1、高速动车组柔度系数测定及方法研究 摘 要：柔度系数是车辆设计的重要参数，关系到车辆的抗侧滚性能，对车辆运行的限界安全有直接影响。针对高寒防风沙动车组，提出了基于整车振动模拟试验台的柔度系数的测定方法，并运用位姿反解的方法对作动器执行命令进行解算，实现试验台的加载；区别于传统的测定手段，该方法可得到试验过程中车体、转向架转角的连续数据，是一种动态的测定手段，获取柔度系数随车体、转向架侧滚角度变化的规律；试验结果表明，被试车辆柔度系数最大值 0.285，符合 UIC505 标准的要求，同时也为高寒防风沙动车组的设计提供数据积累和技术支撑。 关键词：高速动车组；整车振动模拟试验台；柔度系数；姿态解算
2、；试验方法 中图分类号： TB 文献标识码： Adoi： 10.19311/j.c 前言 随着我国轨道车辆出口项目的逐年增加，为满足车辆出口要求，国内的标准需进一步与国际标准接轨，或需采用出口目标国的标准执行；车辆柔度系数是车辆运行安全、舒适性的重要指标，是欧洲（ EN）及国际铁路联盟（ UIC）标准执行的重要参数，柔度系数的测定尤为重要。 传统的测定方法有重锤法、倾角法、加速度传感法，其中重锤法、倾角法均需采用不同高度的垫块 进行超高模拟，但重锤法受限于垫块的尺寸，无法实现柔度系数的动态测定，且试验精确较低；倾角法则受制于所采用角度传感器的精度，不确定因素较大；加速度传感器法，依托于车辆的线
3、路运行工况，且须控制车辆在低速运行状态，降低车辆惯性加速度的影响，试验结果精度低。针对此类问题，本文提出一种依托整车振动模拟试验台进行柔度系数测定的方法，可实现柔度系数的连续性测定，试验的精度高。 2 整车振动模拟试验台 本试验方法基于中车青岛四方股份公司的整车振动模拟试验台，该试验台是用于研究车辆装配状态下的特性参数，再 现车辆在线路运营时的振动状态，为车辆的振动性能设计优化提供试验平台，为转向架设计验证提供试验手段。 本试验台由机械系统、控制系统、液压系统、试验测试工具组件等组成。机械系统包括四个运动平台、模拟车体加载平台、反应基座等；控制系统包括 Flextest200 控制机柜、主机和
4、控制线缆等；液压系统由液压油源（六台，约 3000 升 /分钟）、液压作动器（ 31个）、液压管路及阀、（ 5个）分油控制单元和多个蓄能器等；试验测试工具组件包括六自由度力传感器（ 4个）、位移传感器和加速度传感器、 SOMAT 数采设备、试验车轴 及多种夹具、标定框架工装及砝码等。试验台的核心组成为 4个六自由度振动平台、一个模拟车体加载平台，每个振动平台为 7缸六自由度系统，可实现车辆运行姿态的模拟，图 1所示。 整车振动模拟试验台性能参数如下： 可实现垂向、横向、纵向，点头、摇头、侧滚等自由度运动，最大垂向位移 +/-100mm，最大横向位移 +/-100mm，最大纵向位移 +/-85m
5、m； 振动信号再现频率范围 0Hz 50Hz，最大加速度 10g。 3 柔度系数试验方法 3.1 柔度系数定义 工程上为确定车辆 在线路运行时的动态尺寸，需确定车辆因弹簧装置的柔性作用产生的位移幅度，采用柔度系数进行考核。 UIC505 标准定义车辆柔度系数如下： 当车辆停在超高为 D 的线路上时，在弹簧上的车体要倾斜，并与轨面的垂线间形成 角， 角与线路超高角 的比值 / 为车辆的柔度系数，用 S表示，且柔度系数 S0.4。 柔度系数的公式描述如下： 其中， i 为因轨道超高引起的轮对侧滚角； i 为车体相对于轨道平面的夹角， n为计算样本点数量；由于实际测试的数据为车体相对于水平面的夹角
6、i ，因此 i=i -i 。 3.2 基于试验台的试验方法 图 2位基于整车振动模拟试验台的柔度系数试验示意图。将车辆静置于试验台上，轮对与作动平台之间无刚性约束（但设置限位档）；通过试验台位姿的解算方法，得到试验台平台加载试验谱，模拟曲线轨道的超高、角度，测试车轮侧滚角度、车体侧滚角度等，用于计算柔度系数。 4 姿态解算 运用姿态解算技术，获取各作动器的执行命令，实现相应振型的测试。结合试验台结构对称性，将两组振动平台其简化为图 3 形式。 O-XYZ 为试验台基础坐标系，两振动平台的坐标系 O1-x1y1z1 及 O2-x2y2z2。图中 1 14为作动器下铰链点， 1 14为作动器上铰链
7、点； l1 l4、 v1 v2、 h1 h4为试验台几何关系参量。 5 试验分析 5.1 振动平台加载谱 如图 4 所示，运用位姿解算的方法，得到四个振动平台单周期内的加载谱。结合车轮实际运行线路轨道超高量，计算振动平台的运动（轮对侧滚交）角度最大为 6.43 ；图 5位试验现场。 5.2 试验结果 图 6及图 7被试动车组柔度系数试验结果，试验测定了车辆一位侧及二位侧被抬升时的结果，将被试结果 选定一定的样本数量进行统计分析，得到柔度系数的那你和曲线，可知被试车辆一位侧抬升时柔度系数值为 0.285，二位侧抬升时柔度系数值为 0.249，则被试车辆柔度系数最大值为 0.285，小于 UIC5
8、05 关于车辆柔度系数（最大 0.4）的要求，被试车辆合格。 6 结论 本文提出一种整车振动模拟试验台的车辆柔度系数测定方法，并对某高速沙动车组进行实际测定，结论如下： （ 1）运用姿态解算方法，试验得到了振动平台实际加载的命令谱，振动平台最大转角位 6.43 度； （ 2）试验结果表明，被 试车辆柔度系数最大值 0285，符合 UIC505 标准的要求，为高寒防风沙动车组的设计提供数据积累和技术支撑。 参考文献 顾永辉 .轨道车辆垂向振动性能研究及减振器阻尼参数选择 D.上海：上海交通大学， 2008. 严隽耄 .车辆工程 M.北京：中国铁道出版社， 2003： 31-32. 王金凤 .郑西高速铁路环境振动衰减特性分析 D.成都：西南交通大学，2011. 城轨车辆柔度系数的测定方法研究 J.中国测试， 2010： 36-06. 周若湘， 匡如华 .抗 侧滚扭杆装置在城市轨道车辆中的应用 J.铁道车辆， 2001，（ 12） . ?冠东 .车辆系统动力学计算方法研究 M.北京：中国铁道出版社， 2011. 张卫华 .高速列车耦合大系统动力学理论与实践 M. 北京：科学出版社，2013： 108.
