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淺析列車(chē)縱向沖動(dòng)的列定和檢側儀標準的探討
論文關(guān)鍵詞:列車(chē)沖動(dòng) 加速度變化率 判定標準
論文摘要：從列車(chē)舒適度、平穩性角度出發(fā)，分析了列車(chē)沖動(dòng)的工況和縱向沖動(dòng)產(chǎn)生的原因;探討了國內外時(shí)列車(chē)縱向沖動(dòng)判定的方法和標準;提出了采用加速度和加速度變化率來(lái)表征列車(chē)縱向沖動(dòng)的方法具科學(xué)性和真實(shí)性。
0引言
鐵道機車(chē)車(chē)輛“舒適度”是一個(gè)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(chē)旅行品質(zhì)的綜合評價(jià)。舒適度不僅受列車(chē)的振動(dòng)、沖擊、噪聲、溫度、濕度、空氣清新度、空間設計、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(chē)在運行過(guò)程中所產(chǎn)生的沖擊、振動(dòng)(包括縱向、橫向及垂直方向)對乘客的影響，即“振動(dòng)舒適度”和“平穩性”。
當以機車(chē)車(chē)輛在運用過(guò)程中的振動(dòng)加速度和加速度變化率作為研究對象時(shí)，“舒適度”可以分為振動(dòng)舒適度、曲線(xiàn)通過(guò)舒適度、加減速舒適度。本文主要研究縱向加、減速時(shí)舒適度的判定標準。
1.列車(chē)沖動(dòng)的工況分析
快速列車(chē)運行的工況相當復雜，當使用制動(dòng)機、惰力運行、牽引、啟動(dòng)、站停等多種不同工況，都會(huì )使列車(chē)產(chǎn)生沖動(dòng)。經(jīng)分析，列車(chē)發(fā)生縱向沖動(dòng)的部位和現象主要表現在:
(1)當沖動(dòng)發(fā)生時(shí)，列車(chē)受到的沖動(dòng)中部最嚴重、后部較輕、前部最輕。
(2)當使用制動(dòng)機調速時(shí)，有時(shí)制動(dòng)和緩解都使列車(chē)發(fā)生沖動(dòng)，有時(shí)僅制動(dòng)或緩解使列車(chē)發(fā)生沖動(dòng)。
(3)在正常牽引工況下，有時(shí)會(huì )出現瞬時(shí)沖動(dòng)(多發(fā)生在曲線(xiàn)彎道)。
(4)在惰力運行工況下，有時(shí)發(fā)生瞬時(shí)沖動(dòng)或間隔較短的連續性沖動(dòng)。
(5)列車(chē)在高速運行中調速制動(dòng)時(shí)，經(jīng)常發(fā)生不同程度的沖動(dòng)。
(6)線(xiàn)路不同，列車(chē)縱向沖動(dòng)的情況也不一樣。在條件較差的線(xiàn)路上，列車(chē)調速頻繁，縱向沖動(dòng)也相對頻繁，且相當劇烈。
(7)車(chē)輛在條件較差的線(xiàn)路上的橫向、縱向加速度的量值和頻率相對較高。
[1]
2列車(chē)沖動(dòng)產(chǎn)生的原因
列車(chē)沖動(dòng)是指司機在操縱列車(chē)運行過(guò)程中，由于機車(chē)工況改變所引起的列車(chē)車(chē)輛縱向(列車(chē)運行方向)沖擊。列車(chē)在制動(dòng)和緩解時(shí)，由于車(chē)輛間的制動(dòng)缸壓力的差異和相鄰車(chē)輛制動(dòng)率的不一致性，造成列車(chē)沖動(dòng)。這種壓力的差異和制動(dòng)率的不一致又是由于車(chē)輛本身的結構、制動(dòng)方式或司機的操縱不當引起的。
因司機操縱不當所產(chǎn)生沖動(dòng)的主要有以下幾種情況:
(1)列車(chē)在中低速運行時(shí)，如司機操縱使用制動(dòng)機減壓量過(guò)大，容易造成列車(chē)縱向沖動(dòng)，如司機使用制動(dòng)機調速時(shí)減壓量過(guò)小，列車(chē)主管制動(dòng)波速過(guò)慢，列車(chē)制動(dòng)機前后作用不一致，也容易產(chǎn)生列車(chē)縱向沖動(dòng)。
(2)在列車(chē)到站停車(chē)時(shí)，由于司機采取2次或多次制動(dòng)，使得列車(chē)主管尾部風(fēng)壓還未來(lái)得及充滿(mǎn)，而又再次施行制動(dòng)，這樣就會(huì )造成列車(chē)縱向沖動(dòng)。
(3)在下坡車(chē)站起動(dòng)和運行中，由于司機提回手柄過(guò)快，機車(chē)牽引力瞬間增大，造成列車(chē)沖動(dòng)。在坡度突然變陡處，由于司機提回手柄較晚，造成快速列車(chē)在惰力運行中發(fā)生縱向沖動(dòng)。
3列車(chē)加、減速舒適度評判標準現狀分析
國內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(guān)，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，所以無(wú)法進(jìn)行詳細的分析與比較。同時(shí)由于沖動(dòng)棒是手工加工的，地面的平面度與粗糙度都無(wú)法保證，所以評判的結果缺乏真實(shí)性。在隨車(chē)的大量實(shí)驗中，常常發(fā)生標志沖動(dòng)等級較低的小木棒沒(méi)倒，反而標志沖動(dòng)等級較高的大木棒先傾倒的現象。因此，如何準確獲取列車(chē)在加、減速過(guò)程中的縱向沖擊，并用一定的量化標準來(lái)對司機駕駛水平的高低進(jìn)行表征，以及建立沖動(dòng)對旅客乘坐的舒適度模型和舒適度的評價(jià)標準，都成為目前一個(gè)重要的研究課題。
3.1國外沖動(dòng)評定標準
(1)美國GM公司的實(shí)驗
美國的Wilson在General Motors公司的試驗場(chǎng)進(jìn)行了汽車(chē)沖動(dòng)實(shí)驗，用加速度大小表示沖動(dòng)大小( g = 9 . 8 m/s2 )，其結果如下:
0.27 g，感覺(jué)良好的停車(chē);0 . 34 g，不舒適的停車(chē);0.43 g，非常不舒適的停車(chē)。相當于自由放置的物體被從地面拋出，旅客有危險的感覺(jué)。
(2)日本國鐵的實(shí)驗
原日本國鐵鐵道技術(shù)研究所進(jìn)行了2次沖擊實(shí)驗，以制動(dòng)時(shí)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(jiàn)表1)，及其對應的加速度變化率(見(jiàn)表2)作了記錄。這些實(shí)驗結果成為了日本國鐵減速舒適度執行標準的基礎。當混合坐a二0.10g和正面立。=0.08 g時(shí)，僅有5%的受試乘客感到不舒適。
[2]
3.2國內列車(chē)沖動(dòng)評定標準的研究
關(guān)于舒適度的評測以及列車(chē)加、減速時(shí)的縱向沖動(dòng)的評測，國內目前并沒(méi)有統一的規范標準。但是在制動(dòng)系統設計時(shí)，有相關(guān)的規定，可以作為一定參考依據。標準(TB/T2370一1993《鐵路旅客列車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)試驗方法與評定指標》)中明確要求:在旅客列車(chē)制動(dòng)時(shí)，縱向加(減)速度的評定指標為:列車(chē)啟動(dòng)、調速及常用制動(dòng)時(shí)，縱向平均加速度或減速度的絕對值不應超過(guò)0.08 g。列車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)的平均減速度應不超過(guò)0.12 g，但在初速40 km/h以下時(shí)允許不超過(guò)0.14 g。列車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)的最大減速度不應超過(guò)1 .0 g。上述標準是我國上世紀80年代以來(lái)特別是擴編旅客列車(chē)試驗和仿真研究的結果，且已經(jīng)作為國內的評價(jià)指標。某鐵路局科研所研制的“列車(chē)縱向沖動(dòng)測試儀”就是采用加速度計測量列車(chē)在運行過(guò)程中產(chǎn)生的加速度來(lái)定量描述列車(chē)的縱向沖動(dòng)。但是這種方法很快就被否定，被認為加速度并不能全部描述列車(chē)的縱向沖動(dòng)。
中華人民共和國鐵道行業(yè)標準TB/T 2543 -1995(《旅客列車(chē)縱向沖動(dòng)評定方法》)規定，用列車(chē)沖動(dòng)的加速度變化率來(lái)考核和評定旅客列車(chē)司機的平穩操縱技能。該加速度變化率用J來(lái)度量，J二daldt (m" s-3)，式中。為加速度其評定標準:把列車(chē)正常操縱時(shí)的沖動(dòng)分為優(yōu)、良、及格和不及格4個(gè)等級，其相應的J值如表3。
某鐵路局科研所根據標準TB/T2543一1995研制出了“列車(chē)縱向沖動(dòng)加速度變化率測試儀”。該沖動(dòng)測試儀采用加速度的變化率來(lái)描述列車(chē)的沖動(dòng)。通過(guò)對J值的分析研究，擬定了4個(gè)檔次，即優(yōu)、良、及格、不及格。其評定標準如表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(lái)對列車(chē)的縱向沖動(dòng)進(jìn)行評價(jià)，但J值的評定標準存在著(zhù)較大差異。在此不評論2個(gè)標準的準確性，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(shí)際。
盡管有現行的標準和加速度變化率測試儀的出現，但是目前大多數機務(wù)段仍然采用“‘沖動(dòng)棒”計分制對旅客列車(chē)司機的平穩操縱技能進(jìn)行評定。此方法是采用5根長(cháng)度相等，截面為正方形，但底面積大小不同的木棒，根據相應的木棒傾倒而扣不同的分值�？鄯值燃墳�5級，分別為5分/次、10分/次、20分/次、35分/次和50分/次。
4列車(chē)沖動(dòng)檢測儀的評定標準
針對現行標準和某科研所制定的評定標準存在較大差異。2003年武漢理工大學(xué)與鄭州鐵路局襄樊北機務(wù)段合作研究、開(kāi)發(fā)出了一種新型智能列車(chē)沖動(dòng)檢測儀。該檢測儀根據木棒的評定標準，采用現行的中華人民共和國鐵道行業(yè)標準TB/T 2543-1995《旅客列車(chē)縱向沖動(dòng)評定方法》，用加速度和加速度變化率聯(lián)合表征的方法來(lái)對列車(chē)的沖動(dòng)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(chē)運行過(guò)程中的加速度。并通過(guò)列車(chē)沖動(dòng)檢測數據處理系統對采集到的數據進(jìn)行分析、處理。實(shí)現了加速度曲線(xiàn)、加速度變化率曲線(xiàn)的實(shí)時(shí)在線(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示，見(jiàn)圖1。加速度曲線(xiàn)、加速度變化率曲線(xiàn)能夠很直觀(guān)的反映出列車(chē)在何時(shí)何地發(fā)生了怎樣的變化。從圖1中的曲線(xiàn)也可以發(fā)現，只有當加速度和加速度變化率曲線(xiàn)同時(shí)發(fā)生明顯的變化時(shí)，才能被確認在此時(shí)發(fā)生了沖動(dòng)。
在確定列車(chē)沖動(dòng)評定標準時(shí)，采取對比實(shí)驗的方法，同時(shí)用“木棒檢測法”和智能列車(chē)沖動(dòng)檢測儀進(jìn)行隨車(chē)實(shí)驗，將木棒倒的情況記錄下來(lái)，并與智能沖動(dòng)檢測儀記錄的沖動(dòng)相對比。將該儀器的評定標準同“木棒檢測法”一樣，分為5個(gè)等級。評定標準見(jiàn)表5.
目前，智能列車(chē)沖動(dòng)檢測儀已經(jīng)開(kāi)發(fā)出第二代產(chǎn)品，它可將采集到的數據通過(guò)USB接口轉存到U盤(pán)中，取代了第一代產(chǎn)品把數據轉存到便攜式中的方法，大大節約了。
[4]
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