石懷龍,屈 升,張大福,王建斌

(西南交通大學(xué) 牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610031)

高速列車動(dòng)力學(xué)性能決定了其最高運(yùn)行速度、車輪鏇修周期和高速鐵路的服役安全性，開展高速列車線路動(dòng)力學(xué)響應(yīng)研究具有重要科學(xué)研究意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

目前，高速列車線路振動(dòng)行為跟蹤試驗(yàn)分析車輛各部件的振動(dòng)幅值和頻響特征，以及隨列車運(yùn)行速度的變化等。文獻(xiàn)[1]闡述了多種平穩(wěn)性評(píng)價(jià)方法并引入振動(dòng)烈度指標(biāo)評(píng)價(jià)高速列車的振動(dòng)水平，但未考慮輪軌接觸關(guān)系。線路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，針對(duì)輪軌匹配不良造成車體蛇行、轉(zhuǎn)向架蛇行和車體抖動(dòng)等問(wèn)題，目前主要采用車輪型面鏇修和鋼軌打磨措施解決，使輪軌匹配錐度在控制限度內(nèi)[2-3]，根據(jù)動(dòng)力學(xué)性能提出輪軌匹配的合理指標(biāo)以及限度值。此外，車內(nèi)座椅、車體結(jié)構(gòu)和車體下部懸吊設(shè)備之間出現(xiàn)的耦合振動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化座椅結(jié)構(gòu)、控制轉(zhuǎn)向架蛇行可避免[4-5]，但整備狀態(tài)下的車體低階模態(tài)很難提升、轉(zhuǎn)向架蛇行也一直存在，需要明確兩者模態(tài)頻率的限值。文獻(xiàn)[6-7]根據(jù)武廣線高速列車一個(gè)往返運(yùn)行的振動(dòng)數(shù)據(jù)分析軸箱體、構(gòu)架和車體的橫向、垂向加速度幅值和頻譜特征，以及通過(guò)道岔和隧道時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)特征，但缺少多個(gè)周期內(nèi)動(dòng)力學(xué)性能對(duì)比。文獻(xiàn)[8-9]通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)高速列車振動(dòng)水平與線路幾何(直線、曲線或道岔)、列車運(yùn)行速度和環(huán)境溫度等因素相關(guān)，且不同運(yùn)營(yíng)里程下的演變規(guī)律有一定差異，但各部件之間的振動(dòng)關(guān)聯(lián)關(guān)系或耦合作用關(guān)系并不清晰。文獻(xiàn)[10-11]根據(jù)車輪多個(gè)鏇修周期內(nèi)的輪軌接觸關(guān)系演化特征提出合理的車輪鏇修里程；文獻(xiàn)[12-13]提出轉(zhuǎn)向架高頻蛇行運(yùn)動(dòng)激發(fā)車體彈性振動(dòng)問(wèn)題，認(rèn)為實(shí)測(cè)輪軌型面的匹配錐度異常增大導(dǎo)致轉(zhuǎn)向架穩(wěn)定性變差，但并未提出錐度的控制范圍。

綜上，需要深入開展多個(gè)鏇修周期內(nèi)的高速列車線路長(zhǎng)期服役動(dòng)力學(xué)性能研究。本文擬揭示多方向、多部件之間的振動(dòng)傳遞關(guān)系，量化各種運(yùn)行狀態(tài)下的振動(dòng)統(tǒng)計(jì)幅值，明確振動(dòng)特性和產(chǎn)生機(jī)理，掌握動(dòng)力學(xué)性能演化規(guī)律及其與輪軌匹配關(guān)系、線路條件、運(yùn)營(yíng)里程等因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

1 高速列車動(dòng)力學(xué)性能跟蹤試驗(yàn)

高速列車線路長(zhǎng)期服役動(dòng)力學(xué)性能跟蹤試驗(yàn)主要測(cè)試車輪磨耗、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、平穩(wěn)性、結(jié)構(gòu)部件振動(dòng)水平和線路相關(guān)振動(dòng)等，以及這些指標(biāo)隨著列車運(yùn)行速度、運(yùn)行交路、氣候環(huán)境、車輪磨耗等因素的演變規(guī)律。采用高頻響加速計(jì)、激光位移傳感器記錄結(jié)構(gòu)部件的加速度、位移等數(shù)據(jù)，選用高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和在線分析。針對(duì)我國(guó)哈大線、京滬線運(yùn)行速度為300 km/h某型號(hào)高速動(dòng)車組開展線路振動(dòng)跟蹤試驗(yàn)。

2 車輪磨耗和輪軌接觸關(guān)系分析

統(tǒng)計(jì)高速動(dòng)車組車輪踏面最大磨耗深度、輪軌接觸等效錐度和接觸幾何隨列車運(yùn)營(yíng)里程變化，直接影響高速列車動(dòng)力學(xué)性能和運(yùn)營(yíng)維護(hù)經(jīng)濟(jì)性[14-15]。針對(duì)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以統(tǒng)計(jì)指標(biāo)形式表達(dá)試驗(yàn)結(jié)果，包括統(tǒng)計(jì)均值、極大值、極小值和分位數(shù)5%、25%、50%、75%、95%等，測(cè)試數(shù)據(jù)包括一列編組中的1、2、7、9、15和16車。

2.1 車輪磨耗統(tǒng)計(jì)

多個(gè)車輪在不同磨耗里程下踏面和輪緣區(qū)域的最大磨耗深度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖1。車輛運(yùn)行14.6萬(wàn)、41.1萬(wàn)、71.9萬(wàn)、91.0萬(wàn)km時(shí)進(jìn)行了車輪鏇修。在計(jì)算磨耗量時(shí)，將磨耗后廓形與鏇后初始廓形比較，可保證磨耗計(jì)算精度。圖1(a)中踏面磨耗隨運(yùn)營(yíng)里程增加而增大，20萬(wàn)km磨耗量不超過(guò)0.6 mm，30萬(wàn)km接近0.8 mm，不同鏇修周期內(nèi)的磨耗量均未超過(guò)1 mm；3個(gè)鏇修周期內(nèi)踏面磨耗速率分別為0.15、0.17、0.23 mm/10萬(wàn)km，平均磨耗速率0.18 mm/10萬(wàn)km，屬于均勻磨耗；第三個(gè)鏇修周期內(nèi)車輪磨耗量分布范圍較大，如25%和75%分位數(shù)，主要是由該周期內(nèi)的車輛運(yùn)行交路變動(dòng)導(dǎo)致。

圖1(b)中輪緣磨耗隨里程緩慢增大，3個(gè)鏇修周期內(nèi)輪緣磨耗速率均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。由于車輪采用了經(jīng)濟(jì)鏇修，未將輪緣區(qū)域恢復(fù)至設(shè)計(jì)型面，在進(jìn)行磨耗量計(jì)算時(shí)，將實(shí)際車輪型面和標(biāo)準(zhǔn)型面對(duì)比發(fā)現(xiàn)存在初始磨耗量情況。因此，合理的磨耗量計(jì)算應(yīng)該以車輪鏇修后第一次的測(cè)量輪廓作為標(biāo)準(zhǔn)型面，從而獲得各個(gè)周期內(nèi)車輪磨耗的絕對(duì)值并使其具有可比性。

圖1 車輪最大磨耗量隨運(yùn)營(yíng)里程變化

2.2 等效錐度演化

某輛車1～4位輪對(duì)的輪軌匹配等效錐度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖2。鏇修周期內(nèi)等效錐度為0.17～0.35，隨磨耗里程基本呈線性增長(zhǎng)規(guī)律；車輪鏇修周期為20萬(wàn)～30萬(wàn)km，等效錐度最大值均小于0.35。圖2中：哈大線上的等效錐度隨磨耗里程也呈線性增長(zhǎng)，與京滬線規(guī)律基本一致；哈大線磨耗初期等效錐度為0.16～0.18，磨耗里程25萬(wàn)km時(shí)等效錐度為0.30～0.35。此外，不同磨耗周期內(nèi)，相同磨耗里程時(shí)的等效錐度基本相同，即車輪磨耗速率穩(wěn)定。

圖2 等效錐度隨列車運(yùn)營(yíng)里程變化

2.3 輪軌接觸幾何狀態(tài)分析

對(duì)京滬線輪軌匹配進(jìn)行接觸幾何關(guān)系分析，考慮鏇修車輪、磨耗車輪與打磨前后的鋼軌匹配，鋼軌和車輪型面廓形分別見圖3(a)、圖3(b)。車輪型面為采用減薄輪緣方案S1002CN，鋼軌型面為CN60。鋼軌打磨主要在軌距角處，車輪踏面磨耗集中在名義滾動(dòng)圓±15 mm范圍內(nèi)。圖4為兩種車輪型面分別與兩種鋼軌型面匹配時(shí)的輪對(duì)等效錐度隨輪對(duì)橫移量變化曲線，可見磨耗后期的錐度顯著增加，當(dāng)與未打磨鋼軌匹配時(shí)，較小的輪對(duì)橫移量下等效錐度非常大，因此局部路段的轉(zhuǎn)向架出現(xiàn)高頻蛇行失穩(wěn)現(xiàn)象[12-13]。車輪鏇修前后的輪軌接觸跡線分布見圖5，即不同輪對(duì)橫移量下的輪軌接觸點(diǎn)對(duì)分布，輪對(duì)橫移量范圍為-8～8 mm。磨耗后期車輪上的接觸帶主要集中在軌距角區(qū)域，即使是在較小的輪對(duì)橫移量下也可能產(chǎn)生較大的等效錐度，降低轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。當(dāng)鏇修輪和打磨后鋼軌匹配時(shí)，輪軌接觸區(qū)集中在軌頂處，對(duì)應(yīng)位置的輪對(duì)等效錐度平緩變化。

圖4 基于實(shí)測(cè)廓形的輪對(duì)等效錐度曲線

圖5 基于實(shí)測(cè)廓形的輪軌接觸點(diǎn)對(duì)分布(單位：mm)

3 振動(dòng)傳遞關(guān)系分析

以加速度表征車輛系統(tǒng)振動(dòng)水平，可采用時(shí)域統(tǒng)計(jì)值和頻域特征值，以及轉(zhuǎn)向架和車體之間振動(dòng)傳遞關(guān)系。由于車輛為強(qiáng)非線性系統(tǒng)，其動(dòng)力學(xué)特性與時(shí)間跨度、空間跨度相關(guān)，在進(jìn)行振動(dòng)傳遞關(guān)系分析時(shí)需要說(shuō)明線路狀態(tài)(直線、曲線、道岔)、環(huán)境條件(風(fēng)沙、雨雪、溫度等)、列車運(yùn)行速度和運(yùn)營(yíng)條件(空/重車、頭/尾車、牽引/制動(dòng))等邊界條件[16]。以軸箱體、構(gòu)架和車體的加速度均方根值為指標(biāo)，分析時(shí)域幅值演化和頻域主頻特征。

3.1 時(shí)域幅值演化

選取京滬線不同線路區(qū)間的5個(gè)典型路段，采用相同的數(shù)據(jù)處理方式統(tǒng)計(jì)兩個(gè)磨耗周期內(nèi)車輛振動(dòng)數(shù)據(jù)。圖6為軸箱體加速度均方根值統(tǒng)計(jì)結(jié)果：軸箱體振動(dòng)均隨著車輪磨耗而逐漸增大，第一個(gè)磨耗周期內(nèi)橫向幅值變化范圍2.0g～5.1g(g=9.81 m/s2)，垂向0.6g～2.4g，即車輪磨耗后期的軸箱體振動(dòng)為磨耗初期的2.5～4倍；車輪鏇修后軸箱體振動(dòng)降低，但未恢復(fù)到上一周期初始狀態(tài)水平，第二個(gè)磨耗周期內(nèi)的平均幅值要大于第一個(gè)磨耗周期約50%?？梢?，軸箱體振動(dòng)除了與車輪磨耗狀態(tài)直接相關(guān)外，還與其他車輛狀態(tài)有關(guān)，如各懸掛部件橡膠件、減振器性能等狀態(tài)，表明連續(xù)開展多個(gè)鏇修周期的跟蹤測(cè)試的必要性；不同路段(直線1～5)的振動(dòng)規(guī)律相似，均隨著車輪磨耗的增加而變大；路段3、4和5對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值略大于路段1和2，即車輛系統(tǒng)振動(dòng)水平與線路條件相關(guān)。

圖6 軸箱體加速度均方根值隨車輛運(yùn)營(yíng)里程變化

構(gòu)架加速度均方根統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖7，構(gòu)架具有與軸箱振動(dòng)類似的規(guī)律：構(gòu)架振動(dòng)隨著車輪磨耗逐漸增大，第一個(gè)磨耗周期內(nèi)橫向、垂向幅值變化范圍分別為0.3g～0.7g和0.5g～1.4g，即磨耗后期的振動(dòng)約為初期的2倍；車輪鏇修后的振動(dòng)顯著降低，與之前周期的初期狀態(tài)相當(dāng)，即鏇修車輪可有效降低構(gòu)架的振動(dòng)，這與軸箱體振動(dòng)變化規(guī)律略有不同，體現(xiàn)出一系懸掛系統(tǒng)良好的隔振性能；對(duì)比軸箱體和構(gòu)架振動(dòng)水平發(fā)現(xiàn)，輪軌激擾經(jīng)過(guò)一系懸掛系統(tǒng)后幅值衰減至1/10左右，即振動(dòng)傳遞至構(gòu)架后幅值降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖8和圖9為車體中心、車體端部加速度均方根值統(tǒng)計(jì)結(jié)果。(1)橫向振動(dòng)隨車輛運(yùn)營(yíng)里程變化不明顯，而垂向呈緩慢上升趨勢(shì)，但幅值變化很小，磨耗后期的幅值相對(duì)于磨耗初期最大增加50%左右。(2)以第一個(gè)磨耗周期為例，車體中心橫向、垂向幅值變化范圍分別為0.015g～0.035g和0.025g～0.055g。(3)車體中部振動(dòng)離散性顯著較車端大，并且中心處垂向振動(dòng)是車端的2倍左右，橫向約為1.2倍，這是因?yàn)檐圀w結(jié)構(gòu)彈性振動(dòng)和車體下部懸吊設(shè)備的振動(dòng)對(duì)車體中部的振動(dòng)貢獻(xiàn)大于車端。如果車體彈性結(jié)構(gòu)模態(tài)被激發(fā)或者車下設(shè)備懸吊參數(shù)選取不當(dāng)，將導(dǎo)致車體中部振動(dòng)顯著惡化[12]。(4)車輪鏇修后的車體振動(dòng)幅值顯著降低，與之前磨耗周期初期狀態(tài)的振動(dòng)水平相當(dāng)，即鏇修車輪能夠有效降低車體振動(dòng)。(5)對(duì)比構(gòu)架和車體的振動(dòng)水平可知，振動(dòng)經(jīng)過(guò)二系懸掛系統(tǒng)后幅值衰減至1/10左右，即輪軌激擾傳遞至車體后幅值又降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖8 車體中心加速度均方根值隨車輛運(yùn)營(yíng)里程變化

圖9 車體端部加速度均方根值隨車輛運(yùn)營(yíng)里程變化

綜上，車輛系統(tǒng)自下而上的振動(dòng)幅值逐漸減小，每級(jí)懸掛系統(tǒng)可使振動(dòng)水平降低約一個(gè)數(shù)量級(jí)，且車輪鏇修可使一系懸掛系統(tǒng)以上的結(jié)構(gòu)振動(dòng)恢復(fù)至上一個(gè)周期內(nèi)振動(dòng)水平。大量數(shù)據(jù)分析還表明，車輛通過(guò)曲線時(shí)的振動(dòng)水平與直線路段基本一致，而橋梁、隧道路段對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)特征也基本與直線路段一致，但數(shù)據(jù)離散性較大。試驗(yàn)數(shù)據(jù)還表明，車輛上下行時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)規(guī)律類似，但頭車振動(dòng)較尾車大約40%，中間車之間的振動(dòng)差異大概在10%以內(nèi)。

3.2 線路相關(guān)振動(dòng)特征

軌道結(jié)構(gòu)激發(fā)車輛系統(tǒng)特殊的振動(dòng)，主要由鋼軌接頭縫隙、軌枕間距、軌道板縫隙和車輪周向不圓和鋼軌波磨等引起[17]。線路結(jié)構(gòu)激發(fā)的車輛系統(tǒng)響應(yīng)頻率與列車運(yùn)行速度相關(guān)，以哈大線數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析。

軌縫激發(fā)的沖擊(軌縫沖擊)時(shí)間間隔為ts=λ/v，其中，λ為每段鋼軌長(zhǎng)度，典型鋼軌長(zhǎng)度為100 m；v為列車運(yùn)行速度。當(dāng)列車運(yùn)行速度為190、240、300 km/h時(shí)，軌縫沖擊間隔分別為1.88、1.44、1.18 s。其中，240 km/h情況下的車輛垂向時(shí)程曲線見圖10，可見軌縫沖擊會(huì)依次從軸箱體傳遞至構(gòu)架、車體，正常和沖擊情況下加速度幅值對(duì)比見圖11。

圖10 軌縫沖擊作用下的車輛加速度幅值對(duì)比

圖11 車輛加速度幅值對(duì)比

由軌枕間距引起的沖擊(軌枕沖擊)頻率為f=v/L，其中，L為軌枕間距，如哈大線、京滬線軌枕間距分別為0.629、0.650 m。當(dāng)列車運(yùn)行速度分別為190、240、300 km/h時(shí)，哈大線上軌枕沖擊頻率依次為83.9、106.0、132.5 Hz。

由軌道板縫隙激發(fā)的沖擊(軌道板沖擊)頻率為f=v/S，其中，S為軌道板長(zhǎng)度，如Ⅰ型軌道板長(zhǎng)有4.856、4.962 m兩種，Ⅱ型軌道板長(zhǎng)度為6.450 m，Ⅲ型軌道板長(zhǎng)度主要有4.856、5.350、5.600 m三種，京滬線主要鋪設(shè)了Ⅱ型軌道板。當(dāng)列車運(yùn)行速度為300 km/h時(shí)，Ⅱ型軌道板沖擊頻率為12.9 Hz。

車輪踏面的周向不圓順激發(fā)出與列車運(yùn)行速度相關(guān)的激勵(lì)，引起車輛振動(dòng)，其激擾頻率為f=Nv/(πd)，其中：d為車輪直徑；N為車輪周向不圓順階數(shù)。當(dāng)車輪直徑為920 mm、列車運(yùn)行速度為190 km/h時(shí)，激擾頻率為18.5(一階)、55.6(三階)、74.0 Hz(四階)。

從圖10和圖11可以看出，當(dāng)列車運(yùn)行速度為300 km/h、氣溫為5 ℃時(shí)，車體在沖擊和正常狀態(tài)下的加速幅值差異不明顯，說(shuō)明軌縫沖擊作用僅在冬季低溫環(huán)境條件下顯著，而在春季時(shí)隨氣溫回升而逐漸降低。圖11中車輛經(jīng)過(guò)軌縫時(shí)的輪對(duì)軸箱體、構(gòu)架和車體的垂向加速度幅值平均增加3.6、1.9、1.6倍，表明軌縫沖擊作用顯著惡化車輛的(低頻)振動(dòng)。圖11中三種試驗(yàn)速度240、190、300 km/h，對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度分別為-21、-7、5 ℃，但列車運(yùn)行速度為240 km/h時(shí)各部件加速度幅值顯著大于190、300 km/h工況，說(shuō)明環(huán)境溫度越低，軌縫沖擊對(duì)列車振動(dòng)影響越大，并且大于列車運(yùn)行速度的影響。對(duì)比190、300 km/h結(jié)果，各部件振動(dòng)水平隨列車運(yùn)行速度提高而逐漸增大，平均增加20%以上。

3.3 車輛系統(tǒng)固有振動(dòng)

車輛運(yùn)行速度為300 km/h時(shí)，軸箱體和齒輪箱體加速度頻譜見圖12。軸箱體振動(dòng)主頻為29.2、351.2、584.8 Hz，分別對(duì)應(yīng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率、車輪12階和20階周向不圓順頻率；300 Hz以上存在其他頻率成分，間隔約為29.2 Hz即各主頻之間相差車輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，解釋為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率調(diào)制了車輪高階多邊形頻率；700 Hz以上頻段內(nèi)主頻間隔約15 Hz，即轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的一半，屬于頻率調(diào)制現(xiàn)象，可能來(lái)源于FFT頻譜分析方法，可通過(guò)其他分析方法如倒頻譜技術(shù)、時(shí)頻分析技術(shù)等加以識(shí)別。由齒輪箱體振動(dòng)頻譜可知，車輪20階周向不圓順頻率會(huì)傳遞至齒輪箱箱體；主頻750 Hz左右頻帶較寬，應(yīng)為箱體固有模態(tài)，并與車輪25階周向不圓順頻率接近(見圖12(b))；2 479.2 Hz為齒輪箱內(nèi)大小齒輪嚙合頻率，通過(guò)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率乘以大齒輪齒數(shù)計(jì)算。

圖12 300 km/h加速度頻譜

車體橫向加速度頻譜見圖13，主要以下心滾擺、上心滾擺運(yùn)動(dòng)為主，分別為0.5、1.3 Hz；5.7 Hz為構(gòu)架浮沉模態(tài)或車下設(shè)備懸掛模態(tài)；由于12.8、17.9 Hz附近頻帶較寬，可能為車體結(jié)構(gòu)模態(tài)；其中，12.8 Hz主頻為單根針式，結(jié)合3.2節(jié)分析結(jié)果，也可能為軌道板沖擊頻率。圖14為車輪不圓度測(cè)試結(jié)果(極坐標(biāo)圖)不圓度幅值0.1 mm，階次數(shù)據(jù)圖顯示1階和20階為主要不圓順形式，其他階次為3階、11階和25階，驗(yàn)證軸箱體和齒輪箱體的振動(dòng)主頻成分。動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的牽引電機(jī)彈性連接到構(gòu)架上，電機(jī)相對(duì)構(gòu)架的橫向運(yùn)動(dòng)位移見圖15。電機(jī)振動(dòng)主頻為3.3 Hz，在20 Hz范圍內(nèi)僅有一個(gè)主頻，橫向相對(duì)位移幅值3 mm。不同列車運(yùn)行速度下測(cè)試結(jié)果規(guī)律類似。

圖13 車體端部橫向加速度頻譜

圖14 車輪不圓度測(cè)試結(jié)果

圖15 電機(jī)相對(duì)構(gòu)架橫向運(yùn)動(dòng)位移

4 車輛平穩(wěn)性演化規(guī)律

車輛平穩(wěn)性指標(biāo)隨著車輛運(yùn)營(yíng)里程的變化趨勢(shì)見圖16。橫向和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均值分別約為1.8和1.6，評(píng)價(jià)等級(jí)為優(yōu)，并且兩個(gè)車輪磨耗周期內(nèi)的水平基本一致。車輛平穩(wěn)性指標(biāo)基本不隨車輪磨耗里程變化，即車輛平穩(wěn)性基本不隨輪對(duì)等效錐度的增加而變大，表明車體振動(dòng)對(duì)輪軌接觸關(guān)系變化具有不敏感性，從而保證列車乘坐舒適性。不同線路路段內(nèi)的平穩(wěn)性指標(biāo)隨運(yùn)營(yíng)里程的演變規(guī)律類似，但幅值大小有差異，這與局部線路條件(軌距、軌底坡、鋼軌廓形磨耗等)、氣候條件(溫濕度導(dǎo)致的軌面粗糙度變化等)相關(guān)。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)車輛上、下行時(shí)的平穩(wěn)性也基本一致，垂向平穩(wěn)性指標(biāo)在車輛上行時(shí)偏大，即頭車的平穩(wěn)性相比尾車要略差。但個(gè)別路段的特殊輪軌接觸關(guān)系和激擾可能導(dǎo)致車輛蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性裕量不足，進(jìn)而使平穩(wěn)性指標(biāo)偏大。

圖16 車輛平穩(wěn)性指標(biāo)隨運(yùn)營(yíng)里程變化

5 結(jié)論

(1) 高速列車的線路長(zhǎng)期服役動(dòng)力學(xué)性能受線路狀態(tài)、車輛狀態(tài)和環(huán)境條件影響，并與時(shí)間和空間跨度相關(guān)。

(2) 車輪磨耗及輪軌匹配等效錐度隨運(yùn)營(yíng)里程呈線性增加趨勢(shì)，30萬(wàn)km內(nèi)踏面磨耗量0.8 mm，平均磨耗速率0.18 mm/10萬(wàn)km；磨耗里程在25萬(wàn)km時(shí)，等效錐度約為0.30～0.35。

(3) 軸箱體、構(gòu)架和車體的振動(dòng)水平隨車輪磨耗而逐漸增大，磨耗后期的振動(dòng)顯著較初期大，軸箱垂向和構(gòu)架橫向加速度均方根值增大2倍以上，車體振動(dòng)也略有增加但幅度小。不同路段的振動(dòng)幅值和離散性不一致，即車輛振動(dòng)與線路條件相關(guān)，但車輪鏇修會(huì)使一系懸掛以上的結(jié)構(gòu)振動(dòng)恢復(fù)到上一周期水平。兩系懸掛系統(tǒng)的振動(dòng)衰減比均約為1/10。

(4) 由于軌道參數(shù)受氣溫影響顯著，車輛振動(dòng)情況受軌道激擾的影響顯著，包括軌縫沖擊、軌枕沖擊、軌道板沖擊等線路結(jié)構(gòu)相關(guān)的振動(dòng)，甚至大于列車運(yùn)行速度的影響。

(5) 車輛固有振動(dòng)主要為懸掛模態(tài)和彈性振動(dòng)，如車體、構(gòu)架和電機(jī)的懸掛模態(tài)和車體彈性模態(tài)等，但輪軌激擾頻率如車輪轉(zhuǎn)頻、車輪高階不圓順、線路結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的沖擊等，在轉(zhuǎn)向架和車體上都有體現(xiàn)，影響車體振動(dòng)水平和乘坐舒適性。

(6) 由于兩系懸掛系統(tǒng)的振動(dòng)衰減功能和定期的車輪鏇修，車輛的平穩(wěn)性指標(biāo)隨運(yùn)營(yíng)里程變化很小，乘坐舒適性整體上良好。