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1、轨道交通车辆动力学基础（一）,董英荣 2016.11.12,山东交通职业学院,为什么要研究车辆动力学？,城轨车辆动力学研究内容？,研究在加速、制动、转向和行驶过程中车辆的表现-施加于车辆上的力的响应。具体的表象体现即安全性、平稳性/舒适性、曲线通过性能。,安全性：外力/内在因素影响下出现脱轨的情况。,平稳性（舒适性）振动加速度、振幅和振动频率。,铁路车辆在线路上运行时，构成一个极其复杂的具有多自由度的振动系统。,一、车辆系统的振动,在机车车辆动力学研究中，把车体、转向架构架（侧架）、轮对等基本部件近似地视为刚性体，只有在研究车辆各部件的结构弹性振动时，才把他们视为弹性体。簧上质量：车辆支持在弹
2、性元件上的零部件 。 车体（包括载重）及摇枕质量， 客车转向架构架，一般是簧上质量。簧下质量：车辆中与钢轨直接刚性接触的质量。 轮对、轴箱装置。,浮沉运动沿垂向平移横摆运动沿横向平移伸缩运动沿纵向平移摇头运动绕垂向轴旋转(yaw)点头运动绕横向轴旋转(pitch)侧滚运动绕纵向轴旋转(roll),车辆的振动形式,与轨道有关的激振因素,1.轨道的垂向变形,2. 轨道的局部不平顺（1）曲线超高；（2）道岔；（3）钢轨局部磨损、擦伤；（4）路基局部隆起和下沉,与轨道有关的激振因素,3.轨道的随机不平顺,与轨道有关的激振因素,线路不平顺不是一个确定量，它因时因地而有不同值，它的变化规律是随机的，因而称
3、为随机不平顺。,（1）水平不平顺； （2）轨距不平顺； （3）高低不平顺； （4）方向不平顺； （5）扭曲不平顺,与轨道有关的激振因素, 高低不平顺,钢轨顶面长度方向的垂向凸凹不平，简称为高低不平顺，由于左、右两根钢轨高低的起伏变化趋势不完全相同，可区分为左轨高低不平顺和右轨高低不平顺。,与轨道有关的激振因素, 水平不平顺,钢轨顶面长度方向各个横截面上左右轨对应点的高差，简称为水平不平顺。水平不平顺的幅值，在曲线上是指扣除正常超高值的偏差部分。,与轨道有关的激振因素, 轨距不平顺,轨距应在钢轨头部内侧面下16mm处量取，直线轨道距值规定为1435mm。由此可以定义轨距不平顺：在轨道同一横截面，
4、钢轨顶面以下16mm处，左右两根钢轨之间的内侧距离，相对于标准轨距的偏差。,与轨道有关的激振因素, 轨向不平顺,钢轨轨距点沿长度方向相对于基线的横向的凸凹不平顺，简称为轨向不平顺。 右、左两根钢轨方向的变化往往不同，可分为左轨轨向不平顺和右轨轨向不平顺，并将左、右轨方向不平顺的平均值作为轨道的中心线的轨向不平顺。,与轨道有关的激振因素, 扭曲不平顺,轨道平面扭曲不平顺 （有些国家将之称为平面性，我国俗称为三角坑），是指左、右两轨轨顶面（常用四个点确定）相对于相应的轨道平面的扭曲状态，用相隔一定距离的两个横截面水平幅值的代数差度量。 计算公式：Z1L-Z1R-(Z2L-Z2R),分析某轨道区段参
5、数如下表，试分析其高低不平顺、水平不平顺、轨距不平顺、方向不平顺的值。,与轨道有关的激振因素,轨道不平顺实例波形,与轨道有关的激振因素,轨道不平顺及其影响综述,轨道平顺状态的评估方法,评定诊断轨道平顺状态好坏和恶化程度的依据，是轨道不平顺对机车车辆响应的影响和经验。我国对轨道不平顺状态的评价方法主要采用局部不平顺幅值超限评分法（即峰值扣分法）和轨道质量指数法（TQI）： 1、峰值扣分法； 2、TQI。,轨道平顺状态的评估方法,1、峰值扣分法,峰值扣分法从轨道几何尺寸指标、动力学指标的角度出发，根据轨道局部不平顺超限等级，以一公里为单位计算总扣分的方式来评价轨道的质量。检查评定项目包括轨距、水平
6、、高低、轨向、三角坑、车体垂向振动加速度和横向振动加速度共七项。 局部不平顺幅值超限评分法把轨道动态几何尺寸允许偏差管理值按线路允许速度分为四级：级为保养标准，每处扣1分；级为舒适度标准，每处扣5分；级为临时补修标准，每处扣100分；级为限速标准，每处扣301分。,轨道平顺状态的评估方法,轨道平顺状态的评估方法,每公里扣分总数按下式计算：,轨道平顺状态的评估方法,计算分析：1.某区段1km范围内，级标准发现3处， 级发现5处， 级发现1处，分析该区段质量状态。（峰值扣分法）,轨道平顺状态的评估方法,2、TQI,轨道平顺状态的评估方法,以200m轨道区段作为单元区段，分别计算单元区段内左、右高低
7、，左、右轨向，轨距，水平，三角坑七项几何参数的标准差。 各单项几何不平顺幅值的标准差称为单项指数，七个单项指数之和作为评价该单元区段轨道平顺性综合质量状态的轨道质量指数。其计算公式为：,轨道平顺状态的评估方法,看QTI值是否超过规定的管理限界值,国内给TQI值制定了一个标准的管理限界值15,即被检单元区段的QTI值超过巧时,就视为不良区段,需要加强养修。 具体的TQI管理限界值的组成如下表:,轨道平顺状态的评估方法,计算分析：2.某区段200m范围内，采样点及参数见下表。（TQI法）,轨距均值：1436 轨距标准差：2.08高低均值：140 高低标准差：11.9TQI=2.08+11.9=13.98,
