车辆系统动力学第二讲课件.ppt

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1、第二章车辆系统动力学指标及评估标准主要内容：第一节铁道车辆系统动力性能第二节车辆运行安全性及评判标准第三节车辆运行平稳性及评价标准重点介绍目前常用的Sperling评价方法以及ISO标准。第一节铁道车辆系统动力性能高速铁路动态安全性和运行舒适性的评价标准将直接影响线路结构设计的安全性。衡量这些性能的主要指标如下表。第二节车辆运行安全性及评价标准车辆运行安全性主要涉及车辆是否会出现脱轨和倾覆问题。车轮脱轨根据过程不同大体可分为爬轨脱轨跳轨脱轨掉道脱轨车辆运行稳定性主要包括防止蛇行运动的稳定性、防止脱轨的稳定性和车辆倾覆

2、的稳定性。评价指标：脱轨系数、轮重减载率，倾覆系数。我国主要采用脱轨系数和轮重减载率两项指标。一、防止蛇行运动的稳定性在轮轨间蠕滑力的作用下，车辆运行到达某一临界速度时会发生蛇行失稳的自激振动即蛇行运动。高速时的蛇行运动表现为轮对和转向架的激烈的横向振动，它威胁到行车安全。为此，要求车辆蛇行运动的临界速度Vc要远高于其最高运行速度，以保证有足够的安全裕量。此外，一辆车即使有足够的速度裕量，但如阻尼过小，仍有可能在运行中收到某些激励致使振动不能很快衰减。因此，要求车辆的各种振型在运行速度范围内应有足够的阻尼。车辆运行时

3、，在线路状态、运行条件、车辆结构参数和装载等因素最不利的组合下可能导致车轮脱轨。二、防止脱轨的稳定性评定防止车轮脱轨稳定性的指标用“脱轨系数”。1、脱轨系数定义：脱轨系数用于评定车辆的车轮轮缘在横向力作用下是否会爬上轨头而脱轨。脱轨系数为爬轨侧车轮作用于钢轨上的横向力Q与其作用于钢轨上的垂向力P的比值，即Q/P。一直以来所使用的脱轨系数，无论从理论计算还是测量数据整理上来看，均可以分为两类：（1）不考虑作用时间的脱轨系数，它是判定车轮是否有可能对轨道产生“逐渐升高现象”而使用的脱轨系数。（2）考虑作用时间的脱轨系数，

4、它是为了判定当产生较大的冲击性横向力时，车轮是否会有可能产生“腾空现象”，是一种考虑了横向力作用时间的评价方法。1）、不考虑作用时间的脱轨系数脱轨系数最初由法国科学家Nadal提出，他是根据爬轨侧车轮在脱轨临界状态时轮轨接触点上力的平衡条件，推倒出的表达式。假设车轮与钢轨接触点位于轮对中心线垂直平面内（无轮对冲角），图2-2（a）所示的车轮处于脱轨临界状态时的钢轨受力关系，接触斑处车轮受力如图2-2（b）。图2-2（b）中各作用力分别向轮对接触点A的切线方向和法线方向投影，可得：N=Pcos+QsinT=Psin

5、-Qcos（2-1）Q——作用于轮缘上的横向力；P——作用于车轮上的垂向力；N——钢轨对车轮的法向反力；T——钢轨对车轮的切向反力；——车轮轮缘角。国际铁路联盟UIC规定Q/P≤1.2；德国ICE高速列车试验标准Q/P≤0.8；日本既有线铁路提速试验标准也规定Q/P≤0.8,；北美铁路则规定Q/P≤1.0.我国制定的脱轨系数标准见下表。表中的第一限度为合格标准，第二标准为增大了安全裕度的标准。2)、考虑作用时间的脱轨系数在JR标准中，还考虑了轮轨间发生冲击时车轮的脱轨安全性问题。考虑横向冲击力的作用时间t大于0

6、.05s以上时，以0.8作为标准值，若作用时间小于0.05s,将Q/P=0.04/t所得的值作为标准值。2)、轮重减载率对于脱轨安全性指标来说最基本的就是脱轨系数。但是，仅依靠脱轨系数来判定安全性，却不充分。其主要原因是：（1）轮重较小时与其对应的横向力一般也较小，计算脱轨系数时受到轮重和横向力测量误差的影响就较大，因此要获得正确的脱轨系数比较困难。（2）垂向力较小时，使用该垂向力和与其对应的横向力得到的脱轨系数很容易达到脱轨极限值；另一方面，单侧车轮轮重减小时，另一侧车轮轮重一般会增大，此时极小的轮对冲角变化会导致

7、较大的横向力，从而加大了脱轨的危险性。（3）根据多次线路试验来看，与其说脱轨系数值较大容易导致列车脱轨，还不如说轮重减少的越多越容易导致列车脱轨。因此，提出了轮重减载率这个指标评判机车车辆/动车组脱轨的安全性。我国《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》（GB5599-85）、《高速试验列车动力车强度及动力学性能规范》（95J01—L）注：一般在过曲线时采用。车辆运行时，在侧向风力、离心力和横向振动惯性力的最不利组合下可使车辆向一侧倾覆，车辆是否倾覆用倾覆系数D来衡量。当车辆一侧车轮轮重减载至零时，车辆达到倾覆的临界

8、状态。此时，D=1。因此为了防止车辆倾覆，必须满足D<1条件。我国《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》（GB5599-85）、《高速试验列车动力车强度及动力学性能规范》（95J01—L）规定D<0.8。3、防止车辆倾覆的稳定性式中、式中式中、----------分别为车辆同一侧车轮上总的动、静载荷。4、轨道结构动力作用评价标准在提速及高速线