浅析列车纵向冲动的列定和检侧仪标准的探讨

作者：潘运平解金芳莫易敏赵刚　

　　论文关键词:列车冲动加速度变化率判定标准
　　论文摘要：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;探讨了国内外时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。
　　0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。
　　1.列车冲动的工况分析
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。
　　2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。
　　3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wilson在generalmotors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=9.8m/s2)，其结果如下:
0.27g，感觉良好的停车;0.34g，不舒适的停车;0.43g，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二0.10g和正面立。=0.08g时，仅有5%的受试乘客感到不舒适。

　　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/t2370一1993《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0.08g。列车紧急制动时的平均减速度应不超过0.12g，但在初速40km/h以下时允许不超过0.14g。列车紧急制动时的最大减速度不应超过1.0g。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/t2543-1995(《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二daldt(m"s-3)，式中。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。

　　某铁路局科研所根据标准tb/t2543一1995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。

　　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。
　　4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/t2543-1995《旅客列车纵向冲动评定方法》，用加速度和加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adi公司生产的微机械加速度计adxl105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.


　　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usb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。