动车组动力学响应测试在联调联试中的应用

章 亮,王林栋,黄 欣,倪纯双,文 彬

(中国铁道科学研究院 机车车辆研究所,北京100081)

动车组动力学响应测试以动车组做为测试设备载体,测试车辆在线路不同区段运行时的稳定性和平稳性,从车辆响应的角度检测线路状态。测试目的是保证联调联试期间车辆的运行安全,同时指导轨道状态的精调。动力学响应测试是联调联试提速的重要保障。试验中速度由低到高逐级提速,每个速度级试验完毕后,对各稳定性和平稳性指标进行计算分析,确定有足够的安全余量后,才能进行下一个速度级的试验。期间如果发现有影响动车组运行安全的区段,工务部门应对该区段进行精调。

动力学响应测试已经广泛应用于多条高速铁路的联调联试中,检测出多处线路缺陷,成为联调联试的重要内容。根据多条高速铁路的测试数据和精调经验,各超限指标与线路缺陷之间有一定的对应关系,但不是一一对应。总结各指标超限的原因和相应的精调措施,解析对应关系的规律,可以更有效地指导线路精调。

最初的RRLs技术把群体中全部个体混合在一起,仅可完成对整个群体遗传参数的估测.为了获取群体中个体之间的遗传参数,需为个体赋予标签，完成区分.针对得到的测序片段,按照是否存在质量很高的参考基因组完成相应处理:如果有高质量的参考基因组,则可把得到的测序片段和基因组进行对比找到SNP标记,与基因组重测序技术类似[19]；如果无高质量的参考基因组,需完成对测序片段的从头拼接,将拼接后的片段当成参考序列完成比较,以获取SNPs.现阶段RRLs技术被广泛应用于SNP标记开发、遗传多样性分析和性状关联分析等领域[20-22].

1 测试内容和标准

动力学响应测试内容包括运行稳定性和平稳性指标。(1)运行稳定性

运行稳定性指标包括:脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和横向稳定性。

②轨向不平顺。当轨向不平顺与其他不平顺叠加,或者与曲线、道岔等线况叠加时,容易出现横向力大值。

当Dq＞0.5时,建议对相关区段进行检查、精调;

②轮重减载率Ur

动态

③轮轴横向力H

当H＞P0/3时,建议对相关区段进行检查、精调;

当H＞10+P0/3时,停止提速。

④横向稳定性

此刻，他更愿意相信是神明降临在了骸骨的身上，以之作为媒介，来下达神谕。直到这时，他才猛地意识到，神明真的到来了。

当构架横向加速度峰值有连续6次以上达到或超过极限值8 m/s2时,判定转向架失稳,停止提速,并对相关区段进行检查、精调。

地理国情普查是一项重大的国情国力调查，是全面获取地理国情信息的重要手段，是掌握地表自然、生态以及人类活动基本情况的基础性工作[27]。地理国情监测是综合利用现代测绘地理信息技术，对国土疆域、地形地貌、地表覆盖等要素进行动态、定量地监测，从地理的角度来反映资源环境、生态经济要素的空间分布及变化规律[28]。

(2)运行平稳性W

对于焊缝缺陷,应精调、打磨焊缝附近钢轨使表面光带平顺,如果缺陷较大以致无法通过打磨消除,需要切开重新焊接。复合不平顺在静态检查中比较容易发现,可以通过调整轨向、高低等措施进行精调。

2 脱轨系数分析

(1)缺陷分析

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①道岔缺陷。道岔由于结构比较复杂,最易出现脱轨系数大值。图1是高速铁路中一组道岔的局部结构图,联调联试中在该位置出现脱轨系数大值。当车轮从翼轨过渡到心轨时钢轨顶面的光带明显不连续,出现约50 mm的跳跃,说明车轮在经过此位置时明显横移,导致轮轨横向力较大,从而导致脱轨系数较大。

脱轨系数大值一般对应3种线路缺陷:道岔缺陷、焊缝缺陷、复合不平顺。

②焊缝缺陷。焊缝打磨不到位,过低、过高或者两侧对接钢轨扭曲,也易导致较大的脱轨系数。图2～图4是典型的焊缝打磨不到位时的轨道表面光带。在焊缝附近光带宽度或者位置均出现畸变。测试数据表明,图中的焊缝附近轮重减载率一般大于0.6,并且轮轨横向力一般大于10 kN,从而导致脱轨系数较大甚至超限。

图1 脱轨系数超限位置道岔结构

图2 焊缝过低,导致光带宽窄不一致

图3 焊缝过高,导致光带不顺

图4 焊缝两侧对接钢轨扭曲,导致光带偏离正常位置

③复合不平顺。线路中如果存在轨向、高低或三角坑等组成的复合不平顺,脱轨系数容易出现大值。如果轨向不平顺与曲线、竖曲线或道岔等线况叠加,易导致脱轨系数大值。

(2)精调措施

对于道岔缺陷,可精调过渡区基本轨的倾角以及基本轨与尖轨的高低,减小车轮的横移距离,使车轮顺利过渡。同时,精调道岔区的垫板厚度、扣件压力和钩锁拉力,减小车轮通过时钢轨的垂向和横向位移。

运行平稳性指标包括横向平稳性和垂向平稳性。当W＞2.5时,建议对相关区段进行检查、精调。

3 轮重减载率分析

(1)缺陷分析

轮重减载率在直线、曲线、道岔、焊缝等线况均可能出现大值,对应的线路缺陷比较复杂。根据多次联调联试的经验,发现有些线路缺陷明显、易查,有些缺陷隐蔽、难查。因此根据查找难度可将轮重减载对应的线路缺陷分为两种:显性缺陷和隐性缺陷。

①显性缺陷是指利用常规的静态检测方法能够方便、准确发现的线路缺陷,例如高低不平顺、三角坑、焊缝打磨不平等。

②隐性缺陷是指常规静态检测方法难以发现,需要采用特殊手段才能发现的线路缺陷,例如扣件压力不足、垫板缺失、轨道板空吊等。由于隐性缺陷处导致轨道垂向刚度不一致,车轮经过时,轮轨间垂向作用力会出现突变,如果压力减小则表现为轮重减载,如果压力变大则表现为轮重增载。

(2)精调措施

检查线路缺陷时,首先利用常规手段查找显性缺陷,在排除显性缺陷后再认真查找隐性缺陷。试验中如果出现双峰减载大于0.80的情况,说明线路缺陷很大,例如存在连续的高低、三角坑不平顺,或者连续缺失多块垫板等,可以通过静态检查发现原因并进行精调。

4 轮轴横向力分析

(1)缺陷分析

轮轴横向力大值一般对应两种线路缺陷:道岔缺陷、轨向不平顺。

①道岔缺陷是导致轮轴横向力出现大值的最主要缺陷。在多次联调联试中,均在个别道岔区出现轮轴横向力大值。与脱轨系数类似,轮轴横向力大值也易出现在基本轨与岔尖的过渡区。道岔缺陷引起的典型轮轨力横向桥信号见图5。

(2)精调措施

图5 道岔缺陷引起的轮轨力横向桥信号

对于道岔缺陷,可以采用与脱轨系数一节中相同的精调、整治措施。对于轨向不平顺,应结合附近的线况特别是结合缓和曲线和道岔,进行精调。

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5 横向稳定性分析

(1)缺陷分析

引起转向架失稳的主要原因是车轮或钢轨的接触面异常,从而导致轮轨匹配不良。

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(2)精调措施

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(2)精调措施

对钢轨顶面进行打磨,使其外形符合要求,从而改善轮轨接触关系,消除转向架失稳现象。

图6 钢轨打磨前构架横向加速度波形

图7 钢轨打磨前、后外形轮廓

图8 钢轨打磨后,构架横向加速度波形

6 横向平稳性分析

(1)缺陷分析

横向平稳性大值一般对应3种缺陷:线路不平顺、轮轨匹配不良、车辆状态不良。

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①线路不平顺。线路中如果存在多处轨向、三角坑等不平顺,特别是在道岔、曲线位置,容易导致横向平稳性差。

②轮轨匹配不良。轮轨匹配不良时,易导致转向架横向振动增大,并通过悬挂装置传递至车体,导致车体横向平稳性差。

③车辆状态不良。如果车辆横向减振器、抗蛇行减振器或转臂节点等部件状态不良,或者部件间参数不匹配,易导致横向平稳性差。

图6是某段高速铁路联调联试中构架横向加速度波形。加速度幅值约6 m/s2,振动频率约8 Hz。可以看出该区段构架横向振动出现周期性,转向架出现失稳征兆,说明该区段线路存在缺陷。对该区段的钢轨外形进行测量,发现内侧(靠近轮缘)轨面凸出。钢轨打磨前、后的外形轮廓见图7。打磨后该区段构架横向加速度波形见图8,可见幅值明显减小,降至2 m/s2以下。

对于线路缺陷,可以通过整治不平顺、打磨钢轨等措施予以精调。如果是车辆自身状态不良,可通过旋轮、调整部件参数等措施调整。

7 垂向平稳性分析

垂向平稳性大值一般对应3种缺陷:线路不平顺、轨面凹凸不平、车辆状态不良。

(1)缺陷分析

①线路不平顺。线路区段中如果存在多个高低、三角坑等不平顺,特别是道岔、曲线位置,容易导致垂向平稳性差。

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②轨面凹凸不平。擦伤、剥离、异物等原因会导致轨面出现凹凸不平,从而引起轮轨间垂向振动大,并引起车体垂向平稳性差。

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③车辆状态不良。如果车辆振动在良好的线路上出现明显的恶化,说明车辆状态不良。此时,应对车辆部件进行检查,恢复正常后才能继续试验。影响垂向平稳性的车辆部件主要是空簧、垂向减振器、车轮外形。图9和图10分别是车辆状态正常和不良时的车体垂向加速度波形。

(2)精调措施

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图9 车辆状态正常时,车体垂向加速度

图10 车辆状态不良时,车体垂向加速度

平稳性大值如果是由线路缺陷引起的,可以通过整治不平顺、打磨钢轨等措施予以精调。如果是车辆自身原因,可通过更换部件、旋轮等措施调整。

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8 轴箱振动加速度分析

(1)缺陷分析

轴箱振动加速度作为一个辅助性指标,可以查找比较少见的线路缺陷。图11是钢轨出现擦伤后轴箱垂向振动加速度波形,振动主频在400 Hz左右。可以看出擦伤前振动幅值一般小于50 m/s2,擦伤后增大至100 m/s2以上。图12是焊缝凸起后轴箱垂向振动加速度波形,振动主频在400 Hz左右。可以看出正常焊缝位置轴箱振动幅值一般小于200 m/s2,凸起焊缝位置振动增大至200 m/s2以上。

(2)精调措施

图11 钢轨擦伤后轴箱垂向加速度波形

图12 焊缝位置轴箱垂向加速度波形

如果轴箱振动较大(加速度超过200 m/s2,或者在一段线路内大于100 m/s2),应对钢轨表面进行检查、精调。如果存在擦伤、焊缝凹凸等缺陷,可通过打磨进行精调。

9 结束语

动车组动力学响应测试能够监测车辆的运行安全,检测影响运行稳定性和平稳性的线路缺陷,为联调联试提供保障。各检测指标与线路缺陷的对应关系具有规律性,根据规律性可以更有效地检查线路、指导精调。

[1] 杨荣峰,王林栋,章 亮.铁路线路动车组动力学响应检测应用研究[J].铁道机车车辆,2010(1):20-21,47.

[1] 手冢和彦.脱轨与运行安全性[C].国外高速列车译文集(5),1997,424-430.