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user: 3. 试验研究 3.1. 数据测量 车辆动力学测试是指采用测力轮对，依据《GB/T 5599-1985铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》测得的数据，计算脱轨系数等动力学性能指标。图6为试验现场测力轮对和数据采集设备图。 图6. 车辆动力学测试现场图 轮轨横向力Q和轮轨垂向力P采用测力轮测量 [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]。测力轮对选择4条，其踏面磨耗状态为2条新旋，2条磨耗3 mm。垂向力和横向力测量贴片布置如图7所示。 图7. 贴片位置 图8给出了加速度传感安装示意图。测定货车车体垂直和横向加速度的加速度传感器安装在1或2位心盘内侧距心盘中心线小于1000 mm的车底架中梁下盖板上，其中1为中梁，2、3为垂直、横向加速度传感器，4为安装铁。 图8. 加速度传感器安装示意图 测得数据后，可由式3~6求得垂向力和横向力的比例系数 K p 、 K q 及其相互间的影响因素 E q p 、 E p q 。 垂向力比例系数 K p = ε p p / P (3) 横向力比例系数 K q = ε q q / Q (4) 垂向力对横向力桥路的影响系数 E q p = ε q p / P (5) 横向力对垂向力桥路的影响系数 E p q = ε p q / Q (6) 得到系数矩阵 K = | K p E q p E p q K q | ，并计算其逆矩阵 K − 1 。以右轮的第1组应变为例，其垂向力P和横向力Q计算公式如下： P = K − 1 ( 1 ， 1 ) × A ( : ， 1 ) + K − 1 ( 1 ， 2 ) × A ( : ， 2 ) (7) Q = K − 1 ( 2 ， 1 ) × A ( : ， 1 ) + K − 1 ( 2 ， 2 ) × A ( : ， 2 ) (8) 式中，矩阵 A ( : ， 1 ) 为右轮的第1组垂向应变， A ( : ， 2 ) 为右轮的第1组横向应变。求得垂向力P和横向力Q后，可根据相关公式求得脱轨系数等参数。 3.2. 数据分析 图9、图10分别给出紧急制动下通过直线区段和弯道区段的脱轨系数。相同速度下，通过直线区段时的脱轨系数比通过曲线区段的小，且速度越高，通过曲线区段的脱轨系数越大，其原因为在相同的较高速度下，在紧急制动后前后车辆挤压力更大，故而脱轨系数也较大。通过直线区段时，编组2、编组3在80 km/h至90 km/h的速度范围内不敏感，脱轨系数相差不大；但通过弯道时，速度越高，脱轨系数越大。直线工况下，编组2 (空车处于中间)的脱轨系数比编组3 (空车处于两端)受速度的影响更大；曲线区段部分，紧急制动下虽然速度逐渐降低，但编组2和编组3均在各自空车编号部分的脱轨系数增大。 图9. 紧急制动直线工况下的脱轨系数 图10. 紧急制动弯道工况下的脱轨系数 图11、图12分别给出紧急制动下通过直线区段和弯道区段的轮重减载率。相同速度下，通过直线区段时的轮重减载率比通过曲线区段的小，且速度越高，通过曲线区段的轮重减载率越大。通过直线区段和曲线区段时，编组2 (空车处于中间)的轮重减载率比编组3 (空车处于两端)在80 km/h至90 km/h的变化更大。通过直线区段时，编组2和编组3的轮重减载率在各速度等级下变化平缓；但通过曲线区段时，速度在紧急制动下逐渐降低，编组2和编组3的轮重减载率在总体上逐渐减小，但会在各自的空车编号部分(特别是处于紧急制动后时间较短的部分)有显著增大。 图11. 紧急制动直线工况下的轮重减载率 图12. 紧急制动弯道工况下的轮重减载率 图13、图14分别给出紧急制动下通过直线区段和弯道区段的轮轴横向力。相同速度下，通过直线区段时的轮轴横向力比通过曲线区段的小，且速度越高，通过曲线区段的轮轴横向力越大，其原因为通过曲线时离心力产生的较大的横向分力。通过直线区段时，编组2、编组3对在80 km/h至90 km/h的速度不敏感，轮轴横向力变化较小；通过弯道时，随着紧急制动的进行，编组2和编组3的轮轴横向力总体上逐渐减小，但会在各自的空车编号部分增大。 图13. 紧急制动直线工况下的轮轴横向力 图14. 紧急制动弯道工况下的轮轴横向力 对全列空载进行全线拉通试验，采集列车行驶中车轮的垂向力、横向力等情况，为后续进行车辆局部线路往复行驶试验选出最危险的试验路段。对编组2、3、4、5进行了车辆动力学测试，对测得结果取平均值，并将该组数据中的最大值作为误差棒的上限值，其结果如图16。图中2、3、4、5分别表示编组2、编组3、编组4、编组5；NB、CN、EB分别表示牵引工况、常用制动、紧急制动；CT4、CT5分别表示对编组4、编组5进行全程拉通试验。 图15、图16分别给出了编组2、编组3、编组4、编组5通过直线和曲线的轮轴横向力，图中数值为26.4的红色直线表示计算出的货车轮轴横向力的上限值。相同条件下，曲线处轮轴横向力更大，其原因为离心力产生的横向分力变大。直线通过时，编组3和编组4在牵引工况下轮轴横向力相对较小，其原因为前后编组车辆无挤压，车辆运行平稳；在常用制动下，由于后车会挤压前车，导致轮轴横向力变大；紧急制动模式下，在没有出现后车制动相对不足的情况下，其特征与常用制动相似，但是在出现后车制动相对不足的情况下，测试车辆后轮会受到挤压，轮轴横向力会变大。曲线通过时，常用制动下轮轴横向力较小，其原因为速度降低，车轮受到钢轨力减小。由于编组4、5进行全程拉通试验，其线路包含直线部分和曲线部分，其最大值出现在曲线段，故其脱轨系数较大。各编组车辆在不同速度等级下运行各测试参数未见明显规律，可能是车辆运行速度等级接近，且在实际运行中速度存在一定误差，即80 km/h为79~82 km/h之间，85 km/h为83~87 km/h之间，90 km/h为88~90 km/h之间。各编组轮轴横向力最大值均未超过26.4，达到“优”级标准。 图15. 最大轮轴横向力(直线) 图16. 最大轮轴横向力(曲线) 图17、图18分别给出了编组2、编组3、编组4、编组5通过直线和曲线的轮重减载率，图中数值为0.64的红色直线表示货车轮重减载率的“第一限度”值。相同情况下，由于通过曲线时车轮会受到外轨更大的作用，引起车轮与钢轨沿垂向分力变大，进而车辆轮重变化较大。直线通过时，牵引工况下轮重减载率较小，这是因为在无制动的情况下，车辆各编组前后车辆挤压力较小；在常用制动和紧急制动 图17. 最大轮重减值率(直线) 图18. 最大轮重减值率(曲线) 时，后面车辆挤压前面车辆，导致轮重减载率变大。各编组车辆随着速度的提高，其轮重减载率变大。曲线通过时，速度越高，轮重减载率越大；相同速度下，牵引工况比制动工况的轮重减载率更大，这是因为车辆以较高速度通过，受到的轮对减载力比因制动引起前后车辆挤压产生的轮对减载力大。由于编组4、5进行全程拉通试验，其线路包含直线部分和曲线部分，其最大值出现在曲线段，故而通过直线和通过曲线时都取得是最大值。各编组的轮重减载率均不超过0.64，达到“第一限度”要求。 图19、图20分别给出了编组2、编组3、编组4、编组5的脱轨系数，图中数值为1.2的红色实线表示脱轨系数为“第一限度”值。相同情况下，通过曲线时脱轨系数比通过直线时大。通过直线时，在相同编组模式下，各编组车辆在不同速度等级下运行各测试参数未见明显规律。通过曲线时，与牵引工况相比，常用制动的速度逐渐降低，因此脱轨系数较低；而与紧急制动相比，常用制动下前后车辆挤压力较小，故而脱轨系数也较小。编组4、5进行全程拉通试验，其线路包含直线部分和曲线部分，其最大值出现在曲线段，故而通过直线和通过曲线时都取得是最大值(即曲线段)，故图19、图20中值相同。各编组脱轨系数均未超过规定的限度值1.2，达到“第一限度”标准。 图19. 最大脱轨系数(直线) 图20. 最大脱轨系数(曲线)