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第三節(jié)影響車輛蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的因素第1頁,共13頁,2023年,2月20日,星期三1.影響轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)臨界速度的主要因素:
(1)輪對定位剛度K1x
,K1y:
輪對的縱向定位剛度值K1x和橫向定位剛度值K1y對轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)的臨界速度V起著決定性的影響,所以在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向架時(shí),必須選擇各種不同的參數(shù)進(jìn)行多方案比較,從而獲得最佳的匹配關(guān)系。圖4—15表明某一客車轉(zhuǎn)向架在各種不同的K1y值下,K1x與Vcr的關(guān)系。由圖可知,如果選擇不太大的輪對橫向定位剛度值。則K1x在較大的范圍內(nèi)變化時(shí),仍可獲得較高的Vcr第2頁,共13頁,2023年,2月20日,星期三
表4—3還列出某轉(zhuǎn)向架五種不同的輪對定位剛度值及其相應(yīng)的蛇行運(yùn)動(dòng)臨界速度值以供分析參考
對圖4—15的說明與表4—3的分析比較,兩者是一致的。應(yīng)該指出:對于某一種類型結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向架,其輪對定位剛度值有一最佳的匹配范圍,這個(gè)范圍需要經(jīng)過大量的計(jì)算才能獲得。例如,對于我國目前使用的客車轉(zhuǎn)向架參數(shù),它們的輪對定位剛度最佳范圍大致為:=8~30兆牛/米、K=5~10兆牛/米。
k1x=8~30兆牛/米K1Y=5~10兆牛/米。
第3頁,共13頁,2023年,2月20日,星期三2)車輪踏面斜率λ:
λ值對臨界速度V有著重要的影響,λ與V之間的關(guān)系如圖4—16所示。由圖可見,臨界速度與踏面斜率的平方根近似地成反比。實(shí)踐表明,當(dāng)使用新輪對或踏面剛旋削過,車輛蛇行運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性就很好,但經(jīng)一個(gè)階段運(yùn)用后,踏面迅速磨耗成凹形,這時(shí)輪軌接觸點(diǎn)處的有效斜率隨之增大,因此蛇行運(yùn)動(dòng)的臨界速度也因之下降。所以,日本在設(shè)計(jì)新干線電動(dòng)車組時(shí),為了提高臨界速度,將踏面斜率從1:20改成1:40。但是為了保證高速運(yùn)行時(shí)蛇行運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性,不得不增加旋修踏面的工作量。第4頁,共13頁,2023年,2月20日,星期三3)中央懸掛裝置的橫向剛度K2Y:
計(jì)算表明,K2Y增加不大(例如50%以下時(shí)),對臨界速度幾乎無甚影響,當(dāng)增加較大時(shí),臨界速度值略有提高。
K2Y值通常由改善橫向平穩(wěn)性的要求來選擇。4)蠕滑系數(shù)f11
、f22:蠕滑系數(shù)對臨界速度的影響較小,雖人為地將它增加一倍,但臨界速度值也只是略有下降。而且蠕滑系數(shù)是不能作為一個(gè)參數(shù)來選擇的,正如式(4一2)指出的那樣,它的理論值僅取決于車輪直徑及軸重,而實(shí)際上還隨著氣象條件而變化。第5頁,共13頁,2023年,2月20日,星期三5)減輕輪對及軸箱等簧下重量,對提高轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)的臨界速度是有利的。
中央懸掛裝置中回轉(zhuǎn)復(fù)原彈簧對轉(zhuǎn)向架及車體起著回轉(zhuǎn)復(fù)原的作用,選擇它的剛度值K2X較為重要。
中央彈簧裝置橫向間距對車體的橫向平穩(wěn)性有顯著的影響,所以必須從平穩(wěn)性的角度來考慮。6)
其他參數(shù):輪對的搖頭轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與質(zhì)量、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的搖頭轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與質(zhì)量、轉(zhuǎn)向架定距、軸箱彈簧裝置橫向間距等,在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向架時(shí),對這些參數(shù)很少有選擇的余地,同時(shí)它們在可變動(dòng)的范圍內(nèi)對轉(zhuǎn)向架臨界速度的影響也較小。
第6頁,共13頁,2023年,2月20日,星期三
2.影響車體蛇行運(yùn)動(dòng)臨界速度的主要因素
現(xiàn)在進(jìn)一步從整車的角度來討論影響車體蛇行運(yùn)動(dòng)臨界速度的主要因素。
第7頁,共13頁,2023年,2月20日,星期三1)輪對橫向定位剛度K1Y對車體蛇行運(yùn)動(dòng)的臨界速度VCR的影響
圖4—17表示回轉(zhuǎn)復(fù)原彈簧的剛度K2X=0、輪對縱向定位剛度值K1X=30兆牛/米時(shí),輪對橫向定位剛度值K1Y與車體和轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)臨界速度VCR的關(guān)系。
在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向架時(shí),將輪對定位剛度K1X、K1Y選擇得很大對防止蛇行運(yùn)動(dòng)是不利的。由圖還可看出,如適當(dāng)選擇K1Y值,以車體滾擺為主的蛇行運(yùn)動(dòng)是有可能避免出現(xiàn)的,但僅靠合適的K1Y來防止以車體搖頭為主的蛇行運(yùn)動(dòng)還是有困難的。第8頁,共13頁,2023年,2月20日,星期三2)輪對縱向定位剛度K1x對車體蛇行運(yùn)動(dòng)的臨界速度V的影響
如K2X=0、K1Y=30兆牛/米,可得到K1X與VCR的關(guān)系,如圖4一18所示。第9頁,共13頁,2023年,2月20日,星期三3)車體與轉(zhuǎn)向架之間裝設(shè)剛度為K2X的回轉(zhuǎn)復(fù)原彈簧,K1Y與VCR的關(guān)系
圖4—19表示在車體與轉(zhuǎn)向架之間裝設(shè)剛度為K2X的回轉(zhuǎn)復(fù)原彈簧,且當(dāng)K1X=30兆牛/米和K2X=500千牛/米時(shí),K1Y與VCR的關(guān)系。第10頁,共13頁,2023年,2月20日,星期三4)
影響車體蛇行運(yùn)動(dòng)臨界速度的其他參數(shù)還有:
(1)裝設(shè)于中央彈簧裝置中的橫向阻尼對車體蛇行運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性影響較大
第11頁,共13頁,2023年,2月20日,星期三(2)車體搖頭慣性半徑ρψ對車體蛇行的影響較為復(fù)雜
以車體下心及上心滾擺為主的車體蛇行不太受ρψ的影響,以搖頭為主的車體蛇行則隨ρψ的變動(dòng)有顯著的變化。當(dāng)ρψ非常小的時(shí)候,下部臨界速度非常高,但一旦出現(xiàn)車體蛇行,在高速時(shí)也很難消除。隨著ρψ的增大,蛇行運(yùn)動(dòng)的上部臨界速度逐漸降低,而下部臨界速度變化不大,因此蛇行運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定區(qū)縮小,所以總可以找到能完全消除車體蛇行運(yùn)動(dòng)的適當(dāng)?shù)摩薛字怠T谠O(shè)計(jì)車體時(shí),希望ρψ在5—7.5米的范圍內(nèi)考慮車體的重量分配。第12頁,共13頁,2023年,2月20日,星期三(3)車輛定距2L對以車體搖頭為主的蛇行運(yùn)動(dòng)影響較大
2L在某個(gè)值以下時(shí),明顯地出現(xiàn)不穩(wěn)定的搖頭蛇行,車體搖頭蛇行的范圍隨著2L的增大而縮小。目前我國主型客車的2L=17米,這個(gè)數(shù)值還是較為合適的。
(4)中央彈簧和軸箱彈簧的垂直剛度對車體蛇行運(yùn)動(dòng)的臨界速度影響不
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