軌道交通車輛動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)(二)

1、軌道交通車輛動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)軌道交通車輛動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（二）（二）董英榮 2016.11.12 車輛運(yùn)行安全性只有在輪軌處于正常接觸狀態(tài)時(shí)才能得到保證。 由于車輛在線路上運(yùn)行時(shí)受到各種力的作用，在最不利的組合情況下，可能破壞車輛正常運(yùn)行的條件，使輪軌分離，從而造成車輛脫軌或傾覆事故，這就稱為車輛失去車輛失去運(yùn)行安全性運(yùn)行安全性。（一）傾覆系數(shù)；（一）傾覆系數(shù)；（二）抗脫軌穩(wěn)定性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：（二）抗脫軌穩(wěn)定性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)： （1）車輪脫軌系數(shù)）車輪脫軌系數(shù) （2）輪對(duì)脫軌系數(shù)）輪對(duì)脫軌系數(shù) （3）輪重減載率）輪重減載率 （4）車輪跳軌）車輪跳軌 （5）橫向力允許限度）橫向力允許限度（三）柔度系數(shù)（三）柔

2、度系數(shù)車輛車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)一、車輛抗傾覆穩(wěn)定性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)： 車輛在運(yùn)行時(shí)受到各種橫向力的作用，如風(fēng)力、離心力、線路超高引起的重力橫向分量以及橫向振動(dòng)慣性力等，從而造成車輛的一側(cè)車輪減載，另一側(cè)車輪增載。 如果各種橫向力在最不利組合作用下，車輛一側(cè)車輪與鋼軌之間的垂向力減少到零，車輛有傾覆的危險(xiǎn)。 車輛傾覆的三種情況：1、曲線外傾覆：曲線外傾覆：車輛在曲線上運(yùn)行時(shí)，由于受風(fēng)力、離心力和橫向振動(dòng)慣性力等的作用及其不利的組合時(shí)，使車輛向曲線外側(cè)傾覆。這種情況一般發(fā)生在高速運(yùn)行時(shí)；2、曲線內(nèi)傾覆：曲線內(nèi)傾覆：當(dāng)車輛緩慢地駛?cè)肭€時(shí)，由于車體內(nèi)傾，同時(shí)受側(cè)向力（風(fēng)力、振

3、動(dòng)慣性力等）的作用下，使車輛向曲線內(nèi)側(cè)傾覆；3、直線傾覆：直線傾覆：當(dāng)車輛在直線上運(yùn)行時(shí)，由于受極大的側(cè)向風(fēng)力作用，或者再加上由于線路原因造成車輛嚴(yán)重的橫向振動(dòng)致使車輛傾覆。 傾覆系數(shù)：1212PPPPPPDstdGB 5599-85規(guī)定“試驗(yàn)鑒定車輛的傾覆系數(shù)應(yīng)滿足下列要求：8 . 0D傾覆系數(shù)應(yīng)在試驗(yàn)車輛以線路容許的最高速度通過(guò)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)下測(cè)試。試驗(yàn)鑒定車輛同一側(cè)各車輪或一臺(tái)轉(zhuǎn)向架同一側(cè)各車輪其傾覆系數(shù)同時(shí)達(dá)到或超過(guò)0.8時(shí)，方被認(rèn)為有傾覆危險(xiǎn)。 （一）傾覆系數(shù)及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)： （二）防止車輛傾覆的安全措施 ： 對(duì)于車輛結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，車輛傾覆主要取決于車輛彈簧懸掛裝置的橫向剛度和角剛度以及重心高

4、度。 在一定外力的作用下，橫向剛度越小，車體橫向偏移也越大；角剛度越小，車體傾角越大；重心越高，車體橫向偏移也越大。因此，增大其橫向剛度、角剛度及降低重增大其橫向剛度、角剛度及降低重心高度，對(duì)于防止車輛傾覆地效果較為顯著。心高度，對(duì)于防止車輛傾覆地效果較為顯著。 為了既能改善車輛振動(dòng)性能，又能防止車輛傾覆，通常采用增大彈簧角剛度的辦法。也就是在不增大彈簧垂直不增大彈簧垂直剛度剛度的前提下，盡量增大左右側(cè)彈簧的橫向間距增大左右側(cè)彈簧的橫向間距來(lái)增大抵抗車體側(cè)向轉(zhuǎn)動(dòng)的反力矩，從而減小車體的傾角。此外，可以采用抗側(cè)滾減振器。 二、輪對(duì)抗脫軌穩(wěn)定性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)： 車輪給鋼軌的橫向力Q很大，垂向力P很小

5、，新的接觸點(diǎn)逐漸移向輪緣根部，車輪逐漸升高。 輪緣上接觸點(diǎn)位置到達(dá)輪緣圓弧面上的拐點(diǎn)，即輪緣根部與中部圓弧連接處輪緣傾角最大的一點(diǎn)時(shí)，就達(dá)到爬軌的臨界點(diǎn)。由于輪緣傾角變小，車輪有可能逐漸爬上鋼軌直到輪緣頂部達(dá)到鋼軌頂面而脫軌。 爬軌：爬軌：車輪爬上鋼軌需要一定時(shí)間，這種脫軌方式稱為爬軌，一般發(fā)生在低速低速通過(guò)小半徑曲線時(shí)。（車體內(nèi)傾） 跳軌：跳軌：在高速高速情況下，由于輪軌之間的沖擊力造成車輪跳上鋼軌，這種脫軌方式稱跳軌。 掉軌：掉軌：當(dāng)輪軌之間的橫向力過(guò)大，使軌距擴(kuò)寬軌距擴(kuò)寬，使車輪落入軌道內(nèi)側(cè)而脫軌。特別是車輛在不良線路上高速運(yùn)行和長(zhǎng)大貨物車通過(guò)曲線時(shí)，會(huì)有這種情況。 輪對(duì)脫軌方式輪對(duì)脫軌

6、方式（一）根據(jù)車輪作用于鋼軌的橫向力（一）根據(jù)車輪作用于鋼軌的橫向力Q評(píng)定評(píng)定車輪車輪抗脫抗脫軌穩(wěn)定性：軌穩(wěn)定性：NaQaPNaQaPsincoscossinaaPQtan1tanaaPQtan1tan車輪脫軌系數(shù) 上式是一種最基本的脫軌條件，實(shí)際情形往往復(fù)雜得多。脫軌系數(shù)不僅與 、 有關(guān)，而且與輪軌沖角、曲線半徑、車輪直徑、運(yùn)行速度以及輪軌之間的蠕滑力等因素相關(guān)。 爬軌條件： PQa2 . 1PQ我國(guó)車輛標(biāo)準(zhǔn)車輪輪緣角2169a，實(shí)測(cè)結(jié)果7068a摩擦系數(shù)一般為0.200.30。 確定脫軌系數(shù)的允許限度時(shí)，可取摩擦系數(shù)的上限0.30.35，取 的下限。 a當(dāng)32. 068a2 . 1PQ根據(jù)

7、GB 5599-85軌道，當(dāng)橫向力作用時(shí)間大于0.05s時(shí)，脫軌系數(shù)：容許值：安全值：0 . 1PQ（二）根據(jù)構(gòu)架力（二）根據(jù)構(gòu)架力H評(píng)定評(píng)定輪對(duì)輪對(duì)抗脫軌穩(wěn)定性：抗脫軌穩(wěn)定性：222222111111tan1tantan1tanaaPQaaPQ21QQH222212111211tan1tanaaPPPQPQQPH2tana數(shù)值不大，可取0tan2a，于是可得輪對(duì)脫軌條件：111112211tan1tanaaPPHPQ122PPH輪對(duì)脫軌系數(shù)輪對(duì)脫軌系數(shù)我國(guó)軌道取 為0.24，當(dāng)H的作用時(shí)間不大于0.05s時(shí)，輪對(duì)脫軌系數(shù)，即：2 . 124. 012PPH容許值0 . 124. 012PPH

8、安全值 2（三）車輪跳軌的評(píng)定指標(biāo)：（三）車輪跳軌的評(píng)定指標(biāo)： 側(cè)向力只在很短的時(shí)間內(nèi)起作用，并認(rèn)為側(cè)向力作用時(shí)間大于0.05秒時(shí)為爬軌，小于0.05秒時(shí)為跳軌。據(jù)此，有些國(guó)家的脫軌系數(shù)安全指標(biāo)為： 對(duì)于側(cè)向力作用時(shí)間大于0.05秒時(shí)，采用前述的車輪脫軌系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)于側(cè)向力作用時(shí)間小于0.05秒時(shí)為：tPQ04. 0我國(guó)對(duì)輪軌瞬時(shí)沖擊而造成車輪跳軌的脫軌系數(shù)無(wú)明確規(guī)定。 （四）根據(jù)輪重減載率評(píng)定車輪抗脫軌穩(wěn)定性（四）根據(jù)輪重減載率評(píng)定車輪抗脫軌穩(wěn)定性 ：111111tan1tanaaPQ222212111tan1tanaaPPPQPH1111222212tan1tantan1tanaaaaP

9、P0H2121PPP1221PPP2222111111112222tan1tantan1tantan1tantan1tanaaaaaaaaPPPP輪重減載率 脫軌必要條件： 65. 0PP我國(guó)TB 449-76錐形踏面的70681a201arctan2a25. 02 . 01，則PP0.65時(shí)，車輪有爬軌的危險(xiǎn)。我國(guó)規(guī)定輪重減載率為：容許標(biāo)準(zhǔn) 安全標(biāo)準(zhǔn) 60. 0PP（五）輪軌間最大橫向力（五）輪軌間最大橫向力Q的標(biāo)準(zhǔn)：的標(biāo)準(zhǔn)：， GB 5599-85軌道“推薦應(yīng)用橫向力運(yùn)行限度鑒定試驗(yàn)車輛在運(yùn)行過(guò)程中是否會(huì)導(dǎo)致軌距擴(kuò)寬（道釘拔起）或線路產(chǎn)生嚴(yán)重變形（鋼軌和軌枕在道床上出現(xiàn)橫向滑移或擠翻鋼軌）

10、，按車輛通過(guò)時(shí)對(duì)線路的影響，橫向力的允許限度采用以下標(biāo)準(zhǔn)： 道釘拔起，道釘應(yīng)力為彈性極限彈性極限時(shí)的限度： stPQ3 . 019道釘應(yīng)力為屈服極限屈服極限時(shí)的限度： stPQ3 . 029橫向力Q單位為KN屈服點(diǎn)：鋼材或試樣在拉伸時(shí)，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限，即使應(yīng)力不再增加，而鋼材或試樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，稱此現(xiàn)象為屈服，而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力值即為屈服點(diǎn)。彈性極限：指金屬材料受外力（拉力）到某一限度時(shí)，若除去外力，其變形（伸長(zhǎng)）即消失而恢復(fù)原狀 線路嚴(yán)重變形的限度： 對(duì)于混凝土軌枕： 21085. 021ststPPH對(duì)于木軌枕： 21585. 021ststPPH三、柔度系數(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)：歐洲鐵路聯(lián)盟（UIC）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定： 確定動(dòng)態(tài)限界、防止車輛與沿線固定設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備相碰撞而影響行車安全?？蛙嚨娜岫认禂?shù) ：4 . 0S貨車的柔度系數(shù) ：2 . 0S（以裝載狀態(tài)為準(zhǔn)） 評(píng)價(jià)指標(biāo)表達(dá)式容許值安全值脫軌系數(shù)車輪脫軌系數(shù)1.