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試論影響旅客列車運(yùn)行性能原因分析及改進(jìn)方案探討
論文關(guān)鍵詞:旅客列車 運(yùn)行性能 縱向沖動(dòng) 改進(jìn)
論文摘要:葉影響旅客列車運(yùn)行性能的列車縱向沖動(dòng)等問題進(jìn)行了分析，提出了具體的解決措施。
25K型提速列車自運(yùn)行以來反映良好，但仍存在一些問題，其中，旅客對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)性能方面的意見較多，特別是列車縱向沖動(dòng)問題。為此，鐵道部局等有關(guān)部門專門立項(xiàng)進(jìn)行研究，找出了影響旅客列車運(yùn)行性能的原因，并研究了部分解決方案。其中，密接式車鉤替代15號(hào)車鉤的方案已應(yīng)用于第5次提速用25T型客車上。通過幾個(gè)月的運(yùn)用考驗(yàn)證明，25T型提速列車的縱向沖動(dòng)要比25K型提速列車小得多。
1縱向沖動(dòng)問題
1. 1縱向沖動(dòng)現(xiàn)狀
鐵路經(jīng)過幾次提速，提速客車的一些關(guān)鍵部件都有了很大的發(fā)展，但車鉤緩沖裝置直到2001年都變化不大。25K型列車仍然采用15號(hào)車鉤加G1型緩沖器的鉤緩裝置。15號(hào)車鉤連掛間隙較大，由于列車中各個(gè)斷面的間隙累積效應(yīng)，使25K型列車在運(yùn)行過程中發(fā)生縱向沖動(dòng);G1型緩沖器的性能不能完全適應(yīng)提速要求，在正常運(yùn)行過程中基本不吸收能量，導(dǎo)致車鉤之間發(fā)生剛性碰撞，造成列車縱向沖動(dòng)加劇。在這種情況下，縱向沖動(dòng)問題成為影響提速旅客列車運(yùn)行平穩(wěn)性的一個(gè)重要因素。
對(duì)不同車輛裝備、不同運(yùn)行條件下的25K型列車運(yùn)行品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)記錄，發(fā)現(xiàn)25K型列車縱向沖動(dòng)的發(fā)生概率相對(duì)其他25型車要小，但列車在加速、制動(dòng)停車、運(yùn)行調(diào)速或過道岔、過長(zhǎng)大坡道時(shí)仍有發(fā)生沖動(dòng)的可能，有時(shí)甚至在幾分鐘的時(shí)間內(nèi)連續(xù)發(fā)生幾次或十幾次較大的沖動(dòng)。例如，25K型列車在山地運(yùn)行下長(zhǎng)大坡道時(shí)，發(fā)生縱向沖動(dòng)的縱向加速度峰值很高，19以上的沖動(dòng)時(shí)有發(fā)生，測(cè)試到的最大沖動(dòng)加速度為1. 55 g,瞬時(shí)加速度變化率高達(dá)200 g/s ^- 500 g/s，沖擊能量主要集中在10Hz以下的低頻段。
1. 2影晌列車縱向沖動(dòng)的主要因素
1.2.1車鉤縱向連掛間隙
縱向連掛間隙是影響列車縱向運(yùn)行品質(zhì)的一個(gè)重要因素。減小列車車鉤縱向連掛間隙，不但可以降低列車在不同速度級(jí)下平穩(wěn)運(yùn)行、啟動(dòng)、制動(dòng)和運(yùn)行調(diào)速等不同工況下的縱向振動(dòng)水平，而且可以減小縱向沖動(dòng)發(fā)生的概率，甚至消除沖動(dòng)現(xiàn)象。圖1為裝有密接式車鉤、15號(hào)小間隙車鉤和普通15號(hào)車鉤的列車在京滬線北京一天津間平穩(wěn)運(yùn)行一定時(shí)間段內(nèi)縱向加速度的分布情況�？梢钥闯�，在同樣的線路條件下，裝備密接式車鉤的列車縱向加速度最小，最大加速度的期望值在。. 05 g左右;裝備小間隙車鉤的列車縱向加速度次之，最大加速度的期望值為0. 068 g;裝備普通15號(hào)車鉤的列車在3列車中縱向運(yùn)行品質(zhì)最差，最大加速度的期望值為0. 081 g。從圖中還可以明顯看出，裝備密接式車鉤的列車縱向加速度基本上是對(duì)稱分布，也就是說沒有明顯的沖動(dòng)發(fā)生;裝備小間隙車鉤的列車因?yàn)橛幸恍┹^小的沖動(dòng)，縱向加速度呈明顯的偏態(tài)分布;而裝備普通15號(hào)車鉤的列車沖動(dòng)最為嚴(yán)重。
[1]
1.2.2客車制動(dòng)系
旅客列車調(diào)速、停車均需要由制動(dòng)系統(tǒng)來完成，由于制動(dòng)系統(tǒng)的不同、制動(dòng)工況的制動(dòng)波速不同、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置動(dòng)作的不一致性、閘瓦摩擦因數(shù)的不穩(wěn)定性等會(huì)造成列車中車輛間產(chǎn)生相對(duì)的速度，從而在列車運(yùn)行過程中產(chǎn)生縱向沖動(dòng)。
1.2.3車端阻尼
按新造客車進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)計(jì)算，通過比較單輛車的動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果、具有不同車端阻尼的編組列車的動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果，可得出如下結(jié)論:車端縱向阻尼對(duì)降低車輛縱向沖動(dòng)非常有效，增大車端縱向阻尼，車輛縱向沖動(dòng)將會(huì)減少。
1. 2. 4緩沖器性能
現(xiàn)在提速車普遍采用的G1型緩沖器由于初壓力大、阻抗力高、吸收率小，在正常運(yùn)行過程中，由于車鉤的作用力達(dá)不到緩沖器的初壓力，緩沖器不動(dòng)作，基本不吸收能量。當(dāng)列車運(yùn)行過程中縱向力發(fā)生變化時(shí)，車鉤之間就會(huì)發(fā)生剛性碰撞，造成列車縱向沖動(dòng)加劇，還使列車平均車鉤力提高，引起車鉤異常磨耗。尤其在目前不斷采用新型車鉤，車鉤的連掛間隙和車鉤作用力減小的情況下，G1型緩沖器的性能沒有得到同步改善，問題更加突出。
2影響運(yùn)行性能的其他問題
2. 1轉(zhuǎn)向架
從中發(fā)現(xiàn)，車輛走行部分暴露出的問題比較嚴(yán)重，主要有:(1)車輪的擦傷、剝離;(2)抗側(cè)滾扭桿橡膠節(jié)點(diǎn)老化或破損;(3)各部件磨耗比較嚴(yán)重。
2. 2制動(dòng)系統(tǒng)
列車提速后，制動(dòng)變得尤為重要，現(xiàn)車輛制動(dòng)系統(tǒng)存在的問題主要有:(1)制動(dòng)同步性能差，成為列車縱向沖動(dòng)大的主要原因;(2)客車雙管供風(fēng)與機(jī)車的配置協(xié)調(diào)問題沒有解決;(3)制動(dòng)缸快裝管漏氣。
2. 3車上電氣裝置
[2]
(1)整流器電壓不穩(wěn)定，適應(yīng)的電壓范圍較窄;(2)電瓶性能不穩(wěn)定。
2. 4車鉤緩沖系統(tǒng)
(1)旅客列車提速后，列車車鉤鉤頭下垂、鉤尾框上偏的問題較為嚴(yán)重，車鉤尾部上跳，沖擊車體底部防跳板，甚至引起鉤尾框斷裂;(2)車鉤的磨耗速度加快，磨耗程度嚴(yán)重。
2.5其他
(1)空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)道設(shè)計(jì)不太合理，臥鋪車上鋪旅客感覺冷，下鋪旅客感覺熱，出風(fēng)口噪聲大;(2)活窗不密封，車內(nèi)端部噪聲尤其大;(3)中空玻璃漏氣、漏水問題較難解決。
3改進(jìn)方案探討
3. 1減少縱向沖動(dòng)擬采取的方案
3.1.1采用性能良好的制動(dòng)系統(tǒng)
制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具有較高的制動(dòng)及緩解波速、較好的制動(dòng)缸升壓及緩解特性、良好的緊急制動(dòng)性能，這將有效地減小列車在調(diào)速或緊急制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的縱向沖動(dòng)。
3.1.2采用小間隙車鉤或密接式車鉤加彈性膠泥緩沖器
縮小車鉤連掛系統(tǒng)的縱向間隙是降低列車縱向沖動(dòng)的最為有效的措施之一�？蛙囉眯￠g隙自動(dòng)車鉤及大容量緩沖器已在我國(guó)研制成功并裝車運(yùn)用考驗(yàn)。根據(jù)西南大學(xué)等單位的理論計(jì)算結(jié)果，采用15號(hào)小間隙車鉤和新型彈性膠泥緩沖器的20輛編組提速列車在牽引工況、常用制動(dòng)工況、緊急制動(dòng)工況及常用制動(dòng)緩解工況下，最大車鉤力幅值相對(duì)于15號(hào)車鉤加G1型緩沖器可減少37. 6%，車輛最大加速度幅度值減少45. 2-79。從裝有小間隙車鉤的提速列車運(yùn)用情況來看，整列車的縱向沖動(dòng)水平優(yōu)于同樣編組數(shù)量的非提速列車，車鉤運(yùn)用狀態(tài)正常。
密接式車鉤加彈性膠泥緩沖器已在第5次提速用25T型客車上批量運(yùn)用。對(duì)南車四方機(jī)車車輛股份有限公司生產(chǎn)的25T型客車所做的運(yùn)行試驗(yàn)表明:運(yùn)行過程中最大縱向加速度為。. 15 g，發(fā)生在40 km/h初速度緊急制動(dòng)過程中的制動(dòng)開始瞬間;列車在常用制動(dòng)和緊急制動(dòng)開始時(shí)都出現(xiàn)了縱向沖動(dòng)，但由于密接式車鉤的使用，縱向沖動(dòng)對(duì)列車縱向加速度的影響被大大減小;不同速度級(jí)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和啟動(dòng)加速工況縱向加速度都在0. 02 g以下，運(yùn)行過程中不同速度級(jí)調(diào)速過程也沒有出現(xiàn)縱向沖動(dòng)，人體基本沒有調(diào)速的感覺。
運(yùn)用結(jié)果表明:密接式車鉤加彈性膠泥緩沖器用于25K型提速客車能明顯改善縱向動(dòng)力學(xué)性能。
3. 1. 3采用有一定阻尼的風(fēng)檔
雖然風(fēng)擋設(shè)備對(duì)列車縱向運(yùn)行性能的影響不明顯，但可以改善部分橫向性能，因此，選擇有一定阻尼的風(fēng)擋對(duì)改善列車的運(yùn)行性能有一定的作用。
3. 2提高運(yùn)行性能的其他措施建議
(1)減少車輪擦傷、磨損。采用技術(shù)參數(shù)合理的高性能電子防滑器;研制性能好、擦傷剝離少的新型車輪。
(2)提高空調(diào)系統(tǒng)性能。對(duì)風(fēng)道進(jìn)行改進(jìn)，確定具有優(yōu)良性能的風(fēng)道結(jié)構(gòu)。
（3）降低噪聲及列車對(duì)的影響。采用水封裝置;采用集便裝置;選擇好的端部結(jié)構(gòu)。
從25T型客車的售后服務(wù)中可以看出，使用集便裝置后，客車底部、端部等原來污染比較嚴(yán)重的部位沒有污染現(xiàn)象發(fā)生，大大提高了乘車及車輛維修的環(huán)境質(zhì)量。端部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，電動(dòng)及手動(dòng)塞拉門的使用，使客室尤其是端部客室的噪聲明顯降低。
4結(jié)束語(yǔ)
提高旅客列車運(yùn)行性能是一項(xiàng)長(zhǎng)期的艱巨的任務(wù)，只有通過不斷的試驗(yàn)研究，才能綜合提高列車乘坐舒適度，保持鐵路的競(jìng)爭(zhēng)力。
[3]
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