城市轨道交通车辆动力学(第六章车辆动力学)课件.ppt
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- 城市轨道 交通 车辆 动力学 第六 课件
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1、第六章 车辆动力学车辆动力学 l车辆动力学车辆动力学l是对车辆与线路之间及车辆之间相互耦合作用的复杂动力作用过程机理进行系统研究,并据此提出车辆及列车关键结构和参数的一门学科。l主要研究的问题主要研究的问题l研究和确定车辆在导向线路上安全和平稳运行的条件。l研究车辆结构、走行悬挂系统、牵引驱动装置、连接与缓冲装置等机构的结构与参数。l研究车辆各部件的动载荷特征。第一节第一节 引起车辆振动的原因及基本振动型式引起车辆振动的原因及基本振动型式 l一、车辆振动的型式一、车辆振动的型式l伸缩:沿z轴的纵向振动l浮沉:沿z轴的上下振动l横摆:沿y轴的振动。l侧滚:在横断面内的转动l摇头:沿水平面的转动l
2、点头:纵向立面中的转动l车体的横摆与侧滚形成了两个耦合振型:l绕车体重心上方某滚心运动的为上心滚摆;l绕车体重心下方某滚心运动的为下心滚摆。l摇头与滚摆属于横向振动范畴,l浮沉、点头为垂向运动范畴,l伸缩则为纵向振动。车体的空间振动二、激起车辆振动的线路原因 轨道不平顺的4种类型(a)高低不平顺;(b)水平不平顺和轨距不平顺;(c)方向不平顺轨道随机不平顺的表示 50kg重钢轨的有缝轨道50kg重钢轨的无缝轨道轨道高低不平顺的功率谱密度函数示例二、车辆的自激振动 l在钢轮与钢轨的接触面或橡胶轮胎与导向路面之间存在着切向力。l这种切向力称蠕滑力或粘滑力,它随车轮与路面或轨面的相对位置及运动状态而
3、发生变化。l在一定条件下,这种切向力会激起车轮乃至车辆发生剧烈振动,振动的原因是自激性的。 第二节 车辆运行平稳性及安全性的评定标准l车辆的动力学性能主要有车辆的动力学性能主要有l平稳性平稳性l安全性安全性l曲线通过性能曲线通过性能。一、车辆运行平稳性及评定标准一、车辆运行平稳性及评定标准l车辆平稳性是评定乘客舒适程度的主要依车辆平稳性是评定乘客舒适程度的主要依据,反映了车辆振动对人体感受的影响。据,反映了车辆振动对人体感受的影响。 lj振动加速度(cm/s2);lf振动频率(Hz);lF(f)与频率有关的修正公式,反映人体对不同方向和频率振动的敏感度。103)(896. 0fFfjW 车辆横
4、向平稳性指标与振动加速度 我国铁路客车运行平稳性等级 平稳性等级评 定平稳性指标1级优2.52级良好2.52.753级合格2.753欧洲与北美的平稳性评定标准l在新轮踏面、轨道满足UIC标准并处于良好维护状态的条件下,l w2.5(垂直与横向)l平稳性的测点设置在心盘位的地板面上。l对车辆准正弦振动幅值。也有限制l a(mm)25/f2(1Hzf10Hz)l a(mm)250/f2(10Hzf50Hz)l国际标准化组织ISO2631标准 ISO标准评估振动对人体影响时用疲劳时间T表示,从维持工作效能,健康和舒适度出发相应提出3种限度:l工效下降限度,l承受限度l舒适度下降限度。研究结果l这些限
5、度是在对飞行员及汽车驾驶员进行大量测试研究后取得的。l人体对2Hz左右的水平振动很敏感,而对垂直振动48Hz最敏感。l在英法等欧洲国家也有取洛奇的疲劳时间评定法;在日本则采用等舒适度曲线法评定平稳性。l新车与运用后的车辆的轮轨关系,悬挂参数有所不同,其性能相应发生变化l因而不仅需要对新车平稳性或其他性能提出要求,运用一段时期的车辆也必须达到适当的平稳性指标。l要求在设计中采用的结构参数必须确保在要求在设计中采用的结构参数必须确保在车辆整个运用期内有稳定而优良的动力学车辆整个运用期内有稳定而优良的动力学性能性能 二、车辆运行安全性及评定指标 l城轨动车组运行时,受到外界或内在因素产生的各种作用,
6、在最不利因素组合下可能丧失车辆安全运行的基本条件,从而造成轮轨分离,车辆脱轨或倾覆的恶性事故。因而研究运行安全性及其评定标准很重要 。1轮对脱轨条件及评定指标l车轮脱轨系数车轮脱轨系数 lQ1/P1=1.0为第一限度,希望不超过的允许限度lQ1/P1=1.2为第二限度。是安全限度。l新车不能超过第一限度111111tan1tanPQ车辆脱轨的作用力关系轮对脱轨条件l表示为:lH:转向架作用在轮对上的横向力l适用于低速脱轨过程 l高速脱轨是由跳轨或蛇行失稳产生的高速脱轨是由跳轨或蛇行失稳产生的,此时瞬时侧向力可以很大,因此Q1/P1的临界值与出现峰值瞬时力的时间t成反比。时间越短,允许的临界值可
7、以大些。1111122tan1tanPPH2轮重减载引起的脱轨条件lP左右轮重差;l1、2、a1、a2分别为左右车轮与轨头接触处的摩擦因数及接触角。l我国规定的允许限度为我国规定的允许限度为0.6 2222111122221111tan1tantan1tantan1tantan1tanPP公式使用的具体条件l在使用上述三个公式时应注意具体条件lQ1/P1是根本性的依据l后两个公式则是有条件 的,条件不满足时采用后两公式会得到矛盾的结果。3影响脱轨的因素及防范措施l影响车辆脱轨的因素很多,而实际脱轨往往是多种因素的组合所形成,其中某个因素起了决定性促成作用。l主要的脱轨因素有;l线路条件:线路条
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