列车脱轨分析.ppt

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1、列车脱轨分析北京交通大学范俊杰前言多年的运营实践表明，列车脱轨是危及行车安全的重要隐患，也是危害较大、经济损失较重的行车事故之一。事实表明，列车脱轨是各种影响脱轨的不利因素综合作用的结果。因此，对列车脱轨必须进行全面、系统的研究，客观地分析造成脱轨事故的原因、机理，才能采取正确的技术措施，减少甚至杜绝脱轨事故的发生。绝大多数列车脱轨事故均由车辆脱轨引起，因此，我们将主要研究车辆的受力状况、脱轨原因及应采取的预防措施。曲线脱轨分析曲线脱轨条件与脱轨系数1，曲线脱轨条件由图1可知，当车轮轮缘贴靠曲线钢轨且轮轨一点接触时（图1），车轮处于脱

2、轨的临界状态，此时横向导向力Y与车轮荷载Q均作用在轮轨接触点上。车轮能否脱轨，要根据其受力情况而定。若使车轮沿图1中的AB线下滑就不会造成车辆脱轨，这时就必须满足下述条件：Qsinβ-Ycosβ>μ(Ysinβ+Qcosβ)得：Y/Q<(tanβ-μ)/(1+μtanβ)图1式中，β——车轮轮缘倾角，我国机车车轮β=70º，车辆车轮β=65~68º；μ——轮轨间的摩擦系数。上式为曲线脱轨条件，满足此条件车辆则不会脱轨，否则就有脱轨危险。2，脱轨系数令：(tanβ-μ)/(1+μtanβ)=K则，Y/Q

3、轨。Y/Q就叫做脱轨系数，K为脱轨系数的临界值。轮对的脱轨条件与脱轨系数与单个车轮的一样。3，脱轨系数及临界值分析由上述分析可知，影响列车脱轨的因素主要有三个：Y、Q、K。对它们进行分析和研究，就能对脱轨的原因和机理有一个全面的了解，并可采取相应的技术防范措施，以保障行车安全。（1）影响Y值的因素：a，曲线半径越小，Y值越大；b，车辆“旁承压死”（车辆在任何情况下旁承间都应留有空隙，静态空隙不少于4mm,动态空隙允许为2~20mm)，Y值增大；c,横向风力越大，Y值越大。(2)影响Q值的因素：a,车辆货物偏载，使Q值变化。铁道部规定：

4、车辆纵向偏载应小于10吨，横向偏载时其货物重心偏离车辆中心线距离要小于100mm。b,车体或转向架刚性过大，缺乏反弹力去减缓车辆的减载影响，使Q值变小。c，线路存在严重的高低和方向不平顺时，会加剧车辆的上下振动和横向摇晃，使车轮减载。d，在转向架驶出圆曲线进入缓和曲线时，转向架前轴外轮浮起，使Q值变小（图2）。e，司机操作及车辆编组不当，“前堵后拥”使Q值变小。外轨内轨图2（3）影响K值的因素由K值的计算公式可知，K值只与μ与β有关：a,不同μ与β时的K值：μ=0.50.250.20β=70ºK=0.951.481.64β=68ºK=

5、0.881.371.52β=65ºK=0.791.231.36由此不难看出，车辆轮缘倾角较小，K值也较小，脱轨危险就较大。此外轮轨涂油，减小轮轨间摩擦系数μ，K值相应增大，也能减小车辆脱轨危险。b，由图3可以看出，当车轮浮起时，β角将减小，K值相应减小，增加了脱轨的危险性。车轮减载脱轨当车轮减载量ΔQ达到一定程度时，车轮也有脱轨危险。只有满足下式时，车轮才不易脱轨：ΔQ/Q

6、μ有关，当然也与β和μ有关。β值大、μ值小，都可减少车轮减载脱轨的危险性。防止列车曲线脱轨的技术措施1，机辆方面应采取的防范措施（1）防止断轴等部件破损事故的发生，杜绝货车在正常装载情况下旁乘压死的现象。（2）安装机车涂油器，减少轮轨间摩擦系数。（3）淘汰“转6”型转向架，增加转向架结构的弹性。2，运输部门应采取的防范措施（1）杜绝货物严重偏心装载。（2）避免将小车、空车编组在列车中部。3，工务部门应采取的防范措施（1）正确设置缓和曲线超高顺坡，正常情况下其值不大于1‰，困难条件下也不大于2‰。尤其在YH点附近要尽量不大于2‰。（2）

7、保持线路良好的几何状态。（3）小半径曲线钢轨进行涂油，减少轮轨间摩擦系数。4，机车司机应操作恰当，避免盲目刹车造成“前堵后拥”现象。直线脱轨分析列车直线脱轨的基本原理车辆在直线上运行时，由于车轮踏面类似锥形且轮缘与钢轨之间存在空隙，车轮以“蛇形运动”形式前进。其蛇形运动方程为：y=ymaxsin[λ/(ros)]½x其蛇形运动的波长和频率为：L=2π[(ros)/λ]½f=v/L=v/2π·[(λ/(ros)]½若车辆的自振频率f´与蛇形运动的频率f相同，将发生共振，严重时将导致列车在直线上脱轨。由上式可以看出，列车共振时的临界速度为

8、：v=7.2π[(ros)/λ]½f´(km/h)式中，ro——车轮半径，我国货车ro=0.42m；s——线路钢轨中心间距之半,s=0.75m；λ——车轮踏面锥度或等效锥度；f´——轮对横向振动固有频率。目前关于f´的资