大连交通大学硕士车辆系统动力学知识点精华

基础题一、车体运动的六种形式是什么？沿着XYZ 轴的三个平移运动分别称为伸缩、横摆、浮沉。

绕着XYZ 轴的回转运动分别称为侧滚、点头和摇头。

二、单节车辆动力学与整列车的动力学的研究的模型有什么不同？1单节车辆动力学包括：垂向与横向动力学模型（研究对各种轨道不平顺的响应），横向稳定性模型（眼镜车辆蛇形运动特性和临界），曲线动过模型（分析通过曲线是轮对偏移和轮轨作用力）2整列车动力学模型包括：列车纵向动力学模型；列车横向动力学模型；列车垂向动力学模型。

动力学研究问题范畴：响应问题（在不平顺和通过曲线是引起的）和稳定性问题（不同运行工况引起的） 动力学模型的要求：模型的结构必须是可靠的；模型的各个参数必须的准确的。

三 车辆动力性能有哪几种？各用什么指标描述？1运行平稳性；德sperling 平稳性指标；国际联盟UIC 指标2运行稳定性：包括：防止蛇形运动稳定性（临界速度要远高于运行速度）；防止脱轨稳定性（脱轨系数Q/P ，轮重减载率∆P/P ）；车辆倾覆稳定性（倾覆系数D=P 动载荷/P 静载荷）。

3通过曲线的能力：磨耗指数四：轨道不平顺有哪几种？1几何性轨道不平顺：垂向不平顺（轨道在同一轮载作用下沿长度方向高低不平）； 水平不平顺（左右轨对应点高度差）； 方向不平顺（左右轨横向平面内弯曲不直）；轨距不平顺（左右两轨横向平面内轨距偏差） 2周期性轨道不平顺：钢轨接头处等3随机性轨道不平顺4局部轨道不平顺：曲线顺坡轨距变化；过道岔；钢轨局部磨损；路基隆起和下沉。

五：轮轨接触几何参数有哪些？引起车辆振动的原因有哪些？什么是自激振动？左右车轮的实际滚动圆半径；左右轮轨接触点处的车轮踏面曲率半径； 左右轮轨接触点处的钢轨截面曲率半径；左右轮接触点处的接触角；轮对侧滚角；轮对中心的垂向位移。

原因1与轨道有关的激振因素：钢轨接头处的轮轨冲击；轨道的垂向变形；轨道的局部不平顺；轨道的随机不平顺； 2与车辆自身结构的激振因素：车轮偏心；车轮不均重；车轮踏面擦伤剥离；锥形踏面轮对的蛇形运动自激振动：指一个系统在运动中，如果引起振动的激振源是由于系统结构本身所造成，而不是由于外界强迫输入的，当运动停止时，这种激振力也就随之消失，那么这种振动就称为自激振动。

六： 为何轮缘根部圆弧最小半径＞钢轨肩部圆弧半径？相等行么？相反行么？当轮对相对于轨道的横移量不大时，对产生一点接触，当横移量过大时，不可避免的会出现两点接触。

圆弧最小半径＞钢轨肩部圆弧半径，使得轮对具有较大横移量，即轮缘根部移动到轨肩时，也不出现会两点接触，出现两点接触的可能性降低，能减少轮轨磨耗。

七：什么是踏面斜度与等效斜度？有何区别？等效斜度直接影响车辆的什么性能？锥形踏面的车轮在滚动园附近作一斜度为λ的直线段，当轮对中心离开对中位置，有一横移量为y 时候，左右轮的实际滚动圆，则的可得出踏面斜度。

对于纯锥形踏面，踏面斜度λ恒为常数。

对于磨耗型踏面，踏面由多段弧组成，踏面斜度λ随着轮对横移量y w 的改变而改变，λ不再为一个恒定常数，因此在计算时候，要取的等效值，此等效值定义为踏面等效斜度。

等效斜度直接影响车辆曲线通过性能八：轮对低动力设计有哪些方法？1减小簧下质量（空心轴、小轮径车轮、薄车轮）2采用合理的车轮踏面 3 采用弹性轮对4 严格控制车轮质量 九：什么是蠕滑？蠕滑产生的条件是什么？什么是蠕滑率、蠕滑力、与蠕滑系数？他们有怎样的关系？ 由于轮轨间产生的相对位移，车轮滚动时走过的距离将比纯滚动时小，这一现象叫蠕滑。

条件：轮轨接触形成接触斑，轮轨间有运动或者相对运动趋势，接触斑上产生切向力。

蠕滑率其实就是车轮相对钢轨在各方向的相对滑动率。

分为3种：纵向蠕滑率、横向蠕滑率、自旋蠕滑率。

纵向蠕滑率＝(车轮实际前进速度－纯滚动前进速度)/纯滚前进速度横向蠕滑率＝(车轮实际横向速度－纯滚动横向速度)/纯滚前进速度 wL R e y r r 2-=λ由图可以看出，当车做纯滚动时，没有蠕滑力，纵向蠕滑力T 与蠕化率v之间的关系不是完全线性的，v 较小时，两者的关系才是线性的，OA 斜率为蠕滑系数f ，T=-fv 。

当车轮超过具有最大的蠕滑力B 点时车轮开始滑动，由于静摩擦系数大于动摩擦系数，所以T 下降。

十：什么是蛇形运动？什么是蛇形运动的临界速度？减轻蛇形失稳有什么要求？如何通过特征根判定蛇形失稳？ 具有一定形状的锥形踏面的轮对，沿着平直钢轨滚动时，它会产生一种特有运动——轮对一面纵向移动，一面又绕通过其重心的铅垂轴转动，这两种运动的耦合就是轮对的蛇行运动。

车辆蛇形运动的某个速度下，只有一个振幅的幅值既不扩大也不衰减，其他振幅均成衰减或扩大，此时的速度为车辆蛇形运动的临界速度Vcr 。

简单来说，蛇行运动由稳定运动过渡到不稳定运动时的速度就称为临界速度。

小于临界速度车辆是稳定的，大于临界速度车辆就失稳定。

减轻要求：1车辆蛇形运动的临近速度Vcr 要远大于其实际运行速度。

2车辆各种振动在起运行速度范围内应有足够的阻尼，一般取阻尼在其临界值得0.1~0.2 α 表示振幅变化的规律，α＜0是稳定的，α＞ 0失稳，α=0处于临界状态 十、影响整车蛇形运动稳定性的因素？改善蛇形稳定性的措施？ 因素：轮对定位刚度；轮对踏面斜率；摇头复原弹簧刚度与与阻尼系数； 转向架固定轴距与质量；转向架惯性矩；蠕滑系数。

措施：选择合理的轴箱定位刚度；合理的车轮踏面斜率；适当选择合理的二系悬挂刚度；合理设置抗蛇形减震器与横向减震器；适当选择转向架轴距；选择合理的轮对与轴箱、轴箱与构架之间的水平间隙；减小转向架惯性矩；等。

十一、什么是重载铁路？重载铁路与重载列车最关键的问题根源是？当重载列车制动时，从纵向动力学角度解释最大压钩力和最大拉钩力的形成。

列车重量不小于8000吨；轴重27吨以上；长度不小于150Km 线路上年运量不低于4000万吨。

两个问题：1重载列车纵向作用力增加（制动性能以及钩缓零部件一系列问题） 2列车与铁路垂向作用力增加导致轮轨关系恶劣磨耗加剧（尤其曲线）。

制动信号从机车发出后，列车前部依次产生制动力并开始减速，立即引起后续车辆向前涌动产生车钩压缩力。

前部车量产生的制动力越多，对后车阻挡力越强，最大压钩力逐渐向后车移动并逐渐增大，因此车辆中后部某位置产生最大压钩力。

当解缓时，此时列车最后部仍在制动力下减速，车辆前部开始松钩，引起拉钩力向后车传递，这样产生的拉钩里逐步从列车前部到中部传递并逐渐增大，在中部某位置产生车最大拉钩力。

因此在制动工况、牵引工况、解缓工况出现较大车钩力。

拔高题：一、 德sperling 平稳性指标与欧UIC 舒适性指标的相同点与不同点？德sperling 平稳性指标测点位于转向架中心上方，横向1m 的车体地板上（白点），再对测得的垂向和横向加速度进行傅里叶变换得到幅频特性，与频率有关的修正系数加权计算得到平稳性指标 W=，各个频率段叠加起来总的平稳性 客车W<2.5为平稳性优。

UIC 舒适性测点为3点（黑点），测得三点的横向纵向和垂向加速度，把一段测量时间分成若干个数据段，对每个数据段进行傅里叶变换和加权计算，得到每个方向最大速度的95%带入下公式计算，，NMV<1为最佳舒适性。

不同点：测量点和测量的加速度不同；计算方法不同；评价方法的等级不同。

二、脱轨系数与轮重减载率如何计算？目前国内规定高速车对这两项的安全指标是多少？1脱轨系数的公式如下：其中Q 、P 分别为轮轨横向力和轮轨垂向力，α为车轮轮缘角。

轮缘角越小，摩擦系数越大，越安全。

国标规定高速车Q/P<0.8。

2轮重减载率，衡量一侧车轮减载过大而导致脱轨。

∆P 为一侧车轮轮重减载量，P 为左右轮均重。

高速列车要求动态轮重减载率<=0.8αμμαtan 1tan +-=P Q st L RP P P P P 2/-=∆特征根实数a =λ 复数j a ωλ±= 符号0<a 0>a 0<a 0=a 0>a 稳定性 渐近稳定 不稳定 渐近稳定 临界情况 不稳定 运动非周期隆衰减运动非周期隆发散运动 衰减运动稳态运动发散运动三、为什么降低簧下质量、使用弹性车轮能大大提高轮对动力学性能？降低簧下质量，能降低轮轨间作用力，F=m ∆ V/∆t，减小簧下质量m，轮轨间冲击力F相应减小。

增大车轮弹性，冲击速度∆ V减少，作用时间t延长，轮轨冲击力降低。

降低簧下质量，能抑制轨道下沉变性，减少轮轨垂向附加载荷，有利于减少轮重减载率，提高运行速度和品质。

四、与锥形踏面相比，磨耗型踏面有哪些优缺点？踏面斜度如何影响车辆动力学性能？磨耗型踏面优点：有利于提高车辆的曲线通过性能；磨耗中形状稳定，磨耗量小延长使用寿命；同轮轨接触应力下容许更高的轴重；磨耗型踏面接触角差变化较大、滚动半径差变化较大，可以使外部激扰输入车体的能量较少。

缺点：采用磨耗型踏面蛇形运动的波长短、频率较高，在抑制蛇形运动与抑制车体振动不如锥形踏面。

具有一定踏面斜度的踏面便于曲线通过：过曲线时候、外侧车轮滚动半径大走过路程长，，可以减小过曲线的运行阻力，减轻轮轨磨耗。

增大踏面斜度有利于通过更小的曲线半径。

具有一定踏面斜度的踏面便于自动对中：车辆直线运行时，车辆中心线与轨道中心线不一致时，车轮会产生横向力向另一侧横移，达到自动纠正偏离的效果。

同时使两轮的磨耗比较均匀。

五、我国与欧日都采用轮缘厚度32mm和钢轨标准轨距1435mm。

但欧日轮对内侧距为1360mm,国内轮对内侧距1353mm，求我国与欧日的单侧轮轨间隙各是多少？并说明这两种轮对内侧距离的设置和有什么优缺点。

我国单侧轮轨间隙（1435-1353-32-32）/2=9mm 设置轮轨内侧间隙有利于安全通过曲线、辙叉。

我国间隙较宽，不容易发生轮缘与钢轨的接触和贴靠现象，有利于减少轮缘与钢轨的磨耗，减少轨道养护维修费用。

同时会使车辆横移范围加大，蛇形运动的波长变长，横向稳定性变差，影响乘坐舒适性。

欧日单侧轮轨间隙（1435-1360-32-32）/2=5.5mm 轮缘与钢轨的磨耗较大，线路维护成本高。

六、什么是重力刚度重力角刚度？他们的作用效果是什么？轮对有横移时，其横向复原力和横移量之比称为轮对等效重力刚度。

重力刚度有使轮对回复到对中位置的作用。

轮对有摇头时，其横向力对轮对产生的摇头力矩和摇头角之比称为轮对等效重力角刚度。

有使轮对继续产生摇头角，有继续偏离原来的方向的效果。

六、分析左图TB踏面与右图LM踏面的接触关系。

斜向上为左轮，斜向下为右轮。

左图TB踏面：a图轮对横移量小于8mm,一点接触，且每一个轮对横移量只能找到轮对一点与钢轨接触。

横移大于8mm，出现垂线，说明两点接触。

b图有横移量时，钢轨接触位置几乎不变化，直至轮对横移8mm时候出现两点接触，摇头角越大越先出现两点接触，且摇头角越大两接触点的横向距离也越大，且纵向超前量也越大。