王林棟，李岑，章亮

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所，北京 100081）

0 引言

在我國(guó)新建高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試中，均需進(jìn)行動(dòng)車(chē)組逐級(jí)提速檢測(cè)。逐級(jí)提速檢測(cè)要求測(cè)試動(dòng)車(chē)組以規(guī)定的速度級(jí)差逐漸提高檢測(cè)速度級(jí)，直至規(guī)定的最高檢測(cè)速度級(jí)。逐級(jí)提速檢測(cè)中速度級(jí)差一般為10 km/h或20 km/h，檢測(cè)速度距設(shè)計(jì)速度50 km/h以外時(shí)速度級(jí)差一般為20 km/h，距設(shè)計(jì)速度50 km/h及以?xún)?nèi)時(shí)一般為10 km/h。最高檢測(cè)速度級(jí)為275 km/h的高速鐵路（設(shè)計(jì)速度250 km/h），速度級(jí)一般為180、200、220、230、240、250、260、270、275 km/h，共計(jì) 9 個(gè)速度級(jí)；最高檢測(cè)速度級(jí)為330 km/h的高速鐵路（設(shè)計(jì)速度 300 km/h），速度級(jí)一般為 180、200、220、240、260、 280、 290、 300、 310、 320、 330 km/h， 共 計(jì)11個(gè)速度級(jí)；最高檢測(cè)速度級(jí)為385 km/h的高速鐵路（設(shè)計(jì)速度350 km/h），速度級(jí)一般為180、200、220、240、 260、 280、 300、 310、 320、 330、 340、 350、360、370、380、385 km/h，共計(jì)16個(gè)速度級(jí)。

有些檢測(cè)指標(biāo)的數(shù)值隨著速度提高呈增大趨勢(shì)，比如動(dòng)車(chē)組動(dòng)力學(xué)響應(yīng)檢測(cè)指標(biāo)。對(duì)于這類(lèi)指標(biāo)，逐級(jí)提速行為可有效反映出指標(biāo)隨速度提高的增大過(guò)程，在過(guò)程中可以對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估指標(biāo)對(duì)提速的影響，預(yù)測(cè)下一個(gè)速度級(jí)數(shù)值概況，為聯(lián)調(diào)聯(lián)試提供安全保障，這是逐級(jí)提速檢測(cè)的最重要意義。對(duì)于與速度無(wú)關(guān)的檢測(cè)指標(biāo)，數(shù)據(jù)無(wú)法為下一個(gè)速度級(jí)數(shù)值提供預(yù)測(cè)，逐級(jí)提速的意義很小。

為了盡可能保障提速安全，我國(guó)為聯(lián)調(diào)聯(lián)試中動(dòng)車(chē)組逐級(jí)提速制定了一系列規(guī)定方法：速度級(jí)采取由低到高的逐級(jí)提速原則；對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和監(jiān)測(cè)，待每個(gè)速度級(jí)試驗(yàn)完畢后，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析確定安全性指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求后，再進(jìn)行下一個(gè)速度級(jí)的測(cè)試；期間如果發(fā)現(xiàn)有影響動(dòng)車(chē)組運(yùn)行安全的位置或區(qū)段，必須對(duì)其進(jìn)行精調(diào)，經(jīng)過(guò)相同速度級(jí)的驗(yàn)證并滿(mǎn)足測(cè)試動(dòng)車(chē)組運(yùn)行安全的要求后，再進(jìn)行下一個(gè)速度級(jí)的測(cè)試。

目前的標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)中，未見(jiàn)制定速度級(jí)差（10 km/h或20 km/h）的說(shuō)明，也未見(jiàn)對(duì)速度級(jí)差的合理性分析。常用速度級(jí)差是參考一些機(jī)車(chē)車(chē)輛標(biāo)準(zhǔn)和多年經(jīng)驗(yàn)制定的，缺乏數(shù)據(jù)支撐。這導(dǎo)致使用過(guò)程中出現(xiàn)一些疑惑和不一致，也在制定新標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候引起一些困擾。

對(duì)于長(zhǎng)大、高速鐵路，常用的速度級(jí)差下速度級(jí)多、耗時(shí)長(zhǎng)。因此需要對(duì)常用的速度級(jí)差進(jìn)行分析，研究其合理性，使其既能滿(mǎn)足動(dòng)車(chē)組逐級(jí)提速的檢測(cè)需求，又能提高效率。

聯(lián)調(diào)聯(lián)試中，動(dòng)車(chē)組動(dòng)力學(xué)響應(yīng)是與速度級(jí)差密切相關(guān)的專(zhuān)業(yè)，且與運(yùn)行安全息息相關(guān)，對(duì)如何選擇速度級(jí)差起到?jīng)Q定性作用。從動(dòng)車(chē)組動(dòng)力學(xué)響應(yīng)角度、采用“目的—手段—結(jié)果”研究方法對(duì)常用速度級(jí)差的整體合理性[1]進(jìn)行分析，為今后制定標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)等文件提供參考，為聯(lián)調(diào)聯(lián)試提供理論支撐。

1 我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)展過(guò)程

我國(guó)聯(lián)調(diào)聯(lián)試中速度級(jí)差的確定經(jīng)歷了長(zhǎng)期探索，現(xiàn)行有效的聯(lián)調(diào)聯(lián)試標(biāo)準(zhǔn)有TB 10461[2]、TB 10761[3]，均規(guī)定動(dòng)車(chē)組逐級(jí)提速時(shí)速度級(jí)差為10 km/h或20 km/h。

2008年我國(guó)最早頒發(fā)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試行業(yè)技術(shù)文件《客貨共線(xiàn)鐵路工程竣工驗(yàn)收動(dòng)態(tài)檢測(cè)指導(dǎo)意見(jiàn)》（鐵建設(shè)〔2008〕133號(hào)）對(duì)速度級(jí)差沒(méi)有明確規(guī)定。在實(shí)施逐級(jí)提速的過(guò)程中主要借鑒機(jī)車(chē)車(chē)輛相關(guān)規(guī)定和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，一般為10 km/h或20 km/h。

2010年發(fā)布的《高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試及運(yùn)行試驗(yàn)指導(dǎo)意見(jiàn)》（鐵集成〔2010〕166號(hào)），對(duì)速度級(jí)已經(jīng)提出了比較明確的規(guī)定，其中隱含了對(duì)速度級(jí)差（10 km/h或20 km/h）的要求。

2013年發(fā)布的TB 10761和2019年發(fā)布的TB 10461均明確規(guī)定了速度級(jí)差為10 km/h或20 km/h。

GB/T 5599[4]對(duì)聯(lián)調(diào)聯(lián)試中速度級(jí)差的制定和應(yīng)用均起到重要的指導(dǎo)作用，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機(jī)車(chē)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)的速度級(jí)差為10 km/h或20 km/h。

可見(jiàn)，速度級(jí)差的發(fā)展由模糊至清晰經(jīng)歷了漫長(zhǎng)過(guò)程，因最初采用的依據(jù)比較科學(xué)，速度級(jí)差并沒(méi)有本質(zhì)的改變，始終采用10 km/h或20 km/h。

2 設(shè)置速度級(jí)差的目的和控制措施

速度級(jí)差是為制定逐級(jí)提速的速度級(jí)服務(wù)的。設(shè)置目的是制定合理的速度級(jí)，因此速度級(jí)差的合理性與逐級(jí)提速的目的相關(guān)。要分析速度級(jí)差的合理性，首先應(yīng)分析逐級(jí)提速的目的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，逐級(jí)提速的目的主要為以下2個(gè)：

（1）為保障聯(lián)調(diào)聯(lián)試安全。運(yùn)行安全性檢測(cè)指標(biāo)中很多是與運(yùn)行速度密切相關(guān)的，隨著檢測(cè)速度提高數(shù)值增大（如脫軌系數(shù)、輪重減載率）。通過(guò)逐級(jí)提速，可以檢測(cè)出這些指標(biāo)在各個(gè)速度級(jí)下的數(shù)據(jù)，能夠在出現(xiàn)危險(xiǎn)之前反映出危險(xiǎn)征兆以便于提前采取措施。

（2）檢測(cè)出與檢測(cè)速度相關(guān)的工程缺陷。有些工程缺陷在一定速度級(jí)下產(chǎn)生的激勵(lì)頻率與機(jī)車(chē)車(chē)輛自身頻率接近，會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，出現(xiàn)“不利速度區(qū)”[5]。工程缺陷可能引起安全事故，比如車(chē)輛脫軌；也可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，比如鋼軌波磨引起的螺栓斷裂，對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)非常不利。

速度級(jí)差的控制措施也分2個(gè)方面：一是標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等文件的規(guī)定；二是實(shí)際操作中的控制措施。實(shí)際操作中主要采用司機(jī)控制和系統(tǒng)控制，以司機(jī)控制為主，系統(tǒng)控制為輔，而司機(jī)控制效果與測(cè)試動(dòng)車(chē)組性能密切相關(guān)。

3 判斷合理性

根據(jù)整體合理性研究方法，從“目的—手段—結(jié)果”3個(gè)方面分析“判斷合理性的要素”。合理的速度級(jí)差應(yīng)能夠安全有效地實(shí)現(xiàn)逐級(jí)提速的主要目的，具有實(shí)際可操作性，且有良好的應(yīng)用效果，三者缺一不可。安全有效地實(shí)現(xiàn)逐級(jí)提速是“目的”，具有可操作性是“手段”，良好的應(yīng)用效果是“結(jié)果”。因此應(yīng)把這3個(gè)方面作為判斷合理性的要素，從這3個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.1 保障聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車(chē)安全

保障聯(lián)調(diào)聯(lián)試行車(chē)安全是逐級(jí)提速的最主要目的，合理的速度級(jí)差應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)這一目的。要實(shí)現(xiàn)這一目的，需要安全相關(guān)的檢測(cè)數(shù)據(jù)隨運(yùn)行速度提高呈緩慢上升趨勢(shì)。“緩慢”是指檢測(cè)數(shù)據(jù)不應(yīng)出現(xiàn)突變，每一個(gè)速度級(jí)的檢測(cè)數(shù)據(jù)均能保障下一個(gè)速度級(jí)的運(yùn)行安全；“上升”是指數(shù)據(jù)隨提速變大?！熬徛笔侵攸c(diǎn)，“上升”是前提。當(dāng)數(shù)據(jù)“上升”時(shí)一定要“緩慢”，二者結(jié)合在一起，才能對(duì)危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警。判斷速度級(jí)差的合理性，必須分析檢測(cè)數(shù)據(jù)是否符合這一規(guī)律。

大西高鐵綜合試驗(yàn)段聯(lián)調(diào)聯(lián)試中，動(dòng)車(chē)組動(dòng)力學(xué)響應(yīng)各指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)隨速度提高的散點(diǎn)圖見(jiàn)圖1。檢測(cè)速度在180～300 km/h控制速度級(jí)差為20 km/h，此時(shí)運(yùn)行速度距離線(xiàn)路設(shè)計(jì)速度較遠(yuǎn)，有較大的安全裕量；在300 km/h以上控制為10 km/h，此時(shí)運(yùn)行速度接近線(xiàn)路設(shè)計(jì)速度，安全裕量相對(duì)變小?？梢钥闯?，脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軸橫向力、輪軌垂向力、車(chē)體橫向平穩(wěn)性和車(chē)體垂向平穩(wěn)性均呈緩慢上升趨勢(shì)，符合這一規(guī)律。

圖1 各指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)隨速度提高的散點(diǎn)圖

根據(jù)我國(guó)已經(jīng)完成的大量聯(lián)調(diào)聯(lián)試數(shù)據(jù)，在常用速度級(jí)差下檢測(cè)數(shù)據(jù)一般符合這一規(guī)律，復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組的動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)也符合這一規(guī)律[5-7]。因此從這方面看，速度級(jí)差10 km/h或20 km/h是合理的。

3.2 檢測(cè)出工程缺陷

“檢測(cè)出工程缺陷”也是逐級(jí)提速的重要目的，要達(dá)到這一目的，需要檢測(cè)數(shù)據(jù)能覆蓋、反映出重要工程缺陷。判斷速度級(jí)是否合理，需要分析檢測(cè)數(shù)據(jù)是否會(huì)覆蓋、反映出這類(lèi)缺陷。

工程缺陷的類(lèi)型很多，其中與逐級(jí)提速關(guān)系最明顯的是“不利速度區(qū)”。“不利速度區(qū)”是指性能在某一速度下降，比如動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)在某一速度區(qū)相對(duì)增大。存在“不利速度區(qū)”的檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。在蘭新客專(zhuān)某段線(xiàn)路的逐級(jí)提速過(guò)程中，在提速至速度級(jí)230 km/h時(shí)，車(chē)體垂向平穩(wěn)性數(shù)值最大，更低和更高速時(shí)數(shù)值均變小，即此工程存在不利速度區(qū)。此速度級(jí)對(duì)應(yīng)的車(chē)體垂向振動(dòng)加速度波形見(jiàn)圖3，對(duì)應(yīng)車(chē)體振動(dòng)頻率為2.0 Hz。該逐級(jí)提速中采用的速度級(jí)差為10 km/h，“不利速度區(qū)”表明該區(qū)段線(xiàn)路存在工程缺陷，說(shuō)明此次逐級(jí)提速達(dá)到目的，速度級(jí)差比較合理。車(chē)體垂向振動(dòng)加速度波形見(jiàn)圖3，假如采用的速度級(jí)差為20 km/h，速度級(jí)將從220 km/h直接到240 km/h，將會(huì)遺漏該指標(biāo)的最大值（出現(xiàn)在230 km/h）。

圖2 存在“不利速度區(qū)”的檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖3 車(chē)體垂向振動(dòng)加速度波形

3.3 實(shí)際可操作性和應(yīng)用效果

在我國(guó)高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試中始終執(zhí)行“速度級(jí)差為10 km/h或20 km/h”的規(guī)定，在接近線(xiàn)路設(shè)計(jì)速度時(shí)采用10 km/h。根據(jù)聯(lián)調(diào)聯(lián)試經(jīng)驗(yàn)，在目前司機(jī)操作水平、測(cè)試列車(chē)性能和線(xiàn)路條件下，可以實(shí)現(xiàn)速度級(jí)差10 km/h或20 km/h的控制。

如果采用更小的速度級(jí)差（如5 km/h），一是實(shí)際操作中難以控制，二是會(huì)明顯降低效率增加試驗(yàn)成本。如果采用更大的速度級(jí)差（如20 km/h或30 km/h）會(huì)降低行車(chē)安全性。

我國(guó)3萬(wàn)多公里的高速鐵路已完成聯(lián)調(diào)聯(lián)試并開(kāi)通，從未因?yàn)椤八俣燃?jí)差不合理”導(dǎo)致聯(lián)調(diào)聯(lián)試中出現(xiàn)安全事故或者延誤開(kāi)通，這說(shuō)明目前執(zhí)行的速度級(jí)差是比較合理的。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用“目的—手段—結(jié)果”方法分析聯(lián)調(diào)聯(lián)試中動(dòng)車(chē)組逐級(jí)提速速度級(jí)差的合理性。在既有動(dòng)車(chē)組、線(xiàn)路、司機(jī)水平、聯(lián)調(diào)聯(lián)試標(biāo)準(zhǔn)等條件下，速度級(jí)差10 km/h或20 km/h是比較合理的。

本次研究?jī)H是從動(dòng)車(chē)組動(dòng)力學(xué)響應(yīng)角度進(jìn)行分析，要得到更科學(xué)、全面、合理的速度級(jí)差，需要聯(lián)合多個(gè)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行綜合分析。