第九章轨道车辆动力性能分析与评价 1、机车车辆动力学的研究内容与目的 研究内容： ①研究机车车辆在运行中产生的力学过程 ②掌握车体、转向架的振动规律： ③以便合理设计机车车辆有关结构，正确选定弹簧装置、轴箱定位装置、横动装 置、减振器等的参数： ④并为有关零部件的强度计算提供必要数据。 研究目的：①研究自由振动求知固振频率，以便知道发生共振时的机车机车车辆 速度。 ②研究受迫振动是为求知需要的阻尼和迫振振幅、迫振加速度，以便知道机车机 车车辆运行的平稳程度及其对线路的动作用力。 ③研究蛇行稳定性问题，以便采取有效措施来提高高速机车机车车辆的蛇行临界 速度。 2、坐标系与振动形式 (1)侧滚：绕x轴的回转振动 (2)伸缩：沿x轴的往复振动 (3)点头：绕y轴的回转振动： (4)横摆：沿y轴的往复振动 (5)摇头：绕z铀的回转振动： (6)浮沉：沿z铀的往复振动 滚摆：由于弹簧对称支撑于车体下部，车体横摆时，其重力与弹簧支持力形成的 力矩使车体车滚，即产生横摆时肯定发生侧滚，横摆与侧滚的耦合振动称为滚摆。 滚心在车体重心之上的滚摆称为上心滚摆。滚心在车体重心之下的滚摆称为下心 滚摆。 蛇行运动：指的是具有一定踏面斜度的轮对，沿直线运行时，受到微小的激扰后， 产生一种一面横向往复摆动，一面绕铅垂中心转动，中心轨迹城波浪形的特有运
第九章 轨道车辆动力性能分析与评价 1、机车车辆动力学的研究内容与目的 研究内容： ①研究机车车辆在运行中产生的力学过程； ②掌握车体、转向架的振动规律； ③以便合理设计机车车辆有关结构，正确选定弹簧装置、轴箱定位装置、横动装 置、减振器等的参数； ④并为有关零部件的强度计算提供必要数据。 研究目的：①研究自由振动求知固振频率，以便知道发生共振时的机车机车车辆 速度。 ②研究受迫振动是为求知需要的阻尼和迫振振幅、迫振加速度，以便知道机车机 车车辆运行的平稳程度及其对线路的动作用力。 ③研究蛇行稳定性问题，以便采取有效措施来提高高速机车机车车辆的蛇行临界 速度。 2、坐标系与振动形式 （1）侧滚：绕 x 轴的回转振动; （2）伸缩：沿 x 轴的往复振动 （3）点头：绕 y 轴的回转振动； （4）横摆：沿 y 轴的往复振动 （5）摇头：绕 z 铀的回转振动； （6）浮沉：沿 z 铀的往复振动 滚摆：由于弹簧对称支撑于车体下部，车体横摆时，其重力与弹簧支持力形成的 力矩使车体车滚，即产生横摆时肯定发生侧滚，横摆与侧滚的耦合振动称为滚摆。 滚心在车体重心之上的滚摆称为上心滚摆。滚心在车体重心之下的滚摆称为下心 滚摆。 蛇行运动：指的是具有一定踏面斜度的轮对，沿直线运行时，受到微小的激扰后， 产生一种一面横向往复摆动，一面绕铅垂中心转动，中心轨迹城波浪形的特有运
动。 3、一系悬挂机车车辆特点 4、蛇行运动临界速度 V:=Pr(8nt+e-8)s j,(m02+m5) 可见，减小踏面等效斜率je及减轻轮对质量m,能提高轮对蛇行运动稳定性， 当je=0时，即用圆柱形踏面时，Vc→∞时不会产生蛇行运动。 y:=ys[P(化d+8-)s+2Ks+2Kb】 j.(np径+m32) 说明因为Ky和Kx的存在，弹性定位轮对的临界速度要比自由轮对的高得多。 减小踏面等效斜率je及轮对质量m,增大轮对定位刚度Kx、Ky及重力刚度 对稳定有利。 5、曲线通过研究的内容 1、分析类型 曲线通过有两个相互联系的研究内容：几何曲线通过和动力曲线通过。 2、几何曲线通过 研究机车与线路的几何关系和机车自身有关部分在曲线上的相互几何关系。研究 机车的几何曲线通过：也为研究动力曲线通过提供有关数据。几何曲线通过主要 解决的问题(1)确定机车所能通过的曲线的最小半径和为此目的所需的轮对横 动量：(2)给出机车转向架通过曲线时的转心位置：(3)确定在曲线上机车转向 架对于车体的偏转角(4)确定车体与建筑限界的关系等（校验内容：将两转向 架皆置于最大外移位置以校验车体端部是否能通过限界：将两转向架皆置于最大 偏斜位置以校验车体中部是否能通过限界。)。 3、动力曲线通过 研究机车以不同速度通过曲线时与线路的相互作用，探讨机车安全通过曲 线的条件和措施并为机车和线路的强度计算以及轮绦磨耗提供有关数据。 A限速原因：在曲线上，机车机车车辆速度所受的限制可以归纳为以下几方面： 列车在曲线上的未平衡加速度、侧压力、轨枕力、轮缘磨耗因数和防止车轮爬越 钢轨
动。 3、一系悬挂机车车辆特点 4、蛇行运动临界速度 可见，减小踏面等效斜率 je 及减轻轮对质量 m，能提高轮对蛇行运动稳定性， 当 je＝0 时，即用圆柱形踏面时，Vc→∞时不会产生蛇行运动。 说明因为 Ky 和 Kx 的存在，弹性定位轮对的临界速度要比自由轮对的高得多。 减小踏面等效斜率 je 及轮对质量 m，增大轮对定位刚度 Kx、Ky 及重力刚度 对稳定有利。 5、曲线通过研究的内容 1、分析类型 曲线通过有两个相互联系的研究内容：几何曲线通过和动力曲线通过。 2、几何曲线通过 研究机车与线路的几何关系和机车自身有关部分在曲线上的相互几何关系。研究 机车的几何曲线通过；也为研究动力曲线通过提供有关数据。几何曲线通过主要 解决的问题（1）确定机车所能通过的曲线的最小半径和为此目的所需的轮对横 动量；（2）给出机车转向架通过曲线时的转心位置；（3）确定在曲线上机车转向 架对于车体的偏转角（4）确定车体与建筑限界的关系等（校验内容：将两转向 架皆置于最大外移位置以校验车体端部是否能通过限界；将两转向架皆置于最大 偏斜位置以校验车体中部是否能通过限界。）。 3、动力曲线通过 研究机车以不同速度通过曲线时与线路的相互作用，探讨机车安全通过曲 线的条件和措施并为机车和线路的强度计算以及轮绦磨耗提供有关数据。 A.限速原因：在曲线上，机车机车车辆速度所受的限制可以归纳为以下几方面： 列车在曲线上的未平衡加速度、侧压力、轨枕力、轮缘磨耗因数和防止车轮爬越 钢轨
B.限速依据： 1.保证乘务员的舒适感：gc<0.04g时无明显感觉：gc=0.05g时能察觉，无不适 感：gc-0.077g时，能长期承受：g℃=0.1g时能短期承受。 2.轮软间作用的侧压力使钢轨产生横向应力和变形：为防止钢轨应力过高或出 现永久变形而使轨距展宽，侧压力不能过大。对于轴荷200kN的机车，在50kg /m的焊接轨上，侧压力限为7OkN:在鱼尾板连接的轨上，限为6OkN。 3.轨枕力可能引起轨枕永久横移：轴荷重20OkN,轨枕力的最大值最多5OkN, 而容许的是65kN。 4.大轮缘力有使车轮爬越钢轨的可能：以脱轨系数控制 2、径向转向架 径向转向架就是将转向架上的前后轮对通过一定的方式连接起来，使其摇头 运动相互耦合，从而使轮对轴线指向轨道曲线半径的方向，达到径向调节的目的。 径向转向架一般可分为自导向径向转向架和迫导向径向转向架两种 3、车辆动力性能评价 (l)平稳性：舒适性。Sperlring的“平稳性指标”，SNCP的“疲劳时间” (2)稳定性（稳定性脱轨、抗倾覆稳定性）：安全性。机车车辆在线路上运行 时受到各种力的作用，在最不利的组合情况下，这些力会破坏机车车辆的正常运 行条件，使轮轨脱离接触，造成机车车辆脱轨或倾覆事故。这种情况成为机车车 辆失去运行安全性。 评价指标：脱轨系数、轮重减载率、倾覆系数 (3)曲线通过性能：导向机理
B.限速依据： 1．保证乘务员的舒适感：gc<0.04g 时无明显感觉；gc=0.05g 时能察觉，无不适 感；gc=0.077g 时，能长期承受；gc=0.1g 时能短期承受。 2．轮软间作用的侧压力使钢轨产生横向应力和变形：为防止钢轨应力过高或出 现永久变形而使轨距展宽，侧压力不能过大。对于轴荷 200kN 的机车，在 50kg ／m 的焊接轨上，侧压力限为 70kN；在鱼尾板连接的轨上，限为 60kN。 3.轨枕力可能引起轨枕永久横移：轴荷重 200kN，轨枕力的最大值最多 50kN， 而容许的是 65kN。 4.大轮缘力有使车轮爬越钢轨的可能：以脱轨系数控制 2、径向转向架 径向转向架就是将转向架上的前后轮对通过一定的方式连接起来,使其摇头 运动相互耦合,从而使轮对轴线指向轨道曲线半径的方向,达到径向调节的目的。 径向转向架一般可分为自导向径向转向架和迫导向径向转向架两种 3、车辆动力性能评价 （1）平稳性：舒适性。 Sperlring 的“平稳性指标” ，SNCF 的“疲劳时间” （2）稳定性（稳定性脱轨、抗倾覆稳定性）： 安全性。机车车辆在线路上运行 时受到各种力的作用，在最不利的组合情况下，这些力会破坏机车车辆的正常运 行条件，使轮轨脱离接触，造成机车车辆脱轨或倾覆事故。这种情况成为机车车 辆失去运行安全性。 评价指标：脱轨系数、轮重减载率、倾覆系数 （3）曲线通过性能：导向机理