Определение плавности хода транспортных средств

Показатель «плавность хода» применяется для оценки динамических качеств рельсовых экипажей. Он зависит от амплитуд и спектральных показателей колебаний вагона. Плавность хода экипажа влияет на физиологические  функции человеческого организма, поэтому ей придается особое значение при оценке характеристик транспорта, предназначенного для перевозки пассажиров. Кроме того, отклонения показателя плавности от нормы могут свидетельствовать о технической неисправности испытуемого транспорта.

Требования к плавности хода рельсовых составах приведены в:

- Нормах НБ ЖТ ЦТ 03-98;

- п. 4.1.5 ГОСТ Р 55495-2013;

- п. 5.14.5 ГОСТ Р 55434-2013;

- п. 6.21 ГОСТ Р 55364-2012;

- п. 4.5.11а ГОСТ 31187-2011.

Существуют так же требования к плавности хода городского электротранспорта - трамваев, троллейбусов и т.п.

Методы оценки плавности хода

Методы определения плавности хода приведены в документах:

  • ОСТ 24.050.16-85
  • Р519. Способ определения плавности хода пассажирских вагонов

Примечание. 

В документе ОСТ 24.050.16-85 в описании коррекции qH  в формуле коррекции не хватает множителя f . В этом можно удостовериться, сверив график коррекции с формулой.

 

Существующие методические документы предлагают оценивать плавность хода методом измерения корректированной виброускорения akj для разных испытаний (j) с дальнейшим расчётом параметра плавности в условных единицах по формуле:

W = \alpha \times \tilde{a}_{kj}^{0.3},  где       

\alpha = 4.346 для вибрации, действующей в вертикальном направлении,

\alpha = 4.676 для вибрации, действующей в горизонтальном поперечном направлении.

В этом методе корректированное виброускорение предлагается измерять по следующей процедуре:

- измерить спектральную плотность вибрации в диапазоне частот 0,8-20 Гц;

- проинтегрировать измеренную плотность с весовой коррекцией qн по всему частотному диапазону 0,8-20 Гц;

- рассчитать среднеквадратичное значение (СКЗ) от полученной величины.

Метод спектральной плотности сложен в реализации: достаточно сказать,  что спектральная плотность для конкретного момента времени физически не определена. Поэтому мы предлагаем эквивалентный метод 1/3-октавного спектрального анализа ускорения, хорошо реализуемый на практике:

  • измерить СКЗ ускорения в третьоктавных полосах частот 0,8-20 Гц (с учётом их ширины можно считать, что спектральная плотность для каждой такой полосы постоянна);
  • применить к результату измерения ускорения в каждой полосе коррекцию qн (рассчитывается для центральной частоты третьоктавных полос)
  • выполнить энергетическое суммирование по всему диапазону, перекрываемому 1/3-октавами  0,8-20 Гц.

Для оценки плавности хода СКЗ виброускорения определяется в разных точках кузова (на полу, на пассажирских сиденьях) при движении состава на прямых участках при каждом установленном нормативной документацией скоростном режиме. 

Так как показатель определяется на основании низкочастотных измерений в диапазоне 0,8 - 20 Гц, рекомендуется для его оценки проводить измерения длительностью не менее 2 минут.

Измерение корректированного ускорения при оценке плавности хода приборами Экофизика

Для определения показателя плавности хода  W методом 1/3-октавного анализа виброускорения мы предлагаем два способа:

  • с использованием  ПО Signal+;
  • с ручным пересчётом в общедоступных редакторах электронных таблиц.

Исходные данные для этого расчёта, то есть 1/3-октавные спектры виброускорения, могут быть измерены в одном из режимов:

  • Общая вибрация ЭФБ-HF (либо ОбВиб-Эко-3)
  • 1/3-октавный анализатор (либо Анализ-4-LF)

Расчёт показателя плавности хода средствами Signal+

Чтобы определить показатель плавности хода средствами ПО Singal+3G, необходимо:

1. Откорректировать результаты измерений третьоктавных спектров виброускорения, наложив автоматическую коррекцию в окне "Спектры" ПО Signal+3G. Инструкция по применению автоматической коррекции приведена в приложенном файле.

2. Перевести энергетическую сумму корректированного виброускорения в 1/3-октавных полосах 0,8 - 20 Гц из логарифмических единиц измерений в линейные (м/с2) по формуле:

\tilde{a}_{kj} = 10^{-6 + \frac{L_{\tilde{a}_{kj}}}{20}} .

3. Определить показатель плавности хода W по формуле:  

W = \alpha \times \tilde{a}_{kj}^{0.3},  где       

\alpha = 4.346 для вибрации, действующей в вертикальном направлении,

\alpha = 4.676 для вибрации, действующей в горизонтальном поперечном направлении.

 

Ручной расчёт плавности хода

Чтобы вручную рассчитать значение плавности хода транспортного средства для конкретного режима работы, нужно:

1. Измеренные спектральные уровни виброускорения   в  дБ (отн. 1 мкм/с2) в линейные единицы (м/c2) по формуле:

a(f) = 10^{-6 + \frac{L_{a}(f)}{20}}

2. Значения квадрата виброускорения в каждой 1/3-октавной полосе со среднегеометрическими значениями от 0,8 до 20 Гц умножить на квадрат величины корректирующего фильтра для соответствующей полосы частот из таблицы ниже 

Частота, Гц 0.8 1 1,25 1,6 2 2,5 3,15 4 5 6,3 8 10 12,5 16 20
            q 0.51 0.54 0.58 0.63 0.69 0.76 0.86 0.97 1.00 0.90 0.72 0.56 0.43 0.33 0.26

по формуле

a_{q}^{2}(f) = q_{H}^{2}(f) \times a^{2}(f)

3. Вычислить корень из удвоенной суммы квадратов произведений величин виброускорений и величин корректирующих фильтров. Так мы получим   \tilde{a}_{kj}- среднее квадратическое значение корректированного виброускорения:

\tilde{a}_{kj} = \sqrt{2 \times \sum_{{f}= 0.8}^{20}a^{2}_{{q}}({f})}

4. Определить показатель плавности хода W по формуле:  

W = \alpha \times \tilde{a}_{kj}^{0.3},  где       

\alpha = 4.346 для вибрации, действующей в вертикальном направлении,

\alpha = 4.676 для вибрации, действующей в горизонтальном поперечном направлении.

 

Плавность хода - рекомендуемый комплект

Для измерения плавности хода рекомендуется следующая измерительная система на базе прибора Экофизика-111В:

  1. Экофизика-111В, комплект "Виброэксперт-111В" (с 3-комп. акселерометром АР2082М или аналогом);
  2. Принадлежности для установки датчиков на полу и сиденьях вагона:
    • платформа 004ОП - для установки на ровные массивные твёрдые поверхности (перекрытия зданий, бетонные плиты, горизонтальные поверхности несущих конструкций и т.п.) ;
    • резиновый диск 003РД - для установки на пассажирском и водительском сиденье;
    • мастика AW01-1 для оперативных измерений;
    • магнит АМ-01-ОКТ для установки датчика на металлические поверхности.
  3. Пакет программ Signal+3G RTA.

Для проверки правильности работы виброметра до и после измерений также рекомендуется применять:

  • Вибрационный калибратор (КВ-160 или AT01m).

Метрологические и технические характеристики измерительной системы

Число измерительных каналов 3
1/3-октавные фильтры 0,8 - 20000 Гц, класс 1
Диапазон измерений виброускорения в 1/3-октавных полосах частот 1 - 1250 Гц

0,001 - 158,5 м/с2

Встроенная память энергонезависимая, 4 Гб, хватает для непрерывной записи результатов измерений 
Функциональные возможности
  • измерение корректированного виброускорения (ГОСТ ИСО 8041);
  • БПФ-анализ (3 канала)
  • прямое подключение датчиков со встроенной электроникой;
  • автоматическая запись результатов измерений;
  • функция цифрового регистратора (магнитофона)
  • канал телеметрии ;
  • встроенный диспетчер датчиков.
Питание прибора

батарея аккумуляторов обеспечивает автономную работу в течение 4-6 часов; возможна работа от внешней батареи или источника (опция)

Масса прибора (вместе с датчиками вибрации) не более 700 грамм