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1、第五章 车辆运行安全性,前言:车辆运行安全性只有在轮轨处于正常接触状态时才能得到保证。由于车辆在线路上运行时受到各种力的作用，在最不利的组合情况下，可能破坏车辆正常运行的条件，使轮轨分离，从而造成车辆脱轨或倾覆事故，这就称为车辆失去运行安全性。本章就是研究车辆安全运行的条件及其评定指标，分析其影响因素，提出改善的措施，以确保车辆运行安全,第一节 轮对脱轨条件与评定指标,一、脱轨的过程及其分类 在通常情况下，当车辆在直线上运行时，车轮的踏面和钢轨顶面相接触。当车辆通过曲线时，轮对将承受着车体传来的侧向力(它是由于离心力、侧向风力及横向振动惯性力等引起的)。在侧向力作用下，前轮对的外侧车轮轮缘紧靠
2、钢轨。,.前轮对的外侧车轮在侧向力Q作用下，可能形成轮缘根部的圆弧与轨头侧面的圆弧部分接触,出现爬轨趋势，如图（）所示。.如果轮缘与轨头接触点达到轮缘圆弧面上拐点（即轮缘根部圆弧与顶部圆弧半径方向改变的那点时），就出现了临界状态如图（）所示。.如此时轮重还不够大，则在侧向力Q作用下，车轮在转动的同时继续往上爬，超过临界状态后，轮缘顶部的圆弧部分和轨头顶面接触，直至车轮完全爬上钢轨，如图（）所示，并使车轮落出轨外，形成轮缘在轨枕上滚切的脱轨现象。,1 爬上钢轨:随着车轮的转动使轮缘逐渐爬上轨头而引起的脱轨，称为爬上钢轨。爬上钢轨多数发生于低速通过小半径曲线时。2 跳上钢轨:当车轮承受过大的冲击载
3、荷时,使车轮跳离钢轨而引起脱轨，称为跳上钢轨。跳上钢轨则多数发生于高速运行时。3 车轮掉入轨道内侧:车辆在线路上运行时，如果它对钢轨的侧向力过大，可能是使钢轨横向移动，引起轨距扩大，从而使车轮掉入轨道内侧、造成车辆脱轨事故。特别是车辆在不良线路上高速运行通过曲线时，会有这种情况发生。,二脱轨条件与评定指标 为了鉴别车辆脱轨情况，就要分析车辆脱轨时的受力情况，并找出其临界条件。评定脱轨的指标很多，目前我国车辆部门主要采用脱轨系数和轮重减载率两项指标。脱轨系数与轮对脱轨条件1）车轮在脱轨临界状态时的受力情况（如图所示）,当车轮在侧向力Q作用下，在转动的同时还沿着轨头侧面往上爬，踏面抬起，而在轮重等
4、诸力的作用下达到平衡状态，即车轮处于企图向下滑而滑不下来的状态。若将各力分别向轮轨接触点的切线方向和法线方向投影，则得脱轨的临界条件：,（51）,求解联立方程式（51）得,这是轮缘与轨头接触时的力的平衡方程式，它标志车辆脱轨的临界状态。如果实际的Q1/P1 值大于上式右侧的计算值，车轮就向上爬；反之车轮就向下滑。要使车轮脱轨，即车轮爬上钢轨，则必须符合下列条件：,（52）,（53）,2）脱轨系数及其影响因素,比值Q1/P1 即称为脱轨系数，其值仅取决于轮缘角1和轮轨间的摩擦系数1。必须指出，式（）是一种最基本的脱轨条件，实际情形往往比式（）要复杂得多。脱轨系数不仅与1、1有关，而且还与轮轨冲角
5、、曲线半径、车轮直径、运行速度以及轮轨之间的蠕滑力等因素有关。实用的Q1/P1 值的允许限度常常是通过试验而不是通过计算确定的。作为实际应用，一般仍采用式（一）这个基本关系式。,3)轮对脱轨的条件,图中假定左侧车轮达到脱轨的临界状态，即左侧车轮企图下滑而滑不下来的状态，,由图根据平衡条件可得下列关系式：,（54）,由式（）和1=十2关系，可得轮对脱轨的条件：,（55）,因tga2很小可以略去不计，则式（一）可简化得：,(56),比较式（一）和式（）可见，车轮与轮对脱轨系数公式的形式是相同的，即式（）中的（2P2,）与式（）中的侧向力,相当。,关于摩擦系数1、2 的取值，一般来说，轮缘上1=68
6、0700的一点是不常和钢轨侧面接触的，表面光洁度较差，而且常有锈污，而踏面和钢轨顶面的接触点是经常滚压的，光洁度较高，所以12，通常取1=1.22。根据理论分析和试验研究，目前我国车辆科研部门建议采用的脱轨系数安全指标为：Q1/P1=1.2 危险限度（57）Q1/P1=1.0 允许限度 脱轨系数不超过“危险限度”是安全的，不超过“允许限度”是希望达到的。对于新设计的车辆来说，希望不超过“允许限度”。,由于轮重减载引起脱轨的条件,从上述分析可见，影响脱轨的主要参数为作用于车轮的垂直力P和侧向力Q，并且这两个力是同时存在的。产生脱轨的原因多半是由于侧向力增大的结果。当左右侧轮重偏载过大时，即使轮对
7、侧向力极小，也有可能脱轨。,在图中，若 21，当=时，由于右侧车轮踏面的摩擦力仍可使左侧轮缘爬上钢轨。下面就讨论由于轮重减载引起脱轨的情况。,（510）,（511）,（512）,0.32时，P/P的允许限度为0.6。,根据理论分析与试验研究，目前我国车辆研究部门建议采用的轮重减载率安全指标为：,(513),3 脱轨系数与轮重减载率的关系 脱轨系数与轮重减载率是在两种不同情况下评价车轮脱轨 的指标；轮重减载率是脱轨系数的一种特殊工况，即是轮对侧向力为零时的脱轨系数的另一种表达形式。在一般情况下，应以脱轨系数Q1/P1 作为衡量防止脱轨安全的指标。我国车辆科研部门的试验研究表明，货物列车的运行速度在 公里时范围内，曲线半径小于米时，容易发生因轮重减载而脱轨的事故。因此，对于小半径曲线低速运行的场合，采用轮重减载率作为衡量防止脱轨安全性的标准，还是具有一定实际意义的。,
