列车振动类型及蛇行运动原理过程
高速列车系统振动与控制
高速列车系统振动与控制一、引言高速列车系统的振动控制是确保列车运行安全和乘客乘坐舒适的关键方面。
随着科技的进步和交通需求的增加，高速列车系统的振动控制变得越来越重要。
本文将探讨高速列车系统振动产生的原因、振动对列车和乘客的影响以及常用的振动控制方法。
二、高速列车系统振动的产生原因1. 轮轴不平衡：列车行驶时，轮轴不平衡会引起车轮的振动，从而影响列车的稳定性和乘坐舒适度。
2. 风振效应：当列车在高速行驶过程中，空气会对车体产生较大的压力，导致列车产生振动。
3. 轨道不平整：由于各种原因，轨道的平整度可能受到影响，使得列车在行驶过程中产生振动。
三、高速列车系统振动对列车和乘客的影响1. 安全性影响：过大的振动会导致列车脱轨的风险增加，给列车的安全性带来威胁。
2. 乘坐舒适度降低：列车系统振动会给乘客带来不适感，降低乘坐舒适度，影响乘客的旅行体验。
3. 能耗增加：振动会导致列车系统产生额外的摩擦损失，从而增加列车的能耗。
四、高速列车系统振动控制方法1. 轮轴动平衡技术：采用动平衡技术，对轮轴进行精确的平衡处理，减小轮轴不平衡对列车振动的影响。
2. 主动控制技术：利用传感器对列车系统振动进行监测，通过反馈机制实时调整列车的振动状态，提高系统的稳定性和舒适度。
3. 隔振技术：在列车和轨道之间安装隔振装置，有效减少振动的传递，降低振动对车辆和乘客的影响。
4. 轨道平整度维护：加强对轨道的维护和检修，保持轨道的平整度，减少由于轨道不平整引起的列车振动。
五、结论高速列车系统振动控制是确保列车运行安全和乘客乘坐舒适的关键措施。
通过轮轴动平衡技术、主动控制技术、隔振技术以及轨道平整度维护等方法，可以有效减少列车系统振动对列车和乘客的影响，提高列车的安全性和乘坐舒适度。
未来，随着技术的进一步发展，高速列车系统振动控制技术将得到进一步的完善和应用。
高铁车辆车体振动因素分析
高铁车辆车体振动因素分析高铁是现代交通工具中的一种重要形式，其快速、便捷、舒适的特点受到了广大乘客的喜爱。
在高铁列车运行过程中，车体振动是一个重要的问题，它直接关系到乘客的安全和舒适度。
对高铁车体振动因素进行分析具有重要的理论和实际意义。
一、高铁车体振动的分类高铁车体振动主要可以分为两种类型：垂向振动和横向振动。
垂向振动是指车体在行驶过程中上下方向的振动，而横向振动是指车体在行驶过程中左右方向的振动。
这两种振动形式都会对乘客的舒适度造成一定的影响，因此有必要对其进行深入分析。
1. 铁路线路因素：铁路的铺设质量、路基的平整程度、轨道的直线度和平曲线的铺设都会直接影响到高铁列车的振动情况。
如果铁路线路设计和维护不当，会导致高铁列车在行驶过程中产生较大的振动，影响乘客的舒适度。
2. 车辆结构因素：高铁列车的车体结构、悬挂系统、减振装置等都会对车体振动产生影响。
如果车辆结构设计不合理或者减振装置维护不当，都会导致车体振动加剧，进而影响列车的舒适性。
3. 运行速度因素：高铁列车的运行速度是直接影响车体振动的重要因素。
一般来说，高速行驶会导致车体振动加剧，特别是在铁路线路条件较差的情况下，振动情况更为严重。
4. 车厢内部因素：车厢内部的座椅、地板、隔音材料等也会对车体振动产生一定的影响。
良好的座椅设计和隔音材料使用可以有效减轻车体振动对乘客的影响。
5. 环境因素：天气、温度、湿度等环境因素也会对车体振动产生影响。
在高温天气下，铁路线路的膨胀会导致列车的振动情况加剧。
通过对上述因素的分析，可以清楚地了解高铁车体振动的产生原因和影响情况，为解决车体振动问题提供重要的理论依据。
1. 完善铁路线路建设和维护：加强对铁路线路的设计、施工和维护，保证铁路线路的平整度和直线度，避免出现严重的凹凸和平曲线问题，从而减轻高铁车体的振动。
2. 优化列车车体结构和减振装置：对高铁列车的车体结构和减振装置进行优化设计和维护，提高列车的稳定性和行驶平顺度，减轻车体振动对乘客的影响。
轨道车辆运动稳定性与参数优选_图文
弹簧越柔软则可使乘坐越舒适，但却会 影响缓冲橡胶的耐久性，而且还会降低 运行的稳定性。
转向架参数与车辆动力学性能的定性关系
对于自激振动系统，当车辆的运行速度略超过某 一最低临界速度值，系统中就开始失稳。系统一 旦失稳，随着速度的提高，失稳程度也越严重。
因此，车辆的运行速度可以容许超过共振的临界 速度，而绝对不能超过蛇行运动的临界速度。
车辆系统蛇行稳定性判定方法
线性方法： 特征值法 最小阻尼系数法
非线性方法： 极限环法
特征根法
V=150km/h
V=500km/h
在不同速度下，车辆系统对应不同的特 征值。当在某一速度下系统的特征值实 部出现负值且小于该速度时系统特征值 不出现负值，则该速度为系统对应的线 性临界速度。
最小阻尼系数法
第二节 自由轮对蛇行运动
自由轮对稳定性特性:
只要速度大于零，轮对的振幅将随着时间的延 续而不断扩大，因此自由轮对从运动的开始就 是失稳的；
在失稳工况下，轮对的振幅（横移）超过轮轨 间隙时，轮缘就开始打击钢轨，这将损害车辆 ，破坏线路，甚至可能造成行车事故；
自由轮对蛇行失稳程度与轮对的结构参数、蠕 滑系数有关。
自由轮对蛇行运动频率与波长
自由轮对蛇行运动频率 ：
自由轮对蛇行运动波长 ：
整车蛇行失稳
整车蛇行失稳形式
转向架车辆具有两种蛇行运动： 第一种：车体蛇行（车体摇晃激烈、频率较低）
方向 100 120 140 160 180 200 220 横向 2.28 2.35 2.43 2.58 2.64 2.73 2.83 垂向 2.56 2.74 2.89 2.97 3.03 3.12 3.23
参数对稳定性影响
车辆蛇形运动稳定性及运行振动分析
车辆蛇形运动稳定性及运行振动分析1、车辆蛇形运动稳定性具有一定他面形状的轨道轮对即使沿着平直轨道运转，受到微小激扰后就会产生一种振幅保持现状或继续增大直道轮缘受到约束的特有运动，此时轮对向前滚动一面横向往摆动，一面又绕铅锤中心来回转动，其轮对中心轨迹呈波浪形，称蛇形运动，当激扰消失而剧烈的蛇形运动不能收敛时，则称蛇行失稳。
表面上轮对并未受到钢轨的纵向或横向位移激振，实际上这是一种自激振动，试论对对钢轨的相对运动产生了内部激振力，由这种激振力维持轮对相对运动，由机车牵引力提供的非振动能量由于轮轨间的自激机制转换为蛇形运动的能量。
当车辆运行到某速度时车辆系统中的阻尼无法消耗这种能量。
蛇形运动就失稳，该速度就称为蛇形失稳临界速度，轮轨间的蛇形运动是由等效斜率的踏面产生的，这种踏面避免轮对的轮缘始终贴靠在轨侧运动而采取的自动取中措施，正是这种取中的能力在一定条件下转化为失稳的动力。
在纯粘着滚动假设条件下，由锥形踏面轮对与钢轨间的几何关系可以推导出一个无约束自由轮对的蛇形运动频率W w及波长L w的公式，之后又推出了轴距为2L w的刚性二轴结构转向架的蛇形波长L t及蛇形频率W t的相关公式。
W w = 2πv/L w，L w =2πbr×1/λe2, W t =2πv/L t，影响蛇形运动因素很多，主要有以下几个，1轮对定位刚度，2轮对踏面等效斜率λe，3蠕滑系数，4转向架固定轴距，5中央悬挂装置。
2、车辆运行振动分析车辆垂直振动，城市轨道车辆的转向架通常采用二系悬挂，力求在有限的空间获得柔性，研究表明，车辆的两个自由度简化的垂直振动系统有两个自振频率，低频P1与总静挠度f st有关，而高频P2除与静挠度有关外，还与刚度及车体质量和簧上部分质量之比有关。
低频对应的振动型为车体与构架做相同振动，而高频振动对应车体与构架做反向振动，车体以低频振动为主，而构架则以高频振动为主干线客车及地铁轻轨车辆的两系垂直总挠度通常均在160mm以上。
高铁车辆车体振动因素分析
高铁车辆车体振动因素分析高铁作为国内最先进的铁路交通工具之一，其车辆系统的牵引系统、制动系统、悬挂系统以及车体本身等都受到了广泛的研究。
其中，车体振动是高铁运行中重要的因素之一，它直接关系到行车质量、安全性以及运行稳定性。
因此，对高铁车体振动因素进行分析具有重要的理论和实际意义。
本文将就高铁车体振动因素做一详细分析。
1、高铁车体振动形式高铁车体振动一般包括车体纵向振动、横向振动、垂向振动以及部位极易引起振动，诱发动态力的部位振动等。
其中，车体纵向振动与高速通过曲线时的横向往复摆动有关，其振动波形呈现出类似于正弦波一样的周期性变化。
而横向振动则与幕墙系统以及车轮间间距的不同等因素有关。
垂向振动是车辆制动换向、车轮出轨、松软路基条件下的运行等因素引起的。
部位极易引起振动，诱发动态力的部位振动又分为轮轴振动、轴箱振动等。
高铁车体振动影响因素主要包括动态载荷、悬挂系统的刚度和阻尼特性、车轮与轨道之间的耦合特性以及车体的结构松动等。
其中，动态载荷的大小与列车的速度、曲线路况、大桥高通等因素有关。
悬挂系统对车体振动的影响则是通过其刚度、阻尼及其特性参数来实现的。
车轮与轨道之间的耦合特性是指铁路系统中，车轮与轨道相互作用、耦合时，产生的动态载荷、力学参数及其变化特性。
车体结构松动主要是造成车厢内的共振现象，以及增加车体的有效质量等。
高铁车体振动控制技术主要包括主动振动控制与被动振动控制两类。
被动振动控制主要包括被动悬挂系统、摆闸控制等，而主动振动控制主要包括调速、智能控制技术、振动控制算法等。
其中，主动振动控制技术是未来高速铁路发展的重要方向之一。
通过采用当前最先进的控制技术，如人工智能、控制理论等，可以进一步提高高铁车体振动的控制效果。
总之，高铁车体振动因素是影响高铁运行质量和安全性的重要因素之一，随着科技进步和铁路建设的不断推进，相信高铁车体振动控制技术也会得到不断提高和改进。
车辆蛇形运动状态下重载铁路轮轨系统振动特性
CHARACTERISTICS OF DYNAMIC INTERACTION BETWEEN WHEEL AND RAIL DUE TO THE HUNTING MONTION ON HEAVY-HAUL RAILWAY
WANG Kai-yun , LIU Peng-fei
(Traction Power State Key Laboratory, Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan 610031, China)
第 29 卷第 1 期 2012 年 1 月
Vol.29 No.1 Jan. 2012
工程力ຫໍສະໝຸດ 学 235ENGINEERING MECHANICS
文章编号：1000-4750(2012)01-0235-05
车辆蛇形运动状态下重载铁路轮轨系统振动特性
王开云，刘鹏飞
(西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川，成都 610031)
[1―5]
2 货车车辆运动稳定性分析
通过对车辆系统进行非线性稳定性分析发现， 车辆系统在直线轨道上具有图 2 所示的极限环 ， 图 2 中实线表示稳定的极限环，虚线表示不稳定的 极限环，横坐标轴表示系统的平衡位置。在大的扰
工
程
力
学
237
3 蛇形失稳时的轮轨相互作用特征
货车空车出现蛇形运动状态，主要原因是运行 速度高于其实际的非线性临界速度。本节以重载铁 路无磨耗的货车空车为例，分析其蛇形失稳时的轮 轨相互作用特征。 由前节分析可知，无磨耗的货车空车的非线性 临界速度为 134km/h，因此，本节分析时，为了使 货车车辆产生蛇形失稳现象，设置运行速度为 135km/h(略高于其临界速度 134km/h)，并在轮对上 施加一个较大位移的初始激扰，如 8mm 的位移量。 3.1 轮轨接触角 图 4 给出了轮轨接触角的计算结果。从图 4 可 见，对于左侧的轮轨接触角而言，轮轨接触角在小 角度(5以下)和大角度(70)之间交替变换，变化呈 周期性。由车轮踏面形状可知，小角度的轮轨接触 点在踏面上，大角度的轮轨接触点在轮缘根部。
城市轨道交通车辆动力学(第六章车辆动力学)
3．重力角刚度C
同样在轮对摇头时，左右轮的接触点前后移动， 其左右横向分力产生了一个绕垂直轴的力矩、 其方向将使轮对继续扩大摇头角。 本质上是轮对重心下移，车辆系统的重力势能 释放，促使轮对继续运动。
由此产生的负力矩与摇头角△φ的比值称重力
角刚度Cg。 它是一个不利车辆蛇行稳定性的因素，但数值 较小。
由于粘滑区的存在，轮周上接触质点的 水平速度与轨头上对应质点相对轮心的 水平速度并不相同，存在着一个微小的 滑动，称为蠕滑(Creep)。
蠕滑产生的条件
轮轨是弹性体 车轮和钢轨之间有一定的正压力 车轮沿钢轨滚动
纵向蠕滑率γ
定义车轮的横向蠕滑率y为小的横向滑动 率，这也是一种蠕滑现象。
定义车轮的纵向蠕滑率γ为
车体的空间振动
二、激起车辆振动的线路原
轨道不平顺的4种类型 (a)高低不平顺； (b) 水平不平顺和轨距不平 顺； (c) 方向不平顺
轨道随机不平顺的表示
——50kg重钢轨的有缝轨道 ……50kg重钢轨的无缝轨道 轨道高低不平顺的功率谱密度函数示例
二、车辆的自激振动
在钢轮与钢轨的接触面或橡胶轮胎与导 向路面之间存在着切向力。 这种切向力称蠕滑力或粘滑力，它随车 轮与路面或轨面的相对位置及运动状态 而发生变化。 在一定条件下，这种切向力会激起车轮 乃至车辆发生剧烈振动，振动的原因是 自激性的。
新车与运用后的车辆的轮轨关系，悬挂 参数有所不同，其性能相应发生变化
因而不仅需要对新车平稳性或其他性能 提出要求，运用一段时期的车辆也必须 达到适当的平稳性指标。
要求在设计中采用的结构参数必须确保 在车辆整个运用期内有稳定而优良的动 力学性能
二、车辆运行安全性及评定
城轨动车组运行时，受到外界或内在因 素产生的各种作用，在最不利因素组合 下可能丧失车辆安全运行的基本条件， 从而造成轮轨分离，车辆脱轨或倾覆的 恶性事故。因而研究运行安全性及其评 定标准很重要。
车辆振动形式及原因
一城轨车辆转向架运行性能(1)城轨车辆振动形式及原因1城轨车辆振动形式具有弹性悬挂装置的城市轨道车辆是一个多自由度的振动系统，车辆在运行中产生复杂的振动现象，这种复杂的振动是由若干的基本形式组合的结果。
若将车体视为支撑在弹簧上的刚体，此缸体就称为簧上质量，这通常指车体。
弹簧以下质量称为簧下质量。
这通常指的是轮对轴向装置的质量。
，研究车辆振动时可以通过车体重心o点引3 个互相垂直的坐标x、y、z，此时车体运动有6个独立的运动形式，即沿x、y、z轴三个方向直线运动，车体在空间位置及以θ、Φ、ψ表示绕x、y、z轴的三个回转运动，车体在空间的位置由6个坐标来确定所以车体是一个6个自由度的运动系统。
浮沉振动—即车体沿z轴方向所做的铅垂振动，在某一瞬间，车体各点在铅垂位移相等。
车体平行于原有的平衡位置。
横摆振动—即车体沿y轴方向所做的横向振动，在某一瞬间，车体各点在横向位移相等。
车体平行于原有的平衡位置。
伸缩振动—即车体沿x轴方向所做的纵向振动，在某一瞬间，车体各点在纵向位移相等。
车体平行于原有的平衡位置。
摇头振动—即车体绕z轴作幅角为±ψ的回转运动。
点头振动—即车体绕y轴作幅角为±Φ的回转运动。
侧滚振动—即车体绕x轴作幅角为±θ的回转运动。
2城轨车辆振动原因2.1车辆运行时产生的振动形式对其走行不和其他的重要零部件的强度、运行平稳性和稳定性有着重要的和决定性的影响。
要研究车辆在运行中的振动特性，就需要对引起车辆振动的原因即激振源进行分析，车辆轮对沿钢轨运行时呈现的复杂运动，这种偏离直线的轮对运动就是引起车辆振动的主要激振源。
由于轮轨之间相互作用力大小、轮对运动和车辆振动特性都有直接的关系，因此，首先要了解轨道构造特性。
铁路的构造基本特性铁路由钢轨、轨枕、连接零件、道床及道岔等组成。
轨道的作用是引导列车运行，同时直接承受由车轮传来的机车车辆的重量并把它传递给路基或桥隧建筑物。
铁路轨道可以分为直线轨道和曲线轨道，又可分为木枕轨道和混泥土轨道，并且有普通轨道和无缝轨道之分，不同的轨道有其不同的构造特点，以适应列车正常运行要求，城市轨道中均采用混凝土轨枕及无缝轨道。
高速列车正常行驶时振动特性分析
高速列车正常行驶时振动特性分析高速列车是现代交通运输领域的重要组成部分，其运行速度和运行平稳性直接影响着人们的出行体验和安全。
随着技术的不断进步，高速列车的运行速度也不断提高，但在实际运行中，高速列车正常行驶时振动特性等问题也逐渐凸显。
本文将对高速列车正常行驶时振动特性进行分析，以期为高速列车的研发和安全提供参考。
一、高速列车振动特性的分类高速列车正常行驶时振动特性主要可以分为三种类型，分别是横向振动、垂向振动和纵向振动。
其中，横向振动是指高速列车在行驶过程中与曲线轨道的侧向相互作用产生的振动，垂向振动则是指高速列车在通过不平顺的轨道结构时产生的上下乘坐的振动，纵向振动则是指高速列车在启动、制动、变速等情况下产生的前后震荡的振动。
这三种振动都会对高速列车的稳定性和乘坐舒适度产生影响。
二、高速列车横向振动的原因与特点高速列车横向振动主要是由于轨道弯曲半径变化、侧风等外部因素以及车体和车轮之间的摩擦阻力等内部因素共同作用产生的。
在横向振动中，横向加速度和横向加速度变化率是评价列车乘坐舒适性的重要指标。
横向加速度越小、横向加速度变化率越平稳，则列车乘坐舒适性越高。
三、高速列车垂向振动的产生原因与特点高速列车垂向振动主要是由于轨道不平顺、不规则铺设等原因引起的，其中包括弯道上下坡、道岔连接处等轨道结构的异常。
在垂向振动中，垂向加速度和垂向加速度变化率是评价列车乘坐舒适性的重要指标。
垂向加速度越小、垂向加速度变化率越平稳，则列车乘坐舒适性越高。
四、高速列车纵向振动的产生原因与特点高速列车纵向振动主要是由于制动、加速、换挡等操作引起的，其中制动时刻的长短、制动力的大小、机车功率等都会影响纵向振动的幅度和频率。
纵向振动主要以纵向加速度为指标，加速度越小、振动越平稳，则列车乘坐舒适性越高。
五、高速列车正常行驶时振动特性的解决措施针对高速列车正常行驶时振动特性，可以采取一些解决措施。
例如，在轨道设计和建设中，尽可能减小轨道曲率半径、缩小轨道高低差、优化道岔连接等措施可以减小对垂向振动的影响。
铁道车辆蛇行稳定性主动控制综述
TRAFFIC AND SAFETY | 交通与安全铁道车辆蛇行稳定性主动控制综述李江利新疆铁道职业技术学院 新疆乌鲁木齐市 830011摘 要： 随着我国交通运输业的不断发展，交通运输载体也都在发展中有了较大的变革,交通运输行业的发展正处于一个日新月异的阶段。
在铁路运输方面的发展，可谓是涉及到很多方面，铁路运输不仅方便了人们的日常交通，在我国国民经济发展中也占有非常重要的地位，这就要从多方面去加强铁道部门的管理。
在铁道车辆中蛇形运动的稳定性是一个非常重要的情况，蛇形运动的频率可以与铁道车辆的运行速度互相融合，互相叠加，也提高了车辆的运行频率。
铁路部门为了更好地改善车辆的运行状态，正在采取相应的措施让车辆与蛇形共振速度保持一致。
关键词：铁道车辆 蛇行稳定性 主动控制 控制算法 测量系统1 引言在现代高速铁道车辆系统中，不同的车辆运行在不同的线路上，在运行线路中有很多的曲线，车辆通过这些曲线时都具有非常良好的舒适性。
车辆在发展的过程中，遵守的基本原则就是高速。
但是车辆的高速运行也会使车轮和轨道之间产生特有的情况，随着车速不断地提高，车辆在运行中产生的能量，就很容易使车辆处于一个蛇形运行的状态。
所以铁路部门正在加大对车辆蛇形稳定性的管理和控制，在车辆的运行速度范围内去考虑车轮踏面锥度的变化。
2 蛇行运行的特性蛇行运动状态的形成原理也是铁道车辆在运行中固有的特点，是由于铁路车辆运行中车轮踏面有锥度，高效的速度给了车轴一个动力，车轮就会对中心线发生横移和转向的变化，整个车辆就会出现横向移动和侧向移动的状态前进，就像蛇的运动。
就算车辆是在普通平整的轨道上行驶，由于轨道与车辆内部的震动能量频率不一样，而且可以互相转换出现特有的能量，也会产生蛇行运动的状态。
蛇行运动的原因是由于车辆在动力学系统中逐渐产生的，与车辆的起动和停止没有关系，影响蛇行运动的主要是车辆的运行速度。
如果离心运动越明显，车辆的运行速度就越快，频率就越大。
城市轨道交通车辆技术《蛇行运行失稳》
影响蛇行运动的因素
〔一〕轮对定位刚度 〔二〕车轮踏面等效斜率
〔三〕蠕滑系数
〔四〕转向架固定轴距 〔五〕中央悬挂装置
总之影响车辆蛇行运动的因素很多，在设计车辆或改进车辆时 应作多种参数选择和方案比较，从垂直及横向平稳性，蛇行运 动稳定性，曲线通过性能等方面综合考虑。既要考虑新车状态， 也要考虑运用后的条件，保证在使用或检修间隔期内性能保持 优良。丛城市轨道车辆运用现实考虑，过高的临界速度是不必 要的，要更多的考虑曲线通过、舒适性及对环境的影响。
第一页，共五页，
蛇行运行稳定性
在60年代，英国及日本首先将蠕滑理论运用于高速车辆蛇行稳 定性的的研究，成功地指导了高速列车的开发。城市轨道车辆 运行速度不高，但是如果轮对定位刚度及悬挂参数选择不当， 也会出现蛇行失稳现象。尤其近年来，为改善城市轨道车辆小 曲线通过性能，减小噪声及磨耗问题，轮对定位刚度逐渐减小 有可能导致蛇行运动大动载荷，严重时还会导致脱轨。因而车辆 的蛇行稳定性的裕量大小是衡量车辆是否能始终满足正常运行 的条件之一。
蛇行运行
具有一定踏面形状的铁道车辆轮对，即使沿着平直轨道滚动， 受到微小激扰后就会产生一种振幅保持或继续增大直到轮缘 受到约束的特有运动。此时轮对向前滚动， 一面横向往复摆 动， 一面又绕铅垂中心线来回转动，其轮对中心轨迹呈现波 浪形，称蛇行运动。轮轨间的蛇行运动是由具有等效斜率的 踏面而产生的。这种踏面是为防止轮对的轮缘始终贴靠轨侧 运动而采取的自动取中措施。正是这种取中的能力在一定的 条件下转化为失稳的动力。当激扰消失而剧烈的蛇行运动不 能收敛时，那么称为蛇行失稳。它实际上这是一种自激振动。 是轮对对钢轨的相对运动产生了激振力，由这种激振力维持 着轮对的运动。就车辆而言，由机车牵引力提供的非振动能 量由于轮轨间的自激机制〔理〕转化为蛇行运动的能量。当 车辆运行提高到某速度，车辆系统中的阻尼无法耗散这种能 量时，蛇行运动就呈失稳，该速度称为蛇行失稳临界速度。
抗蛇行减振器工作原理
抗蛇行减振器工作原理
嘿呀！今天咱们就来好好聊聊抗蛇行减振器的工作原理！
首先呢，咱们得搞清楚啥叫抗蛇行减振器呀？哎呀呀，简单来说，它就是汽车或者其他交通工具里一个特别重要的部件呢！
那它到底是咋工作的呢？哇哦！这可就有讲究啦！
抗蛇行减振器呀，主要是通过抑制车辆在行驶过程中的蛇行运动来发挥作用的哟！你知道啥是蛇行运动不？就是车辆在行驶时那种左右摇晃、不太稳定的状态呀！这可危险啦！
当车辆在高速行驶的时候呀，各种力量就开始作用在车身上啦！比如说风的阻力呀，路面的不平整呀等等。
这时候，如果没有抗蛇行减振器，车辆就容易出现失控的情况呢！
那抗蛇行减振器是怎么应对这些问题的呢？哎呀呀，它里面有一些关键的部件和结构呀！比如说，有弹簧、阻尼器等等。
当车辆发生蛇行运动时，弹簧会先被压缩或者拉伸。
嘿，这弹簧的作用可不小呢！它能吸收一部分能量。
然后呢，阻尼器就开始发挥作用啦！阻尼器会产生一个阻力，来减缓弹簧的伸缩速度。
哇，这是不是很神奇？
这个阻力可不是随便来的哟！它是根据车辆的运动状态和速度等等因素来自动调节的呢！比如说，车速越快，阻力就越大，这样就能更好地稳定车辆啦！
而且呀，抗蛇行减振器的安装位置也很重要哟！它一般会安装在车辆的特定部位，这样才能最有效地发挥作用呢！
再说说它的工作效果吧！有了抗蛇行减振器，车辆在行驶的时候就会更加平稳、安全啦！驾驶员的操控也会更加轻松和准确呢！
哎呀呀，想象一下，如果没有这个神奇的抗蛇行减振器，我们开车得多危险呀！
总之呢，抗蛇行减振器的工作原理虽然看起来有点复杂，但它真的是保障我们出行安全的重要功臣呀！
怎么样，这下你对抗蛇行减振器的工作原理是不是有了更清楚的了解啦？。
高速列车抗蛇行减振器作用机制与频
第35卷第6期2022年12月振动工程学报Journal of Vibration EngineeringVol.35No.6Dec.2022高速列车抗蛇行减振器作用机制与频变刚度应用研究姚远1，程俊1，张名扬1，沈龙江2（1.西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031；2.中车株洲电力机车有限公司转向架研发部，湖南株洲412001）摘要:为了研究高速列车抗蛇行减振器作用机制进而对最优减振器参数选配提供理论指导，分析了减振器的频变特性和最优能量耗散条件，基于两类典型高速列车横向动力学模型对抗蛇行减振器参数进行多目标优化，及整车线性稳定性和模态能量分析，总结了抗蛇行减振器作用机制。
得出结论如下：抗蛇行减振器不仅其阻尼对车辆蛇行能量起耗散作用，其刚度特性对车辆横向稳定性的影响更为显著，减振器刚度需随蛇行频率增加而增大；利用车体与转向架蛇行模态能量占比及其牵连作用说明抗蛇行减振器等效刚度作用机制，并根据最优能量耗散理论实现抗蛇行减振器串联刚度与阻尼的匹配。
提出了应用频变刚度抗蛇行减振器的思路和结构方案，针对频变刚度曲线进行优化和车辆横向稳定性分析，结果表明，采用频变刚度抗蛇行减振器可显著改善极端轮轨接触状态下车辆横向稳定性，降低高速列车出现低频晃车和高频抖车现象的风险，对实现不同车轮踏面磨耗阶段车辆自适应稳定性起到积极作用。
关键词:抗蛇行减振器；频变刚度；模态分析；高速列车；横向稳定性中图分类号:TB535+.1；U270.1文献标志码:A文章编号:1004-4523（2022）06-1461-10DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2022.06.018引言抗蛇行减振器是实现机车车辆安全稳定运行的关键悬挂元件，尤其针对高速列车动力学设计，抗蛇行减振器力学建模、参数优化及其对整车动力学性能影响等问题需要进行系统深入的分析。
目前国内典型高速列车采用的转向架悬挂参数和车轮踏面有所不同，所匹配的抗蛇行减振器结构参数也大相径庭［1⁃2］，因此需要对高速列车抗蛇行减振器作用机制进行理论研究从而对最优减振器参数选配提供指导。
机车的蛇行运动
机车的蛇⾏运动
根据机车轮对、转向架以及车体的结构，机车的蛇⾏运动可分为：
（1）车体蛇⾏：车体剧烈侧摆并伴有摇头、侧滚，通常是在速度不很⾼时出现。
（2）转向架蛇⾏：转向架构架侧摆和摇头振动很⼤，车体摇头振动相对较⼩，通常发⽣于较⾼速度。
（3）轮对蛇⾏：轮对的侧摆与摇头发⽣在更⾼速度时，轮对在构架中定位刚度较软的情况下；如果轮对定位刚度很硬，则轮对和转向架⼀起蛇⾏，不易发⽣单独的轮对蛇⾏。
蛇形运动是铁路机车车辆特有的运动。
由于车轮踏⾯具有⼀定的锥度以及轮缘与钢轨间存在间隙，当机车在⾏进中轮对中⼼偶尔偏离直线轨道的中⼼线时，两轮便以不同直径的滚动圆在钢轨上滚动，使轮对在⾏进中⼀⾯作横向摆动，⼀⾯围绕其重⼼的垂轴来回摇头，这就形成了⼀种被称为蛇⾏运动的波形运动。
机车轮对、转向架及车体在⽔平⾯内是弹性连接的，因车轮踏⾯锥度产⽣的轮对的蛇形运动会引起机车的蛇⾏运动。
剧烈的蛇⾏运动不仅破坏机车、车辆的平稳性，使轴承受损并妨碍列车速度的提⾼，⽽且还会使轮缘打击钢轨，造成对线路的损害，甚⾄会引发脱轨事故。
城市轨道交通车辆技术《25振动型式分析教案》
第２５讲讲授内容：工程五城轨车辆动力学根底第一节引起车辆振动的原因及根本振动型式一、车辆的振动模型为了要研究车辆的各种动力性能，需要将实际系统抽象为物理或力学模型，再据此建立相应的数学模型，即通过具体描述系统运动的微分方程，以求其解。
为了隔离振动，在车体与走行部之间设置了悬挂系统。
不考虑车体自身的弹性振动时，车体可视为刚体，在悬挂系统上的运动将具有6个自由度，如图12—1。
一般将沿x轴的纵向运动称伸缩，沿z轴的上下运动称浮沉，沿y轴的左右运动为横摆；在横断面内的转动称侧滚，沿水平面的转动称摇头，在纵向立面中的转动叫点头。
在实际中，这些不同方向的运动通常以振动的形式出现，称为振型，并相互耦合。
车体对称支承在弹簧上，当车体横摆时，其重力与弹簧图12—1 车体的空间振动支承合力形成力矩使车体产生侧滚，这意味着车体的横摆与侧滚不能独立存在，它们形成了两个耦合振型：绕车体重心上方某滚心运动的为上心滚摆；绕车体重心下方某滚心运动的为下心滚摆。
车体的摇头与滚摆属于车辆横向振动范畴。
浮沉点头为垂向运动范畴。
伸缩那么为纵向振动。
与车体类似，转向架构架视为刚体时也有6个自由度。
二、激起车辆振动的线路原因在城轨交通中除了少局部线路采用碎石道床外，一般在隧道或高架线上均采用整体道床或承载台等形式。
轨道在车轮动载荷作用下将沿长度方向呈现不均匀的弹图12—2 轨道不平顺的4种类型〔a〕上下不平顺；〔b〕水平不平顺和轨距不平顺；性下沉，造成轨道实际几何形状与名义尺寸的偏差，就是轨道不平顺。
而轨道的不平顺，它是产生车辆各种振动的主要根源。
当道碴逐渐磨损、碎化，线路的弹性和几何不平顺随着运用会也会逐渐扩大。
这种过程扩大了轮轨打击力，反过来又加重了线路的不平顺。
整体道床的问题要小得多，但也不是不变的。
高架预应力梁的徐变，橡胶垫的蠕变与老化，地基的不均匀下沉，钢轨的波浪性磨耗都可能激起车辆振动。
影响车辆动力学性能的轨道不平顺可以用4种方式表示，见图12—2。
《城市轨道交通车辆构造》课件05动力学基础
第六节 列车运行时的空气流
3.列车风
4.会车压力波
图5-20 列车风
第六节 列车运行时的空气流
4.会车压力波
图5-21 三种不同车头形状的会车压力 波峰值在观测车上的变化情况
第六节 列车运行时的空气流
二、隧道中运行的列车 1.隧道中的气流特点 2.列车阻力 3.列车风 4.列车在隧道内的压力波 5.隧道微气压力波 6.隧道内会车压力波 三、在压力波作用下的舒适度标准
第三节 轮对的蛇行运动
❖一、自由轮对的蛇行运动
表5-1 轮对蛇行运动产生的蠕滑率与蠕滑力
第三节 轮对的蛇行运动
❖一、自由轮对的蛇行运动
表7-2 特征根与稳定性
二、转向架的蛇行运动 1.刚性转向架的蛇行运动 2.弹性转向架的蛇行运动 1)很柔性的二系悬挂车体与转向架为弱耦合，车体振 动对转向架几乎不产生影响，只传递垂直荷载。
图5-12 特征值随速度变化特性
第三节 轮对的蛇行运动
❖一、自由轮对的蛇行运动
(2)车轮踏面等效斜率λe λe是影响蛇行运动的关键参数之一，它 与临界速度的关系可用υcr∝来描述。 (3)蠕滑系数 蠕滑系数对蛇行运动有影响，一般是蠕滑系数小， 临界速度也小。 (4)转向架固定轴距 固定轴距增大会使蛇行临界速度提高，但是 却对曲线通过不利，一般倾向取短的固定轴距以改善轮轨磨耗。
4.粘着系数
图5-10 通常情况的轮对蛇行运动轨迹
第三节 轮对的蛇行运动
❖一、自由轮对的蛇行运动
1)刚体自由轮对沿平直轨道作等速运动。 2)轮对的运动属微幅振动，其轮轨接触几何形 状与面积、蠕滑率(力)关系均为线性，纵横向 蠕滑系数近似相等，即f11=f22=f。 3)轮对具有小锥角踏面、较小等效斜率λe，暂 不计重力刚度与角刚度的因素。 4)轮对横摆、摇头自由度为yω、ψω，不考虑 侧滚惯性及旋转蠕滑影响。
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������ 2 y ������ 2 x
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br
பைடு நூலகம்
λy
得
2 ������ ������ λ y 2 + =0 ������ ������ br
若取轮对中心的初始条件 x=0 时，y＝０；x＝
������ ������������
π ２
������������ ������
时，y=y0。
其他解为
y＝y0sin
赖鑫 ２０１３７５６２ １、
铁车２班
什么叫自激振动，强迫振动和自由振动？
自激振动： 由静能源的能量产生的持续而稳定的周期振动。 在振幅小的期间， 振动能量可平均地得到补充；在振幅增大期间，耗散的能量组成，被包含在振动 系统中，此时补充的能量与耗散的能量达到平衡而接近一定振幅的振动。 自由振动：是指在短时间内，由于某种瞬间或过渡性的外部干扰而产生的振 动，其振动振幅如果逐渐变小则系统趋于稳定，反之则不稳定。 强迫振动：是指有外界激扰引起的振动，其核心是关注轨道不平顺、强风或 其他因素引起的车辆持续振动特性。 ２、 蛇行运动是那一种？并阐述蛇行运动原理过程。
x
由此课件，当车轮踏面为锥形时，只要轮对中心偏离轨道中心线，轮对就在 横向产生正弦运动即为自由轮对的蛇行运动。
蛇行运动属于自激振动； 因为轨道不平顺等原因，轮对在向前滚动时会发生向左或者向右偏移一点的 现象， 这样左右车轮在钢轨上的接触点就会发生变化，由于车轮踏面有一定的斜 度，左、右车轮滚动圆的半径大小就会不一致，滚动半径大的车轮速度快，另一 侧的车轮向前运行速度相应就要慢一些。这样，车轴的方向就会发生变化，车轮 就会出现一会儿向左、一会儿向右，并按照一定的振幅向前运行，轮对前行的样 子就像一条蛇在轨道上蠕动前行，这就是蛇行运动。 车轮踏面斜度为 λ ， 轮对中心向右偏离轨道中心线距离为ｙ，这时右侧车轮 的实际滚动半径为
R=r+λ y,左侧车轮的实际滚动半径为 R=r-λ y。由于轮 R=
br λy
对沿轨道运行时左右两轮的转速相同，半径大的车轮经历的距离长，半径小的车 轮经理的距离短，轮对中心的运动轨迹是一段圆弧，其曲率半径为 b 为同一轮对左右车轮滚动圆跨距的一半。 ，其中
赖鑫 ２０１３７５６２
铁车２班
1 R
根据高等数序，任意曲线的曲率近似地取为 把Ｒ值代入