《车辆运行安全性》PPT课件

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1、第五章车辆运行安全性前言:车辆运行安全性只有在轮轨处于正常接触状态时才能得到保证。由于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,可能破坏车辆正常运行的条件,使轮轨分离,从而造成车辆脱轨或倾覆事故,这就称为车辆失去运行安全性。本章就是研究车辆安全运行的条件及其评定指标,分析其影响因素,提出改善的措施,以确保车辆运行安全第一节轮对脱轨条件与评定指标一、脱轨的过程及其分类在通常情况下,当车辆在直线上运行时,车轮的踏面和钢轨顶面相接触。当车辆通过曲线时,轮对将承受着车体传来的侧向力(它是由于

2、离心力、侧向风力及横向振动惯性力等引起的)。在侧向力作用下,前轮对的外侧车轮轮缘紧靠钢轨。.前轮对的外侧车轮在侧向力Q作用下,可能形成轮缘根部的圆弧与轨头侧面的圆弧部分接触,出现爬轨趋势,如图5—l(a)所示。.如果轮缘与轨头接触点达到轮缘圆弧面上拐点(即轮缘根部圆弧与顶部圆弧半径方向改变的那点时),就出现了临界状态.如图5—1(b)所示。.如此时轮重还不够大,则在侧向力Q作用下,车轮在转动的同时继续往上爬,超过临界状态后,轮缘顶部的圆弧部分和轨头顶面接触,直至车轮完全爬上钢轨,如图5—1(C)所示

3、,并使车轮落出轨外,形成轮缘在轨枕上滚切的脱轨现象。1爬上钢轨:随着车轮的转动使轮缘逐渐爬上轨头而引起的脱轨,称为爬上钢轨。爬上钢轨多数发生于低速通过小半径曲线时。2跳上钢轨:当车轮承受过大的冲击载荷时,使车轮跳离钢轨而引起脱轨,称为跳上钢轨。跳上钢轨则多数发生于高速运行时。3车轮掉入轨道内侧:车辆在线路上运行时,如果它对钢轨的侧向力过大,可能是使钢轨横向移动,引起轨距扩大,从而使车轮掉入轨道内侧、造成车辆脱轨事故。特别是车辆在不良线路上高速运行通过曲线时,会有这种情况发生。二.脱轨条件与评定指标为

4、了鉴别车辆脱轨情况,就要分析车辆脱轨时的受力情况,并找出其临界条件。评定脱轨的指标很多,目前我国车辆部门主要采用脱轨系数和轮重减载率两项指标。1.脱轨系数与轮对脱轨条件1)车轮在脱轨临界状态时的受力情况(如图5—2所示)当车轮在侧向力Q作用下,在转动的同时还沿着轨头侧面往上爬,踏面抬起,而在轮重等诸力的作用下达到平衡状态,即车轮处于企图向下滑而滑不下来的状态。若将各力分别向轮轨接触点A的切线方向和法线方向投影,则得脱轨的临界条件:(5—1)求解联立方程式(5—1)得这是轮缘与轨头接触时的力的平衡方程

5、式,它标志车辆脱轨的临界状态。如果实际的Q1/P1值大于上式右侧的计算值,车轮就向上爬;反之车轮就向下滑。要使车轮脱轨,即车轮爬上钢轨,则必须符合下列条件:(5—2)(5—3)2)脱轨系数及其影响因素比值Q1/P1即称为脱轨系数,其值仅取决于轮缘角α1和轮轨间的摩擦系数μ1。必须指出,式(5—3)是一种最基本的脱轨条件,实际情形往往比式(5—3)要复杂得多。脱轨系数不仅与μ1、α1有关,而且还与轮轨冲角、曲线半径、车轮直径、运行速度以及轮轨之间的蠕滑力等因素有关。实用的Q1/P1值的允许限度常常是通

6、过试验而不是通过计算确定的。作为实际应用,一般仍采用式(5一3)这个基本关系式。3)轮对脱轨的条件图5—5中假定左侧车轮达到脱轨的临界状态,即左侧车轮企图下滑而滑不下来的状态,由图5—5.根据平衡条件.可得下列关系式:(5—4)由式(5—4)和Q1=H十Q2关系,可得轮对脱轨的条件:(5—5)因tga2很小可以略去不计,则式(5一5)可简化得:(5—6)比较式(5一6)和式(5—3)可见,车轮与轮对脱轨系数公式的形式是相同的,即式(5—6)中的(H+μ2P2)与式(5—3)中的侧向力Q相当。关于摩擦

7、系数μ1、μ2的取值,一般来说,轮缘上α1=680~700的一点是不常和钢轨侧面接触的,表面光洁度较差,而且常有锈污,而踏面和钢轨顶面的接触点是经常滚压的,光洁度较高,所以μ1>μ2,通常取μ1=1.2μ2。 根据理论分析和试验研究,目前我国车辆科研部门建议采用的脱轨系数安全指标为:Q1/P1=1.2危险限度(5—7)Q1/P1=1.0允许限度 脱轨系数不超过“危险限度”是安全的,不超过“允许限度”是希望达到的。对于新设计的车辆来说,希望不超过“允许限度”。2.由于轮重减载引起脱轨的条件从上述分

8、析可见,影响脱轨的主要参数为作用于车轮的垂直力P和侧向力Q,并且这两个力是同时存在的。产生脱轨的原因多半是由于侧向力增大的结果。当左右侧轮重偏载过大时,即使轮对侧向力H极小,也有可能脱轨。在图5—5中,若P2>>P1,当H=0时,由于右侧车轮踏面的摩擦力仍可使左侧轮缘爬上钢轨。下面就讨论由于轮重减载引起脱轨的情况。(5—10)(5—11)(5—12)0.32时,⊿P/P的允许限度为0.6。根据理论分析与试验研究,目前我国车辆研究部门建议采用的轮重减载率安全指标为:(5

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