāo)主要是被軌距、水平、三角坑項目超限情況影響，垂向平穩(wěn)性指標(biāo)主要是被軌向項目超限情況影響。

（3）在相同曲線段，橫向平穩(wěn)性指標(biāo)比垂向平穩(wěn)性大，表現(xiàn)為電客車的左右晃動，是影響電客車運行品質(zhì)的重要因素。

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