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1、车辆系统动力学重点梳理基础概念一、车体运动的六种形式是什么？沿着XYZ轴三个方向分别平移的：伸缩、横摆、浮沉。沿着XYZ轴三个轴分别回转的：侧滚、点头、摇头。二、车辆动力性能有哪几种？3种各用什么指标描绘？1.运动平稳性：德国sperling指标；国际联盟UIC指标2.运动稳定性：防止蛇行运动运行速度远低于蛇行运动临界速度；防止脱轨稳定性脱轨系数：Q/P即横向力比垂向力；轮重减载率：P/P；防止倾覆稳定性倾覆系数：P动载荷/P静载荷3.曲线通过能力：磨耗指数三、轨道不平顺有哪几种？4种1.几何性轨道不平顺：垂向不平顺轨道在同一轮载下沿长度方向高低不平；水平不平顺左右轨道对应点高度差；轨距不平顺
2、左右轨道横向平面内轨距有偏差；方向不平顺左右轨道横向平面内弯曲不直2.随机性轨道不平顺3.周期性轨道不平顺：钢轨接头处4.局部轨道不平顺：路基隆起或下沉、过道岔、钢轨局部磨损、曲线顺坡轨距变化四、为何轮缘根部圆弧最小半径要小于钢轨肩部圆弧半径？一般情况下，当轮对相对于轨道的横移量不大时产生一点接触；而相对于轨道具有横移量过大时产生两点接触。当轮缘根部半径小于钢轨肩部圆弧半径时，能够使轮对相对于轨道具有的较大横移量时即轮缘根部移动到轨道肩部时也不会出现两点接触，减小轮轨磨耗。五、踏面斜度与等效斜度的定义、区别、作用？锥形踏面的车轮在滚动圆附近做一斜度为的直线段，当轮对中心离开对中位置时，有一横移
3、量为yw时，左右轮实际滚动圆：rL=r0-yw,rR=r0+yw,联立得：踏面斜度：wLRyr2r-=对于纯锥形踏面，踏面斜度恒为常数；对于磨耗型踏面，踏面由多段弧组成，踏面斜度随着轮对横移量yw的改变而改变，不再为一个恒定的常数，因而在计算时，取等效值，踏面等效斜度：wLRyr2re-=等效斜度直接影响车辆曲线通过性能。六、蠕滑的定义，产生的条件？蠕滑率、蠕滑力与蠕滑系数？定义：由于轮轨间产生的相对位移，车轮滚动时走过的行程比纯滚动时少，这一现象叫做蠕滑。条件：轮轨接触构成接触斑时，轮轨间有相对运动或相对运动趋势，接触斑产生切向力。蠕滑率：车轮相对于钢轨在各方向的相对蠕滑率纯滚动前进速度纯滚
4、动前进速度轮对实际前进速度-=纵向蠕滑率纯滚动前进速度纯滚动横向速度轮对实际横向速度横-=向蠕滑率纯滚动前进速度钢轨角速度轮对角速度自旋-=蠕滑率蠕滑力：当两弹性体有相对运动或相对运动趋势时，在接触斑平面内应变由切应力TTX，Ty来体现，这个切应力TTX，Ty就称为蠕滑力。由图能够看出，当车轮做纯滚动时，没有蠕滑力，纵向蠕滑率与蠕滑力之间不是完全线性的，只要v较小时，两者的关系才是线性的，OA斜率为蠕滑系数f，T=-fv。当车轮超过具有最大的蠕滑力B点时车轮开场滑动，由于静摩擦系数大于动摩擦系数，所以Tx下降。轮轨蠕滑计算由于轮对横摆yw引起的蠕滑率由于轮对摇头w引起的蠕滑率七、蛇行运动与蛇行
5、运动的临界速度的定义？减轻蛇行失稳的条件？怎样通过特征根判定蛇行？蛇行运动定义：具有一定形状的锥形踏面的轮对，沿着平直的钢轨滚动时，它会产生一种特有的运动轮对一面横向运动，一面绕通过其重心的铅垂线进行转动，这两种运动的耦合叫做轮对的蛇行运动。蛇行运动的临界速度：车辆蛇行运动的某一个速度下，只要一个振幅的幅值既不增大也不减少，其他振幅均成扩大或衰减，此时速度即为车辆蛇行运动的临界速度Vcr。即蛇行运动由稳定运动过渡到不稳定运动时的速度为临界速度，小于临界速度是稳定的，反之失稳。减轻蛇行失稳的条件：1.车辆蛇行运动的临界速度Vcr要远远大于其实际运行速度。2.车辆各种运动振动在运行速度范围内应有足
6、够的阻尼，一般取阻尼在其临界值0.10.2结论：表示振幅的变化的规律：0是失稳的，=0处于临界状态八、影响整车蛇行运动稳定性的因素？6种改善蛇行运动的措施？因素：轮对定位刚度、轮对踏面斜率、摇头复原弹簧刚度与阻尼系数、蠕滑系数、转向架固定轴距与质量、转向架惯性矩。措施：选择合理的轮对定位刚度；选择合理的轮对踏面斜率；适中选择合理的二系悬挂刚度；合理设置抗蛇行减震器与横向减震器；选择合理的转向架轴距；选择合理的轮对与轴箱、轴箱与构架之间的水平间隙；减小转向架的惯性矩，等。九、重载铁路定义2017年规范、特点，重载铁路与重载列车最关键根源问题是什么？重载铁路是指知足牵引质量8000t及以上、轴重为
7、270kN及以上、在至少150km线路区段上年运量大于4千万吨三项条件中两项的铁路。特点：轴重大、牵引质量大、运量大两大问题：1.重载列车纵向作用力增加制动性能、钩缓零部件一系列问题2.列车与铁路垂向作用力增加导致轮轨关系恶劣磨耗加剧构成机制：当司机发出制动信号后，列车前部首先产生制动力并减速，后部未产生制动力，而立即引起了后部车辆向前涌动，产生车钩压缩力压钩力；然后司机发出解缓信号后，列车前部开场松钩，后部仍处于制动状态，此时前车产生车钩拉动力拉钩力并向后车传递，如此产生的拉钩力从列车前部到中部传递并逐步增大，在中部区域产生车辆最大拉钩力。因而，列车在制动工况，牵引工况，解缓工况下会出现最大
8、车钩力。原因：1.列车前后部车辆受载荷不一2.线路坡道变化理解分析一、德国sperling平稳性指标与国际联盟UIC舒适性指标的异同？德国sperling平稳性指标：测点位于距1、2位心盘一侧1000m的车体地板面上蓝点各个频率段叠加起来总的平稳性，W其中Q为横向作用力，P为垂向作用力，为轮轨摩擦系数，为车轮轮缘角。车轮轮缘角越小，轮轨摩擦系数越大，越安全。规定高速列车Q/PA点的车速定义为线性临界速度，线性临界速度只要在具有极微小激扰的理想轨道上才会出现,是系统的理想临界速度最高速度。初始激扰在AB段下面，极限环会落在OA段。拐点B为车辆系统等幅蛇行运动出现和消失的分界点，其车速值定义为非线
9、性临界速度，为系统的最低临界速度。因而，对于非线性车辆系统，哪一速度出现失稳与轨道激扰密切相关，实际临界速度在VA和VB之间。六、一次蛇行与二次蛇行运动的区别，分别有何特性？并分析下列图。一次蛇行：车体摇摆剧烈，但频率较低，称为车体蛇行，通常在较低的车辆运行速度下发生。二次蛇行：车体的振动不很明显，而转向架表现剧烈摇摆、频率较高，称为转向架蛇行，通常在高速下产生。分析右图：1.在一定范围内提高轮对的纵向定位刚度值K1X和横向定位刚度值K1Y都能提高转向架蛇行运动的临界速度Vcr.2.在K1Y小于8的范围内，提升K1Y和K1X都可使Vcr迅速提升。3.在K1Y大于8时，提升K1Y对Vcr影响不大
10、，但提升K1X能够使Vcr提升，但不能过高提升K1X，若K1X过大，Vcr可能下降。七、蠕滑力导向经过是什么？为什么会出现横移和摇头的反复交替？1.假设由于某种原因，使轮对轴线偏离其径向位置顺时针+，y*=0。轮对在偏转+的经过中产生横向蠕滑力，方向指向曲线内侧，使y*从0到正值，因此产生逆时针方向的蠕滑力矩，使轮对从+位置向顺时针回转，经过中轮对产生指向曲线外侧的蠕滑力，使y*由正值趋于0。以上经过是微小的自动的进行，直至=0，y*=0。2.假设由于某种原因，使轮对轴线偏离其径向位置逆时针-，y*=0。轮对在偏转-的经过中产生横向蠕滑力，方向指向曲线外侧，使y*从零到负值，因此产生顺时针方向
11、的蠕滑力矩，使轮对从-位置顺时针回转，经过中产生指向曲线内侧的蠕滑力，使y*从负值趋于0。以上经过是微小的自动的进行，直至=0，y*=0。3.假设由于某种原因，使轮对轴线产生了横移量为-y，而=0。轮对在横移从0到-y的经过中产生了顺时针蠕滑力矩，使由0到正值。因此产生方向指向曲线内侧的横向蠕滑力，使y*从负值趋于0，与此同时，又产生了逆时针的蠕滑力矩，使轮对向逆时针-方向回转。以上经过是微小的自动的进行，直至=0，y*=0。4.假设由于某种原因，使轮对轴线产生了横移量为+y，而=0。轮对在横移从0到+y的过程中产生了逆时针的蠕滑力矩，使由0到负值。因此产生了方向指向曲线外侧的蠕滑力，使y*从
12、正值趋于0，与此同时，又产生了顺时针的蠕滑力矩，使轮对向顺时针+回转。以上经过是微小的自动的进行，直至=0，y*=0。八、曲线通过的性能指标有哪些？怎样提高曲线通过性能？指标：1.冲角轮对前进方向与轮轨接触点钢轨切线间的夹角2.轮对与钢轨间的横向力脱轨和钢轨外移和翻转的限制3.脱轨系数Q/P，P/P4.磨耗指数5.不产生滑动措施：1.小的摇头角刚度，小的一系弹簧横向刚度2.短轴距3.短定距4.大轴重5.大踏面斜率6.低车辆重心九、国标GB与国际联盟UIC规定的曲线通过性能指标异同？一样点：都是校核车辆的运行安全性与车辆对轨道的作用力不同点：国标GB规定指标：轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮
13、重减载率、倾覆系数国际UIC：轮轴横向力、脱轨系数、轮轨垂向力这两者相比而言，UIC比拟详细、可操作性强十、自由轮对纯滚动时的轮轨几何关系推导？作用在轮对上的蠕滑力推导？自由轮对纯滚动时的轮轨几何关系：AB=CD=2b,DE=r,OF=OH=R,HF=r0,其中2b为左右两车轮滚动圆间的横向距离，R为曲线半径，2rrL0Rr-=，RLrr-=?r，由图可知：CEDOFH?，有：OFHFCDDE=,即Rrbr02=?，整理得：Rr0b2r=?，对于踏面斜率0e2r2yyrrRL?=-=，所以纯滚线距线路中心线的距离：00byRr-=，负号表示纯滚线位于线路中心的外侧。作用在轮对上的蠕滑力：假定轮
14、对在曲线上的横向位移不大，可以为轮轨接触几何关系是线性的，在不考虑自旋蠕滑时有yyxxvfTvfT2211,-=-=纵向蠕滑率VVVvwxrxx-=横向蠕滑率VVVvwyryy-=ryrxVV,钢轨接触斑沿x,y轴两个方向的速度分量；wywxVV,车轮接触斑沿x,y轴两个方向的速度分量；V车轮前进速度轮对在稳态工况下通过曲线时，各接触斑的速度分量为：0)1(=ryrxVRbVVVVrryVVwywx=?+=00)1(值表示轮对转速实际转速和0rV的差值即轮对绕本身的平均转速应为0rV，它与左右轮重的增减载有关。蠕滑系数与轮重变化成比例，如轮重变化率为ppq?=则蠕滑系数大致与轮重?32成比例。
15、故左右车轮的蠕滑系数各不一样，由此计算得出的蠕滑系数2211,ff须各乘以q321进行修正。式中对减重的右侧车轮取负号。左轮蠕滑率0)321(ryqvxl*-=-=ylv右轮蠕滑率0)321(ryqvxr*+-=-=yrv由于轮重的差异，造成右轮的纵向蠕滑率增大，而增载的左侧车轮的纵向蠕滑率减小。因此两侧车轮的纵向蠕滑力也各不相等。迫使轮对产生一个微小的角位移，直至调整到两轮上的纵向蠕滑力大小相等、方向相反时为止。这时的蠕滑力一般略小于轮重相等时的情况。至于左右车轮的横向蠕滑率固然相等，但蠕滑系数不等，因而两侧车轮的横向蠕滑力也不相等。作用在轮对上的合成横向蠕滑力和蠕滑力矩为：222fTTTy
16、ryly=+=*-=-=yrbqfbTTMxrxlz0211)941(2)(当车辆运行速度不高，且通过较大曲线半径时，q值较小，294q更小，可忽略。十一、应用Hertz接触理论的假设前提？1.接触发生小变形2.接触斑是椭圆形3.相接触的物体可被看做半弹性空间，接触面只作用有分布的垂向压力4.应力应变关系取线性5.接触面充分光滑6.不考虑接触面的介质，不计动摩擦影响十二、列车纵向冲动由什么力组成？6种减少重载列车纵向冲击的措施？MX=FGn+FL-FGn+1-FA-FB-Fc-FW其中FG为车钩力，FA运行阻力，FB制动力，FL牵引力或动力制动力，Fc曲线阻力，FW坡道阻力措施：1.采用新型制动装置2.改变列车操纵方式3.设计新型缓冲器性能4.改变列车编组方式十三、列车纵向动力学应用范围？1.列车编组确实定2.列车操控方式3.空气制动系统设计4.缓冲器系统设计5.牵引计算6.事故调查7.能耗计算