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1、3.研究列车纵向作用力的目的：研究列车纵向作用力的目的：研究列车的纵向动态变化就是为了要掌握列车在牵引力、制动力变化时以及调车作业中车辆之间纵向作用力变化的规律，并从这些变化规律中寻求改善车辆受力状况和运行性能的途径。第1页/共24页二、车钩缓冲装置的作用和性能二、车钩缓冲装置的作用和性能 1.车钩缓冲装置的作用车钩缓冲装置的作用 车钩缓冲装置是连挂机车车辆并使车辆之间保持一定距离，传递车辆之间的纵向作用力并缓和车辆之间的冲击力。车钩缓冲装置在纵向力作用下具有一定的弹性变形，同时又可以约束列车中车辆之间的相对位移，故称之为车辆之间的弹性约束。2.缓冲器种类缓冲器种类 车辆上采用的缓冲器种类很多
2、，有弹簧缓冲器、摩擦式缓冲器、橡胶缓冲器及液压缓冲器等。弹簧缓冲器仅有弹性而无减振作用，由于性能不理想，故在我国铁路上现已不用。我国部分车辆采用型橡胶缓冲器，只有在少量车辆上安装液压缓冲器。第2页/共24页3.摩擦式缓冲器特性摩擦式缓冲器特性 我国车辆上使用最普遍的是摩擦式缓冲器，其中有一号、二号和三号缓冲器。它们既起弹性作用又有减振作用，其特性曲线如图所示。第3页/共24页 1)缓冲器平均刚度缓冲器平均刚度 设摩擦式缓冲器的加载和卸载时的刚度分别为l及u，其平均刚度为：2)缓冲器相对摩擦系数缓冲器相对摩擦系数3)缓冲器的最大行程缓冲器的最大行程 在图一中，Ox0为缓冲器的最大行程，它是缓冲器
3、自由状态下和全压缩状态下的长度之差。使缓冲器全压缩所需的力称为缓冲器的最大作用力0。第4页/共24页4)缓冲器容量缓冲器容量0 是指缓冲器全压缩时所贮存的能量，一般可写成：式中 x 缓冲器行程；x0缓冲器最大行程；(x)缓冲器加载状态下行程为x时的作用力。5)缓冲器的吸收率缓冲器的吸收率 在图一中，面积xx 表示缓冲器贮存的能量 =x0 0(x)dx，面积xx表示由于缓冲器内部摩擦所耗散的能量，这部分能量在缓冲器回弹时不再输出。缓冲器耗散能量与贮存能量之比称为缓冲器的吸收率，即 第5页/共24页 我国各型缓冲器的性能列于表中 第6页/共24页第二节第二节 列车在稳态运行时的纵向作用力列车在稳态
4、运行时的纵向作用力1.列车在稳态运行情况下运动方程列车在稳态运行情况下运动方程 列车在稳态运行情况下确定车钩缓冲装置的纵向作用力时，可将列车看作是互相销接的刚体（车辆），运行中产生的刚体相对位移极其微小，可以忽略不计。第7页/共24页1)运动方程运动方程 如果机车位于列车的头部，而线路在列车长度范围内无坡度变化，则列车在轮周牵引力、运行阻力、制动力和惯性力的同时作用下其运动方程式为。式中 机车轮周牵引力之和；n列车中的车辆数（不包括机车）；i列车中第辆车的质量，其中机车的编号为i=，而车辆的编号为 i,2,n /dt列车的加速度（或减速度）；wi列车中第i辆车的单位质量的阻力，其中包括线路坡度
5、、曲线等阻力因素 在内；i列车中第i辆车的轮周制动力。第8页/共24页2)加速度（或减速度）加速度（或减速度）列车的瞬时加速度（或减速度）可按下列公式求出：第9页/共24页 列车中全部车辆（不包括机车）质量；0列车中机车质量 第10页/共24页3)车钩缓冲装置上的纵向作用力车钩缓冲装置上的纵向作用力 如列车的瞬时速度为，则第辆和第1辆车连结处的车钩缓冲装置上的纵向作用力为k,k+1，则 上式中等号右侧第一项为第辆车以后所有车辆（不包括第辆车）的惯性力，而第二项则为其制动力及运行阻力。（7-4）第11页/共24页 若列车中的所有车辆同型号且装载量相同（均质列车），则式（）可写成：式中c，c，c分
6、别为该型车辆的质量、制动力及单位质量的阻力。（7-6）第12页/共24页 由式（）可见，在均质列车中，纵向力按线性规律分布(随K增大而减小)。列车中最大纵向力处于机车和第一辆车之间的车钧缓冲装置内，其值为 式中 B，l分别为列车中全部车辆的制动力和机车的制动力，0 机车单位质量的阻力。由式（b）可见，列车在纵断面无变化的线路上运行时，运行阻力对0,1的影响极其微小。当m=0 时，则有：(7-7a）(7-7b)（7-8）第13页/共24页第三节第三节 列车在牵引力（或制动力）发生变化时的纵向作用力列车在牵引力（或制动力）发生变化时的纵向作用力前言前言:.列车在牵引力（或制动力）发生变化时（过渡过
7、程）产生的纵向作用力可能比稳态运行时大得多。在过渡过程中车辆互相作用的特点是具有振动和冲击性质。.在过渡过程中确定车钩缓冲装置所受的纵向作用力时一般采用两种计算简图：离散质量系统和连续质量系统。.离散质量系统把列车看作由弹性元件联系的离散质量所组成的系统；连续质量系统把列车看作一根弹性杆件。一般列车是由相当多的车辆（几十至近百辆）连挂而成的，因此系统的自由度相当多，在用解析方法进行计算时，用连续质量系统较为方便。但由于实际列车是离散质量系统，故用连续质量系统简图计算时其结果会产生一定误差。如列车中车辆数目不多，采用离散质量系统计算简图进行解析运算可以得到较精确的结果。本节介绍按离散质量系统确定
8、车钩缓冲装置所受的纵向作用力第14页/共24页一、缓冲器无阻尼情况下列车起动时的纵向力一、缓冲器无阻尼情况下列车起动时的纵向力 确定列车起动时车钩缓冲装置中的纵向力是一个重要的实际问题、由于实际车辆上采用摩擦缓冲器，同时车钩缓冲装置内存在游间，在分析中要考虑全部因素是很困难的。一般为了简化分析，同时又能得到某些比较主要的规律，在分析中，不考虑车钩缓冲装置中的游间，也不考虑缓冲器中的摩擦力。第15页/共24页1列车纵向作用力之间的微分方程推导列车纵向作用力之间的微分方程推导 列车作为离散质量系统处理时采用的计算简图如图1所示。设列车由车辆和机车共n辆组成，其质量分别为1，2，Mi，n+1，车辆之
9、间的弹性约束刚度分别为K1，i，n，车辆连挂处的纵向力为1=K1(x1一2)，Ni=i（i一xi+1），n=n（xnxn+1），机车牵引力为，则得列车纵向作用力之间的微分方程为：第16页/共24页（7-9）第17页/共24页 如果列车中所有车辆的质量均相同，并采用同型缓冲装置，则式（9）变为：（7-10）（7-11）第18页/共24页 解方程组（11）可得 将关系式N=Y+代入式（10）中，则有（7-12）第19页/共24页2.列车纵向作用力之间的微分方程求解列车纵向作用力之间的微分方程求解 如果n的数目不大，则方程组（12）不难解出，从而可求出1，i，n的数值。若n的数值很大，而为一骤加的常
10、值牵引力，由H.E茹科夫斯基提出了下列解析表达式：(7-13)第20页/共24页 式（713）中第三项即为列车稳态运行时第i辆车连结处的纵向力。从式（13）可以看出，在任何瞬间，i均由两部分组成，它包括稳态情况下的纵向作用力和速度为并向前后传播的波动的纵向作用力。由此可见，在编组车辆数目众多的列车上突然作用一常值牵引力了时，车辆连挂处的纵向作用力在零与之间变化。第21页/共24页3.各车辆纵向作用力变化情形各车辆纵向作用力变化情形 图2中绘出辆车组成的列车在起动时纵向力的变化情形。在计算中取骤加的牵引力为常数，K/M=16(1/秒)。图2中，在每个车辆连挂处的下部竖曲线上绘出随时间变化的纵向力
11、i值。由图可见，纵向作用力是以一定速度由前向后传递，当作用力波传递到最后一辆车后，尾车上的纵向作用力先由小变大，当达到最大值后又逐渐变为零和负值。于是相反方向的纵向作用力又从尾车返回第一个车辆连结处。在图中最外面的两根竖曲线上绘出第一辆车和最末一辆车的速度变化情况。第22页/共24页二、牵引力变化时列车中的纵向作用力二、牵引力变化时列车中的纵向作用力 以上讨论了机车牵引力为常数的情况下列车起动时的纵向作用力。但实际上，机车牵引力并非不变的。机车牵引力变化时，对于列车中的纵向作用力影响很大。A拉扎良研究了列车牵引力为单调增长和列车牵引力有波动的非单调增长两种情况对纵向作用力的影响，并得到如下结果
12、：1.当机车牵引力单调增加时，如图一3（）所示，列车在加速或起动过程中，车钩缓冲装置中的最大作用力一般不超过机车最大牵引力。牵引力为常数时，起动的最大纵向力沿列车长度的分布情形如图 4（）所示。2.当机车牵引力非单调上升时，其特性如图 3（）所示，作用在车钩缓冲装置上的纵向力大小与牵引力的变化规律有密切关系。如机车牵引力最小值发生在弹性波由机车返回之前，则车钩缓冲装置的纵向作用力显著增加，尤其明显地反映在列车中央1/3区段内。最大纵向力沿列车长度方向的分布如图 4（）所示。图 一4中的纵坐标表示最大纵向作用力与实际牵引力之间的比值。在实际运用中，如果机车牵引力突然剧烈波动或迅速交替加速和制动时，列车中会引起很大的纵向力严重时会造成车钩断裂、损坏车辆和货物。图3 机车牵引力增长特性a单调增长 b非单调增长 图4 纵向力沿列车分布情况第23页/共24页感谢您的观看。感谢您的观看。第24页/共24页