27 t轴重货车动载荷浅析*

姜 成，苗晓雨，熊 芯，张天婴

（中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京100081）

27 t轴重货车动载荷浅析*

姜 成，苗晓雨，熊 芯，张天婴

（中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京100081）

通过对27 t轴重货车的动力学试验数据进行研究，分析轴重、工况和速度对动载荷的影响。

轴重；速度；动载荷

重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低已被国际公认为铁路货运发展主要方向之一。我国客运专线铁路网基本建成后，铁路运输的客货分流将成为必然的发展趋势。提高轴重是提高运输效率的最重要的措施之一。通过提高轴重、增加载重提高运输能力和效率，可降低运输成本，提高经济效益。车辆载重提高了，势必对线路、桥梁等造成影响，其中，由于车辆运行中振动引起的动载荷变化，对线路、桥梁的影响尤为引人关心。本文就27 t轴重货车在动力学试验数据来分析轮轨垂向动载荷的统计规律，并与C70比较车进行对比。

1 数据分析样本

本文数据来源于既有线27 t轴重货车适应性试验。该试验对27 t轴重货车中的C80E、C80EF、C80EH、KM80、P80、GN80、NX80各1辆和C70 1辆共计8辆车进行测试，车型比较全面。试验在京广线上行线古培塘—新开铺区段进行，试验区段固定。试验分为道岔、曲线和直线工况。道岔分为9＃和12＃道岔，曲线最小半径600 m。9＃道岔分为15，25，30 km/h速度级，12＃道岔分为25，35，45 km/h速度级，R600曲线分为60，70（27 t轴重装载时进行）、80 km/h速度级，直线分为60，70（27 t轴重装载时进行）、80，90（27 t轴重装载时进行），100 km/h速度级。

对每辆被试车换装的测力轮对单侧车轮在每种工况下、同一速度级的垂向动载荷进行分析。为便于分析规律，采用同一工况下的动载荷平均值进行分析，计算动静载荷比，并与C70比较车的数据进行比较。

2 轴重对动载荷的影响

表1中23，25，27 t各数据分别是7辆27 t轴重货车在各轴重级所测垂向动载荷、动静载荷比的平均值（7辆车平均值）；C70比较车数据是所测垂向动载荷、动静载荷比的平均值（3次平均值）。

从表1中不难看出，相对于比较车C70，27 t轴重货车在装载23 t轴重时，动载荷增加幅度在－21.27%～－8.97%之间，动静载荷比增加幅度在－15.93%～－7.09%之间；27 t轴重货车在装载25 t轴重时，动载荷增加幅度在－8.87%～10.21%之间，动静载荷比增加幅度在－13.16%～0.75%之间；27 t轴重货车在装载27 t轴重时，动载荷增加幅度在－3.71%～17.10%之间，动静载荷比增加幅度在－14.81%～1.48%之间。

27 t轴重货车相比C70比较车，在车辆轴重相同23 t时，垂向动载荷小于C70比较车；在车辆轴重25，27 t时，与C70比较车相比，垂向动载荷变化幅度在上下1.5 k N范围内，总体与C70比较车相当。说明大轴重转向架相比K6转向架具有更好的低动力作用。

相对于27 t轴重货车装载23 t轴重时，27 t轴重货车在装载25 t轴重时，动载荷增加幅度在6.03%～21.06%之间，动静载荷比增加幅度在－2.71%～11.13%之间；27 t轴重货车在装载27 t轴重时，动载荷增幅在16.15%～45.04%之间，动静载荷比增加幅度在－1.48%～20.70%之间。

表1 27 t轴重货车和C70比较车不同工况垂向动载荷和动静载荷比

图1 不同轴重、不同工况平均动载荷图

图2 不同轴重、不同工况平均动静载荷比图

从图1、图2中可以看出，27 t轴重货车在与C70比较车相同装载23 t轴重时相比，车轮垂向动载荷平均值均小于C70比较车。在装载25，27 t轴重时，垂向动载荷平均值相比C70比较车，总体与C70比较车保持在一个水平上。对于同一种转向架，轴重从23 t逐级增加至27 t，车轮垂向动载荷也逐级增大。对于不同转向架，在装载相同轴重时，27 t轴重货车车轮垂向动载荷小于C70比较车。

从23 t轴重增加到27 t轴重，轴重增加了17.4%，理论上动载荷也应该相应增加17.4%。相对于C70比较车，27 t轴重货车在轴重增加到27 t时，动载荷最多增加17.1%，小于轴重增幅，说明27 t轴重货车转向架相比C70比较车的K6转向架，在增加了一系定位后，降低了簧下质量，有效的减少了轮轨间动作用力，体现良好的低动力特性。

3 线路工况对动载荷的影响

在直线工况下，27 t轴重货车车轮垂向动载荷平均值和动静载荷比均小于C70比较车。在其他工况下，27 t轴重货车车轮垂向动载荷与C70比较车相比，总体保持在一水平上。相比较直线而言，27 t轴重货车在通过侧线、曲线工况时，车轮垂向动载荷和动静载荷比还是明显增大，应重点关注。

在侧线、小曲线工况条件下，轮轨的动载荷并不全是由车辆振动引起，而是由线路属性（超高）、运行速度（大于或小于平衡速度）、车辆特性等因素综合影响的结果。所以在直线工况下的测试结果比较典型。从图3在直线工况下，27 t轴重货车在装载23，25 t和27 t轴重时，动静载荷比基本相当，说明在直线工况单位轴重下的动载荷是一定的。且27 t轴重货车装在23，25，27 t轴重时，在直线工况下的车轮垂向动载荷和动静载荷比均小于C70比较车，低动力作用明显。在同一轴重下，相对于直线工况，27 t轴重货车在侧向通过9号道岔时，垂向动载荷增幅在18.2%～30.8%之间；侧向通过12号道岔时，垂向动载荷增幅在5.8%～32.2%之间；通过R600曲线时，垂向动载荷增幅在28.4%～42.2%之间。

4 速度对动载荷的影响

表2是在直线工况下、各速度级时7辆27 t轴重货车在23，25，27 t时所测垂向动载荷、动静载荷比的平均值（7辆车平均）；C70比较车数据是所测垂向动载荷、动静载荷比的平均值（3次平均值）。

表2 27 t轴重货车和C70比较车不同速度级垂向动载荷和动静载荷比

27 t轴重货车相对于C70比较车，在60 km/h速度级时，车轮垂向动载荷减小幅度在13.80%～22.31%之间，动静载荷比减小幅度在19.28%～23.73%之间；80 km/h速度级时，车轮垂向动载荷减小幅度在8.08%～23.54%之间，动静载荷比减小幅度在18.24%～20.39%之间；100 km/h速度级时，车轮垂向动载荷减小幅度在5.67%～17.99%之间，动静载荷比减小幅度在12.73%～16.24%之间。各速度级下27 t轴重货车的车轮垂向动载荷和动静载荷比均小于比较车C70。

在相同轴重下，随着速度的增高，车轮垂向动载荷和动静载荷比逐渐增大。当速度从60 km/h增大到100 km/h时，垂向动载荷增幅在23.1%～27.6%之间，见图3、图4。

图3 直线工况不同速度各轴重平均动载荷图

5 速度和轴重对动载荷和动静载荷比的影响关系分析

为了进一步分析速度和轴重对动载荷和动静载荷比的影响和变化规律，应用方差分析方法对直线工况下测试的数据进行分析，见表3～表5。

图4 直线工况不同速度各轴重平均动静载荷比图

表3 27 t轴重货车和C70比较车各速度级、各轴重平均动载荷和动静载荷比

5.1 速度和轴重因素对动载荷的影响分析

假设H01轴重对动载荷无影响；

H02速度对动载荷无影响；

H03交互效应对动载荷无影响；

根据试验数据，轴重有3个因素，速度有3个因素，重复2次，即r＝3、s＝3、t＝2。设A为轴重，B为速度，Ti··为速度合计值，T·i·为轴重合计值。

表4 方差计算表

得方差分析见表5。

表5 方差分析表

F（0.05）（2，9）＝4.26＜FA，所以在水平α＝0.05下，拒绝假设H01，即轴重对动载荷的影响显著。F（0.05）（2，9）＝4.26＜FB，所以在水平α＝0.05下，拒绝假设H02，即速度对动载荷的影响显著。F（0.05）（4，9）＝3.63＞ FA×B，接受H03，即交互作用对动静载荷比的影响不显著。值得注意的是FB＞FA，所以速度对动载荷的影响大于轴重对动载荷的影响程度。

对结果进行秩和检验。

（1）不同轴重载荷表（见表6）

表6 不同轴重动载荷表

假设H0：μ1＝μ2，H1：μ1＜μ2。

把动载荷按照自小到大顺序排列，见表7。

表7 秩和检验表

对于第一个总体的观察值r1＝1＋2＋3＋4＋7＋8.5＝25.5。

查表得CU（0.05）＝26，即拒绝域为r1≤26。故拒绝H0，认为两个轴重下动载荷有明显差异。

（2）不同速度动载荷表（见表8）

表8 不同速度动载荷表

假设H0：μ1＝μ2，H1：μ1＜μ2。

把动载荷按照自小到大顺序排列见表9。

对于第一个总体的观察值r1＝1＋2＋3＋4＋5＋6＝21。

查表得CU（0.05）＝26，即拒绝域为r1≤26。故拒绝H0，认为两个速度级下动载荷有明显差异。

5.2 速度和轴重因素对动静载荷比的影响分析（见表10、表11）

假设H01轴重对动静载荷比无影响；

H02速度对动静载荷比无影响；

H03交互效应对动静载荷比无影响。

表9 秩和检验表

表10 方差计算表

得方差分析表11。

表11 方差分析表

F（0.05）（2，9）＝4.26＜FA，所以在水平α＝0.05下，接受假设H01，即轴重对动静载荷比的影响不显著。F（0.05）（2，9）＝4.26＜FB，所以在水平α＝0.05下，拒绝假设H02，即速度对动静载荷比的影响显著。F（0.05）（4，9）＝3.63＞FA×B，接受H03，即交互作用对动静载荷比的影响不显著。

对结果进行检验，可以验证轴重对动静载荷比的影响不显著；速度对动静载荷比的影响显著。

6 结束语

通过对试验的数据分析，27 t轴重货车与C70比较车相比，动载荷和动静载荷比总体相当，甚至优于C70比较车，表明27 t轴重货车转向架具有较好的低动力性能。

在直线工况下，速度和轴重对动载荷的影响均显著，且速度对动载荷的影响显著程度高于轴重对动载荷的影响；速度对动静载荷比的影响显著，轴重对动静载荷比的影响不显著；速度和轴重的交互对动载荷和动静载荷比的影响均不显著。

［1］ 苗晓雨.轴重与动静载荷比影响因素分析［J］.铁道机车车辆，2011，31（2）：30-33.

［2］ 王新锐.既有线27 t轴重货车（混编）适应性试验研究.TY字第3734号［R］.北京：中国铁道科学研究院，2014.

Analysis on Dynamic Load of 27 t Axle Load Wagons

JIANG Cheng，MIAO Xiaoyu，XIONG Xin，ZHANG Tianying
（Locomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Based on the dynamic test data for 27 t axle load wagons，this paper analyzes the impact of axle load，working conditions and speed on dynamic load.

axle load；speed；dynamic load

U272

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.07

1008－7842（2014）04－0034－04

*铁道部科技开发计划（2012J008－A）

�）男，助理研究员（

2013－12－10）