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淺析列車縱向沖動的列定和檢側(cè)儀標(biāo)準(zhǔn)的探討
論文關(guān)鍵詞:列車沖動 加速度變化率 判定標(biāo)準(zhǔn)
論文摘要：從列車舒適度、平穩(wěn)性角度出發(fā)，分析了列車沖動的工況和縱向沖動產(chǎn)生的原因;探討了國內(nèi)外時列車縱向沖動判定的方法和標(biāo)準(zhǔn);提出了采用加速度和加速度變化率來表征列車縱向沖動的方法具科學(xué)性和真實性。
0引言
鐵道機(jī)車車輛“舒適度”是一個因人而異、且很難量化的概念。廣義的“舒適度”是指旅客對乘坐列車旅行品質(zhì)的綜合評價。舒適度不僅受列車的振動、沖擊、噪聲、溫度、濕度、空氣清新度、空間設(shè)計、色彩、照明等諸多因素的影響，而且還受到人們健康和因素的影響。狹義的“舒適度”是指列車在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的沖擊、振動(包括縱向、橫向及垂直方向)對乘客的影響，即“振動舒適度”和“平穩(wěn)性”。
當(dāng)以機(jī)車車輛在運(yùn)用過程中的振動加速度和加速度變化率作為研究對象時，“舒適度”可以分為振動舒適度、曲線通過舒適度、加減速舒適度。本文主要研究縱向加、減速時舒適度的判定標(biāo)準(zhǔn)。
1.列車沖動的工況分析
快速列車運(yùn)行的工況相當(dāng)復(fù)雜，當(dāng)使用制動機(jī)、惰力運(yùn)行、牽引、啟動、站停等多種不同工況，都會使列車產(chǎn)生沖動。經(jīng)分析，列車發(fā)生縱向沖動的部位和現(xiàn)象主要表現(xiàn)在:
(1)當(dāng)沖動發(fā)生時，列車受到的沖動中部最嚴(yán)重、后部較輕、前部最輕。
(2)當(dāng)使用制動機(jī)調(diào)速時，有時制動和緩解都使列車發(fā)生沖動，有時僅制動或緩解使列車發(fā)生沖動。
(3)在正常牽引工況下，有時會出現(xiàn)瞬時沖動(多發(fā)生在曲線彎道)。
(4)在惰力運(yùn)行工況下，有時發(fā)生瞬時沖動或間隔較短的連續(xù)性沖動。
(5)列車在高速運(yùn)行中調(diào)速制動時，經(jīng)常發(fā)生不同程度的沖動。
(6)線路不同，列車縱向沖動的情況也不一樣。在條件較差的線路上，列車調(diào)速頻繁，縱向沖動也相對頻繁，且相當(dāng)劇烈。
(7)車輛在條件較差的線路上的橫向、縱向加速度的量值和頻率相對較高。
[1]
2列車沖動產(chǎn)生的原因
列車沖動是指司機(jī)在操縱列車運(yùn)行過程中，由于機(jī)車工況改變所引起的列車車輛縱向(列車運(yùn)行方向)沖擊。列車在制動和緩解時，由于車輛間的制動缸壓力的差異和相鄰車輛制動率的不一致性，造成列車沖動。這種壓力的差異和制動率的不一致又是由于車輛本身的結(jié)構(gòu)、制動方式或司機(jī)的操縱不當(dāng)引起的。
因司機(jī)操縱不當(dāng)所產(chǎn)生沖動的主要有以下幾種情況:
(1)列車在中低速運(yùn)行時，如司機(jī)操縱使用制動機(jī)減壓量過大，容易造成列車縱向沖動，如司機(jī)使用制動機(jī)調(diào)速時減壓量過小，列車主管制動波速過慢，列車制動機(jī)前后作用不一致，也容易產(chǎn)生列車縱向沖動。
(2)在列車到站停車時，由于司機(jī)采取2次或多次制動，使得列車主管尾部風(fēng)壓還未來得及充滿，而又再次施行制動，這樣就會造成列車縱向沖動。
(3)在下坡車站起動和運(yùn)行中，由于司機(jī)提回手柄過快，機(jī)車牽引力瞬間增大，造成列車沖動。在坡度突然變陡處，由于司機(jī)提回手柄較晚，造成快速列車在惰力運(yùn)行中發(fā)生縱向沖動。
3列車加、減速舒適度評判標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析
國內(nèi)目前對縱向沖擊的檢測主要是采用“木棒檢測法”，這種檢測方法盡管比較直觀，但只是大概的給出了沖擊的等級，并且缺少評判的科學(xué)依據(jù)，所以無法進(jìn)行詳細(xì)的分析與比較。同時由于沖動棒是手工加工的，地面的平面度與粗糙度都無法保證，所以評判的結(jié)果缺乏真實性。在隨車的大量實驗中，常常發(fā)生標(biāo)志沖動等級較低的小木棒沒倒，反而標(biāo)志沖動等級較高的大木棒先傾倒的現(xiàn)象。因此，如何準(zhǔn)確獲取列車在加、減速過程中的縱向沖擊，并用一定的量化標(biāo)準(zhǔn)來對司機(jī)駕駛水平的高低進(jìn)行表征，以及建立沖動對旅客乘坐的舒適度模型和舒適度的評價標(biāo)準(zhǔn)，都成為目前一個重要的研究課題。
3.1國外沖動評定標(biāo)準(zhǔn)
(1)美國GM公司的實驗
美國的Wilson在General Motors公司的試驗場進(jìn)行了汽車沖動實驗，用加速度大小表示沖動大小( g = 9 . 8 m/s2 )，其結(jié)果如下:
0.27 g，感覺良好的停車;0 . 34 g，不舒適的停車;0.43 g，非常不舒適的停車。相當(dāng)于自由放置的物體被從地面拋出，旅客有危險的感覺。
(2)日本國鐵的實驗
原日本國鐵鐵道技術(shù)研究所進(jìn)行了2次沖擊實驗，以制動時乘客的舒適度。試驗中只要求受試乘客對某一加速度進(jìn)行“允許”或“不允許”2極式判定，將不允許加速度的受試乘客比例、不同姿勢下的不允許加速度(見表1)，及其對應(yīng)的加速度變化率(見表2)作了記錄。這些實驗結(jié)果成為了日本國鐵減速舒適度執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。當(dāng)混合坐a二0.10g和正面立。=0.08 g時，僅有5%的受試乘客感到不舒適。
[2]
3.2國內(nèi)列車沖動評定標(biāo)準(zhǔn)的研究
關(guān)于舒適度的評測以及列車加、減速時的縱向沖動的評測，國內(nèi)目前并沒有統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。但是在制動系統(tǒng)設(shè)計時，有相關(guān)的規(guī)定，可以作為一定參考依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)(TB/T2370一1993《鐵路旅客列車縱向動力學(xué)試驗方法與評定指標(biāo)》)中明確要求:在旅客列車制動時，縱向加(減)速度的評定指標(biāo)為:列車啟動、調(diào)速及常用制動時，縱向平均加速度或減速度的絕對值不應(yīng)超過0.08 g。列車緊急制動時的平均減速度應(yīng)不超過0.12 g，但在初速40 km/h以下時允許不超過0.14 g。列車緊急制動時的最大減速度不應(yīng)超過1 .0 g。上述標(biāo)準(zhǔn)是我國上世紀(jì)80年代以來特別是擴(kuò)編旅客列車試驗和仿真研究的結(jié)果，且已經(jīng)作為國內(nèi)的評價指標(biāo)。某鐵路局科研所研制的“列車縱向沖動測試儀”就是采用加速度計測量列車在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的加速度來定量描述列車的縱向沖動。但是這種方法很快就被否定，被認(rèn)為加速度并不能全部描述列車的縱向沖動。
中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2543 -1995(《旅客列車縱向沖動評定方法》)規(guī)定，用列車沖動的加速度變化率來考核和評定旅客列車司機(jī)的平穩(wěn)操縱技能。該加速度變化率用J來度量，J二daldt (m" s-3)，式中。為加速度其評定標(biāo)準(zhǔn):把列車正常操縱時的沖動分為優(yōu)、良、及格和不及格4個等級，其相應(yīng)的J值如表3。
某鐵路局科研所根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T2543一1995研制出了“列車縱向沖動加速度變化率測試儀”。該沖動測試儀采用加速度的變化率來描述列車的沖動。通過對J值的分析研究，擬定了4個檔次，即優(yōu)、良、及格、不及格。其評定標(biāo)準(zhǔn)如表4。
[3]
對表3、表4進(jìn)行比較，雖然二者均采用加速度變化率來對列車的縱向沖動進(jìn)行評價，但J值的評定標(biāo)準(zhǔn)存在著較大差異。在此不評論2個標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性，但是有一點(diǎn)是可以肯定的，那就是采用加速度變化率的評定方法要比加速度的評定方法要更符合實際。
盡管有現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)和加速度變化率測試儀的出現(xiàn)，但是目前大多數(shù)機(jī)務(wù)段仍然采用“‘沖動棒”計分制對旅客列車司機(jī)的平穩(wěn)操縱技能進(jìn)行評定。此方法是采用5根長度相等，截面為正方形，但底面積大小不同的木棒，根據(jù)相應(yīng)的木棒傾倒而扣不同的分值。扣分等級為5級，分別為5分/次、10分/次、20分/次、35分/次和50分/次。
4列車沖動檢測儀的評定標(biāo)準(zhǔn)
針對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和某科研所制定的評定標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異。2003年武漢理工大學(xué)與鄭州鐵路局襄樊北機(jī)務(wù)段合作研究、開發(fā)出了一種新型智能列車沖動檢測儀。該檢測儀根據(jù)木棒的評定標(biāo)準(zhǔn)，采用現(xiàn)行的中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2543-1995《旅客列車縱向沖動評定方法》，用加速度和加速度變化率聯(lián)合表征的方法來對列車的沖動進(jìn)行判定。該檢測儀采用美國ADI公司生產(chǎn)的微加速度計ADXL105測量列車運(yùn)行過程中的加速度。并通過列車沖動檢測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理。實現(xiàn)了加速度曲線、加速度變化率曲線的實時在線靜態(tài)和動態(tài)顯示，見圖1。加速度曲線、加速度變化率曲線能夠很直觀的反映出列車在何時何地發(fā)生了怎樣的變化。從圖1中的曲線也可以發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)加速度和加速度變化率曲線同時發(fā)生明顯的變化時，才能被確認(rèn)在此時發(fā)生了沖動。
在確定列車沖動評定標(biāo)準(zhǔn)時，采取對比實驗的方法，同時用“木棒檢測法”和智能列車沖動檢測儀進(jìn)行隨車實驗，將木棒倒的情況記錄下來，并與智能沖動檢測儀記錄的沖動相對比。將該儀器的評定標(biāo)準(zhǔn)同“木棒檢測法”一樣，分為5個等級。評定標(biāo)準(zhǔn)見表5.
目前，智能列車沖動檢測儀已經(jīng)開發(fā)出第二代產(chǎn)品，它可將采集到的數(shù)據(jù)通過USB接口轉(zhuǎn)存到U盤中，取代了第一代產(chǎn)品把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到便攜式中的方法，大大節(jié)約了。
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