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1、第三节 影响车辆蛇行运动稳定性的因素,前言:在建立蛇行运动的运动方程时，即使经过一系列的假定后，整车的运动仍有个自由度、个参数，而转向架的运动也要有个自由度、个参数，要把这些参数一一研究简直是不可能而且是不必要的，况且还存在着很多随机因素，往往无法人为地加以控制。但车辆上的某些参数，例如轮对定位刚度、中央悬挂弹簧横向刚度、踏面斜率、复原弹簧回转刚度、横向阻尼等可供设计人员根据初步的理论分析进行选择。以下就着重讨论它们对车辆蛇行运动稳定性的影响。,1.影响转向架蛇行运动临界速度的主要因素:(1)轮对定位刚度K1x，K1y：轮对的纵向定位刚度值K1x和横向定位刚度值K1y对转向架蛇行运动的临界速度
2、V起着决定性的影响，所以在设计转向架时，必须选择各种不同的参数进行多方案比较，从而获得最佳的匹配关系。,图表明某一客车转向架在各种不同的K1y值下，K1x与Vcr的关系。,由图可知，如果选择不太大的轮对横向定位刚度值。则K1x,在较大的范围内变化时，仍可获得,较高的Vcr,表还列出某转向架五种不同的轮对定位刚度值及其相应的蛇行运动临界速度值以供分析参考,对图的说明与表的分析比较，两者是一致的。应该指出：对于某一种类型结构的转向架，其轮对定位刚度值有一最佳的匹配范围，这个范围需要经过大量的计算才能获得。例如，对于我国目前使用的客车转向架参数，它们的轮对定位刚度最佳范围大致为：,=3兆牛米、K,=
3、兆牛米。,k1x=3兆牛米,K1Y=兆牛米。,2)车轮踏面斜率：值对临界速度V有着重要的影响，与V之间的关系如图所示。由图可见，临界速度与踏面斜率的平方根近似地成反比。,实践表明，当使用新轮对或踏面刚旋削过，车辆蛇行运动的稳定性就很好，但经一个阶段运用后，踏面迅速磨耗成凹形，这时轮轨接触点处的有效斜率随之增大，因此蛇行运动的临界速度也因之下降。所以，日本在设计新干线电动车组时，为了提高临界速度，将踏面斜率从：改成：。但是为了保证高速运行时蛇行运动的稳定性，不得不增加旋修踏面的工作量。,3)中央悬挂装置的横向刚度K2Y：计算表明，K2Y增加不大（例如以下时），对临界速度几乎无甚影响，当增加较大时
4、，临界速度值略有提高。K2Y值通常由改善横向平稳性的要求来选择。,4)蠕滑系数f11、f22：蠕滑系数对临界速度的影响较小，虽人为地将它增加一倍，但临界速度值也只是略有下降。而且蠕滑系数是不能作为一个参数来选择的，正如式（一）指出的那样，它的理论值仅取决于车轮直径及轴重，而实际上还随着气象条件而变化。,）减轻轮对及轴箱等簧下重量，对提高转向架蛇 行运动的临界速度是有利的。中央悬挂装置中回转复原弹簧对转向架及车体起着回转复原的作用，选择它的刚度值K2X较为重要。中央弹簧装置横向间距对车体的横向平稳性有显著的影响，所以必须从平稳性的角度来考虑。,6)其他参数：轮对的摇头转动惯量与质量、转向架构架的
5、摇头转动惯量与质量、转向架定距、轴箱弹簧装置横向间距等，在设计转向架时，对这些参数很少有选择的余地，同时它们在可变动的范围内对转向架临界速度的影响也较小。,2.影响车体蛇行运动临界速度的主要因素 现在进一步从整车的角度来讨论影响车体蛇行运动临界速度的主要因素。,1)轮对横向定位刚度K1Y对车体蛇行运动的临界速度VCR的影响 图表示回转复原弹簧的刚度K2X=、轮对纵向定位刚度值K1X=兆牛/米时，轮对横向定位刚度值K1Y与车体和转向架蛇行运动临界速度VCR的关系。在设计转向架时，将轮对定位刚度K1X、K1Y选择得很大对防止蛇行运动是不利的。由图还可看出，如适当选择K1Y值，以车体滚摆为主的蛇行运
6、动是有可能避免出现的，但仅靠合适的K1Y来防止以车体摇头为主的蛇行运动还是有困难的。,2)轮对纵向定位刚度K1x对车体蛇行运动的临界速度V的影响 如K2X=、K1Y=兆牛米，可得到K1X与 VCR的关系，如图一所示。,3)车体与转向架之间装设刚度为2X的回转复原弹簧,K1Y与VCR的关系 图 表示在车体与转向架之间装设刚度为2X的回转复原弹簧，且当1X=兆牛米和2X=500千牛米时，K1Y与VCR的关系。,4)影响车体蛇行运动临界速度的其他参数还有:（）装设于中央弹簧装置中的横向阻尼对车体蛇行运动的稳定性影响较大,（）车体摇头惯性半径 对车体蛇行的影响较为复杂 以车体下心及上心滚摆为主的车体蛇
7、行不太受 的影响，以摇头为主的车体蛇行则随 的变动有显著的变化。当 非常小的时候，下部临界速度非常高，但一旦出现车体蛇行，在高速时也很难消除。随着 的增大，蛇行运动的上部临界速度逐渐降低，而下部临界速度变化不大，因此蛇行运动的不稳定区缩小，所以总可以找到能完全消除车体蛇行运动的适当的 值。在设计车体时，希望 在7.5米的范围内考虑车体的重量分配。,（）车辆定距2L对以车体摇头为主的蛇行运动影响较大 2L在某个值以下时，明显地出现不稳定的摇头蛇行，车体摇头蛇行的范围随着 2L的增大而缩小。目前我国主型客车的2L米，这个数值还是较为合适的。（）中央弹簧和轴箱弹簧的垂直刚度对车体蛇行运动的临界速度影响不大 影响车体、转向架蛇行运动临界速度的因素很多，所以在设计车辆时，特别要对转向架作多种方案的比较计算，以便根据垂直及横向的平稳性、蛇行运动稳定性、通过曲线的稳定性等各种技术经济指标来全面地考虑和选择各项参数。,
