GB T 5599-1985 铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范.pdf

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1、UDC 625.2.1 川军孟牛马温抨击注I:.:必w:-;羊; 中华人民共和国国家标准GB 5599-85 铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范Rai I w ay vehicles-S peci fication for evaluation the dynamic performance and accredi tation test 1985一门-25发布国家标准局批准1986-09-01实施1 总则-中华人民共和国国家标准铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范Rai lw ay vehicles _;_S peci fication for evaluation the dynamic

2、 performance and accredi tation test UDC 625.2 .001 GB 5599-85 1. 1 本规范适用于准轨铁路客货车辆(不包括长大、重载特种车辆)在线路上运行动力学性能的试验鉴定。其它轨距车辆以及研究车辆动态特性的试验项目，可参照本规范的规定组织试验。1. 2 本规范包括试验条件、评定指标、试验方法、试验数据处理方法四部分。负贡试验鉴定单位须依此进行试验，并依试验结果对所鉴定的车辆作出动力学性能的评定。1. 3 夕Ij入车辆动力学性能试验鉴定的内容有:车辆运行半稳性(旅客乘座的舒适性或运送货物的完整性)，车辆j车行稳定性安全性)，车辆转向架主要部件

3、的动强度。除此以外，使用或生产部门若需增加其它试验剧E1(如振型测定等)，可与试验鉴定单位另行商定。2 试验条件2. 1 试验车辆2. 1. 1 新造车出r.须经5000-8000km的运用考验后，方可提交试验鉴定。2. 1. 2 车辆生产需向试验鉴定单位提出试验车辆及转向架的总组装图、主要尺寸和有关特性参数。2. 1. 3 试验前试验鉴定单位需会同生产丁对试验车辆进行检查，确认其技术状态是否符合设计要求及有关技术标准、规悍的规定。2. 1. 4 试验鉴定车辆客车(坐车、卧车、餐车)为空车，货车为空车和重车。2. 1. 5 试验车辆载重2. 1. 5.1 货车载重，一般取标记载重，并按均布载荷

4、装载。对于无盖货车应考虑、雨雪增载的影响，取标记载重的1.15倍。对于需考虑集中载重的货车，按设计任务阳或建议tS确定。2. 1. 5.2 行李车、邮政车及其它专用客车的载重按设计任务扫或建议书确定。2. 1. 6 试验鉴定车辆不应连挂在机车后部或试验列车尾部。2. 1. 7 车辆试验鉴定时，应有代表性的比较车，其技术状态应不低于丁修标准并符合以上2.1.1款和2.1.3-2.1.6款的规定。2.2 试验线路2.2. 1 试验车辆应在铁路技术管理规程中规定的I级线路或E级线路七进行试验。2.2.2 试验鉴定报告须载明试验线路的主要技术特征及维护保养状态。其中包括钢轨型式、钢轨长度、轨枕类型、每

5、公里轨枕数、道床种类、维护保养状态等等。2.2.3 如系非定点测试，为确保试验车辆的数据采集具有足够的数量和代表性，试验线路的长度应不少于50kmo2.2.4 试验应分别在直线、曲线、道岔l豆段进行。试验车辆通过曲线地段的曲线半径应在3O-800m. 国家标准局1985-11 -25发布1986 -09一01实施GB 5599-85 之间取值，试验车辆通过车站侧线道岔的最小号数为12号单开道岔。2.3 试验速度2.3.1 试验车辆在试验时的最高速度应较该车辆的设计构造速度高10km/h。自最高速度以下，分若干速度级，各速度级差为10_. 20km/h。2.3.2 试验车辆在曲线上进行试验时，按

6、该曲线允许的最高速度通过取决于曲线半径和外轨超高度)。试验时若无该曲线允许通过的最高速度资料，可按下式计算:V max /h;ffR(1) 式中:V max一一曲线允许通过的最高速度，km/h J R一一曲线半径，m; h一一-外轨越高度;mm;ho一一允许最大未被平衡的超高度(取75mm)。2.3.3 试验车辆通过车站侧线道岔应按该道岔允许的最高速度通过。3 评定指标3. 1 本规范所列各项评定指标系用于客货车的试验鉴定。各种技术状态的试验车辆其动力学性能都应不低于本规范所列评定指标中的合格等级。3.2 运行平稳性3.2. 1 客车运行平稳性(旅客乘坐的舒适性)分别按平稳性指标和平均最大振动

7、加速度评定。3.2. 1. 1 客车运行平稳性指标按以F公式计算。/ .20Hz 斗F (/) = 1 26Hz 向.撮动F (/) =0.8/2 F (/) = 650/1 2 F (j) = 1 3.2. 1. 2 依半稳性指本jU/确定客车运行半稳性的等级安Ij于表2。表中垂直和横向乎稳性采取相同的评定等级。) 、GB 5599-85 表2客车运行乎稳性等级平稳性等级评定中稳性指标W 1级优P1的条件下，是否会因一侧车轮减载过大而导致脱轨。试验时，车辆应在通过9号单开道岔以及低速度通过小半径曲线的条件下测定(横向力为零或接近于零)。!J.p 3.3.3.1 试验鉴定车辆其轮重减载率一一应

8、符合以下条件:P 第一限度第二限度:式中:I1P一一轮重减载量，kN; I1 P 一-又0.65. .二(7 ) P I1 P 一丁0.5的应力循环(循环特性r 0.5 (r +RH p r, . -(35) 12d2d2t t I p = P2 (d1 + d2) - P dl (d1 -d2 )RH P n 2 - _ -一-+ ? st? . (36) &2d2d2u 式中:P st、PSt2一一1、2位车轮静载荷，kN; R一一车轮滚动圆半径，m础。4.6 测力轮对或转向架构架(或侧架)静校正其垂直力、横向力的载荷一应变图线的非线性误差不应大于3%。4. 7 各种传感器的技术要求车辆动

9、力试验所使用的加速度，位移、力、应力等各种传感器应符合本条所规定的各项技术要求。4.7. 1 加速度传感器加速度传感器的静态、动态特性各项指标均应在室温为18-25C，相对湿度为60%-70%的环境条件F测试。4.7. 1. 1 自振频率用于车体振动加速度测量，推荐使用下限频率从零开始低频性能较好的惯性应变武力日速度传感器。所选用加速度传感器的自振频率应为测量频率上限的5-10倍。4.7. 1. 2 幅值非线性误差在量程范围内的幅值非线性误差应小于2%。4.7. 1. 3 灵敏度应有适宜的灵敏度，其分辩率应达0.005g，并与所配用的二次仪表相适应，使在加速度测试范围内，传感器输出为二次仪表满

10、量程的30% - 50 %。4.7. 1. 4 横向效应加速度传感器在承受垂直于主轴方向(测试方向)的振动时所获得的灵敏度为横向灵敏度。横向效应为横向灵敏度和轴向灵敏度的比率，其值应小f，5%。4.7. 1. 5 稳定性在环境温度不变的条件f，加速度传感器零点飘移每小时不应超过其满量程的0.1%。在环境温度变化10C时，传感器的零点飘移每小时不应超过其满量程的1%。传感器的灵敏度变化每小时不应超过1%。4.7. 1. 6 幅频特性和相频特性为使在较宽的频域内传感器的灵敏度保持线性，其输出信号相对于输入信号的相位差也保持线性，兼具较好的幅频特性和相频特性，传感器的阻尼比(相对阻尼系数)应为0.6

11、-0.7。16 GB 5599-85 4.7.2 位移传感器各种位移传感器的灵敏度应满足弹簧动挠度的测量。其非线性误差应小于2%。在使用电阻式位移传感器(挠度计)时，因测量桥路和传动系统所造成的失真度应小于5%。4.7.3 力传感器(测力计非线性误差不应大于0.3%。4.7.4 应变电测的一般要求动力试验中，应变电测用于力、应力、加速度、位移等各项参量的测量，应变片及其组成的测量电桥应符合以下要求。a. 组成测量电桥的各桥臂，应选用同一批量生产灵敏系数相同的应变片。其电阻值应在直流电桥上测量、选配。同一测量电桥各桥臂间应变片电阻值的最大偏差不应大于0.1%。b. 应变片经粘贴、干燥后，应使用1

12、00V的兆欧表测量绝缘电阻。应变片的引线对地绝缘电阻应大于500MQ。绝缘电阻小于100MQ时，不宜使用自c. 应变片的防潮涂封须确保试验期间应变片的绝缘性能，d. 用于力、应力测量电桥中的温度补偿片应粘贴在与试件材料相同的补偿块上。补偿块粘贴在.工作片近处，使与工作片有相同的温度环境条件Fe. 应变片与测量仪表的连接导线应捆国、防止动力试验中因车辆振动而引起线间分布电容的变化。4.8 对低通滤波器的要求8. 输入端应兼有高、低阻输入阻抗，输出端应可输出电流或电压，以适应不同类型信号放大、调制仪器的要求和记录仪器的要求gb. 应有多挡截止频率(/0)，满足不同频率的测试要求gc. 通带波动l应

13、小于0.25dB，d. 在210时，衰减应大于18dB，e. 预热30min后，仪器的零点飘移每小时不超过满量程的士1% ，灵敏度变化每小时不超过i: 0.5%。5 试验数据处理方法5. 1 列入本规范各评定指标振动参量(力、应力、加速度、位移)的测试数据均按电算方法进行分析、处理。若沿用非电算方法，也应比照电算方法的基本要求(频谱分析除外进行处理。5.2 应用电算处理试验数据，需遵循以下各款所规定的基本方法。5.2. 1 试验数据的筛选试验数据电算处理前，应进行筛选，以排除因传感器失灵、二次仪表工作不正常、信号丢失等原因而出现的异常信号。5.2.2 各振动参量实际物理量的换算车辆动力试验中各

14、振动参量(力、应力、加速度、位移的测试数据单位通常为毫安(mA)或毫伏(mV)，电算中，应将这些数据单位换算为实际物理量。其换算方法如下式所示。N (t) -Zm y (t ) . = K 07 ;.,- 7 - ul . (37) c - Zo 式中:y (t)一一测试数据的实际物理量pY (/)一一测试数据的电斗斗C一一标定的电平(电平/标定); K一一比例系数(实际物理量/标定), z。一一标定零线g17 GB 5599-85 Zm一一测量零线。5.2.3 零线的处理测量过程中，因环境条件以及其它因素的影响，测试系统易产生零线飘移，电算时应修正05.2.3.1 直线区段的测试数据，利用均

15、值法修正，即:式中:Ym一一测试数据的均值FUir一一修正前的测试数据，Yi一一修正后的测试数据pN一一-采样后的离散数据点数。Ym =毛主y. ( JV i= 1 Yi = Yi - Ym . (39) 5.2. 3.2 曲线区段的测试数据，若未经高通滤波器涛、波，可利用二次回归曲线法修正。测试数据经A/D转换得到:Y. = Y (t i). (40) (i二1、2N)用最小二乘法求得二次回归曲线Y=t 2 + bt + c(41) 则经修正后的测试数据为:Yi二Y/一(ati 2 + bt i + C )(42) 式中:a、b、c为系数。修正前、后的录波波形图如图15a、15b所示。y;

16、(t ) .lJ i (t ) t. a 修正前图155.2.4 求正负峰值测试数据时间历程(波形图)的正负峰值可按以下程序选取:a. 先将测试数据的时间历程进行频谱分析，求出主颇;b. 再依频率特性求正负峰值。允许采用其它方法求正负峰值。!i .2.5 采样及采样间隔的选挣b修正后电算中，为将记录的连续模拟量转换为离散数字量，需对连续模拟量时间历程进行采样。采样以等问隔I1t取值，11 t的大小依幅值和频率作如下选择。5.2.5.1 求振幅正负峰值采样|同隔I1t的选择8 GB 5599-85 为保证采样中正负峰值被遗漏的误差小于5%，采样间隔f1t应为:1 1 f1t义一._一. (43)

17、 fc 10 式中:f c一一截止频率，Hzp 满足以上条件，可使在采样中至少有一采样点落在72() -1080之间，如图16所示。y .(1 ) 图165.2.5.2 用于频谱分析采样间隔f1t的选撑为避免采样时国高频信号混人低频信号而产生混淆现象，根据采样定理:的运Ej7(44) 本规程对车体加速度的频谱分析，推荐取20s，以2s为一段，每一段取512个点，共5120个点。对每段的512个采祥点进行快速富里叶变换(FFT)得频谱。最终频i普图为10段:顷谱的均值。5.2.6 采样时间的选取试验时的采样时间按本规程4.1.1-4.1.3款的规定。试验数据电算处理时，振动加速度、动应力、弹簧动

18、挠度以6s为一分析段，半稳性指标以18-20s为一分析段，由测力轮对测量的轮轨力试验数据，在电算处理时，可用100m的测试距离作为一分析段。5.2.7 两试验车辆的同步采样两车进行比较试验时，应有同一激扰源，以达到同步采样的目的。为此须先测出两车试验转向架前轴(依运行方向)间的距离S，试验时测得车辆运行速度V，据此可求出后一车辆相对于前一车辆(依运行方向)线路激振输入的时间差T。数据处理时，根据采样间隔11t ，可求出后一车辆相对于前-一车辆延迟采样的点数noono=T/l1 t . (45) 后一车辆需在延迟n。点后，再进行采样。5.3 各项评定指标数据处理的电算方法5.3. 1 乎稳性指标

19、5.3. 1. 1 计算方法在同一振动方向同时存在两种以上的频率成分时，贝iJ合成的中稳性指标按F式计算。W=JY玩/:0十日/iO+WnlO=JY主J1;j 10 由公式(2 )所列半稳性指标的计算通式，有:19 GB 5599-85 / A 3 Wj=7.08v丁-F巾此处Aj为振动波形进行频谱分析后在频率为fj时的振动加速度幅值。5.3. 1. 2 计算步骤及程序框图推荐如下计算步骤:8. 将测试数据经A/D转换并计算，得到用实际物理量表示的离散数据Aj(i = 1、2，n)J b. 将Aj进行FFT变换并计及其频谱，c. 对振动频率为20Hz以下的所奋频谱进行计算，根据公式(46)、公

20、式(2 )求平稳性指标W。程序框图参见附录C(参考件)中C.10 5.3.2 振动加速度振动加速度(滤波40Hz)的数据处理包括求算振动加速度的最大值，最大推断值、平均最大值以及功率谱。5.3.2.1 计算方法最大振动加速度Amax，系在各速度级的所有分析段中择取的加速度的最大峰值。振动加速度的最大推断值A(j)按下式计算。A (j) = A + 3.-. (47) 其中，振动加速度的乎均值Z=毛主Aj.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.川.(48的1v i = 1 方差=/主lUiJ川N-: 1)

21、. ( 此处，N为每一速度级各分析段的采样总点数。*均最大振动加速度Amax按下式计算。- J m Amax =古.Aj max . (50) LYl i = 1 此处，M为每一速度级的分析段(6秒数，Ajmax为每一分析段所择取的1个最大振动加速度。5.3.2.2 计算步骤及程序框图计算步骤如下:8. 将测试数据经A/D转换并计算，得到用实际物理量表示的离散数据AiU=l，2, .n) b. 按5.2.4款的方法求振动加速度的正负峰值gc. 按5.3.2.1项的规定和所列公式求振动加速度的最大值，最大推断值，早均最大值和功率谱。程序框图参见附录C.2 0 5.3.3 动力系数动力系数Kd包括

22、弹簧动力系数和应力的动力系数。5.3.3.1 计算方法弹簧动力系数列于公式(22)和公式(23)，分别为:20 GB 5599-85 kd=iL(无摩擦阻尼), s t K d = - ( 1 +伊)+(有摩擦阻尼)J s t 应力的动力系数列于句公式(15)，为:5.3.3.2 计算步骤及程序框图计算步骤如下zK一dd一一一一一s t a. 测试数据经A/D转换并计算，得到用实际物理量表示的弹簧动挠度或动应力的离散数据元或j(i=1，2，n) J b. 按5.2.4款的方法求弹簧动挠度或动应力的正负峰值。c. 按公式(22)或公式(23)求弹簧动力系数。按公式(15)求应力的动力系数zd.

23、求弹簧动力系数或应力动力系数的均值和最大值。程序框图参见附录C.3。5.3.4 脱轨系数、轮重减载率、横向力允许限度(使用测力轮对测量的数据)5.3.4.1 计算方法车轮垂直力p(p、P2)和横向力0(01、O2)的计算式，列于公式(33)和公式(34)分别为:n . - ,. P=二三工hp，SP一二旦二hq.SQ . . 0=主hq.Sq -导hp.Sp 式中:Kp E qp .= E pq K q 将以上P、Q力计算式进行变换，令:P = hp S p 0 = hq S q ，则有:P=去(Kq p - E p q .0 ) . (51) 。=去(Kp 0 - Eq p P )画(式中:

24、P、0一一以微应变表示的垂直力、横向力，sP、Q一一经计算、修正后实际的垂直力、横向力，kN 0 按求得的P，O力计算脱轨系数z号，Pl P=P-Pl当P1P2时，P=P-P2，当P2P1时。a. 将测试数据进行A/D转换，求算同一瞬间的Pd1、Pd2、Hlr、H;J b. 参照公式(51)和公式(52)求算乌1、马2、Hl、H2;C. 按公式(35)和公式(36)求算轮轨垂直力P1、P2;d. 按5.3.5.1项所列算式求脱轨系数和轮重减载率。程序框图参见附录C5。23 用许应力24 零部件名称车体及特向架零部件(轮对除外)GB 5599-85 附录A车辆用钢材的机械性能和零部件的许用应力表

25、(补充件)普通碳素制和低合金钢铸A3 1 A5 .1 12Mn ZG15 ZG25 能s = 240s = 280s = 300 s二200s = 240 b = 380 b = 500 s = 450 b = 400 b = 450 第一工况160 185 190 115 135 第二工况210 250 255 150 180 制动零部件140 160 160 95 115 MN/m2 制弹簧钢ZG20SiMn 55SiMn s = 320 s = 1200 b = 520 b = 1300 拉压及弯曲160 变形1000剪切及扭转210 变形750135 B .1 客车运行平稳性GB 55

26、99-85 附录B用车体振动加速度评定车辆运行平稳性的简化方法、(参考件客车运行平稳性按车体平均最大振动加速度评定。在运行速度V三140km/h时，车体平均最大振动加速度应符合以下要求。Amax 0.000 27V + C . . (B 1) 式中:Amax一一客车车体半均最大振动加速度，g; V一一客车运行速度，km/h; C一一常数。常数C的取值列于表1表1运行-0/-稳性等级垂直振动优0.025 良好0.030 合格0.035 L.-B .2 货车运行乎稳性C 横向振动0.010 0.018 0.025 货车运行平稳性按车体平均最大振动加速度评定。在运行速度V100km/h时，车体平均最

27、大振动加速度应符合以下要求。对于垂亘振动Amax .0.002 15V + C . . . . (B 2) 对于横向振动Amax .0.001 35V + C . . . (B 3) 式中:Amax一一货车车体平均最大振动加速度，g; V一一货车运行速度，km/h 0 常数C列于表2表2运行平稳性等级垂直振动优0.06 良好0.11 合格0.16 注z加速度滤波须确保20Hz以下波形的可靠性。C 横向振动0.08 0.13 0.18 25 GB 5599-85 附录C计算程序框图(参考件)C.1 乎稳性指标W计算程序框图26 输人零钱、标定、采样间隔、比例系数、通道号、延迟数等输入速度IV、垂

28、直或水平判别IVL、曲线半径、代码、采样间隔将每一分析段的W累加至各速度级单元中输出各速度级下的平均W值求水平方向频率修正系数F/;) GB 5599-85 C.2 振动加速度计算程序框图输入零钱、标定、采样间隔、比例系数、段号、通道号、延迟数等输入速度IV、功率谱判别IP、曲线半径、代码、采样间隔的Amax、A(j)、Amax输出振动加速度的A，u、A (j)、Amax将所求各值累加至各速度级单元中输出各速度级下的A皿u、A(j)、Amn27 GB 5599-85 C.3 动力系数Kd计算程序框图弹簧动力系数或应力动力系数28 输入零钱、标定、果样间隔、比例系数、通道号、延迟散、1st(.t

29、)、伊等: 输入速度IV、曲线半径、代码、果样间隔Kd=去(1+)+两Kd=去求Kd的均值及最大值将各值分别累加到各速度级单元中输出各速度级下Kd的均值及最大值GB 5599-85 C.4 脱轨系数、轮重减载率计算程序框图(测力轮对测量的数据 输入ZoZ m、K、PstKp、Kq、K肉、Kqp等原始数据输入绘图判别IBT、速度、曲线半径、采样间隔求P力的正负峰值及对应的0力的峰值Yes Yes 对P:0力进行修正后求出P1，P2, 0 1 , 02力输出各速度下各量的均值、最大值29 GB 5599-85 求O，/P，、OdPz，tJ. P./P 求脱轨系数0，/P1、OdP2和轮重减载率tJ

30、.P / P的均值、最大值求01、O2力的均值、最大值打印PP2 , 0、O2，Ol/P Q2/PZ tJ. P /P各值及己求得各量的均值、最大值将以上各量的均值、最大值累加至各速度级单元中 30 GB 5599-85 C .5 脱轨系数、轮重减载率计算程序框图(利用测量构架力的方法测量的数据) 输入Z。、Zm、K、Kp、Kq、Epq、E qp、PStd，、d2、R等原始数据输入绘图学IJIJlBT、速度、曲线半径、采样间隔输出各速度级下各民的均值、最大值对PJ、H力进行修正后，求IJjt私架实际需百均P dl、Pd，.横向tHH 2 31 附加说明:GB 5599-85 H+ 0.24 P

31、L ,f! + Pj 求脱轨:毛主. Pl 、Js-;-一)及轮重减载革.p/JS求脱轨系数、轮重减载率及构架横向力Hj、H2的均值、最大倩打印Pj、P2，H j 、H2H + O.24P2 H + 0.24 P，一一-P-，、P2、.P / P各值、及己求得各量的均值、最大值将以上各蟹的均值、最大值累加至各速度级单元中本标准由中华人民共和国铁道部提出，.由铁道部标准计量研究所归口。本标准由铁道部标准计量所、铁道部科学院机车车辆研究所、铁道部四方车辆研究所负责起草。本标准主要起草人余建军、吴章江、曹志礼、韩丰瑞、郭荣生、黄克武。32 中华人民共和国国家标准铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范GB 5599-85 中国标准出版社出版(北京复外三里河)中国标准出版社北京印刷厂印刷新华书店北京发行所发行各地新华妇店经售版权专有不得翻印* 开本880x 1230 1/16 印张21-1字数60，0001986年7月第一版1986年7月第一次印刷印数1-2, 500 * 书号:15169 1- 3872 定价1.10元* 标目38-29Il) 仁、3) ) Il) Il) 白。晶-.-f