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铁道车辆平稳性分析

车辆平稳性评价指标

1.1 sperling平稳性指标

欧洲铁路联盟以及前社会主义国家铁路合作组织均采用平稳性指数来评定车辆的运行

品质。等人在大量单一频率振动的实验基础上提出影响车辆平稳性的两个重要因素。其中一

个重要因素是位移对时间的三次导数,亦即(加速度变化率) 。若上式两边均乘以车体质

量 ,并将之积改写为，则。由此可见 ,在一定意义上代表力F 的变化率的增减变化引起冲

动的感觉。

如果车体的简谐振动为,则，其幅值为：

( 1)

影响平稳性指数的另一个因素是振动时的动能大小,车体振动时的最大动能为：

( 2)

所以：

( 3)

sperling在确定平稳性指数时,把反映冲动的和反映振动动能的乘积

作为衡量标准来评定车辆运行平稳性。

车辆运行平稳性指数的经验公式为：

( 4)

式中——振幅 (cm )；

f— —振动频率 (Hz)；

a ——加速度,其值为：；

——与振动频率有关的加权系数。

对于垂向振动和横向振动是不同的，具体情况见表1 。

表 1

振动频率与加权系数关系

对于垂向振动的加权系数

对于横向振动的加权系

f 的取值范围 ( Hz)

公式

f 的取值范围 (Hz)

公式

0.5~5.9

0.5~5.5

5.9~20

5.4~2.6

大于 20

1

大于 26

1

以上的平稳性指数只适用一种频率一个振幅的单一振动,但实际上车辆在线路上运行时

的振动是随机的,即振动频率和振幅都是随时间变化的。因此在整理车辆平稳性指数时,通常

把实测的车辆振动加速度按频率分解,进行频谱分析, 求出每段频率范围的振幅值,然后对每

一频段计算各自的平稳性指数,然后再求出全部频率段总的平稳性指数：

( 5)

专注 专业

Sperling

平稳性指标等级一般分为

5 级， sperling

乘坐舒适度指标一般分为

4 级。但

在两级之间可按要求进一步细化。根据

W 值来评定平稳性等级表见表

2

表2 车辆运行平稳性及舒适度指标与等级

W 值

运行品质

W 值

乘坐舒适度(对振动的感觉)

1

很好

1

刚能感觉

2

好

2

明显感觉

3

满意

2.5

更明显但无不快

4

可以运行

3

强烈，不正常，但还能忍受

3.25

很不正常

4.5

运行不合格

极不正常， 可厌，烦恼，不能长时忍

3.5

受

5

危险

4

极可厌，长时忍受有害

我国也主要用平稳性指标来评定车辆运行性能，但对等级做了简化，见表

3。

表 3

车辆运行平稳性指标与等级

平稳性等级

评定

平稳性指标

客车

机车

货车

1

优

<2.5

<2.75

<3.5

2

良好

2.5~2.75

2.75~3.10

3.5~4.0

3

合格

2.75~3.0

3.10~3.45

4.0~4.25

对 sperling 评价方法的分析：

1.该评价方法仅按照某一个方向的平稳性指标等级来判断车辆的性能是不全面的,需要

同时考虑垂向与横向振动对人体的生理及心理的相互影响,因为有时根据垂向振动确定的平

稳性指标等级与根据横向振动确定的平稳性指标等级存在较大的差异。

2.该评价方法不够灵敏。由于人体对不同振动频率的反应不同,当对应某一频率范围的

平稳性指标值很大值大于, 在该窄带中的振动已超出了人体能够承受的限度, 但在其它频带

中值都很小,由于该方向总的平稳性指标是不同振动频率的平稳性指标求和, 因而可能该方

向总的砰值并不大,从而认为该车辆的平稳性能符合要求是不正确的。

1.2ISO2631 标准

1.2.1 ISO2631

标准概述

ISO2631 是有关人体承受振动评价的国际标准,它是由 ISO/TC108 ，即国际标准化组织

机械振动与冲击标准化技术委员会的SC4 一一人体承受的机械振动与冲击技术委员会指定

的权威性标准 , 得到世界的公认。

首次颁布工标准,该标准的目的是量化人体受到从固体表面传到人体过程中主要频率范

围在一振动暴露极限值。应用于预测在特定频率范围内随机或非周期振动信号的频谱,自从

此标准颁布以来经历了几次的修改。这些极限标准的制定是根据三条普遍公认的认知准则

而来的保持舒适性、工作效率和安全或健康,三个标准分别依据三条准则定义为“减少

舒适性界限” “疲劳降低工效界限”和“暴露极限”。其具体是在1~80Hz 频率范围内定义了

三条区域界限(ISO 2631/1 ) .

1. 疲劳降低效率界限:这个界限确定了人体暴露于振动的时间极限,如果超过该极限

们的工作就视为进行一项危险的损害工作效率的工作, 特别是那些受时间影响较大的工作

如车辆驾驶员等。

2.暴露时间极限 : 这个极限值与人体的健康和安全保护有关,在没有特别理由和事