車鉤緩沖裝置中的縱向作用力PPT課件

1、3. 研究列車縱向作用力的目的：研究列車縱向作用力的目的： 研究列車的縱向動態(tài)變化就是為了要掌握列車在牽引力、制動力變化時(shí)以及調(diào)車作業(yè)中車輛之間縱向作用力變化的規(guī)律，并從這些變化規(guī)律中尋求改善車輛受力狀況和運(yùn)行性能的途徑。第1頁/共24頁二、車鉤緩沖裝置的作用和性能二、車鉤緩沖裝置的作用和性能 1. 車鉤緩沖裝置的作用車鉤緩沖裝置的作用 車鉤緩沖裝置是連掛機(jī)車車輛并使車輛之間保持一定距離，傳遞車輛之間的縱向作用力并緩和車輛之間的沖擊力。車鉤緩沖裝置在縱向力作用下具有一定的彈性變形，同時(shí)又可以約束列車中車輛之間的相對位移，故稱之為車輛之間的彈性約束。 2 . 緩沖器種類緩沖器種類 車輛上采用的緩

2、沖器種類很多，有彈簧緩沖器、摩擦式緩沖器、橡膠緩沖器及液壓緩沖器等。彈簧緩沖器僅有彈性而無減振作用，由于性能不理想，故在我國鐵路上現(xiàn)已不用。我國部分車輛采用型橡膠緩沖器，只有在少量車輛上安裝液壓緩沖器。第2頁/共24頁3. 摩擦式緩沖器特性摩擦式緩沖器特性 我國車輛上使用最普遍的是摩擦式緩沖器，其中有一號、二號和三號緩沖器。它們既起彈性作用又有減振作用，其特性曲線如圖所示。 第3頁/共24頁 1) 緩沖器平均剛度緩沖器平均剛度 設(shè)摩擦式緩沖器的加載和卸載時(shí)的剛度分別為l及u，其平均剛度為：2) 緩沖器相對摩擦系數(shù)緩沖器相對摩擦系數(shù)3) 緩沖器的最大行程緩沖器的最大行程 在圖一中，Ox0為緩沖器

3、的最大行程，它是緩沖器自由狀態(tài)下和全壓縮狀態(tài)下的長度之差。使緩沖器全壓縮所需的力稱為緩沖器的最大作用力0 。第4頁/共24頁4) 緩沖器容量緩沖器容量0 是指緩沖器全壓縮時(shí)所貯存的能量，一般可寫成： 式中 x 緩沖器行程； x0緩沖器最大行程； (x)緩沖器加載狀態(tài)下行程為x時(shí)的作用力。5) 緩沖器的吸收率緩沖器的吸收率 在圖一中，面積xx 表示緩沖器貯存的能量 = x0 0(x)dx， 面積xx表示由于緩沖器內(nèi)部摩擦所耗散的能量，這部分能量在緩沖器回彈時(shí)不再輸出。緩沖器耗散能量與貯存能量之比稱為緩沖器的吸收率，即 第5頁/共24頁 我國各型緩沖器的性能列于表中 第6頁/共24頁第二節(jié)第二節(jié)

4、列車在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的縱向作用力列車在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的縱向作用力1.列車在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下運(yùn)動方程列車在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下運(yùn)動方程 列車在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下確定車鉤緩沖裝置的縱向作用力時(shí)，可將列車看作是互相銷接的剛體（車輛），運(yùn)行中產(chǎn)生的剛體相對位移極其微小，可以忽略不計(jì)。第7頁/共24頁1) 運(yùn)動方程運(yùn)動方程 如果機(jī)車位于列車的頭部，而線路在列車長度范圍內(nèi)無坡度變化，則列車在輪周牽引力、運(yùn)行阻力、制動力和慣性力的同時(shí)作用下其運(yùn)動方程式為。式中 機(jī)車輪周牽引力之和； n列車中的車輛數(shù)（不包括機(jī)車）； i列車中第輛車的質(zhì)量，其中機(jī)車的編號為i=，而車輛的編號為 i,2,n /dt列車的加速度（或減速度）； wi列

5、車中第i輛車的單位質(zhì)量的阻力，其中包括線路坡度、曲線等阻力因素 在內(nèi)； i列車中第i輛車的輪周制動力。第8頁/共24頁2) 加速度（或減速度）加速度（或減速度） 列車的瞬時(shí)加速度（或減速度）可按下列公式求出：第9頁/共24頁 列車中全部車輛（不包括機(jī)車）質(zhì)量； 0列車中機(jī)車質(zhì)量 第10頁/共24頁3) 車鉤緩沖裝置上的縱向作用力車鉤緩沖裝置上的縱向作用力 如列車的瞬時(shí)速度為，則第輛和第1輛車連結(jié)處的車鉤緩沖裝置上的縱向作用力為k,k+1，則 上式中等號右側(cè)第一項(xiàng)為第輛車以后所有車輛（不包括第輛車）的慣性力，而第二項(xiàng)則為其制動力及運(yùn)行阻力。（7-4） 第11頁/共24頁 若列車中的所有車輛同型號

6、且裝載量相同（均質(zhì)列車），則式（）可寫成： 式中c，c，c分別為該型車輛的質(zhì)量、制動力及單位質(zhì)量的阻力。（7-6） 第12頁/共24頁 由式（）可見，在均質(zhì)列車中，縱向力按線性規(guī)律分布(隨K增大而減小)。列車中最大縱向力處于機(jī)車和第一輛車之間的車鈞緩沖裝置內(nèi)，其值為 式中 B，l分別為列車中全部車輛的制動力和機(jī)車的制動力， 0 機(jī)車單位質(zhì)量的阻力。 由式（b）可見，列車在縱斷面無變化的線路上運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行阻力對0,1的影響極其微小。當(dāng)m= 0 時(shí)，則有： (7-7a） (7-7b)（7-8） 第13頁/共24頁第三節(jié)第三節(jié) 列車在牽引力（或制動力）發(fā)生變化時(shí)的縱向作用力列車在牽引力（或制動力）發(fā)

7、生變化時(shí)的縱向作用力前言前言: . 列車在牽引力（或制動力）發(fā)生變化時(shí)（過渡過程）產(chǎn)生的縱向作用力可能比穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)大得多。在過渡過程中車輛互相作用的特點(diǎn)是具有振動和沖擊性質(zhì)。 . 在過渡過程中確定車鉤緩沖裝置所受的縱向作用力時(shí)一般采用兩種計(jì)算簡圖：離散質(zhì)量系統(tǒng)和連續(xù)質(zhì)量系統(tǒng)。 . 離散質(zhì)量系統(tǒng)把列車看作由彈性元件聯(lián)系的離散質(zhì)量所組成的系統(tǒng)；連續(xù)質(zhì)量系統(tǒng)把列車看作一根彈性桿件。一般列車是由相當(dāng)多的車輛（幾十至近百輛）連掛而成的，因此系統(tǒng)的自由度相當(dāng)多，在用解析方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，用連續(xù)質(zhì)量系統(tǒng)較為方便。但由于實(shí)際列車是離散質(zhì)量系統(tǒng)，故用連續(xù)質(zhì)量系統(tǒng)簡圖計(jì)算時(shí)其結(jié)果會產(chǎn)生一定誤差。如列車中車輛數(shù)目不多

8、，采用離散質(zhì)量系統(tǒng)計(jì)算簡圖進(jìn)行解析運(yùn)算可以得到較精確的結(jié)果。 本節(jié)介紹按離散質(zhì)量系統(tǒng)確定車鉤緩沖裝置所受的縱向作用力第14頁/共24頁一、緩沖器無阻尼情況下列車起動時(shí)的縱向力一、緩沖器無阻尼情況下列車起動時(shí)的縱向力 確定列車起動時(shí)車鉤緩沖裝置中的縱向力是一個(gè)重要的實(shí)際問題、由于實(shí)際車輛上采用摩擦緩沖器，同時(shí)車鉤緩沖裝置內(nèi)存在游間，在分析中要考慮全部因素是很困難的。一般為了簡化分析，同時(shí)又能得到某些比較主要的規(guī)律，在分析中，不考慮車鉤緩沖裝置中的游間，也不考慮緩沖器中的摩擦力。第15頁/共24頁1列車縱向作用力之間的微分方程推導(dǎo)列車縱向作用力之間的微分方程推導(dǎo) 列車作為離散質(zhì)量系統(tǒng)處理時(shí)采用的計(jì)

9、算簡圖如圖1所示。設(shè)列車由車輛和機(jī)車共n輛組成，其質(zhì)量分別為1，2，Mi，n+1，車輛之間的彈性約束剛度分別為K1，i，n，車輛連掛處的縱向力為1= K1 (x1一2)，Ni=i（i一xi+1），n=n（xnxn+1），機(jī)車牽引力為，則得列車縱向作用力之間的微分方程為：第16頁/共24頁（7-9） 第17頁/共24頁 如果列車中所有車輛的質(zhì)量均相同，并采用同型緩沖裝置，則式（9）變?yōu)椋海?-10） （7-11） 第18頁/共24頁 解方程組（11）可得 將關(guān)系式N=Y+ 代入式（10）中，則有 （7-12） 第19頁/共24頁2. 列車縱向作用力之間的微分方程求解列車縱向作用力之間的微分方程求

10、解 如果n的數(shù)目不大，則方程組（12）不難解出，從而可求出1，i，n的數(shù)值。若n的數(shù)值很大，而為一驟加的常值牽引力，由H.E茹科夫斯基提出了下列解析表達(dá)式：(7-13)第20頁/共24頁 式（713）中第三項(xiàng)即為列車穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)第i輛車連結(jié)處的縱向力。 從式（13）可以看出，在任何瞬間，i均由兩部分組成，它包括穩(wěn)態(tài)情況下的縱向作用力和速度為并向前后傳播的波動的縱向作用力。 由此可見，在編組車輛數(shù)目眾多的列車上突然作用一常值牽引力了時(shí)，車輛連掛處的縱向作用力在零與之間變化。第21頁/共24頁3. 各車輛縱向作用力變化情形各車輛縱向作用力變化情形 圖2中繪出輛車組成的列車在起動時(shí)縱向力的變化情形。在

11、計(jì)算中取驟加的牽引力為常數(shù)，K/M=16(1/秒)。 圖2中，在每個(gè)車輛連掛處的下部豎曲線上繪出隨時(shí)間變化的縱向力i值。由圖可見，縱向作用力是以一定速度由前向后傳遞，當(dāng)作用力波傳遞到最后一輛車后，尾車上的縱向作用力先由小變大，當(dāng)達(dá)到最大值后又逐漸變?yōu)榱愫拓?fù)值。于是相反方向的縱向作用力又從尾車返回第一個(gè)車輛連結(jié)處。在圖中最外面的兩根豎曲線上繪出第一輛車和最末一輛車的速度變化情況。第22頁/共24頁二、牽引力變化時(shí)列車中的縱向作用力二、牽引力變化時(shí)列車中的縱向作用力 以上討論了機(jī)車牽引力為常數(shù)的情況下列車起動時(shí)的縱向作用力。但實(shí)際上，機(jī)車牽引力并非不變的。機(jī)車牽引力變化時(shí)，對于列車中的縱向作用力影響很大。A拉扎良研究了列車牽引力為單調(diào)增長和列車牽引力有波動的非單調(diào)增長兩種情況對縱向作用力的影響，并得到如下結(jié)果：1. 當(dāng)機(jī)車牽引力單調(diào)增加時(shí)，如圖一3（）所示，列車在加速或起動過程中，車鉤緩沖裝置中的最大作用力一般不超過機(jī)車最大牽引力。牽引力為常數(shù)時(shí)，起動的最大縱向力沿列車長度的分布情形如圖 4（）所示。2. 當(dāng)機(jī)車牽引力非單調(diào)上升時(shí)，其特性如圖 3（）所示，作用在車鉤緩沖裝置上的縱向力大小與牽引力的變化規(guī)律有密切關(guān)系。如機(jī)車牽引力最小值發(fā)生在彈性波由機(jī)車返回之前，則車鉤緩沖裝置的縱向作用力顯著增加，尤其明顯地反映在列車中央1/3區(qū)段內(nèi)