《動(dòng)車組車輛設(shè)計(jì)技術(shù)》課件全套 1.動(dòng)車組車輛設(shè)計(jì)概述 -7.車端連接裝置設(shè)計(jì)

動(dòng)車組車輛設(shè)計(jì)技術(shù)第1章

動(dòng)車組車輛設(shè)計(jì)概述1.1

軌道交通車輛開發(fā)概述1.2

動(dòng)車組設(shè)計(jì)理論及發(fā)展趨勢目錄

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CONTENTS軌道交通車輛開發(fā)概述1.1典型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程包含4個(gè)階段：典型產(chǎn)品的開發(fā)過程1.1.1概念開發(fā)和產(chǎn)品規(guī)劃階段詳細(xì)設(shè)計(jì)階段小規(guī)模生產(chǎn)階段增量生產(chǎn)階段1.1.2

縮短產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)間的途徑許多企業(yè)的設(shè)計(jì)開發(fā)周期往往很長，一般要占到總生產(chǎn)周期的60%，因而成為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的“瓶頸”。下面列舉了縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期的幾種主要方法：1提高產(chǎn)品“三化”程度，擴(kuò)大產(chǎn)品結(jié)構(gòu)繼承性產(chǎn)品“三化”是指產(chǎn)品系列化、零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化是另一種簡化設(shè)計(jì)、減少零部件總數(shù)的設(shè)計(jì)合理化措施?？s短產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)間的途徑1.1.23計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)將新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，大量煩瑣的重復(fù)性勞動(dòng)交給計(jì)算機(jī)來處理。4并行工程并行工程把分階段順序進(jìn)行（串行）的過程變?yōu)椴⑿羞M(jìn)行的過程，使產(chǎn)品開發(fā)不再是產(chǎn)品設(shè)計(jì)一個(gè)部門的工作，而是所有對(duì)產(chǎn)品開發(fā)具有重要影響的部門都參與的集體工作。軌道車輛產(chǎn)品開發(fā)過程1.1.3調(diào)查研究與初始決策制訂設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù)書車輛設(shè)計(jì)工廠組織試制、試驗(yàn)和鑒定小批量生產(chǎn)及運(yùn)用考驗(yàn)國鐵集團(tuán)組織鑒定批量生產(chǎn)軌道車輛產(chǎn)品開發(fā)過程1.1.31.設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù)書設(shè)計(jì)任務(wù)書是產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作的依據(jù)，一般設(shè)計(jì)任務(wù)書的內(nèi)容包括6項(xiàng)：（1）產(chǎn)品用途（客運(yùn)/貨運(yùn)、高速/普速）。（2）基本技術(shù)條件（軌距、構(gòu)造速度、限界、通過最小曲線半徑等）。（3）主要技術(shù)參數(shù)（固定軸距、車輛定距等）。（4）車輛零部件的型式與要求：①

車體型式與要求；②

轉(zhuǎn)向架的型式與要求；③

制動(dòng)裝置的型式與要求；④

車鉤緩沖裝置的型式與要求；⑤

車輛設(shè)備的型式與要求（客車的供電設(shè)備、采暖及空調(diào)設(shè)備、衛(wèi)生及給水設(shè)備等）。（5）材質(zhì)要求。（6）其他要求。軌道車輛產(chǎn)品開發(fā)過程2.車輛設(shè)計(jì)過程車輛設(shè)計(jì)工作由設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù)書下達(dá)后開始，一般經(jīng)過方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和工作圖設(shè)計(jì)階段。（1）方案設(shè)計(jì)是確定所開發(fā)產(chǎn)品的原理解，主要完成總體布置圖等工作。（2）技術(shù)設(shè)計(jì)是尋找所開發(fā)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)解，應(yīng)完成機(jī)械工作圖等工作。技術(shù)設(shè)計(jì)階段進(jìn)一步確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以圖、系統(tǒng)圖、明細(xì)表、說明書等形式表示出來。（3）工程圖設(shè)計(jì)是尋找所開發(fā)產(chǎn)品的工藝解，也叫施工設(shè)計(jì)，應(yīng)完成加工組裝圖等工作。車輛設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)文件直接表達(dá)了產(chǎn)品的技術(shù)水平和對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求，規(guī)定了產(chǎn)品的性能和使用維修條件，是組織車輛生產(chǎn)的主要依據(jù)之一。工作圖設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的完成階段。1.1.3軌道車輛產(chǎn)品開發(fā)過程3.車輛設(shè)計(jì)的內(nèi)容動(dòng)車組設(shè)計(jì)動(dòng)車組總體設(shè)計(jì)（總布置設(shè)計(jì)）動(dòng)車組總成設(shè)計(jì)零件設(shè)計(jì)任務(wù)是使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)書所規(guī)定的整列車參數(shù)和性能指標(biāo)的要求，并將這些整車參數(shù)和性能指標(biāo)分解為有關(guān)總成的參數(shù)和功能。主要任務(wù)是滿足整列車設(shè)計(jì)對(duì)總成功能和布置的要求，也有一個(gè)是否易于維修、保養(yǎng)的人-機(jī)關(guān)系問題。主要是滿足總成的設(shè)計(jì)要求并解決強(qiáng)度、壽命和生產(chǎn)技術(shù)問題。1.1.3軌道車輛產(chǎn)品開發(fā)過程4.車輛設(shè)計(jì)原則車輛設(shè)計(jì)是車輛生產(chǎn)的第一道工序，通俗地講車輛設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹“安全第一，照章辦事！”的基本原則，具體原則包括：（1）要求運(yùn)用安全、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)。（2）做到保證使用、方便修造、美觀舒適。（3）積極采用和發(fā)展“三新”，即新技術(shù)、新工藝、新材料。（4）必須重視產(chǎn)品的“三化”，即標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化。（5）在保證可靠性的前提下盡可能輕量化。（6）設(shè)計(jì)要在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的指導(dǎo)下進(jìn)行。1.1.3軌道車輛產(chǎn)品開發(fā)過程5.車輛試制、試驗(yàn)和鑒定任務(wù)設(shè)計(jì)人員應(yīng)做好下列工作：（1）搞好試制工作的現(xiàn)場服務(wù)，做好圖紙和技術(shù)文件的驗(yàn)證工作。（2）進(jìn)行必要的樣品強(qiáng)度試驗(yàn)和性能試驗(yàn)工作。（3）為廠級(jí)鑒定提供設(shè)計(jì)工作報(bào)告和標(biāo)準(zhǔn)化審查報(bào)告。（4）搜集整理小批生產(chǎn)和試運(yùn)行資料，為部級(jí)鑒定做準(zhǔn)備。（5）此外，在車輛生產(chǎn)中和出廠后，車輛設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該做好技術(shù)服務(wù)工作，認(rèn)真積累車輛生產(chǎn)、運(yùn)用、檢修方面的資料，及時(shí)正確地處理有關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量問題。1.1.3軌道車輛產(chǎn)品開發(fā)過程6.新產(chǎn)品試制各階段標(biāo)準(zhǔn)化審查內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)研究階段的審查內(nèi)容。（2）樣機(jī)試制階段的審查內(nèi)容。（3）小批件試制階段。1.1.31.2動(dòng)車組設(shè)計(jì)理論及發(fā)展趨勢1.2.1動(dòng)車組設(shè)計(jì)理論的作用動(dòng)車組設(shè)計(jì)理論是指導(dǎo)動(dòng)車組設(shè)計(jì)實(shí)踐的，而動(dòng)車組設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的長期積累和動(dòng)車組生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，又使動(dòng)車組設(shè)計(jì)理論得到不斷的發(fā)展與提高。動(dòng)車組設(shè)計(jì)技術(shù)是動(dòng)車組產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法和手段，是動(dòng)車組設(shè)計(jì)實(shí)踐的軟件和硬件。動(dòng)車組設(shè)計(jì)理論以機(jī)械設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，并考慮到其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用條件的復(fù)雜多變以及大批量生產(chǎn)等情況。它涉及許多基礎(chǔ)理論、專業(yè)基礎(chǔ)理論及專業(yè)知識(shí)。動(dòng)車組設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)歷了由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)展到以科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)分析為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)階段，自20世紀(jì)60年代中期在設(shè)計(jì)中引入電子計(jì)算機(jī)后又形成了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）等新方法，使設(shè)計(jì)逐步實(shí)現(xiàn)向半自動(dòng)化和自動(dòng)化演變?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法大都以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，由不同層次的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件來支撐，對(duì)大量的公式推導(dǎo)和死記硬背是沒有必要的，也是不可取的。學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法最主要的任務(wù)是掌握其理論與原理，了解其作用與局限性，并學(xué)會(huì)用CAD/CAE軟件來解決工程實(shí)際問題。1.2.2虛擬樣機(jī)技術(shù)虛擬樣機(jī)技術(shù)是以并行工程思想為指導(dǎo)，建模仿真理論為核心，以各領(lǐng)域CAx（如CAD、CAM、CAE等）/DFx（如DFA、DFM等）/仿真為工具的一種綜合應(yīng)用技術(shù)。虛擬樣機(jī)是由分布的不同工具開發(fā)的甚至異構(gòu)的子模型組成的模型聯(lián)合體，虛擬樣機(jī)貫穿產(chǎn)品全生命周期。1.虛擬樣機(jī)技術(shù)簡介虛擬樣機(jī)的類型虛擬樣機(jī)技術(shù)2.虛擬樣機(jī)技術(shù)在鐵路產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用德國機(jī)器人和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究所的研究人員將CAD軟件、有限元分析軟件ANSYS、多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件SIMPACK，以及疲勞壽命預(yù)測分析軟件FATIGUE有效地集成在一起，通過建模/仿真對(duì)鐵路車輛轉(zhuǎn)向架進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測分析，具體步驟如下：（1）利用多體動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算出作用到轉(zhuǎn)向架的動(dòng)態(tài)負(fù)載。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架被作為彈性體進(jìn)行考慮，而高度非線性的輪軌接觸則被建模為準(zhǔn)彈性體。（2）利用有限元分析計(jì)算出在動(dòng)態(tài)負(fù)載作用下，轉(zhuǎn)向架應(yīng)力元集中地方的應(yīng)力。（3）將這些應(yīng)力值輸入到疲勞壽命預(yù)測分析軟件中，進(jìn)行轉(zhuǎn)向架疲勞壽命的預(yù)測。1.2.2虛擬樣機(jī)技術(shù)2.虛擬樣機(jī)技術(shù)在鐵路產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)在鐵道車輛設(shè)計(jì)中的應(yīng)用涉及強(qiáng)度、動(dòng)力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。鐵路車輛虛擬樣機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的分析內(nèi)容1.2.2虛擬樣機(jī)技術(shù)2.虛擬樣機(jī)技術(shù)在鐵路產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用虛擬樣機(jī)制造技術(shù)在鐵道設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用過程如圖所示。虛擬樣機(jī)技術(shù)在鐵道車輛設(shè)計(jì)中的應(yīng)用1.2.2感謝觀看《動(dòng)車組車輛設(shè)計(jì)技術(shù)》動(dòng)車組車輛設(shè)計(jì)技術(shù)第2章

動(dòng)車組車輛總體設(shè)計(jì)2.1

車輛總體設(shè)計(jì)概述目錄

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CONTENTS2.2

車輛技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

車輛總體布置設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)向架總體設(shè)計(jì)車輛總體設(shè)計(jì)概述2.12.1.1

車輛總體設(shè)計(jì)原則在車輛總體設(shè)計(jì)中必須滿足以下要求：（1） 設(shè)計(jì)任務(wù)書所提出的基本要求。（2）（5）設(shè)計(jì)上要做到安全可靠、方便使用、利于修造、美觀舒適、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)，應(yīng)具有現(xiàn)代化氣息和時(shí)代感。要積極采用和發(fā)展新技術(shù)、新工藝、新材料，要貫徹一切通過試驗(yàn)的原則。設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件，簡化配件規(guī)格，考慮成批生產(chǎn)的可能性。選用材料的規(guī)格、牌號(hào)要力求統(tǒng)一簡化，要立足國內(nèi)市場供應(yīng)。學(xué)習(xí)和借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)要同創(chuàng)新相結(jié)合。節(jié)省能源和輕量化設(shè)計(jì)，適應(yīng)環(huán)境影響的各種要求設(shè)計(jì)。2.1.1

車輛總體設(shè)計(jì)原則在車輛總體設(shè)計(jì)中必須考慮以下問題，并協(xié)調(diào)好相互間的關(guān)系。（6）盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的零、部件。（1）保證運(yùn)輸安全。（2）方便使用。（3）具有合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和性能。（7）材料的來源須充足。（5）結(jié)構(gòu)的工藝性要好。（4）減少維修、保養(yǎng)的費(fèi)用。2.1.2

車輛總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容（1）確定動(dòng)車組的組成方式、牽引與制動(dòng)性能、結(jié)構(gòu)形式、主要參數(shù)和性能等。（2）選好標(biāo)準(zhǔn)部件和專用部件，如轉(zhuǎn)向架、牽引電機(jī)、車鉤緩沖裝置的選用等。（3）繪出動(dòng)車組、各車輛總圖和斷面圖，包括客車平面布置圖、立面布置圖、梁柱布置圖以及車外設(shè)備的布置圖，進(jìn)行質(zhì)量均衡估算。確定各組成部分的尺寸和位置。（4）考慮特殊零部件的結(jié)構(gòu)形式、主要尺寸；活動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)范圍分析；確定部件間連接形式或安裝方式等。（5）制訂各主要組成部件的設(shè)計(jì)要求。（6）調(diào)和解決各組成部件在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的矛盾和問題。（7）車輛的美工造型是動(dòng)車組設(shè)計(jì)過程中不可缺少的組成部分，通過美工造型使車輛新結(jié)構(gòu)能在功能、運(yùn)用、工藝的美學(xué)上都達(dá)到最佳效果。（8）各種有關(guān)的分析計(jì)算工作，如系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、強(qiáng)度、剛度、性能參數(shù)等的分析計(jì)算。（9）對(duì)車輛的某些部件應(yīng)廣泛采用試驗(yàn)研究的方法，應(yīng)用模型試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。2.1.3

動(dòng)車組主要組成部件的設(shè)計(jì)要求1車體結(jié)構(gòu)組成2轉(zhuǎn)向架3牽引電動(dòng)機(jī)與齒輪傳動(dòng)裝置4制動(dòng)系統(tǒng)5車鉤緩沖裝置6車內(nèi)設(shè)備7客車給水、采暖、衛(wèi)生和空調(diào)設(shè)備8輔助電氣設(shè)備車輛技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)2.22.2.1

車輛性能參數(shù)確定性能參數(shù)主要指其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其設(shè)計(jì)的確定原則如下：（1）合理選定自重系數(shù)。（2）合理選定比容系數(shù)。（3）盡量達(dá)到每延米軌道載重的允許值。（4）合理確定車輛的軸重、軸數(shù)和定員。2.2.2

車輛總體尺寸設(shè)計(jì)1.長度方向尺寸的確定（1）車體內(nèi)長。車體內(nèi)長與運(yùn)輸對(duì)象有密切關(guān)系。（2）車輛其他長度尺寸。車輛停在曲線上時(shí)，其中部向曲線內(nèi)側(cè)偏移，端部向由線外側(cè)偏移，偏移量的大小與車輛長度、車輛定距、轉(zhuǎn)向架固定軸距以及曲線半徑有關(guān)，可按下列公式進(jìn)行計(jì)算：如圖所示，對(duì)于有轉(zhuǎn)向架的四軸車端部偏移量We和中部偏移量Wm分別為有轉(zhuǎn)向架的四軸車偏移量式中，L為車體長度；l為車輛定距；S為轉(zhuǎn)向架固定軸距；R為線路曲線半徑。2.2.2

車輛總體尺寸設(shè)計(jì)1.長度方向尺寸的確定為了更充分合理地利用限界，應(yīng)盡量使車輛中部的偏移量和端部的偏移量相等。由以上兩式得也就是說在設(shè)計(jì)車輛時(shí)，其車體長度與車輛定距之比等于1.4左右比較合理。車輛全長與車體外長間的關(guān)系主要與用什么形式的牽引緩沖裝置有關(guān)。對(duì)于使用15號(hào)車鉤的車輛，其鉤舌內(nèi)側(cè)面距車體外緣為468.5～469.5

mm。2.2.2

車輛總體尺寸設(shè)計(jì)2.

寬度方向尺寸的確定車輛寬度方向的尺寸主要受限界的嚴(yán)格控制。原則上，在設(shè)計(jì)機(jī)車車輛時(shí)只要在限界的允許范圍內(nèi)，都應(yīng)想辦法把車體設(shè)計(jì)得盡可能寬些。車輛寬度方向的尺寸主要受限界的嚴(yán)格控制。車體最寬處尺寸為2.6

m。中國鐵路機(jī)車車輛限界和基本建筑物限界2.2.2

車輛總體尺寸設(shè)計(jì)3.

高度方向尺寸的確定高度的確定車輛上部高度的確定車鉤高的確定車輛地板面高度的確定客車內(nèi)部希望有較高的凈空，因此車頂必須有一個(gè)合適的高度，不同國家的客車車頂高是不同的。車鉤連掛后為了安全可靠，列車中各輛車的鉤高應(yīng)基本一致。我國車輛在新造或修竣時(shí)空車狀態(tài)的鉤高標(biāo)準(zhǔn)值為880

mm，CRH

系列動(dòng)車組的車鉤高約1000

mm。地板面距軌面高度將受到站臺(tái)高度、車鉤高度及轉(zhuǎn)向架心盤面高度等多種因素的制約，而且這些因素對(duì)每一種車的影響又不完全一致。車輛總體布置設(shè)計(jì)2.32.3.1

車輛總體布置設(shè)計(jì)的原則與設(shè)計(jì)內(nèi)容1.

車輛總體布置設(shè)計(jì)原則（1）質(zhì)量均必須保證質(zhì)量分配均勻，以利于牽引力的充分發(fā)揮。要充分滿足設(shè)備安裝、拆卸、檢查和檢修方便的要求。（2）空間夠（3）費(fèi)用省應(yīng)注意節(jié)約導(dǎo)線、電纜和壓縮空氣、冷卻空氣管路。（4）環(huán)境美安全和舒適。2.3.1

車輛總體布置設(shè)計(jì)的原則與設(shè)計(jì)內(nèi)容2.車輛總體布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容（1）車輛作業(yè)空間的分析與設(shè)計(jì)。① 車輛列檢人員的作業(yè)空間分析。車輛在運(yùn)用過程中必須要有專職人員時(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)其技術(shù)狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)技術(shù)狀態(tài)不良，必須及時(shí)予以處理或排除。② 貨車裝卸作業(yè)空間分析。貨車中敞、棚、保、罐、平等車種裝的貨物各不相同，有的必須用機(jī)械才能裝卸；有的既可用機(jī)械裝卸也可用人力裝卸；有的基本上用人力或半人力裝卸。③ 連接調(diào)車人員的作業(yè)分析。由于調(diào)車作業(yè)中車輛是在運(yùn)動(dòng)的，連接調(diào)車員時(shí)而需跟車跑步前進(jìn)，時(shí)而需攀附在車側(cè)腳蹬處隨車前進(jìn)，有時(shí)亦需攀緣至手制動(dòng)處，雙手操縱手制動(dòng)盤以控制車輛溜放速度。2.3.1

車輛總體布置設(shè)計(jì)的原則與設(shè)計(jì)內(nèi)容2.車輛總體布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容（2）客車客室設(shè)計(jì)。① 主客室設(shè)計(jì)。座車的主客室設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于座席的安排與布置，而座席的安排和布置又與定員數(shù)和車種有關(guān)。從人體尺寸可知，椅子的間距與坐墊距地板面的高度有關(guān)。客室設(shè)計(jì)中還應(yīng)充分考慮便于列車乘務(wù)人員清掃客室。從客車防火要求來說，要設(shè)法用阻燃、不燃的材料，且在受熱時(shí)這些材料應(yīng)盡量少排出煙霧及有毒氣體。② 廁所、盥洗室的設(shè)計(jì)。這兩個(gè)小間內(nèi)的設(shè)備、附件必須為良好的耐蝕、防蝕制品，如不銹鋼制品、鋁制品、玻璃鋼等塑料制品。這兩個(gè)小間的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡潔，避免溝槽，以便擦抹。廁所的窗玻璃必須采用毛玻璃，而盥洗室的窗玻璃是否也采用毛玻璃則須根據(jù)其功能而定。在設(shè)計(jì)這些小間時(shí)應(yīng)充分考慮其空間和面積的利用，使其結(jié)構(gòu)緊湊，如門，若不考慮殘疾人輪椅的進(jìn)出，其寬度僅容一人進(jìn)出即可。2.3.2

車輛總體布置圖繪制車輛總布置草圖的繪制要點(diǎn)如下：（1）搜集和繪制有關(guān)總成、部件的外形圖。（2）選擇繪圖的基準(zhǔn)線（面）。（3）車內(nèi)布置。（4）轉(zhuǎn)向架及其他車外設(shè)備布置。（5）相關(guān)計(jì)算與校核。CRH2型動(dòng)車組的總體布置草圖注：8輛編組，1、2、3、4、5、6、8號(hào)車為二等座車，其中5號(hào)車為餐座合造車；7號(hào)車為一等座車，其中7

號(hào)車設(shè)殘疾人廁所。全列定員：610人，其中一等座車51人，二等座席559人?？倛D繪制總布置草圖繪制總布置方案優(yōu)化總布置尺寸控制圖繪制2.3.3 車輛總體設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算1.直線限界校驗(yàn)機(jī)車車輛停放在水平直線上無側(cè)向傾斜及偏移時(shí)，除電力機(jī)車升起的受電弓外，其他任何部分均應(yīng)容納在線路輪廓之內(nèi)，不得超越。檢驗(yàn)時(shí)采用的方法如下：（1）所有豎直高度均從軌面算起。（2）所有橫向?qū)挾染鶑闹写咕€向兩側(cè)計(jì)算。（3）一輛車在某個(gè)橫截面處的總寬雖然不超限，但是只要某側(cè)半寬超限即為超限。2.3.3 車輛總體設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算2.車輛幾何曲線通過校驗(yàn)校驗(yàn)內(nèi)容：（1）將兩轉(zhuǎn)向架皆置于最大外移位置以校驗(yàn)車體端部是否能通過限界。（2）將兩轉(zhuǎn)向架皆置于最大偏斜位置以校驗(yàn)車體中部是否能通過限界。計(jì)算方法：先求出車體轉(zhuǎn)心對(duì)外軌的偏移量，然后求出車體縱軸線上指定點(diǎn)對(duì)外軌的偏移量。若指定點(diǎn)在外軌外側(cè)（如車體端部），則（偏移量＋全間隙/2＋車體寬度/2

）應(yīng)小于一半限界寬度；若指定點(diǎn)在內(nèi)軌內(nèi)側(cè)（例如車體中部），則（偏移量－全間隙/2＋車體寬度/2）應(yīng)小于一半限界寬度。（a）兩轉(zhuǎn)向架都在最大外移位（b）兩轉(zhuǎn)向架都在最大偏斜位車體偏移量2.3.3 車輛總體設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算2.車輛幾何曲線通過校驗(yàn)由圖分析可得，轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)心的位置X1、車體轉(zhuǎn)心對(duì)外軌的偏移量???和車體縱軸線上指定點(diǎn)對(duì)外軌的偏移量Yi分別為車體與轉(zhuǎn)向架相對(duì)位置式中，R為曲線半徑；

???心為轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)心對(duì)外軌的偏移量；??心為轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)心至車體轉(zhuǎn)心的距離；Xi為車體縱軸線上指定點(diǎn)至車體轉(zhuǎn)心的距離。2.3.3 車輛總體設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算車體與轉(zhuǎn)向架相對(duì)位置3.車輛相關(guān)部件之間間隙的確定（1）曲線上車體和轉(zhuǎn)向架的最大轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)向架在車輛通過曲線時(shí)可能形成3種位置，且當(dāng)運(yùn)行速度較低時(shí)必然取得最大傾斜位置，車體與轉(zhuǎn)向架之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的最大夾角就產(chǎn)生在前、后兩臺(tái)轉(zhuǎn)向架均處于最大傾斜位置時(shí)，如圖所示。2.3.3 車輛總體設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算3.車輛相關(guān)部件之間間隙的確定（1）曲線上車體和轉(zhuǎn)向架的最大轉(zhuǎn)角。車體與轉(zhuǎn)向架之間的夾角??1及??2兩部分構(gòu)成。??1是轉(zhuǎn)向架處于最大傾斜位置時(shí)，轉(zhuǎn)向架縱向中心線與線路縱向中心線之間的夾角，??2是車體縱向中心線與線路縱向中心線之間的夾角，其值可由下式求得，即2.3.3 車輛總體設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算3.車輛相關(guān)部件之間間隙的確定（2）曲線上兩車端部最小間隙及車鉤的水平擺角。車輛通過平面曲線時(shí)，兩車端部的最小間隙及車鉤的擺角。當(dāng)列車通過曲線區(qū)段時(shí)，為了確保相鄰兩車在通過曲線時(shí)端部不會(huì)相碰，間隙必須大于相鄰兩個(gè)緩沖器的行程及鉤緩裝置各部分最大縱向磨耗量之和，且應(yīng)留有必要的安全裕量。相鄰兩車輛在曲線上的位置2.3.3 車輛總體設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算相鄰兩車輛的端部間隙3.車輛相關(guān)部件之間間隙的確定（2）曲線上兩車端部最小間隙及車鉤的水平擺角。為了確保相鄰兩車車通過曲線時(shí)端部不會(huì)相碰，間隙?必須大于相鄰兩個(gè)緩沖器的全壓縮行程之和加上鉤緩裝置各部分最大縱向磨耗量，且由留有必要的安全裕量。2.3.3 車輛總體設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算變坡點(diǎn)處車鉤與車體間隙3.車輛相關(guān)部件之間間隙的確定（3）變坡點(diǎn)處兩車端部最小間隙及車鉤的垂直擺角。在變坡點(diǎn)處，車鉤力為拉伸力，兩相連車鉤拉緊呈一直線，車鉤與車體以鉤尾銷處為鉸節(jié)點(diǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)，車體與車鉤之間的間隙和夾角如圖所示。動(dòng)車組中車鉤最大擺角：水平約±12°；垂直約±3°。2.3.3 車輛總體設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算曲線上車體和轉(zhuǎn)向架的轉(zhuǎn)角參數(shù)化校核3.車輛相關(guān)部件之間間隙的確定（4）車輛相關(guān)部件之間間隙的參數(shù)化校核?？梢岳肧olidWorks

等三維

CAD

軟件尺寸驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，直接在軟件中進(jìn)行幾何圖形繪制，直接讀取相關(guān)參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)。其中，曲線上車體和轉(zhuǎn)向架的最大轉(zhuǎn)角參數(shù)化校核如圖所示。2.3.3 車輛總體設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算機(jī)車車下機(jī)器配置、4.

車體重力均衡計(jì)算車體偏重會(huì)引起轉(zhuǎn)向架彈簧受力不均，車體發(fā)生傾斜，車輛動(dòng)力性能變壞。車輛偏重主要是由車內(nèi)設(shè)備（采暖鍋?zhàn)o(hù)、臥鋪間壁車內(nèi)水箱等）和車下懸掛設(shè)備的分布不均引起的，右圖是某機(jī)車車下機(jī)器配置示意圖。2.3.3 車輛總體設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算4.車體重力均衡計(jì)算（1）重力均衡計(jì)算方法。以車體平面內(nèi)縱、橫兩個(gè)中心線作為參考軸（x和y軸），把引起重力不均衡的那些部件、內(nèi)部設(shè)備和懸掛物的重力對(duì)參考軸取矩，看是否能得到近似的平衡，即合力矩是否接近零。（2）車輛配重。車輛配重是在車輛的水平投影面上安排其重心位置的問題。調(diào)整車輛設(shè)備安放的位置，使車輛簧上部分的重心落在水平投影面的縱、橫中心軸線相交點(diǎn)的附近。2.3.3 車輛總體設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算5.車輛重心高度計(jì)算對(duì)于一般車輛，其結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，載重也認(rèn)為是對(duì)稱的，故車輛重心是處在車體縱、橫二垂直對(duì)稱面的交線上。因此確定重心位置，只需計(jì)算其距軌面的垂直高度，即確定車輛的重心高。重心高的計(jì)算公式如下：式中，hi為車輛各部件重心距軌面的高度，m；h0i為乘客重心距軌面的高度，m；Ti為車輛各部件的質(zhì)量，t；Wi為乘客自重，t；T為車輛自重，t；W為乘客總重，t。車輛重心高計(jì)算簡圖2.3.3 車輛總體設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算6.車體抗傾覆穩(wěn)定性校驗(yàn)車體抗傾覆穩(wěn)定性條件為

：式中，b2為中央彈簧橫向間距的一半；f2為中央彈簧的靜撓度；h1為車體中心到中央彈簧上支撐面的距離。由上式可知，提高車體抗傾覆穩(wěn)定性的措施：增大中簧跨距；加裝抗側(cè)滾扭桿。提高車體抗傾覆穩(wěn)定性的措施轉(zhuǎn)向架總體設(shè)計(jì)2.42.4.1

轉(zhuǎn)向架總體設(shè)計(jì)概述1.轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的具體要求（1） 應(yīng)具有一定裕度的運(yùn)行安全性。（2）應(yīng)具有符合速度要求的運(yùn)行平穩(wěn)性。零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和合適的剛度。具有承載和傳遞牽引力與制動(dòng)力的能力。輪軌磨耗量少并具有通過曲線的導(dǎo)向能力。盡可能小的簧下質(zhì)量。能在規(guī)定的制動(dòng)距離內(nèi)安全停車。具有減少噪聲、吸收高頻振動(dòng)的能力。2.4.1

轉(zhuǎn)向架總體設(shè)計(jì)概述2.

轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)步驟：

方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向架總體設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則與車輛總體設(shè)計(jì)基本一致，其設(shè)計(jì)內(nèi)容為：（1）選定轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式。通過使用條件及功能分析能初步確定結(jié)構(gòu)形式，如輪徑、軸型、轉(zhuǎn)向架與車體底架的接口形式、與制動(dòng)裝置的接口形式等。（2）初步確定轉(zhuǎn)向架技術(shù)參數(shù)。通過類比選定懸掛裝置的性能參數(shù)，然后進(jìn)行運(yùn)行性能的分析對(duì)比計(jì)算。2.4.2 轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式的選擇1.轉(zhuǎn)向架的使用條件分析通用轉(zhuǎn)向架適應(yīng)的車種比較多。為了保證這種通用性，通常要考慮以下幾個(gè)問題：（1）作用于轉(zhuǎn)向架上的載荷。（2）轉(zhuǎn)向架與車輛其他部件的接口。（3）轉(zhuǎn)向架零部件的安全可靠性。2.4.2 轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式的選擇2.轉(zhuǎn)向架的功能分析明確轉(zhuǎn)向架及配用該轉(zhuǎn)向架的車輛的運(yùn)用條件是轉(zhuǎn)向架功能分析的基礎(chǔ)，而功能分析又將為轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)選型提供依據(jù)。運(yùn)用條件包括列車最高可能運(yùn)行速度、通常運(yùn)行的速度范圍、使用環(huán)境及車輛的運(yùn)輸對(duì)象等。轉(zhuǎn)向架必須具有的功能包括走行、減振緩沖、承載及制動(dòng)等。走行功能 車輛直線運(yùn)行的蛇行穩(wěn)定性及通過曲線的能力承載能力在轉(zhuǎn)向架零、部件所具有的強(qiáng)度和剛度制動(dòng)能力能否在規(guī)定的距離內(nèi)停得下車來2.4.2 轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式的選擇3.高速轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)隨著世界鐵路高速化的不斷發(fā)展和完善，高速轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)形式逐步趨向于類同，它們的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為無搖枕結(jié)構(gòu)、采用空氣彈簧懸掛裝置、有回轉(zhuǎn)阻尼、加裝彈性定位等。典型高速轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式示意2.4.3

轉(zhuǎn)向架零部件選型與設(shè)計(jì)在選擇轉(zhuǎn)向架零部件時(shí)，要注意所選擇的零部件必須安全可靠、性能穩(wěn)定、成本低廉、來源充足。彈 簧確定靜撓度值及客車轉(zhuǎn)向架靜撓度在兩系彈簧中的分配，同時(shí)要考慮結(jié)構(gòu)上能否安排得下，并考慮空重車靜撓度的差值加上適當(dāng)?shù)哪ズ牧坎坏贸^車輛運(yùn)行時(shí)允許的車鉤最低高度。輪對(duì)形式輪對(duì)屬于轉(zhuǎn)向架簧下部分，減小其質(zhì)量不僅能減輕車輛自重，而且能改善車輛振動(dòng)性能，減小軌道所受的沖擊力。因此，在保證輪對(duì)結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度與剛度、輪軌接觸應(yīng)力較小的前提下，可考慮采取以下措施：

（1）采用空心車軸。（2）采用新型車輪。（3）采用新外形的車輪踏面。2.4.3

轉(zhuǎn)向架零部件選型與設(shè)計(jì)構(gòu) 架動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架主要采用H形。在制造工藝上主要采用鋼板、鑄件焊接組合而成，也有采用鑄鋼一體鑄造形式的。一系懸掛定位方式按照不同的設(shè)計(jì)要求一系懸掛定位方式有很多不同的結(jié)構(gòu)，但都是為了實(shí)現(xiàn)輪對(duì)軸箱在縱向、橫向和垂向3個(gè)方向適當(dāng)?shù)亩ㄎ粍偠?。最佳定位剛度的匹配和選擇應(yīng)進(jìn)行理論分析、多方案計(jì)算比較，根據(jù)各種影響因素進(jìn)行綜合考慮，最后可通過動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)加以確定。2.4.4

轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)及運(yùn)行性能的確定一些技術(shù)參數(shù)，如彈簧裝置的形式及其柔度或剛度，軸箱定位裝置的形式及剛度，抑制蛇行運(yùn)動(dòng)的阻尼形式及技術(shù)參數(shù)，各種減振的阻尼形式及參數(shù)等，僅憑經(jīng)驗(yàn)來確定是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，要把初步確定出來的技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行運(yùn)行性能的分析對(duì)比計(jì)算。轉(zhuǎn)向架總體設(shè)計(jì)時(shí)在垂向、橫向及縱向均有一些控制尺寸必須注意。垂向帶心盤的轉(zhuǎn)向架其心盤面距軌面的高度，還有旁承與心盤面的高度差都是需要控制的尺寸。橫向兩軸頸中心的橫向間距是一控制尺寸。轉(zhuǎn)向架的固定軸距雖然是一個(gè)技術(shù)參數(shù)，但它是設(shè)計(jì)后由搖枕彈簧裝置、輪對(duì)、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置在長度方向安排的結(jié)果，并不能在設(shè)計(jì)前就規(guī)定死?？v向感謝觀看《動(dòng)車組車輛設(shè)計(jì)技術(shù)》動(dòng)車組車輛設(shè)計(jì)技術(shù)第3章

動(dòng)車組車輛動(dòng)力性能設(shè)計(jì)3.1

動(dòng)車組動(dòng)力學(xué)性能概述3.4

車輛曲線通過性能分析目錄

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CONTENTS3.2

車輛垂向動(dòng)力學(xué)性能分析3.3

車輛橫向穩(wěn)定性分析3.5

車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能及其評(píng)價(jià)指標(biāo)3.6

動(dòng)車組動(dòng)力學(xué)仿真分析3.7

動(dòng)車組動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)動(dòng)車組動(dòng)力學(xué)性能概述3.13.1.1 車輛動(dòng)力性能研究的內(nèi)容為保證軌道車輛運(yùn)行平穩(wěn)舒適，減輕對(duì)軌道車輛本身和線路的破壞作用，確保行車安全，需用理論分析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究以下問題：（1）研究軌道車輛在運(yùn)行中產(chǎn)生的力學(xué)過程，掌握車體、轉(zhuǎn)向架的振動(dòng)規(guī)律，確定列車在線路上各種運(yùn)用工況下的安全運(yùn)行條件。（2）研究懸掛裝置結(jié)構(gòu)、參數(shù)和性能對(duì)振動(dòng)和動(dòng)載荷傳遞的影響，合理正確選定彈簧裝置、軸箱定位裝置、橫動(dòng)裝置、減振器等的參數(shù)。（3）確定動(dòng)載荷特征，為有關(guān)零部件的強(qiáng)度計(jì)算提供必要數(shù)據(jù)。3.1.1 車輛動(dòng)力性能研究的內(nèi)容軌道車輛的垂向振動(dòng)有固有振動(dòng)（固振）和受迫振動(dòng)（迫振）之分。（1）研究自由振動(dòng)求知固振頻率，以便知道發(fā)生共振時(shí)的車輛速度。（2）研究受迫振動(dòng)是為求知需要的阻尼和迫振振幅、迫振加速度，以便知道車輛運(yùn)行的平穩(wěn)程度及其對(duì)線路的動(dòng)作用力。（3）研究蛇行穩(wěn)定性問題，以便采取有效措施來提高高速車輛的蛇行臨界速度。固有振動(dòng)受迫振動(dòng)外力偶然作用，使車輛簧上質(zhì)量離開平衡位置而產(chǎn)生的振動(dòng)車輛簧上質(zhì)量在外力（激擾力）周期的作用下產(chǎn)生的振動(dòng)當(dāng)激擾力的頻率和固有振動(dòng)的頻率一致時(shí)，就要發(fā)生共振。軌道車輛橫向振動(dòng)具有蛇行的特征，在一定的條件和運(yùn)行速度下，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài)。研究上述運(yùn)動(dòng)主要是實(shí)現(xiàn)以下目的：3.1.1 車輛動(dòng)力性能研究的內(nèi)容車輛動(dòng)力性能包括運(yùn)行平穩(wěn)性、運(yùn)行穩(wěn)定性和曲線通過性能：車輛動(dòng)力性能運(yùn)行平穩(wěn)性（走行舒適性）運(yùn)行穩(wěn)定性（走行安全性）曲線通過性能即走行部振動(dòng)平穩(wěn)性對(duì)車輛內(nèi)旅客的影響。主要是當(dāng)列車因直線高速運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)的橫向自激振動(dòng)問題，通常被稱為蛇行穩(wěn)定性。指列車通過曲線時(shí)，對(duì)軌道和轉(zhuǎn)向架產(chǎn)生不利的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)作用力，列車通過曲線時(shí)，輪/軌作用力不當(dāng)而產(chǎn)生脫軌的可能性。3.1.2 車輛振動(dòng)的原因和振動(dòng)形式1.線路原因（1）鋼軌接頭：在有縫線路上，接頭是鋼軌的薄弱環(huán)節(jié)。（2）鋼軌垂向變形：由于線路具有彈性，當(dāng)列車通過時(shí)，在輪重作用下鋼軌各點(diǎn)依次產(chǎn)生彈性下沉。（3）軌道的不平順：軌道實(shí)際的幾何學(xué)形狀與其名義形狀之間的偏差稱為軌道的不平順。鋼軌接頭對(duì)車輪的沖量作用（a）高低不平順（b）水平不平順和軌距不平順（c）方向不平順軌道不平順的4種類型3.1.2 車輛振動(dòng)的原因和振動(dòng)形式2.輪對(duì)的構(gòu)造和狀態(tài)（1）車輪偏心：輪軸不同心。（2）車輪不均重：車輪形心、質(zhì)心不重合。（3）踏面擦傷。（4）踏面斜度：由于車輪踏面具有斜率，輪線與鋼軌側(cè)面之間有間隙，因此，壓裝于同一車軸上的左右兩個(gè)車輪就會(huì)以不同的滾動(dòng)直徑與軌面接觸和滾動(dòng)。由于兩輪的滾動(dòng)行程不等而使輪對(duì)軸線偏移，這樣又改變了車輪的滾動(dòng)直徑，使輪對(duì)又偏向另一側(cè)。于是，輪對(duì)在前進(jìn)的同時(shí)還做周期性的左右運(yùn)動(dòng)。3.1.2 車輛振動(dòng)的原因和振動(dòng)形式3.振動(dòng)形式經(jīng)車體重心作空間坐標(biāo)，則車輛振動(dòng)相對(duì)于這一坐標(biāo)系統(tǒng)可分為6個(gè)振動(dòng)：（1）側(cè)滾：繞x軸的回轉(zhuǎn)振動(dòng)。（2）伸縮：沿x軸的往復(fù)振動(dòng)。（3）點(diǎn)頭：繞y軸的回轉(zhuǎn)振動(dòng)。（4）橫擺：沿y軸的往復(fù)振動(dòng)。（5）搖頭：繞z鈾的回轉(zhuǎn)振動(dòng)。（6）浮沉：沿z鈾的往復(fù)振動(dòng)。其中，浮沉、點(diǎn)頭和伸縮主要是由波形線路引起的在鉛垂面內(nèi)的振動(dòng)；側(cè)擺、搖頭和側(cè)滾主要是由輪對(duì)的錐形踏面引起的橫向振動(dòng)（或稱側(cè)向振動(dòng)）。這些振動(dòng)一般是同時(shí)存在的，不過在不同條件下，有一兩個(gè)振動(dòng)是主要振動(dòng)，其余的是不顯著的振動(dòng)。車體的基本振動(dòng)形式3.1.2 車輛振動(dòng)的原因和振動(dòng)形式3.振動(dòng)形式車輪具有一定踏面斜度，沿直線運(yùn)行時(shí)，受到微小的激擾后，產(chǎn)生一種一面橫向往復(fù)擺動(dòng)，一面繞鉛垂中心轉(zhuǎn)動(dòng)，中心軌跡呈波浪形的特有運(yùn)動(dòng)，這種振動(dòng)稱為蛇行運(yùn)動(dòng)。車輪蛇行運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是輪對(duì)的橫擺與搖頭及側(cè)滾的耦合振動(dòng)。輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)軌跡車輛垂向動(dòng)力學(xué)性能分析3.23.2.1

具有一系懸掛的無阻尼車輪荷重系統(tǒng)的自由振動(dòng)具有一系懸掛的車輪荷重系統(tǒng)，是由置于輪對(duì)上的彈簧和置于彈簧上的車輛車體所組成的系統(tǒng)。它的振動(dòng)可以代表車輛在一系懸掛上的浮沉振動(dòng)，這種振動(dòng)能在很大程度上反映出車輛振動(dòng)的一般性規(guī)律?，F(xiàn)討論這個(gè)系統(tǒng)的固有振動(dòng)。鑒于線路剛度很大，為簡化分析，不考慮線路的彈性。設(shè)偶然的沖擊使車體離開了它的平衡位置，彈簧的撓度變化為z，由牛頓第二定律或達(dá)朗貝爾原理可建立車體的運(yùn)動(dòng)方程一系無阻尼輪對(duì)簧上質(zhì)量系統(tǒng)式中，P為車體重力（N），P=Mg；M為車體質(zhì)量（kg）；g為重力加速度（m/s2）；K為彈簧剛度（N/m）；z為車體位移（m）；f0為彈簧靜撓度（m）。3.2.1

具有一系懸掛的無阻尼車輪荷重系統(tǒng)的自由振動(dòng)一系無阻尼簧上質(zhì)量系統(tǒng)固有振動(dòng)規(guī)律因靜態(tài)時(shí)P=Kf0，故令 ，則方程的解為取初始條件t=0時(shí)，z=z0，???=0，則A=z0，B=0，于是 ，函數(shù)圖形如圖所示。因靜態(tài)時(shí)P=Mg=Kf0，故振動(dòng)的圓頻率和振動(dòng)周期分別為分析可知：車體自由振動(dòng)的振幅A的大小取決于車體振動(dòng)的初始條件，如果初始位移和初始速度大，則車體自由振動(dòng)的振幅也大，否則振幅小。3.2.2

具有一系懸掛的無阻尼車輪荷重系統(tǒng)的受迫振動(dòng)從軌道連續(xù)的基本頻譜知道，軌道的不平順度隨波長的增大而增大，且其增長率低于波長的增長率；頻譜中影響大的一般是波長等于軌長（或焊縫間距）和一半軌長處的頻譜線。這樣，行進(jìn)中的車輪與軌面接觸之點(diǎn)的軌跡可大致寫為車輪與鋼軌接觸點(diǎn)的軌跡式中，a、b、c

為常數(shù)；L

為軌長；x為車輪所在位置至鋼軌一端的距離。3.2.2

具有一系懸掛的無阻尼車輪荷重系統(tǒng)的受迫振動(dòng)將x=vt（v為車輛速度，t為所經(jīng)時(shí)間），得，式中 為波形線路對(duì)車輪荷重系統(tǒng)的激振圓頻率。不計(jì)次分量bcos2pt和無影響的常量c，則波形線路激勵(lì)為式中，a為波形線路的波幅，高速線路a＝3～5

mm。3.2.2

具有一系懸掛的無阻尼車輪荷重系統(tǒng)的受迫振動(dòng)下面分析具有一系懸掛的無阻尼車輪荷重系統(tǒng)在波形線路上的受迫振動(dòng)。設(shè)車輪在x處時(shí)，車體離開平衡位置的位移為z，彈簧附加壓縮量為z-zk，則作用于車體的力等于由上而下的重力G

與由下而上作用的彈簧反力K(f0+z-zk)之差。于是，由牛頓第二定律或達(dá)朗貝爾原理可建立車體的運(yùn)動(dòng)方程一系無阻尼簧上質(zhì)量系統(tǒng)受迫振動(dòng)整理得，即其中，，先求方程的通解。由齊次方程得車體的固有振動(dòng)位移3.2.2

具有一系懸掛的無阻尼車輪荷重系統(tǒng)的受迫振動(dòng)再求方程的特解，特解z2為車體受迫振動(dòng)位移于是，方程的通解為在激擾力和彈簧彈力同時(shí)作用下，車體進(jìn)行的是固有振動(dòng)和受迫振動(dòng)的復(fù)合振動(dòng)；由于車體的受迫振動(dòng)是激擾力通過彈簧起作用的結(jié)果，受迫振動(dòng)振幅隨激擾頻率與固有振動(dòng)頻率的比值的變化而變化。3.2.2

具有一系懸掛的無阻尼車輪荷重系統(tǒng)的受迫振動(dòng)受迫振動(dòng)振幅與軌面正弦曲線的振幅的比值稱為增幅系數(shù)，即由增幅系數(shù)與頻率比η的關(guān)系曲線可見：當(dāng)0<η<1時(shí)，η越大，即運(yùn)行速度高，則受迫振動(dòng)振幅大；當(dāng)η>1時(shí)，η越大，即運(yùn)行速度越高，則受迫振動(dòng)振幅越??；當(dāng)η=1，即自振頻率等于激擾頻率時(shí)，受迫振動(dòng)振幅趨于無窮大，這就是共振。共振時(shí)的車輛速度稱為共振臨界速度vc。??

=f(η）曲線3.2.3 具有一系懸掛的車輪荷重系統(tǒng)受迫振動(dòng)鐵路貨車可以簡化成具有一系懸掛的車輪荷重系統(tǒng)在波形線路上運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)。一系有阻尼簧上質(zhì)量系統(tǒng)受迫振動(dòng)3.2.3 具有一系懸掛的車輪荷重系統(tǒng)受迫振動(dòng)設(shè)液壓減振器的減振力與振動(dòng)速度呈線性關(guān)系，即減振力為q???。q為阻尼系數(shù)，單位符號(hào)是N·s/mm。于是，在波形線路上，具有一系懸掛和這種減振器的車輪荷重系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式可寫為將波形線路激勵(lì)代入，整理得或式中，，得車體的固有振動(dòng)位移由齊次方程式中，3.2.3 具有一系懸掛的車輪荷重系統(tǒng)受迫振動(dòng)取初始條件t=0時(shí)，z1=z0=-A，則此式的圖像如圖所示?？梢?，固有振動(dòng)振幅是按等比級(jí)數(shù)衰減的，所以在固振初期，液壓減振器的衰振作用最為明顯。一系有阻尼簧上質(zhì)量系統(tǒng)受迫振動(dòng)規(guī)律3.2.3 具有一系懸掛的車輪荷重系統(tǒng)受迫振動(dòng)若q=2M??，則??=??，??′=0，也就是不產(chǎn)生固有振動(dòng)。此時(shí)的阻尼系數(shù)值稱為臨界阻尼系數(shù)qc，qc=2 ????實(shí)際阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比稱為相對(duì)阻尼率D再求方程的特解。特解z2為車體受迫振動(dòng)位移于是，具有一系懸掛和液壓減振器的車輪荷重系統(tǒng)在波形線路上運(yùn)行時(shí)的增幅系數(shù)3.2.3 具有一系懸掛的車輪荷重系統(tǒng)受迫振動(dòng)增幅系數(shù)??與頻率比η和相對(duì)阻尼率D的關(guān)系如圖所示。由圖可知，在很小的η下，液壓減振器作用不明顯；在共振時(shí)（η=1），振幅受到明顯的抑制；在η> 2時(shí)，有液壓減振器時(shí)的振幅反而大于無阻尼時(shí)的振幅。??=f(η，D)曲線3.2.3 具有一系懸掛的車輪荷重系統(tǒng)受迫振動(dòng)??η2=f(η，D)曲線右圖表示無因次車體振動(dòng)加速度幅與η和

D的關(guān)系。由圖可知，在η>

2時(shí)，阻尼越大，則車體振動(dòng)加速度越大。因此，對(duì)超共振臨界速度運(yùn)行的車輛，阻尼不可取大，通常取D＝0.2～0.25；亞臨界速度運(yùn)行的車輛，阻尼不妨取大些，如D＝0.3～0.4。3.2.3 具有一系懸掛的車輪荷重系統(tǒng)受迫振動(dòng)新造的或經(jīng)過檢修的液壓減振器必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)。下圖為實(shí)驗(yàn)的原理圖液壓減振器實(shí)驗(yàn)原理圖 液壓減振器示功圖實(shí)驗(yàn)所得圖形是一個(gè)傾斜的橢圓，其面積就是減振器上下動(dòng)一次所吸收的功，通常稱作示功圖。3.2.3 具有一系懸掛的車輪荷重系統(tǒng)受迫振動(dòng)SKF1型油壓減振器阻力的調(diào)整方法如下：根據(jù)理論分析和試驗(yàn)結(jié)果，SFK1

型減振器（缸筒直徑70

mm，活塞桿直徑為25

mm）其阻力特性為式中，v為活塞運(yùn)動(dòng)速度（mm/s）；f2為心閥節(jié)流孔面積（mm2）；f3為進(jìn)油閥小孔的面積（mm2）。減振器阻力取決于活塞運(yùn)動(dòng)的速度和節(jié)流孔的大小。前者表示減振器阻力將隨振動(dòng)頻率和振幅增大而增大，后者可用來調(diào)整減振器阻力。（1）在心閥頂面加墊。（2）閥座端面加墊。（3）在彈簧上加墊。3.2.4

具有兩系懸掛的無阻尼車輪荷重系統(tǒng)的固有振動(dòng)二系無阻尼輪對(duì)簧上質(zhì)量系統(tǒng)固有振動(dòng)具有兩系簧的車輪荷重系統(tǒng)是指，由置于輪對(duì)上的第一系彈簧和置于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上的第二系彈簧，以及兩個(gè)轉(zhuǎn)向架和車體組成的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)代表兩系簧上的浮沉振動(dòng)。先討論固有振動(dòng)。令m1為兩個(gè)轉(zhuǎn)向架的簧上質(zhì)量，m2為車體的質(zhì)量，K1為車輛第一系簧的剛度，K2為車輛第二系簧的剛度，z1為轉(zhuǎn)向架構(gòu)架重心對(duì)于其靜平衡位置的位移，z2為車體重心對(duì)于其靜平衡位置的位移。車體和兩轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的運(yùn)動(dòng)方程式（設(shè)z2>z1）3.2.4

具有兩系懸掛的無阻尼車輪荷重系統(tǒng)的固有振動(dòng)設(shè)，代入上式A、B同時(shí)為0時(shí)車輛不發(fā)生振動(dòng)，而使A、B有非零解的條件是方程組的系數(shù)行列式等于0，即 得式中，??I為系統(tǒng)的第一固有頻率，是低頻；??Ⅱ?yàn)橄到y(tǒng)的第二固有頻率，是高頻。自振頻率較低的振動(dòng)分量中車體和構(gòu)架的位移同向；自振頻率較高的振動(dòng)分量中車體和構(gòu)架的位移反向。3.2.5

具有兩系彈簧的有阻尼車輪荷重系統(tǒng)的受迫振動(dòng)二系有阻尼受迫振動(dòng)模型討論具有兩系簧的有阻尼車輪荷重系統(tǒng)的受迫振動(dòng)。以q1表示與第一系簧并聯(lián)的液壓減振器的阻尼系數(shù)，q2表示與第二系簧并聯(lián)的液壓減振器的阻尼系數(shù)，并取波形線路公式為zk=sinapt。車輛車體和兩轉(zhuǎn)向架構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程式如下的表達(dá)式。Γ解聯(lián)立方程，得車體無因次加速度幅為車輛振動(dòng)性能的主要指標(biāo)。3.2.5

具有兩系彈簧的有阻尼車輪荷重系統(tǒng)的受迫振動(dòng)二系均無阻尼時(shí)的|Γ|下面分析激擾頻率（即車輛速度）、減振器阻尼及彈簧靜撓度對(duì)Γ的影響。按減振器在兩系彈簧中可能布置的4種方案進(jìn)行討論。1.

一系及二系均無減振器（即q1=q2=0）在系統(tǒng)無阻尼的情況下，當(dāng)激擾頻率p與固有頻率??

I或??

II一致時(shí)，產(chǎn)生共振，出現(xiàn)|Γ|的極大值。3.2.5

具有兩系彈簧的有阻尼車輪荷重系統(tǒng)的受迫振動(dòng)2.

一系及二系均設(shè)減振器二系均有阻尼時(shí)的|Γ|當(dāng)激擾頻率為系統(tǒng)的第一固有頻率時(shí)，“?！敝递^小，這是有利的；隨著激擾頻率的增高（車速增高），“?！敝祵⒀杆僭龈撸圀w振動(dòng)顯著加劇。3.2.5

具有兩系彈簧的有阻尼車輪荷重系統(tǒng)的受迫振動(dòng)q1=0時(shí)的|Γ|=f(p,q2)曲線3.一系無減振器、二系有減振器（即q1=0,q2≠0）當(dāng)q1=0，q2=0~

∞

時(shí)，|

Γ

|

曲線通過0、pⅠ、pⅡ、p

Ⅲ4點(diǎn)，并在q2=0和q2=

∞時(shí)的|

Γ

|曲線之間，最佳的q2使得車輛在低速至最高速范圍內(nèi)的|

Γ

|均具有最小值。4.一系有減振器、一系無減振器在f2>f1的情況下。若只在一系簧中設(shè)置減振器，則會(huì)在??

Ⅰ附近（通過第一共振速度時(shí)）產(chǎn)生過大的|

Γ

|值。車輛橫向穩(wěn)定性分析3.33.3.1

輪軌接觸幾何學(xué)與輪軌接觸幾何學(xué)有關(guān)的主要參數(shù)是輪與軌的接觸角，踏面等效斜率。相關(guān)概念包括：（1）左右兩輪上距輪緣內(nèi)側(cè)70

mm處的圓周，即車輪名義滾動(dòng)圓。（2）當(dāng)輪對(duì)中心向右偏離軌道中心線yw時(shí)，車軸中心線與軌頂平面間的夾角稱為輪對(duì)側(cè)滾角??w。（3）左右兩輪與鋼軌接觸面的切面與水平面之間的夾角，即接觸角，分別以??左和??右表示。此時(shí)，左右兩輪與鋼軌接觸點(diǎn)處的滾動(dòng)圓半徑即左右輪實(shí)際滾動(dòng)圓半徑，分別以r左和r右表示。3.3.1

輪軌接觸幾何學(xué)輪對(duì)橫移y時(shí)，得磨耗型踏面與軌頂面的幾何關(guān)系式中，R為踏面曲率半徑；??′為軌頂面曲率半徑；??為接觸角參數(shù)，表示接觸面斜率對(duì)于輪對(duì)橫移量的變化率；s

為左右兩滾動(dòng)圓間距離的一半；??為輪對(duì)橫移y時(shí)，由于左右輪接觸半徑不同，形成輪對(duì)的側(cè)滾角；je為等效斜率，表示左右輪滾動(dòng)半徑差對(duì)r輪對(duì)橫移量的變化率。3.3.1

輪軌接觸幾何學(xué)采用磨耗形踏面時(shí)，因?yàn)檩唽?duì)橫向移動(dòng)，左右輪與軌的接觸角發(fā)生變化，在橫向鉛垂面內(nèi)，輪軌間的法向作用力的方向有了變化。左右法向力的橫向分力之和為F重（??）橫向力（??）力矩重力產(chǎn)生的橫向力和力矩3.3.1

輪軌接觸幾何學(xué)F重的作用方向與輪對(duì)的橫移方向y相反，故冠以負(fù)號(hào)。顯然，F(xiàn)重有使輪對(duì)恢復(fù)至中央位置的作用。由軌作用于輪對(duì)的橫向力F重與橫移量的比值稱為重力剛度Ky當(dāng)輪對(duì)逆時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)??角時(shí)，F(xiàn)左和F右形成逆時(shí)針方向的回轉(zhuǎn)力矩M重力矩M重是因輪對(duì)偏轉(zhuǎn)角θ而產(chǎn)生的，其大小與θ成正比，方向與θ的方向相同，即有使偏轉(zhuǎn)角θ增大的作用。力矩M重與輪對(duì)偏轉(zhuǎn)角θ的比值稱為重力角剛度Kθ3.3.2

車輛滾動(dòng)理論滑，并用蠕滑率進(jìn)行評(píng)價(jià)。蠕滑率定義為1.蠕滑機(jī)理如圖所示，對(duì)兩個(gè)彈性體間滾動(dòng)接觸問題的研究表明，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩

M

作用于滾動(dòng)輪時(shí)，在輪軌接觸面上產(chǎn)生軌作用于輪周的反力Fx和彈性變形，使輪軌間產(chǎn)生相對(duì)位移，由于輪軌間產(chǎn)生相對(duì)位移，車輪實(shí)際行進(jìn)速度v<

??

·r。轉(zhuǎn)矩大，則輪軌表面變形量大，因而速度差也大。稱這種現(xiàn)象為蠕式中，v為車輪行進(jìn)速度；r為車輪滾動(dòng)圓半徑；

??

為車輪回轉(zhuǎn)角速度。車輪受牽引力矩圖3.3.2

車輛滾動(dòng)理論1.蠕滑機(jī)理蠕滑也稱彈性滑動(dòng)，是純滾動(dòng)與純滑動(dòng)之間的中間形式。根據(jù)試驗(yàn)，在不太大的輪周力的作用下（蠕滑率不大1.5%。），輪周力與蠕滑率呈線性關(guān)系，即式中，F(xiàn)x為輪周力，即蠕滑力；ξx為縱向蠕滑力系數(shù)，也稱縱向蠕滑系數(shù)；??x為縱向蠕滑率。負(fù)號(hào)表示蠕滑方向與輪周力的方向相反。輪周力（蠕滑力）與蠕滑率的關(guān)系3.3.2

車輛滾動(dòng)理論2.蠕滑力和蠕滑力矩如左圖所示，運(yùn)動(dòng)過程中，輪對(duì)中心偏離線路中心y并有橫向速度???

，同時(shí)輪對(duì)搖頭角??并有搖頭角速度???

。此時(shí)，左右兩輪發(fā)生縱向及橫向蠕滑，由此產(chǎn)生如右圖所示的縱向及橫向力，其大小為左右輪的蠕滑率左右輪的蠕滑力3.3.2

車輛滾動(dòng)理論2.蠕滑力和蠕滑力矩在左右兩輪的縱向及橫向蠕滑力的作用下，在整個(gè)輪對(duì)上產(chǎn)生如圖所示的橫向蠕滑力偶矩和橫向蠕滑力，其大小為輪對(duì)的蠕滑力和蠕滑力矩3.3.3

輪對(duì)橫向動(dòng)力學(xué)輪對(duì)蛇行時(shí)所受的力和力矩1.自由輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)設(shè)輪對(duì)前進(jìn)速度v=r??，假定無牽引力或動(dòng)力作用，則在水平面內(nèi)作用于輪對(duì)的力只有來自軌的作用力：蠕滑力以及重力剛度和重力剛度所引起的作用力。輪軌之間的作用力引起輪對(duì)蛇行運(yùn)動(dòng)，而這些作用力又是因?yàn)檩唽?duì)蛇行引起的，所以這種運(yùn)動(dòng)稱為自激蛇行運(yùn)動(dòng)?？蓪懗鲚唽?duì)的運(yùn)動(dòng)方程式式中，m為輪對(duì)質(zhì)量；??z為輪對(duì)對(duì)z軸的回轉(zhuǎn)半徑；je為等效斜率。3.3.3

輪對(duì)橫向動(dòng)力學(xué)1.

自由輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)將代入上式得，最終解出式中，A、??為常數(shù)，取決于初始條件；B、??′分別與A、??之間有一定的關(guān)系。輪對(duì)蛇行運(yùn)動(dòng)是周期性的，其圓頻率為特征值的虛部。輪對(duì)蛇行運(yùn)動(dòng)線位移y及角位移??的振幅不是常數(shù)，視特征值的實(shí)部而定。（1）α>0，振幅將隨時(shí)間t的延續(xù)而不斷擴(kuò)大，這時(shí)系統(tǒng)是失穩(wěn)的，直至輪緣與鋼軌相碰撞。α<0

，振幅隨時(shí)間t的延續(xù)而衰減，運(yùn)動(dòng)是穩(wěn)定的。α=0

，振幅為定值。3.3.3

輪對(duì)橫向動(dòng)力學(xué)2.彈性定位輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)假定輪對(duì)彈性定位于等速直線運(yùn)動(dòng)的構(gòu)架，輪對(duì)每側(cè)的縱向定位剛度為Kx，橫向定位剛度為Ky。構(gòu)架以速度v=r??沿直線軌道中心線行進(jìn)。彈性定位輪對(duì)的運(yùn)動(dòng)方程式為彈性定位輪對(duì)式中，b為左右兩定位彈簧簧間距離的一半。與處理自由輪對(duì)的方法相同，當(dāng)α=0時(shí)的速度就是臨界速度vc。求得臨界速度vc為3.3.4 二軸轉(zhuǎn)向架橫向動(dòng)力學(xué)1.運(yùn)動(dòng)方程、特征方程、特征根下圖表示二軸轉(zhuǎn)向架中的兩根軸及構(gòu)架的坐標(biāo)。二軸轉(zhuǎn)向架橫向振動(dòng)有7個(gè)自由度，分別對(duì)其列出7個(gè)運(yùn)動(dòng)方程。二軸轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)式中，m為輪對(duì)質(zhì)量；mt為轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的質(zhì)量；??z為輪對(duì)的回轉(zhuǎn)半徑；??z,t為轉(zhuǎn)向架構(gòu)架對(duì)垂軸的回轉(zhuǎn)半徑；??x,t為轉(zhuǎn)向架構(gòu)架對(duì)縱軸的回轉(zhuǎn)半徑；Kx為輪對(duì)每側(cè)的縱向定位剛度；Ky為輪對(duì)每側(cè)的橫向定位剛度；Kz為輪對(duì)每側(cè)的荷重簧剛度；b為左右軸箱間距離之半；c

為轉(zhuǎn)向架構(gòu)架重心至車軸中心線的距離；l為軸距的一半。3.3.4 二軸轉(zhuǎn)向架橫向動(dòng)力學(xué)1.運(yùn)動(dòng)方程、特征方程、特征根下圖為某轉(zhuǎn)向架的特征值中3

對(duì)共軛復(fù)數(shù)的實(shí)部和虛部隨速度變化的曲線。圖中有3個(gè)臨界速度，但轉(zhuǎn)向架運(yùn)行速度受最低臨界速度vc1的限制，因?yàn)橹灰獀>vc1，由于一種振動(dòng)的失穩(wěn)，將導(dǎo)致整個(gè)轉(zhuǎn)向架的失穩(wěn)。故在設(shè)計(jì)中取轉(zhuǎn)向架的臨界速度v=vc1。已知在某速度時(shí)，某個(gè)特征值λ=α+iβ的α=0，要判別此時(shí)是哪個(gè)振動(dòng)開始失穩(wěn)，有兩種方法：①

頻率判別法；②

振型判別法。某二軸轉(zhuǎn)向架的3對(duì)特征值與速度的關(guān)系3.3.4 二軸轉(zhuǎn)向架橫向動(dòng)力學(xué)臨界速度與踏面等效斜率的關(guān)系2.結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)臨界速度的影響通過上述對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的計(jì)算和對(duì)結(jié)果的分析，可以得知，轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向架的橫向穩(wěn)定性有下述影響：（1）臨界速度隨軸距的增大而增高。為此不少高速二軸轉(zhuǎn)向架車輛的軸距長達(dá)2.8～3.0

m。（2）臨界速度與踏面等效斜率的平方根成反比。3.3.4 二軸轉(zhuǎn)向架橫向動(dòng)力學(xué)2.

結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)臨界速度的影響（3）提高重力剛度可以增進(jìn)穩(wěn)定。臨界速度與重力剛度的關(guān)系（4）隨著輪對(duì)走行里程的增加，踏面磨耗增加，踏面曲率增大，使等效斜率和重力剛度增大。踏面磨耗對(duì)臨界速度的影響3.3.4 二軸轉(zhuǎn)向架橫向動(dòng)力學(xué)2.

結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)臨界速度的影響（5）構(gòu)架質(zhì)量大，則構(gòu)架側(cè)擺的穩(wěn)定性下降。轉(zhuǎn)向架質(zhì)量對(duì)臨界速度的影響（6）設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向架時(shí)，結(jié)構(gòu)參數(shù)中比較容易變更的是輪對(duì)定位剛度，而輪對(duì)定位剛度對(duì)于直線運(yùn)行穩(wěn)定性和曲線通過都有很大的影響，所以合理選取定位剛度對(duì)于轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)甚為重要。同時(shí)變更縱向定位剛度和橫向定位剛度對(duì)二軸轉(zhuǎn)向架橫向穩(wěn)定性的影響3.3.5 二軸轉(zhuǎn)向架車輛橫向動(dòng)力學(xué)1.概述假定車體與轉(zhuǎn)向架連接的二系懸掛裝置中有橫動(dòng)裝置，即允許車體相對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫移，蛇行運(yùn)動(dòng)可分為如下幾種：（1）車體蛇行車體劇烈側(cè)擺并伴以搖頭、側(cè)滾，通常在速度不很高時(shí)可能出現(xiàn)。（2）轉(zhuǎn)向架蛇行（3）輪對(duì)蛇行轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)擺和搖頭振動(dòng)很大，車體振動(dòng)則相對(duì)較小，通常發(fā)生于較高速度。如果輪對(duì)在構(gòu)架中的定位剛度較軟，則在更高速度下會(huì)發(fā)生輪對(duì)的劇烈側(cè)擺和搖頭；如果輪對(duì)定位剛度很硬，則輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架一起蛇行，不易發(fā)生單獨(dú)的輪對(duì)蛇行。3.3.5 二軸轉(zhuǎn)向架車輛橫向動(dòng)力學(xué)2.運(yùn)動(dòng)方程、特征值、特征向量分析橫向振動(dòng)時(shí)，考慮橫擺、搖頭、側(cè)滾3種振動(dòng)形式。整臺(tái)車的橫向振動(dòng)，共有17個(gè)自由度。整臺(tái)車橫向振動(dòng)的自由度3.3.5 二軸轉(zhuǎn)向架車輛橫向動(dòng)力學(xué)2.運(yùn)動(dòng)方程、特征值、特征向量作用于輪對(duì)的力包括：①

輪軌間的作用力——

蠕滑力、重力剛度及角剛度引起的作用力；②

一系懸掛（輪對(duì)定位彈簧及阻尼）的作用力，為此需求得輪對(duì)和構(gòu)架之間的相對(duì)位移。作用于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的力包括：①

一系懸掛的作用力；②

二系懸掛作用于構(gòu)架的力，包括彈簧力及減振器的阻尼力，為此需求得車體與轉(zhuǎn)向架之間的相對(duì)位移。對(duì)

17個(gè)振動(dòng)形式列出17個(gè)運(yùn)動(dòng)方程，組成一個(gè)二階線性齊次微分方程組。把這個(gè)二階線性齊次微分方程組寫成矩陣的形式為式中，M為慣性矩陣；R為阻尼矩陣；K為剛度矩陣；y為位移向量（列矩陣）。3.3.5 二軸轉(zhuǎn)向架車輛橫向動(dòng)力學(xué)3.判別運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)時(shí)的振型當(dāng)走行部參數(shù)一定時(shí)，特征值隨運(yùn)行速度而變化。當(dāng)λ的實(shí)部為負(fù)值時(shí)，表示振動(dòng)衰減，負(fù)值越大，衰減越快，也即相對(duì)阻尼率越大。

λ的實(shí)部為正時(shí)表示運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)；實(shí)部為零時(shí)的速度稱為臨界速度。

λ的虛部表示振動(dòng)頻率。對(duì)于多自由度系統(tǒng)，任意一個(gè)坐標(biāo)失穩(wěn)，則整個(gè)系統(tǒng)失穩(wěn)。所以通常以最先出現(xiàn)的失穩(wěn)臨界速度作為系統(tǒng)失穩(wěn)的標(biāo)志。當(dāng)一個(gè)特征值λ的實(shí)部為零時(shí)，表示運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)?？梢杂锰卣髦堤摬克硎镜恼駝?dòng)圓頻率來判別是什么坐標(biāo)開始失穩(wěn)。3.3.5 二軸轉(zhuǎn)向架車輛橫向動(dòng)力學(xué)4.走行部參數(shù)對(duì)橫向穩(wěn)定性的影響在不同的情況下各參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性影響的程度可能有相當(dāng)大的出入，因此，下述各項(xiàng)只作為一般的分析，具體應(yīng)用于某車輛，則不一定每一項(xiàng)都完全適用。（3）（6）（5）（2）（1） 踏面等效斜率

je

是影響橫向穩(wěn)定性最顯著的因素之一。增大一系輪對(duì)定位橫向剛度對(duì)輪對(duì)及轉(zhuǎn)向架的穩(wěn)定性均有利；增大一系縱向剛度能顯著改善輪對(duì)的蛇行穩(wěn)定性，但對(duì)曲線通過不利。一系橫向阻尼對(duì)轉(zhuǎn)向架及輪對(duì)的穩(wěn)定性有利，但作用不顯著。減小二系橫向剛度對(duì)轉(zhuǎn)向架、車體及輪對(duì)的蛇行穩(wěn)定性都是有利的。增大二系回轉(zhuǎn)剛度（復(fù)原力矩）有利于提高轉(zhuǎn)向架的搖頭穩(wěn)定性，但易使車體的搖頭振型失穩(wěn)。增大二系回轉(zhuǎn)阻尼能使車體搖頭失穩(wěn)消失，對(duì)控制轉(zhuǎn)向架搖頭失穩(wěn)也有較好的作用。（4）車輛曲線通過性能分析3.43.4.1

概述曲線通過有兩個(gè)相互聯(lián)系的研究內(nèi)容：幾何曲線通過和動(dòng)力曲線通過。幾何曲線通過研究車輛與線路的幾何關(guān)系和自身有關(guān)部分在曲線上的相互幾何關(guān)系，研究幾何曲線通過，也為研究動(dòng)力曲線通過提供有關(guān)數(shù)據(jù)。動(dòng)力曲線通過研究以不同速度通過曲線時(shí)與線路的相互作用，探討安全通過曲線的條件和措施并為車輛和線路的強(qiáng)度計(jì)算以及輪緣磨耗提供有關(guān)數(shù)據(jù)。3.4.2

幾何曲線通過分析1.幾何曲線通過分析模型在研究轉(zhuǎn)向架與曲線的幾何關(guān)系時(shí)繪圖，規(guī)定將左右兩輪緣的外側(cè)距B+2t縮為零，以半徑為R外=R+??/2的圓弧表示外軌內(nèi)側(cè)面，以R內(nèi)=R-??/2-?的圓弧表示內(nèi)軌外側(cè)面，也就是用輪緣與鋼軌在曲線上的全間隙??

+

?來表示外軌內(nèi)側(cè)面與內(nèi)軌外側(cè)面的距離。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架就可用一條直線來表示，而輪對(duì)則用這條直線上的點(diǎn)來代表。幾何曲線通過分析模型一般情況下，轉(zhuǎn)向架以任何速度通過曲線，其第一輪對(duì)的外輪總是靠緊外軌的，而其余輪對(duì)的位置則視速度而異。轉(zhuǎn)向架通過曲線時(shí)的可能位置3.4.2

幾何曲線通過分析2.幾何曲線通過分析（1）轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)心的位置。第一輪對(duì)至轉(zhuǎn)心的距離——第一輪對(duì)的轉(zhuǎn)心距X1可表示如下三軸轉(zhuǎn)向架的幾何曲線通過（分析法）式中，???1為

第一輪對(duì)對(duì)于外軌的偏移量，為負(fù)值；

???3為決定轉(zhuǎn)向架位置的另一輪對(duì)對(duì)于外軌的偏移量（圖中第三輪對(duì)貼靠內(nèi)軌）。得3.4.2

幾何曲線通過分析2.幾何曲線通過分析（2）輪對(duì)對(duì)于外軌的偏移量。先求解弦長為2x的弦????矢高y。按牛頓二項(xiàng)式展開得利用這種矢高與弦長的關(guān)系，求出轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)心對(duì)于外軌的偏移量矢高與弦長的關(guān)系式中，

???1為給第一輪對(duì)的橫動(dòng)量；X1為第一輪對(duì)的轉(zhuǎn)心距；R為曲線半徑。任意輪對(duì)對(duì)于外軌的偏移量式中，Xi為任意輪對(duì)的轉(zhuǎn)心距，如X2＝X1－a2。3.4.2

幾何曲線通過分析轉(zhuǎn)向架對(duì)車體的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向架對(duì)外軌的沖角2.幾何曲線通過分析（3）轉(zhuǎn)向架對(duì)車體的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向