文档介绍：第六章机车车辆动力学
第一节总论
一、机车车辆动力学及研究对象
铁路运输是依靠列车在线路上的运行来实现的。由机车和车辆组成的列车以及铁道线路是一个整体系统,在这个复杂的系统中,它们互相联系又互相作用。列车运行时,系统中各组成构件将会产生各种力和位移的动力过程,这些力和位移是由于机车车辆与线路的相互作用以及机车与车辆之间和各连接车辆之间的相互作用所引起的,对这些过程进行研究的一门学科就是机车车辆动力学,也称车辆动力学轮轨动力学。
轮轨动力学是以轮轨系作为研究对象的。实际上,轮轨系所描述的是两个独立物理系统的相互作用系,即线路系统和机车车辆系统。轮和轨作为相互作用系的直接接触媒介,它们在接触面上发生的物理过程及其性状,无论在质上还是量上都支配着各独立系统的运动。
刚体动力学而言,单一机车车辆或由若干机车和车辆组成的列车和线路的相互作用,可以用系统的“输入一传递函数-响应输出”的模式来描述,研究三者的关系是车辆动力学的另一个研究对象。两个独立的系统都可以从对方获得输人,并经由自身系统的传递函数,对输入产生响应。不同的传递函数对输人谱有不同的选择性和灵敏度。
①垂向与横向动力学模型。用于研究车辆对各种轨道不平顺的响应。
②横向稳定性模型。用于预测车辆蛇行运动的特性及临界速度。
③曲线通过模型。用于分析车辆通过曲线时轮对的偏移和轮轨间的作用力,以及检验车轮脱轨条件。
①纵向动力学模型。用用来研究由于列车操纵、编编组、制动和各种运行工况下作用在车辆之间的纵向动力特性。
②横向动力学模型。用来分析列车在轮轨作用力、曲线超高力和离心力以及纵向力分量等综合作用下,在横向平面内的稳定性。
③垂向动力学模型。主要研究列车中车钩分离及车体与转向架分离的垂向稳定性。
三、车辆动力学性能的主要指标
1. Sperling平稳性指标()
在轮轨间蠕滑力的作用下,车辆运行到达某一临界速度时会产生失稳的自激振动即蛇行运动。高速时的蛇行运动动表现为轮对和转向架激烈的横向振动,它威胁到运行安全。为此,要求车辆蛇行运动的临界速度D。远高于其最高运行速度,以保证有足够的安全裕量。
（P535）
(P535)
四、轨道不平顺
在线路的平直道区段,钢钢轨并不是呈理想的平直状态,两根钢轨在高低和左右方向相对于理想的平直轨道呈某种波状变化而产生偏差,这种几何参数的偏差就称为轨道的不平顺。轨道上在没有车轮载荷作用时所呈现的不平顺称为静态不平顺。
在直线区段,轨道不平顺按下列四种型式进行描述
(1)轨道垂向不平顺
轨道高低变化是垂直方向的不平顺,是指钢轨表面在同一轮载作用下所形成的沿长度方向的高低不平。
(2)轨道水平不平顺
直线上的轨道水平不平顺是指左右钢轨对应点的高差所形成的沿位轨长方向的不平顺。
(3)轨道方向不平顺
轨道方向(横向)不平顺是指左右两根钢轨沿长度方向在横向平面内呈现的弯曲不直。
(4)轨距不平顺
轨距不平顺是指左右两轨的轨距沿轨道长度方向上的偏差,其数值以实际轨距与名义轨距之差来表示。
(1)周期性轨道不平顺
在有缝线路上,接头是钢轨的薄弱环节。由于鱼尾板的抗弯刚度不足,在车轮载荷的作用下,接头处产生较大的弹性下沉。接头区由于受到车轮的冲击载荷而使轨面被打平和压低,因此其高低不平顺
(2)随随机性轨道不平顺
无缝线路上的轨道不平顺是里程的随机函数,其波幅和波长都是而是随机变量。
随机过程需要用统计函数来描述,而功率谱密度函数PSD则是表述作为平稳随机过程的轨道不平顺的最重要和最常用的统计函数。
垂向不平顺公式（P537）
方向不平顺公式（P537）
水平不平顺和轨距不平顺具有相同的谱密度表达式（P537）
(3)轨道局部不平顺
在线路的特定结构处或偶然地点(如线路的局部病害处)产生的轨道几何参数的偏差称为轨道局部不平顺。
五、轮轨接触关系的几个常用参数
锥形踏面车轮在滚动圆附近做成一段斜度为入的直线段,在直线段范围内车轮踏面斜度为常数。
当轮对自其对中位置向右(或向左)移动时,左右钢轨给予左右车轮的法向反力就不相同,法向力的横向分力在左右车轮上也不相,作用于左右车轮上的合成横向力有使轮对恢复到原来对中位置的作用。横向复原力的大小与轮对横移量及所受的载荷有关。复原力与能对横移量之比称为等效重力刚度h。
当轮有摇头角v时,作用在左右车轮上的轨道横向力将对轮对产生一个力矩M。轮对的摇头角越大,由于其重力作用引起的力矩也越大。这个摇