中车长春轨道客车股份有限公司 吉林 长春 130000
摘要：动车组的车体变形测试分析是验证动车组车辆性能的重要指标之一。本文对CRH5G型动车组在兰新高铁大风条件下，通过测试车体侧墙、车顶的动态变形量，结合内外压力测试结果，为分析运行环境、运行工况和线路条件对关键位置变形的影响规律积累数据基础，并对动车组结构刚度、安全性进行评估。
关键词：动车组；车体变形；大风
在动车组高速通过隧道或明洞时，由于截面阻塞比突变引起的气动载荷作用于车体表面引起结构变形。对运行过程中动车组车体关键部位的变形进行测试，结合内外压力的测试结果，可以为分析列车运行环境、运行工况和线路条件对关键位置变形的影响规律积累数据基础，并对动车组结构刚度、安全性进行评估。因此，开展大风条件下动车组车体变形测试分析研究对保证动车组的安全运行具有重要意义。
1.试验对象、设备及内容
1.1试验对象及设备
CRH5G型高寒抗风沙动车组，测试车辆：1号车、3号车
加速度传感器：三轴加速度计，量程2g，非线性0.2%，数量5套；单轴加速度计，量程2g，非线性0.2%，数量35套。
应变片：中航电测BA系列通用应变计，灵敏系数分散小于1%，数量6套。
以太网通讯传输，16位A/D分辨率，量程±10V，通道数32个，总采样频率250 kHz。无风扇低功耗工控机。
1.2试验内容
本试验是在2021年4月14日~15日，试验内容包括列车运行和静止时的动车组车体关键部位的变形测试。
2. 测试方法及测点布置安装
2.1 测试方法
在车内5个测点设置三轴加速度传感器，通过二次积分测量车内地板基准相对于轨面的位移姿态，车外测点设置测量面的法向加速度传感器，通过二次积分测量测点相对于轨面沿面法向的位移姿态，通过测点位移姿态与基准位移姿态差分计算测点相对于地板基准的位移变形量。
2.2 测点布置
测试车辆选取动车组1号车、3号车，选择侧门断面车体表面测点，侧窗断面车体表面测点及走廊断面车体表面测点进行变性测试。其中，侧门断面、侧窗断面和走廊断面的各断面均设置7个变形包络测点，合计35个变形测点。
图1 1号车、3号车位移测点布置
3. 车体变形测试
2021年4月14日~4月15日，兰新客专开行CRH5G-5176动车组，进行2021年第一次大风条件下的安全专项试验。大风专项运行区段：乌鲁木齐动车运用所-哈密站间上、下行线，重点试验区段在百里风区小草湖西-柳树泉南站间。具体试验工况如表3.2所示。
表1 2021年4月14日~15日夜间大风试验工况
运行工况 | 运行区间 | 运行时间 | 车速/(km/h) | ||
小区间速度试验（14日） | 第一趟上行 | 小草湖西—了墩北(下行线) | K3091~K2989 | 20:24~22:16 | 160 |
第二趟下行 | 了墩北—K3028 (下行线) | K2989~K3028 | 22:54~23:11 | 160 | |
第三趟上行 | 下行线 | K3028~K3012 | 23:18~23:25 | 180 | |
第四趟下行 | 下行线 | K3012~K3028 | 23:31~23:38 | 180 | |
第五趟上行 | 下行线 | K3028~K3012 | 23:44~23:50 | 200 | |
小区间速度试验（15日） | 第六趟下行 | 下行线 | K3012~K3033 | 23:58~00:07 | 200 |
第七趟上行 | 下行线 | K3033~K3012 | 00:12~00:20 | 200 | |
第八趟下行 | 下行线 | K3012~K3033 | 00:25~00:33 | 200 | |
第九趟上行 | 下行线 | K3033~K3012 | 00:38~00:46 | 210 | |
第十趟下行 | 下行线 | K3012~K3033 （与CRH2G交会） | 00:51~00:59 | 210 | |
4. 测试结果及数据分析
分时段一车车体变形测试数据分析曲线和说明（2021年4月14~15日）
表2 CRH5G型动车组1车变形测试结果汇总（2021年4月14~15日）
趟次 | 运行 方向 | 时间段 | 时间段内最大值(mm) | 测点号 | 时刻 |
1 | 上行 | 20:24:0到20:30:39 | 7.0819 | 8 | 20:27:57 |
20:38:0到20:44:39 | -8.0504 | 8 | 20:40:13 | ||
20:45:0到20:45:59 | -2.8333 | 7 | 20:45:00 | ||
21:51:21到21:58:0 | 6.1552 | 12 | 21:51:53 | ||
21:59:0到22:5:39 | 5.9355 | 8 | 22:04:15 | ||
22:6:0到22:12:39 | -7.1384 | 8 | 22:07:41 | ||
22:13:0到22:15:59 | 5.8911 | 8 | 22:14:54 | ||
2 | 下行 | 22:54:0到23:0:39 | -4.1671 | 8 | 22:57:52 |
23:1:0到23:7:39 | -10.0362 | 14 | 23:05:51 | ||
23:8:0到23:10:59 | 6.9391 | 18 | 23:08:58 | ||
3 | 上行 | 23:19:0到23:19:59 | 5.6063 | 8 | 23:19:55 |
5 | 上行 | 23:45:0到23:49:59 | 5.3103 | 14 | 23:47:04 |
6 | 下行 | 0:5:0到0:6:59 | 8.9359 | 8 | 0:05:13 |
5.结论
（1）由于在大扰动之间车体表面所受气动力较小，产生变形较小，并且考虑到实验过程计算的非连续性和复杂性，这里近似认为其与基准之间的相对速度、相对位移为0，进而假定计算开始时刻变形还未开始（初速度、初位移均为0）。
（2）由于计算变形的过程中采用了减去二次拟合多项式的方法来减小位移中二次趋势项对结果的影响，计算零点的变形量并不是0。
（3）由于以上两点，本报告中车体变形数据不代表真实数值，只反映一定时间内的相对量，其变化趋势与变化规律仅供参考。从总体数值可看出，一车变形要大于三车变形。
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