車輛系統(tǒng)動力學(xué)第一講.

1、2012.9主講人：賈璐1_一、課程目的;闡明車輛主要結(jié)構(gòu)和懸掛參數(shù)與系統(tǒng)動力學(xué)性能之間的關(guān)系，并說明基本的輪軌接觸理論和計算方法、車輛動力學(xué)性能及其相應(yīng)的評價指標(biāo)、車輛動力學(xué)性能的影響等。二、主要內(nèi)容主要內(nèi)容包括：概述、車輛系統(tǒng)動力學(xué)指標(biāo)及評估 標(biāo)準(zhǔn)、輪對結(jié)構(gòu)與輪軌接觸幾何關(guān)系、輪軌滾動接 觸.客車懸掛系統(tǒng)與車輛動力學(xué)性能關(guān)系、貨車轉(zhuǎn) 向架基本結(jié)構(gòu)及動力學(xué)原理、車輛系統(tǒng)動力學(xué)模 軌道激擾與軌道譜.車輛系統(tǒng)運動穩(wěn)定性。三.參考文獻(xiàn)1、車輛系統(tǒng)動力學(xué)，王福天，中國鐵道山版補; 厶 車輛系統(tǒng)動力學(xué)，任尊松，中國鐵道出版社;3、軌道動力學(xué)，練松良，同濟大學(xué)出版社；4、CNKI等等第一章概述鐵道車輛的

2、運動力學(xué)與汽車基本相同，都是由力學(xué)來表達(dá)的。但是，鐵道車輛與汽車的最大區(qū)別在于蹇鉉磁。機車+車輛 組成鐵路列車，根據(jù)動第一節(jié)車輛系統(tǒng)運動認(rèn)識車輛系統(tǒng)是一個復(fù)雜的多白由度的動態(tài)系 統(tǒng)-般情況下，車輛系統(tǒng)考慮成多剛體系統(tǒng), 如車體、構(gòu)架等/每一剛體可考慮成6個自由度，三個位幡/ 和三個轉(zhuǎn)動，沿x,y, z軸3個方向的直線樂 動和繞三根軸的回轉(zhuǎn)運動。raw車徉攝動自血度6個名稱：1、伸縮振動2、橫擺振動3、浮沉振動4、側(cè)滾振動5、點頭振動6、搖頭振動注：以上每種振動形式都不一定是單 的，車輛復(fù)雜的振動在大多數(shù)情況下 _6種基本振型按不同組合耦合在一起發(fā)生苗。第二節(jié)車輛系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 幾個基木概念：1、

3、軸重。鐵道車輛的軸重是指車輛每一根輪軸能 夠承受的允許靜載荷。2、軸距。是指同一轉(zhuǎn)向架下兩輪軸中心之間的縱 向距離?？蛙?動車組的軸距一般2.5-2.7m：輕馳 一般為202.3m；貨車一般 1.52.0m。3、車輛定距。是指同一車輛兩轉(zhuǎn)向架屮心電Z間的縱向距離，車輛定距決定了車輛長度和載i 客鍛?？蛙?動車組25m,輕軌車輛一般為|貨車一般9m。d4、軸箱懸掛。是將軸箱和構(gòu)架在縱向、橫向以 及垂向聯(lián)接起來，并使兩者在這三個方向的相 對運動受到相對約束的裝置。對于客車/動車組而言，主耍包扌舌軸箱彈簧、軸 箱定位裝置以及軸箱減振器等。5、中央懸掛。是將車體和構(gòu)架/側(cè)架聯(lián)結(jié)在起的裝置，一般具冇衰減

4、車輛系統(tǒng)振動、提高車 輛運行平穩(wěn)性和舒適性的作用。,6、輪對沖角。是垂直于輪軌接觸點處鋼軌切線方向， 與輪軸軸線之間形成的夾角。直線運行時，輪對沖角即為輪對搖頭角；在曲線通 過時，輪對沖角與搖頭角之間存在一定的差異，其 | 人小反應(yīng)了車輛曲線通過能力大小以及難易程度。7、曲線通過。曲線通過是指車輛通過曲線時，曲線 通過能力的大小，反映在系統(tǒng)指標(biāo)上，主要表現(xiàn)為/ 車輛輪軌橫向力、輪對沖角以及輪軌磨耗指數(shù)簧白乍大小上。Ar A鐵道車輛基本結(jié)構(gòu):構(gòu)架輪對6、驅(qū)動裝置 （包括牽引電動機、 聯(lián)報節(jié)和犁引齒輪箱:7基礎(chǔ) 制動裝買5、二系懸掛 （包括斜氣彈簧抗價滾 扭桿皺置和弗引裝覽以 及各種祓捺器）組成:

5、“6+3、一系懸掛I （包括箱箱轉(zhuǎn)骨 匸魚I?垂AMO）.轉(zhuǎn)向架一般由輪對和構(gòu)架/側(cè)架組成，輪對在鋼軌 上滾動，實現(xiàn)走行功能，構(gòu)架在車體與輪對之間, 起承上啟下的作用，R卩將車體的載重和振動向下 轉(zhuǎn)遞至輪對并由輪對傳遞至鋼軌，向上傳遞輪軌 振動。為了使各種彈簧裝置和減振元件能夠安全可靠地 運用并發(fā)揮功效，構(gòu)架/側(cè)架還需要為各種彈性元 件和減振元件提供各種安裝支吊座。除此之外，要實現(xiàn)列車的牽引與制動功能轉(zhuǎn)T 向架上還必須有各種制動與牽引裝置, 樣需要轉(zhuǎn)向架提供安裝和吊掛裝買。J這同2、需要知道車輛的振動狀態(tài)。自出振動和強迫振動自由振動第三節(jié) 車輛系統(tǒng)動力學(xué)用途及所解決的主要問題一、研究車輛運動主

6、要有兩個目的:1、了解車輛各部分的位移及車輪作用 在軌道上的力等。白山振動足指在短時間內(nèi)，山于某種瞬間或過波性的外部 干擾而產(chǎn)生的振動，其振動振幅如果逐漸變小，該系統(tǒng)將 趙穩(wěn)定：相反，若振幅越來越人，則系統(tǒng)將不穩(wěn)定。r0006如03001000VX運行距離(m)2000III 1 I - -= 1Z丿 1 -J* o o o-O100016_ 1 '-=I5001000運行距離(mX (20X強迫振動強迫振動是指外界激擾引起的振動，其核 心是關(guān)注軌道不平順、強風(fēng)或其他因素引二.車輛動力學(xué)的用途及考慮的問題:車輛系統(tǒng)運動安全性車輛系統(tǒng)蛇行運動穩(wěn)定性=車輛系統(tǒng)運行平穩(wěn)性車輛系統(tǒng)曲線通過動力

7、學(xué)1、蛇行運動蛇行運動是一種不穩(wěn)定振動現(xiàn)象。列車行駛時會突 t 然出現(xiàn)車體和轉(zhuǎn)向架開始劇烈圧右偏轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定現(xiàn) F象。蛇行運動不僅會降低乘坐舒適性，而且會破壞軌 道茯至列車脫軌、傾覆等安全事故。12、曲線通過車輛曲線通過時，為了能夠減小車輪作用十軌道 上的橫向力，并使車輛能夠順利轉(zhuǎn)向，曲線外側(cè) 車輪需要比內(nèi)側(cè)車輪多行駛一段距離，且最嬌是 車輪能夠沿曲線切線方向運行。因此，與防止蛇行運動的要求相反大車輪踏面斜度O 如何平衡這兩種運動特性，設(shè)計制造血既r 能抑制蛇行運動，又能順利通過曲線的車 輛呢？3、舒適度影響車輛乘能舒適性的因素匸要來口尸軌道激擾。這些激 擾包扌心軌道隨機不平順、軌道沖擊不平順（

8、如軌道接縫、 道岔等的軌道面的不連續(xù)部位、曲線軌道半徑的不規(guī)則、 傾斜過度或不足）等。另外一些因素是車輛口身產(chǎn)牛的干擾。這些因素主要包扌比 由發(fā)電機、電動機、空氣壓縮機和鼓風(fēng)機等車輛上機械裝 置引起的干擾：由車輪偏心及剎車時車輛滑行產(chǎn)生的車輪 凍傷引起的干擾；由于起動和剎車時，鄰接車輛間產(chǎn)生矽 詢后沖擊；隧道內(nèi)氣流和車輛教會時的空氣力學(xué)干擾等'、以上這些干擾引起車輛何種振動？4、交會列車交會時車輛受到的氣動力主要有氣動橫向 力和氣動升力。列車高速運行吋，處于列車尾 流影響范圍內(nèi)的人員和物品有可能卷入尾流中， 造成人員傷亡或列車受損事故。過去，中國列車時速較低，列車空氣動力學(xué)問 題并不突

9、出。列車提速后，列車運行阻力急劇X 1 增加，能耗過大；列車高速交會產(chǎn)生的空気壓f 力瞬變，導(dǎo)致客車側(cè)墻變形過大，并伴右:強啓 的空氣爆破聲能擊碎車窗玻璃。當(dāng)列車與對面列車交匯行駛時會產(chǎn)生多大程度的振 動？同時會產(chǎn)生多大的橫向壓力？在新建供各種不同速度車輛行駛用的線路時，如何 考慮復(fù)線間隔、舒適度和安全上的限制？5、脫軌安全性如何保證列車既能夠高速行駛乂不至于脫軌?當(dāng)外界因素如地震、泥石流等引發(fā)大面積軌 道轉(zhuǎn)移時，車輛能否保證不脫軌？對于冃前脫軌安全評價標(biāo)準(zhǔn)體系中仍無法評估 的振動，將如何保證鐵路運營安全性？6、傾覆安全性輕量化列車，在朋線上的行駛速度會有所 提高，當(dāng)遭受橫風(fēng)時，是否能否防止列

10、車7、運動與控制傳統(tǒng)的列車懸掛采用被動懸掛方式，被動懸掛由 彈性元件和阻尼組成，其剛度和阻尼是在設(shè)計過 程中確定下來的，在車輛運行過程中一般無法進(jìn) 行調(diào)節(jié)，因此具有一定的局限性。針對被動懸掛的局限性，20III：紀(jì)50年代便有學(xué)耆 提出了主動懸掛的概念。主動懸掛實際上難一術(shù) 閉環(huán)控制的動力驅(qū)動系統(tǒng)，通過合理調(diào)葩命入到 減振系統(tǒng)的能量來抵消來自外界的激擾 忍祐込 到減振的目的。 Y半主動懸掛的概念于201比紀(jì)70年代中期提出，半主 動懸掛采用阻尼特性可調(diào)的可控減振器和/或剛度特性可調(diào)的可控彈簧作為作動器，通過實時調(diào)節(jié)可控減 振器的阻尼特性或可控彈賞的剛性特性，間接地獲得被動懸掛的懸掛參數(shù)在車輛運行過程屮固定不變， 不能根據(jù)線路不平順和外界因素的狀況適時進(jìn)行調(diào)整，自適應(yīng)性很差，只能在一定條件下有效地衰減 車體的振動，已不能滿足高速列車的發(fā)展需要。,* 主動懸掛的減振性能是“最優(yōu)”的。但是穩(wěn)定性和 '可靠性難以保證，控制作用的實現(xiàn)需要消耗