27 t軸重貨車動載荷淺析*

姜 成，苗曉雨，熊 芯，張?zhí)鞁?/p>

（中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所，北京100081）

27 t軸重貨車動載荷淺析*

姜 成，苗曉雨，熊 芯，張?zhí)鞁?/p>

（中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所，北京100081）

通過對27 t軸重貨車的動力學試驗數(shù)據(jù)進行研究，分析軸重、工況和速度對動載荷的影響。

軸重；速度；動載荷

重載鐵路運輸因其運能大、效率高、運輸成本低已被國際公認為鐵路貨運發(fā)展主要方向之一。我國客運專線鐵路網(wǎng)基本建成后，鐵路運輸?shù)目拓浄至鲗⒊蔀楸厝坏陌l(fā)展趨勢。提高軸重是提高運輸效率的最重要的措施之一。通過提高軸重、增加載重提高運輸能力和效率，可降低運輸成本，提高經(jīng)濟效益。車輛載重提高了，勢必對線路、橋梁等造成影響，其中，由于車輛運行中振動引起的動載荷變化，對線路、橋梁的影響尤為引人關心。本文就27 t軸重貨車在動力學試驗數(shù)據(jù)來分析輪軌垂向動載荷的統(tǒng)計規(guī)律，并與C70比較車進行對比。

1 數(shù)據(jù)分析樣本

本文數(shù)據(jù)來源于既有線27 t軸重貨車適應性試驗。該試驗對27 t軸重貨車中的C80E、C80EF、C80EH、KM80、P80、GN80、NX80各1輛和C70 1輛共計8輛車進行測試，車型比較全面。試驗在京廣線上行線古培塘—新開鋪區(qū)段進行，試驗區(qū)段固定。試驗分為道岔、曲線和直線工況。道岔分為9＃和12＃道岔，曲線最小半徑600 m。9＃道岔分為15，25，30 km/h速度級，12＃道岔分為25，35，45 km/h速度級，R600曲線分為60，70（27 t軸重裝載時進行）、80 km/h速度級，直線分為60，70（27 t軸重裝載時進行）、80，90（27 t軸重裝載時進行），100 km/h速度級。

對每輛被試車換裝的測力輪對單側車輪在每種工況下、同一速度級的垂向動載荷進行分析。為便于分析規(guī)律，采用同一工況下的動載荷平均值進行分析，計算動靜載荷比，并與C70比較車的數(shù)據(jù)進行比較。

2 軸重對動載荷的影響

表1中23，25，27 t各數(shù)據(jù)分別是7輛27 t軸重貨車在各軸重級所測垂向動載荷、動靜載荷比的平均值（7輛車平均值）；C70比較車數(shù)據(jù)是所測垂向動載荷、動靜載荷比的平均值（3次平均值）。

從表1中不難看出，相對于比較車C70，27 t軸重貨車在裝載23 t軸重時，動載荷增加幅度在－21.27%～－8.97%之間，動靜載荷比增加幅度在－15.93%～－7.09%之間；27 t軸重貨車在裝載25 t軸重時，動載荷增加幅度在－8.87%～10.21%之間，動靜載荷比增加幅度在－13.16%～0.75%之間；27 t軸重貨車在裝載27 t軸重時，動載荷增加幅度在－3.71%～17.10%之間，動靜載荷比增加幅度在－14.81%～1.48%之間。

27 t軸重貨車相比C70比較車，在車輛軸重相同23 t時，垂向動載荷小于C70比較車；在車輛軸重25，27 t時，與C70比較車相比，垂向動載荷變化幅度在上下1.5 k N范圍內(nèi)，總體與C70比較車相當。說明大軸重轉向架相比K6轉向架具有更好的低動力作用。

相對于27 t軸重貨車裝載23 t軸重時，27 t軸重貨車在裝載25 t軸重時，動載荷增加幅度在6.03%～21.06%之間，動靜載荷比增加幅度在－2.71%～11.13%之間；27 t軸重貨車在裝載27 t軸重時，動載荷增幅在16.15%～45.04%之間，動靜載荷比增加幅度在－1.48%～20.70%之間。

表1 27 t軸重貨車和C70比較車不同工況垂向動載荷和動靜載荷比

圖1 不同軸重、不同工況平均動載荷圖

圖2 不同軸重、不同工況平均動靜載荷比圖

從圖1、圖2中可以看出，27 t軸重貨車在與C70比較車相同裝載23 t軸重時相比，車輪垂向動載荷平均值均小于C70比較車。在裝載25，27 t軸重時，垂向動載荷平均值相比C70比較車，總體與C70比較車保持在一個水平上。對于同一種轉向架，軸重從23 t逐級增加至27 t，車輪垂向動載荷也逐級增大。對于不同轉向架，在裝載相同軸重時，27 t軸重貨車車輪垂向動載荷小于C70比較車。

從23 t軸重增加到27 t軸重，軸重增加了17.4%，理論上動載荷也應該相應增加17.4%。相對于C70比較車，27 t軸重貨車在軸重增加到27 t時，動載荷最多增加17.1%，小于軸重增幅，說明27 t軸重貨車轉向架相比C70比較車的K6轉向架，在增加了一系定位后，降低了簧下質量，有效的減少了輪軌間動作用力，體現(xiàn)良好的低動力特性。

3 線路工況對動載荷的影響

在直線工況下，27 t軸重貨車車輪垂向動載荷平均值和動靜載荷比均小于C70比較車。在其他工況下，27 t軸重貨車車輪垂向動載荷與C70比較車相比，總體保持在一水平上。相比較直線而言，27 t軸重貨車在通過側線、曲線工況時，車輪垂向動載荷和動靜載荷比還是明顯增大，應重點關注。

在側線、小曲線工況條件下，輪軌的動載荷并不全是由車輛振動引起，而是由線路屬性（超高）、運行速度（大于或小于平衡速度）、車輛特性等因素綜合影響的結果。所以在直線工況下的測試結果比較典型。從圖3在直線工況下，27 t軸重貨車在裝載23，25 t和27 t軸重時，動靜載荷比基本相當，說明在直線工況單位軸重下的動載荷是一定的。且27 t軸重貨車裝在23，25，27 t軸重時，在直線工況下的車輪垂向動載荷和動靜載荷比均小于C70比較車，低動力作用明顯。在同一軸重下，相對于直線工況，27 t軸重貨車在側向通過9號道岔時，垂向動載荷增幅在18.2%～30.8%之間；側向通過12號道岔時，垂向動載荷增幅在5.8%～32.2%之間；通過R600曲線時，垂向動載荷增幅在28.4%～42.2%之間。

4 速度對動載荷的影響

表2是在直線工況下、各速度級時7輛27 t軸重貨車在23，25，27 t時所測垂向動載荷、動靜載荷比的平均值（7輛車平均）；C70比較車數(shù)據(jù)是所測垂向動載荷、動靜載荷比的平均值（3次平均值）。

表2 27 t軸重貨車和C70比較車不同速度級垂向動載荷和動靜載荷比

27 t軸重貨車相對于C70比較車，在60 km/h速度級時，車輪垂向動載荷減小幅度在13.80%～22.31%之間，動靜載荷比減小幅度在19.28%～23.73%之間；80 km/h速度級時，車輪垂向動載荷減小幅度在8.08%～23.54%之間，動靜載荷比減小幅度在18.24%～20.39%之間；100 km/h速度級時，車輪垂向動載荷減小幅度在5.67%～17.99%之間，動靜載荷比減小幅度在12.73%～16.24%之間。各速度級下27 t軸重貨車的車輪垂向動載荷和動靜載荷比均小于比較車C70。

在相同軸重下，隨著速度的增高，車輪垂向動載荷和動靜載荷比逐漸增大。當速度從60 km/h增大到100 km/h時，垂向動載荷增幅在23.1%～27.6%之間，見圖3、圖4。

圖3 直線工況不同速度各軸重平均動載荷圖

5 速度和軸重對動載荷和動靜載荷比的影響關系分析

為了進一步分析速度和軸重對動載荷和動靜載荷比的影響和變化規(guī)律，應用方差分析方法對直線工況下測試的數(shù)據(jù)進行分析，見表3～表5。

圖4 直線工況不同速度各軸重平均動靜載荷比圖

表3 27 t軸重貨車和C70比較車各速度級、各軸重平均動載荷和動靜載荷比

5.1 速度和軸重因素對動載荷的影響分析

假設H01軸重對動載荷無影響；

H02速度對動載荷無影響；

H03交互效應對動載荷無影響；

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，軸重有3個因素，速度有3個因素，重復2次，即r＝3、s＝3、t＝2。設A為軸重，B為速度，Ti··為速度合計值，T·i·為軸重合計值。

表4 方差計算表

得方差分析見表5。

表5 方差分析表

F（0.05）（2，9）＝4.26＜FA，所以在水平α＝0.05下，拒絕假設H01，即軸重對動載荷的影響顯著。F（0.05）（2，9）＝4.26＜FB，所以在水平α＝0.05下，拒絕假設H02，即速度對動載荷的影響顯著。F（0.05）（4，9）＝3.63＞ FA×B，接受H03，即交互作用對動靜載荷比的影響不顯著。值得注意的是FB＞FA，所以速度對動載荷的影響大于軸重對動載荷的影響程度。

對結果進行秩和檢驗。

（1）不同軸重載荷表（見表6）

表6 不同軸重動載荷表

假設H0：μ1＝μ2，H1：μ1＜μ2。

把動載荷按照自小到大順序排列，見表7。

表7 秩和檢驗表

對于第一個總體的觀察值r1＝1＋2＋3＋4＋7＋8.5＝25.5。

查表得CU（0.05）＝26，即拒絕域為r1≤26。故拒絕H0，認為兩個軸重下動載荷有明顯差異。

（2）不同速度動載荷表（見表8）

表8 不同速度動載荷表

假設H0：μ1＝μ2，H1：μ1＜μ2。

把動載荷按照自小到大順序排列見表9。

對于第一個總體的觀察值r1＝1＋2＋3＋4＋5＋6＝21。

查表得CU（0.05）＝26，即拒絕域為r1≤26。故拒絕H0，認為兩個速度級下動載荷有明顯差異。

5.2 速度和軸重因素對動靜載荷比的影響分析（見表10、表11）

假設H01軸重對動靜載荷比無影響；

H02速度對動靜載荷比無影響；

H03交互效應對動靜載荷比無影響。

表9 秩和檢驗表

表10 方差計算表

得方差分析表11。

表11 方差分析表

F（0.05）（2，9）＝4.26＜FA，所以在水平α＝0.05下，接受假設H01，即軸重對動靜載荷比的影響不顯著。F（0.05）（2，9）＝4.26＜FB，所以在水平α＝0.05下，拒絕假設H02，即速度對動靜載荷比的影響顯著。F（0.05）（4，9）＝3.63＞FA×B，接受H03，即交互作用對動靜載荷比的影響不顯著。

對結果進行檢驗，可以驗證軸重對動靜載荷比的影響不顯著；速度對動靜載荷比的影響顯著。

6 結束語

通過對試驗的數(shù)據(jù)分析，27 t軸重貨車與C70比較車相比，動載荷和動靜載荷比總體相當，甚至優(yōu)于C70比較車，表明27 t軸重貨車轉向架具有較好的低動力性能。

在直線工況下，速度和軸重對動載荷的影響均顯著，且速度對動載荷的影響顯著程度高于軸重對動載荷的影響；速度對動靜載荷比的影響顯著，軸重對動靜載荷比的影響不顯著；速度和軸重的交互對動載荷和動靜載荷比的影響均不顯著。

［1］ 苗曉雨.軸重與動靜載荷比影響因素分析［J］.鐵道機車車輛，2011，31（2）：30-33.

［2］ 王新銳.既有線27 t軸重貨車（混編）適應性試驗研究.TY字第3734號［R］.北京：中國鐵道科學研究院，2014.

Analysis on Dynamic Load of 27 t Axle Load Wagons

JIANG Cheng，MIAO Xiaoyu，XIONG Xin，ZHANG Tianying
（Locomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Based on the dynamic test data for 27 t axle load wagons，this paper analyzes the impact of axle load，working conditions and speed on dynamic load.

axle load；speed；dynamic load

U272

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.07

1008－7842（2014）04－0034－04

*鐵道部科技開發(fā)計劃（2012J008－A）

?）男，助理研究員（

2013－12－10）