構架失穩和車體平穩性監測系統在城市軌道車輛上的應用

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1 前言

穩定性是車輛系統動力學性能的重要評價指標。車輛在正常的運行速度范圍內時不能發生失穩狀況。在失穩時會增大列車的橫向位移，軌道和輪緣會碰撞，最終可能會使得轉向架和車體也進行相對的橫向振動。更有甚者會造成脫軌事故。我國在轉向架構架失穩的在線監測方面進行了長期的探索，取得了一定的成果。以構架橫向加速度作為輸入參數，獲取蛇行失穩狀態下對應于振動主頻加速度峰值，最終判斷是否發生構架失穩。同時車體不穩定也會造成乘客身體不舒適甚至暈車。另外，司機等工作人員長期暴露在不舒適的環境中，可能會危害身體健康并出現職業病。因此通過安裝構架失穩和車體平穩性監測系統，對起其進行實時檢測與從診斷，是保障安全的手段之一。

2 構架失穩和車體平穩性監測方案介紹

系統部件包括車載診斷主機、構架穩定性傳感器和車體舒適性傳感器。通過在構架和車體上分別加裝構架穩定性傳感器和車體舒適性傳感器，對構架的橫向、垂向振動和車體的橫向、垂向、縱向振動進行實時監測，輸出構架橫向失穩預警及報警和車體運行平穩性與舒適度等級，并通過車載診斷主機對全列車的構架失穩信息進行全列綜合診斷，輸出構架失穩診斷結果。

2.1 車載診斷主機 車載診斷主機集成在走行部在線監測系統綜合診斷儀中。綜合診斷儀融合了構架橫向失穩預報警功能、車體運行平穩性及舒適度功能、列車橫向失穩綜合判斷功能等。

2.2 構架穩定性傳感器 構架穩定性傳感器安裝在每個構架的端部。構架穩定性傳感器通過內置的加速度感應芯片，對被測位置的橫向、垂向加速度進行采集，并且輸出對應的模擬電流信號。構架失穩監測傳感器是能夠同時實現橫向、垂向振動的監測、處理和傳輸的受感部件。

2.3 車體舒適性傳感器 車體舒適性傳感器安裝在車體下方的兩端，車體舒適性傳感器通過內置的加速度感應芯片，對被測位置的X、Y、Z三個方向的加速度進行采集，并且分別輸出對應的模擬電流信號。車輛舒適性監測傳感器是能夠同時實現三方向(橫向、垂向、行車方向)振動的監測、處理和傳輸的受感部件。

3 評價指標及故障建議

3.1 構架失穩數據評判規則 橫向穩定性用于評定轉向架是否發生了不能迅速衰減的連續橫向振蕩，采用轉向架構架橫向加速度進行評價，參照《GB/T5599-2019機車車輛動力學性能評定及試驗鑒定規范》，其評定標準要求:

(1)對軸箱上方構架振動加速度進行實時連續采樣；

(2)橫向穩定性在最高速度范圍評定，用0.5Hz～10Hz進行帶通濾波；

(3)加速度峰值連續6次以上達到或超過8m/s2，即可判定為橫向失穩。

3.2 橫向失穩控車建議及操作流程 當顯示屏顯示失穩報警時，具體步驟如下:

(1)當出現失穩報警后，列車施加制動；

(2)當報警消除后，司機進行制動緩解；

(3)如確認為線路原因引起的橫向加速度報警，駛出該區段后，按照列車正常速度行車，解除限速。如不是線路問題，最高運行速度限制在報警消除時的速度下限速運行。

3.3 車體平穩性評判指標 參照《GB/T5599-2019機車車輛動力學性能評定及試驗鑒定規范》，車體平穩性可以用平穩性指標W評判。平穩性指標分為橫向平穩性和垂向平穩性。

平穩性指標分為橫向平穩性和垂向平穩性。平穩性指標通常在最高運營速度V范圍內評定，標準測量時間為5s，每5s為一分析段，其評定方法包括以下方面:

(1)測量車體上5s的振動加速度，并計算頻譜圖；

(2)計算在頻譜fi時的平穩性指標分量，如公式(1)所示；

(3)計算平穩性指標

平穩性指標評價等級

對于客車而言，W≤2.50，平穩性等級為1級，評定為優；2.50＜W≤2.75，平穩性等級為2級，評定為良好；2.75＜W≤3，平穩性等級為3級，評定為合格。

3.4 平穩性指標異常控車建議及操作 當車平穩性指標出現異常，不進行車輛控制，待車輛回庫后，維修人員可以通過以下幾個方面對車輛或線路進行檢查:當車體出現間接性平穩性異常時，懷疑是鋼軌或軌道部件出現異常，因此可以對出現平穩性異常的軌道線路進行檢查；當車體出現連續平穩性異常，建議維修人員可以檢查車輪踏面是否出現異常；當車體出現平穩性異常，可以檢查轉向架上的旋轉設備和列車一系懸掛和二系懸掛是否出現異常。

4 結束語

構架失穩和車體平穩性監測系統能夠實現對構架失穩和車體平穩性的實時監測，能夠輸出構架橫向失穩預警及報警和車體運行平穩性與舒適度等級，有效保障了列車運行過程中的安全性和舒適性。