列车纵向冲动的判定和检测仪标准的探讨

列车纵向冲动的判定和检测仪标准的探讨
潘运平1 ,解金芳2 ,莫易敏1 ,赵 刚1
(1 . 武汉理工大学 ,湖北 武汉 430070 ;2 . 湖北省计量测试研究院 ,湖北 武汉 430070)
摘 要 : 从列车舒适度 、平稳性角度出发 ,分析了列车冲动的工况和纵向冲动产生的原因 ; 探讨了 国内外对列车纵向冲动判定的方法和标准 ;提出了采用加速度和加速度变化率来表征列车纵向冲 动的方法具科学性和真实性 。

关键词 :列车冲动 ;加速度变化率 ;判定标准 中图分类号 : U 260 . 11
文献标识码 :B
动 (多发生在曲线弯道) 。

(4) 在惰力运行工况下 , 有时发生瞬时冲动或
间隔较短的连续性冲动 。

(5) 列车在高速运行中调速制动时 ,经常发生不
同程度的冲动 。

(6) 线路不同 ,列车纵向冲动的情况也不一样 。

在条件较差的线路上 ,列车调速频繁 ,纵向冲动也相
对频繁 ,且相当剧烈 。

(7) 车辆在条件较差的线路上的横向 、纵向加速
度的量值和频率相对较高 。

引言
铁道机车车辆“舒适度”是一个因人而异 、且很
难量化的概念 。

广义的“舒适度”是指旅客对乘坐列 车旅行品质的综合评价 。

舒适度不仅受列车的振 动 、冲击 、噪声 、温度 、湿度 、空气清新度 、空间设计 、 色彩 、照明等诸多因素的影响 ,而且还受到人们健康 和心理因素的影响 。

狭义的“舒适度”是指列车在运
行过程中所产生的冲击 、振动 ( 包括纵向 、横向及垂
直方向) 对乘客的影响 , 即“振动舒适度”和“平稳 性”。

当以机车车辆在运用过程中的振动加速度和加 速度变化率作为研究对象时 “, 舒适度”可以分为振 动舒适度 、曲线通过舒适度 、加减速舒适度 。

本文主 要研究纵向加 、减速时舒适度的判定标准 。

0 列车冲动产生的原因
列车冲动是指司机在操纵列车运行过程中 ,由 于机车工况改变所引起的列车车辆纵向 ( 列车运行 方向) 冲击 。

列车在制动和缓解时 ,由于车辆间的制 动缸压力的差异和相邻车辆制动率的不一致性 ,造 成列车冲动 。

这种压力的差异和制动率的不一致又 是由于车辆本身的结构 、制动方式或司机的操纵不
当引起的。

因司机操纵不当所产生冲动的主要有以下几种 情况 : (1) 列车在中低速运行时 ,如司机操纵使用制动
机减压量过大 ,容易造成列车纵向冲动 ,如司机使用 制动机调速时减压量过小 ,列车主管制动波速过慢 ,
列车制动机前后作用不一致 ,也容易产生列车纵向 冲动 。

(2) 在列车到站停车时 ,由于司机采取 2 次或多
次制动 ,使得列车主管尾部风压还未来得及充满 ,而 又再次施行制动 ,这样就会造成列车纵向冲动 。

(3) 在下坡车站起动和运行中 ,由于司机提回手
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2 列车冲动的工况分析
1 快速列车运行的工况相当复杂 ,当使用制动机 、 惰力运行 、牵引 、启动 、站停等多种不同工况 ,都会使 列车产生冲动 。

经分析 ,列车发生纵向冲动的部位 和现象主要表现在 : (1) 当冲动发生时 , 列车受到的冲动中部最严
重 、后部较轻 、前部最轻 。

(2) 当使用制动机调速时 ,有时制动和缓解都使
列车发生冲动 ,有时仅制动或缓解使列车发生冲动 。

(3 ) 在正常牵引工况下 , 有时会出现瞬时冲 收稿日期 :2004 - 09 - 27
作者简介 :潘运平( 1971 - ) ,男 ,湖北公安人 ,讲师 ,2003 年毕业于武 汉理工大学机械设计及理论专业 ,工学博士 ,现主要从事机电一体化 的研究和教学工作。

试验检测
机车车辆工艺 第 1 期 2005 年 2 月
g ·s - 1
柄过快 ,机车牵引力瞬间增大 ,造成列车冲动 。

在坡
度突然变陡处 ,由于司机提回手柄较晚 ,造成快速列 车在惰力运行中发生纵向冲动 。

表 2 日本国铁乘客不允许加速度变化率试验结果 姿 势 不允许加速度受 试乘客比例/ %
正面坐
混合坐
正面立
背面立
列车加 、减速舒适度评判标准现状分析
国内目前对纵向冲击的检测主要是采用“木棒
检测法”,这种检测方法尽管比较直观 ,但只是大概 的给出了冲击的等级 ,并且缺少评判的科学依据 ,所 以无法进行详细的分析与比较 。

同时由于冲动棒是 手工加工的 ,地面的平面度与粗糙度都无法保证 ,所 以评判的结果缺乏真实性 。

在随车的大量实验中 , 常常发生标志冲动等级较低的小木棒没倒 ,反而标 志冲动等级较高的大木棒先倾倒的现象 。

因此 ,如 何准确获取列车在加 、减速过程中的纵向冲击 ,并用 一定的量化标准来对司机驾驶水平的高低进行表 征 ,以及建立冲动对旅客乘坐的舒适度数学模型和 舒适度的评价标准 ,都成为目前一个重要的研究课 题 。

3 . 1 国外冲动评定标准
(1) 美国 GM 公司的实验
美国的 Wilso n 在 G eneral Moto rs 公司的试验场 进行了汽车冲动实验 ,用加速度大小表示冲动大小
( g = 9 . 8 m/ s 2 ) ,其结果如下 :
0 . 27 g , 感觉良好的停车 ; 0 . 34 g , 不舒适的停 车 ;0 . 43 g ,非常不舒适的停车 。

相当于自由放置的 物体被从地面抛出 ,旅客有危险的感觉 。

(2) 日本国铁的实验 原日本国铁铁道技术研究
所进行了 2 次冲击实 验 ,以调查制动时乘客的舒适度 。

试验中只要求受 试乘客对某一加速度进行“允许”或“不允许”2 极式 判定 ,将不允许加速度的受试乘客比例 、不同姿势下
的不允许加速度 ( 见表 1) ,及其对应的加速度变化
率(见表 2) 作了记录 。

这些实验结果成为了日本国 铁减速舒适度执行标准的基础 。

当混合坐 a = 0 . 10 g 和正面立 a = 0 . 08 g 时 ,仅有 5 %的受试乘客感到 不舒适 。

5 10 - 20
0 . 07 0 . 09 0 . 12
0 . 07 0 . 09 0 . 11
0 . 07 0 . 07 0 . 11
0 . 03 0 . 04 0 . 06
3 3 . 2 国内列车冲动评定标准的研究
关于舒适度的评测以及列车加 、减速时的纵向 冲动的评测 ,国内目前并没有统一的规范标准 。

但 是在制动系统设计时 ,有相关的规定 ,可以作为一定
参考依据 。

标准 ( TB/ T2370 - 1993《铁路旅客列车 纵向动力学试验方法与评定指标》
) 中明确要求 : 在 旅客列车制动时 ,纵向加 (减) 速度的评定指标为 :列
车启动 、调速及常用制动时 ,纵向平均加速度或减速 度的绝对值不应超过 0 . 08 g 。

列车紧急制动时的平 均减速度应不超过 0 . 12 g ,但在初速 40 km/ h 以下 时允许不超过 0 . 14 g 。

列车紧急制动时的最大减速 度不应超过 1 . 0 g 。

上述标准是我国上世纪 80 年代 以来特别是扩编旅客列车试验和仿真研究的结果 , 且已经作为国内的评价指标 。

某铁路局科研所研制 的“列车纵向冲动测试仪”就是采用加速度计测量列 车在运行过程中产生的加速度来定量描述列车的纵 向冲动 。

但是这种方法很快就被否定 ,被认为加速 度并不能全部描述列车的纵向冲动 。

中华人民共和国铁道行业标准 TB/ T 2543 —
1995《
( 旅客列车纵向冲动评定方法》) 规定 ,用列车 冲动的加速度变化率来考核和评定旅客列车司机的 平稳操纵技能 。

该加速度变化率用 J 来度量 , J =
d a/ d t ( m ·s - 3
,式中 a 为加速度) 。

其评定标准 : 把 列车正常操纵时的冲动分为优 、良 、及格和不及格 4 个等级 ,其相应的 J 值如表 3 。

表 3 铁道行业标准中列车冲动评定标准
评定等级
优
良
及格
不及格
J / m ·s - 3
3 . 0～3 . 9
4 . 0～4 . 9
< 3 . 0
> 5 . 0
某铁路局科研所根据标准 TB/ T2543 - 1995 研
制出了“列车纵向冲动加速度变化率测试仪”。

该冲 动测试仪采用加速度的变化率来描述列车的冲动 。

通过对 J 值的分析研究 ,拟定了 4 个档次 ,即优 、良 、 及格 、不及格 。

其评定标准如表 4 。

表 1 日本国铁乘客不允许加速度试验结果
g
姿 势 不允许加速度受 试乘客比例/ %
正面坐
混合坐
正面立
背面立
0 . 10
0 . 08
5
10
0 . 09 0 . 11
0 . 07 0 . 08
表 4 冲动评定标准 0 . 12 0 . 10
评定等级 优 良
合格
不及格
20 0 . 13 0 . 14 0 . 12 0 . 09
J / m ·s - 3
≤4 . 0
4 . 1～8 . 0
8 . 1～12 . 0
≥12 . 1
注 :数字下面带下划线的是日本国铁舒适度标准采用值
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列车纵向冲动的判定和检测仪标准的探讨
对表 3 、表 4 进行比较 ,虽然二者均采用加速度 变化率来对列车的纵向冲动进行评价 ,但 J 值的评 定标准存在着较大差异 。

在此不评论 2 个标准的准
确性 ,但是有一点是可以肯定的 ,那就是采用加速度 变化率的评定方法要比加速度的评定方法要更符合 实际 。

尽管有现行的标准和加速度变化率测试仪
的出 现 ,但是目前大多数机务段仍然采用“冲动棒”计分 制对旅客列车司机的平稳操纵技能进行评定 。

此方 法是采用 5 根长度相等 ,截面为正方形 ,但底面积大 小不同的木棒 ,根据相应的木棒倾倒而扣不同的分 值 。

扣分等级为 5 级 ,分别为 5 分/ 次 、10 分/ 次 、20 分/ 次 、35 分/ 次和 50 分/ 次 。

速度变化率联合表征的方法来对列车的冲动进行判
定 。

该检测仪采用美国 AD I 公司生产的微机械加 速度计 AD X L 105 测量列车运行过程中的加速度 。

并通过列车冲动检测数据处理系统对采集到的数据 进行分析 、处理 。

实现了加速度曲线 、加速度变化率 曲线的实时在线静态和动态显示 ,见图 1 。

加速度 曲线 、加速度变化率曲线能够很直观的反映出列车 在何时何地发生了怎样的变化 。

从图 1 中的曲线也 可以发现 ,只有当加速度和加速度变化率曲线同时 发生明显的变化时 ,才能被确认在此时发生了冲动 。

在确定列车冲动评定标准时 ,采取对比实验的 方法 ,同时用“木棒检测法”和智能列车冲动检测仪 进行随车实验 ,将木棒倒的情况记录下来 ,并与智能 冲动检测仪记录的冲动相对比 。

将该仪器的评定标 准同“木棒检测法”一样 ,分为 5 个等级 。

评定标准 见表 5 。

表 5 智能列车冲动检测仪的评定标准
列车冲动检测仪的评定标准
针对现行标准和某科研所制定的评定标准存在 较大差异 。

2003 年武汉理工大学与郑州铁路局襄
樊北机务段合作研究 、开发出了一种新型智能列车 冲动检测仪 。

该检测仪根据木棒的评定标准 ,采用 现行的中华人民共和国铁道行业标准 TB/ T 2543 — 1995《旅客列车纵向冲动评定方法》,用加速度和加
4 一级 二级 三级 四级 五级
a / m ·s - 2 J / m ·s - 3
扣分
0 . 8～1 . 0 2 . 5～3 . 0 5 分
1 . 0～1 .
2
3 . 1～3 . 5 10 分
1 . 2～1 . 5 3 . 6～4 . 3 20 分
1 . 5～1 . 8
4 . 4～
5 . 2 35 分
> 0 . 18 > 5 . 3
50 分
图 1 检测到的加速度曲线、加速度变化率曲线
目前 ,智能列车冲动检测仪已经开发出第二代 产品 ,它可将采集到的数据通过 U S B 接口转存到 U
盘中 ,取代了第一代产品把数据转存到便携式计算
机中的方法 ,大大节约了成本 。

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(编辑 :高心海)
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