铁道车辆系统动力学

2.2 平稳性评定标准
五、客车在曲线上舒适性及其指标：
（二）曲线限速及提速措施：
SV 2 hd h Vh gR 3.6
h hd gR
S 1500
m/s 2 km/h
h hd 9.81 R
Vh 曲线限速，km/h； h, hd 实设超高、欠超高，mm； R 曲线半径，m。
ls 9h ls 7h
（2）困难地段： Vmax
2.2 平稳性评定标准
七、动荷系数：
前苏联Leabharlann Baidu用
Pld al K ld Pst g
Pvd av Kvd Pst g
fd Kvd f st
2.2 平稳性评定标准
六、ISO疲劳时间：
垂向振动
水平方向振动
工效下降时间、振动加速度、频率之间的关系； 飞机和汽车驾驶员：2Hz以下横向振动、4~8Hz垂向振动最敏感
2
2
单增 单减
0.5-5.4
5.4-26
单增
单减
>26
2.2 平稳性评定标准
一、 Sperling （斯佩林）平稳性指数：
Wtot (W W W )
10 1 10 2
10 0.1 n
2.2 平稳性评定标准
一、 Sperling （斯佩林）平稳性指数：
我国主要采用Sperling的平稳性指数来评价车辆的平 稳性等级。 GB5599-85规定，客车用距离1、2位心盘一侧横向 偏离1m处地板面上、货车用在1或2位心盘内侧距心盘中 心线小于1000mm的车体底架中梁下盖板上的的横向及 垂向加速度，来统计计算客货车垂直、横向平稳性指标， 最大加速度和平均加速度。新造客车、货车的横向及垂 向平稳性指标应满足GB5599-85的良好标准。
第二章 铁道车辆动力学性能
第一节 铁道车辆动力学性能概述 第二节 车辆运行平稳性 第三节 车辆运行稳定性（安全性） 第四节 转向架主要部件的动强度
第五节 车辆蛇行运行稳定性
2.1 铁道车辆动力学性能概述
1. 车辆运行平稳性
（一）客车：旅客乘坐的舒适性 评价指标：平稳性指标、平均最大振动加速度、疲劳时间、 在曲线上舒适性、等舒适度曲线、动荷系数等指标
2
2.2 平稳性评定标准
五、客车在曲线上舒适性及其指标：
（一）未平衡的离心加速度及其标准：
我国铁路用限制欠超高的形式来保证列车 通过曲线 时的安全性和旅客舒适。规定：
（1）等级较高的线路上，客车欠超高小于70mm； （2）一般线路上，欠超高小于90mm； （3）既有线上提速，某些线路的欠超高小于110mm。
NMV 6
a a a
2 Wd px95 2 Wd py 95
2 Wb pz 95
a ——加速度均方根
2.2 平稳性评定标准
二、舒适性(Nmv)指标：
• 舒适性的等级 NMV<1 1<NMV<2 2<NMV<4 4<NMV<5 5<NMV 最佳舒适性 良好舒适性 中等舒适性 不好舒适性 极差舒适性
z z0 sin t
z0 2f
2
2 Ed Mc
2.2 平稳性评定标准
一、 Sperling （斯佩林）平稳性指数：
将反映冲动和反映振动动能两项的乘积作为衡量标准来 评定车辆运行品质
z0 2f z0 2f 2f z0
3 2 5
10
3
3 a 5 3 3 5 W 10 2f z0 F f 2.7 z0 f F f 0.896 F f f
2.2 安全性评定标准
一、车辆抗倾覆稳定性及其评估标准：
（一）倾覆系数及评估标准：
倾覆系数：D
Pd P2 ' P 1' Pst P2 ' P 1'
GB 5599-85规定“试验鉴定车辆的倾覆系数应满足下列要求：
2.2 平稳性评定标准
一、 Sperling （斯佩林）平稳性指数：
• 平稳性等级 平稳性指标分横向和垂向，平稳性等级是一样的。 客车 W<2.5 优 W<2.75 良好 W<3.0 合格 货车 W<3.5 优 W<4.0 良好 W<4.25 合格
2.2 平稳性评定标准
一、 Sperling （斯佩林）平稳性指数：
Cp
垂向振动 横向振动 0.010 0.06
Cf
垂向振动 横向振动 0.08
良好
合格
0.030
0.035
0.018
0.025
0.11
0.16
0.13
0.18
2.2 平稳性评定标准
五、客车在曲线上舒适性及其指标：
（一）未平衡的离心加速度及其标准：
SV gc S hd h gR
h—外轨超高，mm； S—两钢轨顶面中心距，1500mm； V—车辆运行速度，m/s； g—重力加速度，9.81m/s-2; R—曲线半径，m hd—欠超高，mm 注意单位
2.5 2.4 2.3 2.2 2.1
平稳性指标
2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
横向平稳性指标 垂向平稳性指标
运行速度/(km/h)
车辆平稳性指标和车速的关系
2.2 平稳性评定标准
二、舒适性(Nmv)指标：
（二）货车：确保运送货物的完整性 评价指标：平稳性指标、最大振动加速度 平均最大振动加速度、动荷系数等指标
2.1 铁道车辆动力学性能概述
2. 车辆运行安全性
（一）倾覆系数 （二）脱轨系数 （1）车轮脱轨系数 （2）轮对脱轨系数 （3）轮重减载率 （4）车轮跳轨 （5）横向力允许限度 （三）柔度系数 （四）车辆曲线通过性能
amax ≤ 0.00027 V Cp
当用平均最大加速度评定速度 稳性等级时，采用下列公式：
横向振动：
单位： cm/s
2
V ≤100km/h的货车平
amax ≤ 0.00135 V Cf 垂向振动： amax ≤ 0.00215 V Cf
2.2 平稳性评定标准
四、平均最大加速度：
运行平稳 性等级 优 0.025
2.2 平稳性评定标准
一、 Sperling （斯佩林）平稳性指数：
Sperling等人提出影响车辆平稳性的两个重要因素： （1）位移对时间的三次导数：加速度变化率
z a
max z0 2f z
3
z 在一定意义上代表力的变化率 ， F ma
F的增减变化引起冲动的感觉。 （2）振动时动能的大小： 1 1 1 2 2 M c z0 M c z0 2f 2 Ed Mcz 2 2 2
一、车辆抗倾覆稳定性及其评估标准：
车辆倾覆的三种情况： 1、曲线外倾覆：车辆在曲线上运行时，由于受风力、离 心力和横向振动惯性力等的作用及其不利的组合时，使车辆 向曲线外侧倾覆。这种情况一般发生在高速运行时； 2、曲线内倾覆：当车辆缓慢地驶入曲线时，由于车体内 倾，同时受侧向力（风力、振动惯性力等）的作用下，使车 辆向曲线内侧倾覆； 3、直线倾覆：当车辆在直线上运行时，由于受极大的侧 向风力作用，或者再加上由于线路原因造成车辆严重的横向 振动致使车辆倾覆。
2.2 安全性评定标准
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。
本节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。
2.2 平稳性评定标准
平稳性主要是指客车上旅客的乘坐舒适度、货
车上装运货物的完整性。主要的评价参数是车体上规 定位置的各方向的振动加速度，将其统计处理后得 到评价指标值。 各国都有自己的评价体系，例如我国的GB559985；UIC513；ISO2613；日本、英国等各国的评价标 准。 我国现在采用改变了的Sperling指标，在高速车 和出口车辆平稳性计算中还采用Wz值(Sperling指标)、 Nmv值(舒适度指标)。
2.2 平稳性评定标准
五、客车在曲线上舒适性及其指标：
（二）曲线限速及提速措施： 摆式列车
Vh
h hd ht R
11.8
km/h
2.2 平稳性评定标准
五、客车在曲线上舒适性及其指标： （三）车辆通过缓和曲线时的舒适度标准： 我国铁路铁路设计标准规定：
（1）一般线路： V
max
2.2 平稳性评定标准
一、 Sperling （斯佩林）平稳性指数：
地板面上布置测点
1m
后转向架中心
前进方向
前转向架中心
GB5599-85 客车测点
2.2 平稳性评定标准
一、 Sperling （斯佩林）平稳性指数：
<1m
底架中梁下盖板上布测点
后转向架中心
前进方向
前转向架中心
GB5599-85 货车测点
2.1 铁道车辆动力学性能概述
3. 转向架主要部件的动强度
转向架的摇枕、构架（侧架）
动力系数 疲劳破坏
2.1 铁道车辆动力学性能概述
4. 相关标准
[1] GB T 5599-1985 铁道车辆动力学性能评定和试
验鉴定规范； [2] 200 km/h及以上动车组动力学性能试验鉴定方法 及评定标准。 [3] TB T 2542-2000 铁路机车车辆振动试验方法 （JIS E4031-1994）； [4] TB T3058-2002 铁路应用 机车车辆设备冲击和 振动试验(IEC 61373:1999)； IEC国际电工委员会；JIS 日本工业标准；
舒适性和平稳性指标的差异 1. 测量点和测量的加速度不同； 2. 计算方法不同； 3. 评价方法(有无纵向)和等级不同；
2.2 平稳性评定标准
三、 最大加速度：
GB5599-85规定： 货车车体： 横向最大振动加速度<0.5g； 垂向最大振动加速度<0.7g。 我国规定用最大加速度来确定货车的限制速度。在 100km的试验区段内，按规定标准测定货车通过直道、弯 道、车站侧线时的最大振动加速度，在货车限制速度范围 内超限加速度不应大于3个。若超限加速度大于3个，则应 重新规定试验货车的限制速度。
2.1 铁道车辆动力学性能概述
4. 相关标准
[4] UIC 518 铁路车辆动力学性能、行车安全性、轨 道疲劳和运行品质的试验及验收； [5] UIC513 铁道车辆旅客振动舒适性评定指南; [6] AAR M-1001 新造货车运用性能的试验和分析 ； [7] EN 14363 铁路应用— 铁路机车车辆运行特性验 收试验— 运行特性试验和静态试验 UIC国际铁路联盟；AAR 美国铁路协会。
10
a z0 z0 2f
2
2
加速度幅值，cm/s-2
F f
根据人体对振动疲劳感受不同，由实验获得的频 率修正函数
2.2 平稳性评定标准
一、 Sperling （斯佩林）平稳性指数：
f
垂 向 振 动
横 向 振 动
F f
0.5-5.9 5.9-20 >20
0.325f 2 400 / f 1 0.8 f 2 650 / f 1
2.2 安全性评定标准
一、车辆抗倾覆稳定性及其评估标准：
车辆在运行时受到各种横向力的作用，如风力、离心力、
线路超高引起的重力横向分量以及横向振动惯性力等，从而 造成车辆的一侧车轮减载，另一侧车轮增载。如果各种横向 力载最不利组合作用下，车辆一侧车轮与钢轨之间的垂向力 减少到零，车辆有倾覆的危险。
2.2 安全性评定标准
• 舒适性指标分简化方法和完全方法，一般仿真计算采 用简化方法。其测点如下图：
后转向架中心
前进方向
前转向架中心
2.2 平稳性评定标准
二、舒适性(Nmv)指标：
• • • • • 舒适性指标的计算方法和Sperling指标计算方法不同。 首先得到各测点的纵向、横向和垂向加速度时间历程； 对时间历程按5s分成至少60个数据段； 再对每数据段进行傅立叶变换和频域加权（或滤波）； 求每段数据各方向的最大加速度； 对各方向各段加速度最大值取95%的最大值，再按以下公 式计算：
2.2 平稳性评定标准
四、平均最大加速度： 当车辆进行动力学试验时，每次记录的分 析段时间为6s，在每个分析段中选取一个最大 加速度，在每个分析段中选取一个最大加速 度ai max ，平均最大加速度为 ：
amax
a
i 1
m
i max
m
2.2 平稳性评定标准
四、 最大平均加速度：
当用平均最大加速度评定速度 V ≤140km/h的客车平稳 性等级时，采用下列公式：