第06章 铁道车辆的运行性能
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车辆工程-第五章 铁道车辆的运行性能
第一节 引起车辆振动的原因
3. 轨道的局部不平顺 车辆通过曲线时轨道在垂向的超高，横向的
方向变化、曲率半径变化和轨距的变化 车辆通过道岔的辙叉部时有上下运动，在横
向有方向和曲率变化 轨道存在上坡下坡、钢轨局部磨损、擦伤，
路基局部隆起或下沉 气温变化引起涨轨
第五章 铁道车辆的运行性能
第一节 引起车辆振动的原因
第五章 铁道车辆的运行性能
第一节 引起车辆振动的原因
车体有6种可能的运动方式：
• 沿x、y、z轴三个方向的直线运动 • 绕x、y、z轴的回转运动θ、φ、ψ • 车体在空间的位置由以上6个广义坐标
来确定 车体的运动是上述6种运动形式的组合 在车辆动力学中对6种运动形式的命名如下：
第五章 铁道车辆的运行性能
第三节 车辆运行安全性及其评估标准
式中： Pst 无横向力作用时轮轨间的垂向静载荷
Pd 在横向力作用下轮轨间的垂向力变化量 P2 增载侧轮轨间的垂向力 P1 增载侧轮轨间的垂向力
当P1＝0时，D＝1，即倾覆的临界值 为了保证车辆不倾覆，倾覆系数D不能超过
临界值
第五章 铁道车辆的运行性能
第三节 车辆运行安全性及其评估标准
第五章 铁道车辆的运行性能
第三节 车辆运行安全性及其评估标准
轮对脱轨系数：
容许值为: 安全值为:
H 0.24 P2 1.2 P1
H 0.24 P2 1.0 P1
第五章 铁道车辆的运行性能
第三节 车辆运行安全性及其评估标准
（三）根据轮重减载率评定车轮抗脱轨稳定性
在实际运用中发现，当横向力并不很大而 一侧车轮严重减载情况也有脱轨的可能。
第二节 车辆运行品质及其评估标准
▪ gc=0.1g，一般旅客能承受不频繁的这种 未被平衡的离心加速度
铁道车辆基本知识课件
控制系统
控制系统包括各种传感器、控制电路和控制器等部件，用于控制车 辆的启动、加速、减速和停车等操作。
铁道车辆维护与检修
03
定期检修制度
01
定期检修制度是确保铁道车辆安全运行的重要措施，通 过定期对车辆进行检修，可以及时发现和解决潜在的安 全隐患，提高车辆的使用寿命和可靠性。
02
定期检修制度包括日常检查、定期保养和计划维修等环 节，这些环节相互配合，共同确保铁道车辆的安全性和 可靠性。
在进行维护保养时，需要使用符合规 定的工具和设备，并确保工具和设备 的清洁和完好。同时，需要定期对车 辆进行清洁和除尘，以保持车辆的外 观和内部清洁。
铁道车辆发展趋势与新技术
04
智能化与自动化
智能化调度系统
利用大数据和人工智能技术，实现列车运行计划的智能化编制和调 度指挥的自动化，提高运输效率。
铁道车辆的特点
01
载重能力强
铁道车辆通常具有较大的载重能力，能够承载大量货物 或乘客。
02
运行稳定性好
铁道车辆在轨道上运行，具有较好的稳定性，能够保证 运输安全。
03
运输效率高
铁道车辆的运输效率较高，能够实现大量货物或乘客的 快速运输。
铁道车辆的应用场景
01
02
03
货物运输
铁道车辆广泛应用于货物 运输，包括煤炭、钢铁、 石油等大宗物资。
规定了铁路建设、运营、维护等过程中的安全要求和保障措施，以确保铁路运输安全。
《铁路法》
对铁路运输、建设、经营等活动进行规范，保障铁路运输的公平竞争和公众利益。
《铁路交通事故应急救援和调查处理条例》
规定了铁路交通事故的应急救援、调查处理等方面的程序和要求。
行业标准与规范
控制系统包括各种传感器、控制电路和控制器等部件，用于控制车 辆的启动、加速、减速和停车等操作。
铁道车辆维护与检修
03
定期检修制度
01
定期检修制度是确保铁道车辆安全运行的重要措施，通 过定期对车辆进行检修，可以及时发现和解决潜在的安 全隐患，提高车辆的使用寿命和可靠性。
02
定期检修制度包括日常检查、定期保养和计划维修等环 节，这些环节相互配合，共同确保铁道车辆的安全性和 可靠性。
在进行维护保养时，需要使用符合规 定的工具和设备，并确保工具和设备 的清洁和完好。同时，需要定期对车 辆进行清洁和除尘，以保持车辆的外 观和内部清洁。
铁道车辆发展趋势与新技术
04
智能化与自动化
智能化调度系统
利用大数据和人工智能技术，实现列车运行计划的智能化编制和调 度指挥的自动化，提高运输效率。
铁道车辆的特点
01
载重能力强
铁道车辆通常具有较大的载重能力，能够承载大量货物 或乘客。
02
运行稳定性好
铁道车辆在轨道上运行，具有较好的稳定性，能够保证 运输安全。
03
运输效率高
铁道车辆的运输效率较高，能够实现大量货物或乘客的 快速运输。
铁道车辆的应用场景
01
02
03
货物运输
铁道车辆广泛应用于货物 运输，包括煤炭、钢铁、 石油等大宗物资。
规定了铁路建设、运营、维护等过程中的安全要求和保障措施，以确保铁路运输安全。
《铁路法》
对铁路运输、建设、经营等活动进行规范，保障铁路运输的公平竞争和公众利益。
《铁路交通事故应急救援和调查处理条例》
规定了铁路交通事故的应急救援、调查处理等方面的程序和要求。
行业标准与规范
第08章 轨道车辆动力性能分析与评价
2
k M
Z 2Z 0
(3) 振动方程解及结果分析
Z Acost B s Z 0
Z0 sint
自由振动 位移
Z Z 0 cost C sin(t )
自由振动 振幅
C
2 Z0 (
第2节
轨道车辆垂向振动分析
一、一系悬挂轨道车辆的垂直振动 二、二系悬挂轨道车辆的垂直振动 三、轨道车辆的横向振动 四、轨道车辆的随机振动
一、一系悬挂轨道车辆的垂直振动 1、轮对簧上质量系统 无阻尼自由振动
2、轮对簧上质量系统 无阻尼受迫振动 3、具有一系簧的有阻 尼车轮荷重系统的 受迫振动
1、轮对簧上质量系统无阻尼自由振动
3、轨道车辆动力性能
（1）平稳性：舒适性。 （2）稳定性（稳定性脱轨、抗倾覆稳定性）： 安全性。
（3）曲线通过性能：导向机理。
二、激振原因
1、线路的构造和状态
2、轮对的构造和状态
1、线路原因
（1）钢轨接头：12.5m、25m、无缝轨。 （2）钢轨垂向变形：轮重下的弹性变性。 （3）轨道的不平顺：轨道实际的几何学形状与其名义形状之间偏差。
2、滚摆
由于弹簧对称支撑于车体下部，车体横摆时，其重力 与弹簧支持力形成的力矩使车体车滚，即产生横摆时肯定 发生侧滚，横摆与侧滚的耦合振动称为滚摆。 滚心在车体重心之上的滚摆称为上心滚摆。 滚心在车体重心之下的滚摆称为下心滚摆。
3、蛇行运动
指的是 具有一定踏 面斜度的轮 对，沿直线 运行时，受 到微小的激 扰后，产生 一种一面横 向往复摆动， 一面绕铅垂 中心转动， 中心轨迹城 波浪形的特 有运动。
固有 频率
激振 频率
f ( )
(3) 振动方程解及结果分析
k M
Z 2Z 0
(3) 振动方程解及结果分析
Z Acost B s Z 0
Z0 sint
自由振动 位移
Z Z 0 cost C sin(t )
自由振动 振幅
C
2 Z0 (
第2节
轨道车辆垂向振动分析
一、一系悬挂轨道车辆的垂直振动 二、二系悬挂轨道车辆的垂直振动 三、轨道车辆的横向振动 四、轨道车辆的随机振动
一、一系悬挂轨道车辆的垂直振动 1、轮对簧上质量系统 无阻尼自由振动
2、轮对簧上质量系统 无阻尼受迫振动 3、具有一系簧的有阻 尼车轮荷重系统的 受迫振动
1、轮对簧上质量系统无阻尼自由振动
3、轨道车辆动力性能
（1）平稳性：舒适性。 （2）稳定性（稳定性脱轨、抗倾覆稳定性）： 安全性。
（3）曲线通过性能：导向机理。
二、激振原因
1、线路的构造和状态
2、轮对的构造和状态
1、线路原因
（1）钢轨接头：12.5m、25m、无缝轨。 （2）钢轨垂向变形：轮重下的弹性变性。 （3）轨道的不平顺：轨道实际的几何学形状与其名义形状之间偏差。
2、滚摆
由于弹簧对称支撑于车体下部，车体横摆时，其重力 与弹簧支持力形成的力矩使车体车滚，即产生横摆时肯定 发生侧滚，横摆与侧滚的耦合振动称为滚摆。 滚心在车体重心之上的滚摆称为上心滚摆。 滚心在车体重心之下的滚摆称为下心滚摆。
3、蛇行运动
指的是 具有一定踏 面斜度的轮 对，沿直线 运行时，受 到微小的激 扰后，产生 一种一面横 向往复摆动， 一面绕铅垂 中心转动， 中心轨迹城 波浪形的特 有运动。
固有 频率
激振 频率
f ( )
(3) 振动方程解及结果分析
铁道车辆基本知识
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28
• 我国准轨铁路的机车车辆限界GB146 。1 83在横向基本属于无偏移限界 ，在垂向需 考虑钩高变化及弹簧的平均静挠度及垂向 均匀磨耗 ， 故基本属于静偏移限界。
• 欧洲国际铁路联盟对动车 无动力客车及 货车制定了UIC动态限界
• 特殊路网使用特殊的限界如地铁 。将1 －6点 的内容包括进去 。这种限界可称为‘动态 包络线限界 ’
• 自重系数 • 比容系数
• 最高试验速度 • 最高运行速度
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• 轴重 • 每延米轨道载重 • 通过最小曲线半径
• 客车一般没有自重系数及比容系数
• 对应的参数为
• 每个定员所占自重
• 车辆每米长所能容纳的定员
• 车辆每米长所占自重
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34
(2) 车辆尺寸参数
• 车辆定距： 车辆两转向架中心之距 。一
44
•
在运用和维修中便于管理和识别。
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10
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(一) 、运用标记
1 、 运用标记（五种） • (1) 自重载重及容积
• 自重标记：车辆本身全部质量发生 100KG以上变化时应修改。
• 载重标记：车辆允许的正常最大装载质量 • 以上两个标记均以t(吨)为单位
•
3 －15 9－15都
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19
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轴检标记
12 －15 9 －15都
• 辅修周期为六个月 • 轴检周期为三个月
• (四)其他标记 • 1．制造标记
• 2． 红旗列车标记
62第二章铁道车辆动力学性能PPT课件
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。
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
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：
za （1）位移对时间的三次导数：加速度变化率
2.2 平稳性评定标准
一、 Sperling （斯佩林）平稳性指数：
1m
地板面上布置测点
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
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；
2. 车辆运行安全性
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
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：
za （1）位移对时间的三次导数：加速度变化率
2.2 平稳性评定标准
一、 Sperling （斯佩林）平稳性指数：
1m
地板面上布置测点
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
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；
2. 车辆运行安全性
铁路车辆电工、《车辆电工》、课后练习、复习题、第六章 客车车辆构造基本知识思考题答案
第六章客车车辆构造基本知识1.铁路车辆按用途分为哪几类？每类常用车种有哪些？答：客车分运送旅客、为旅客服务和特殊用途等3种车辆。
—、运送旅客的车辆1.硬座车——旅客座位为半硬制品（如泡沫塑料）或木制品的座车。
相对的两组座椅中心距离在1800 mm 以下的座车。
2.软座车——旅客座位及靠垫设有弹簧装置，相对的两组座椅中心距离在1800 mm以上的座车。
3.硬卧车——卧铺为三层，铺垫为半硬制品（如泡沫塑料）或木制品的，卧室为敞开式或半敞开式的卧车。
4.软卧车——卧铺为二层，铺垫有弹簧装置，卧室为封闭式单间，单间定员不超过四人的卧车。
5.合造车——一辆车上同时设有两种或两种以上用途的车内设备的车辆6.双层客车——设有上、下两层客室的座车或卧车。
7.简易客车——设有简易设备的客车。
8.代用客车——用货车改装的代替客车使用的车辆。
如代用座车、代用行李车等二、为旅客服务的车辆1.餐车——供旅客在旅行中饮食就餐用的车辆。
车内设有厨房、餐室及储藏室（同时还有小卖部）等设备。
2.行李车——供运输旅客行李及物品的车辆。
车内设有行李间及办公室等设备。
三、特种用途的车辆1.邮政车——供运输邮件使用的车辆，设有邮政间及邮政员办公室等设备。
常固定编挂于旅客列车中。
2.公务车——供国家机关人员到沿线检查工作时办公用的专用车辆。
3.卫生车——专供运送伤病员使用的车辆，车内设有简单的医疗设备。
4.医疗车——到铁路沿线为铁路职工及家属进行巡回医疗使用的车辆，车内设有医疗设备。
5.试验车——供科学技术试验研究使用的车辆，车内设有试验仪器设备。
6.维修车——供检查和维修铁道线路设备的车辆。
车内有必要的维修检查装备。
7.文教车——为沿线铁路职工进行文艺演出、文化教育和技术教育使用的车辆。
车内设有必要的文娱和教育用器具及设备。
8.宿营车——供列车上乘务人员休息使用的车辆。
2.铁路车辆的标记--般分为哪几种？车号由哪三组成？说明YW；g621356的含义？答：车辆标记分为车号、产权标记、制造标记、检修标记、性能和运用标记以及各种试验标记。
铁路车辆—铁路车辆的性能参数
任务1 铁路车辆概述
检修标记
第一栏为段修标记，第二栏为厂修标记，第三栏为辅修标记，第 四栏为轴检标记。左侧为下次检修年月，右侧为本次检修年月及检修单 位的简称。
项目五 铁路车辆
任务1 铁路车辆概述
一 铁路车辆的发展概况 二 铁路车辆的性能参数
任务1 铁路车辆概述
什么是车辆技术经济参数？
车辆技术经济参数是表明车辆结构和车辆运用的某些特征的一些 指标。除包括前面已讲述的自重、载重、容积，还包括：自重系数、 轴重、单位容积、每延米轨道载重、构造速度等。任务Fra bibliotek 铁路车辆概述
车辆技术经济参数
1.自重系数：车辆自重与标记载重的比值。 系数小，说明机车对运送每一吨货物所做的功少，比较经济，所 以自重系数越小越好。
任务1 铁路车辆概述
车辆技术经济参数
2.轴重：车辆自重与标记载重的比值。 车辆总重与轴数之比，即车辆每一轮对施加于轨道上的重力。
任务1 铁路车辆概述
车辆技术经济参数
3.单位容积：车辆有效容积和标记载重之比。 是说明车辆载重力与容积能否达到充分利用的指标，供铁路货运 部门办理货物发送作业时参考。
任务1 铁路车辆概述
车辆技术经济参数
4.每延米轨道载重：是车辆总重与车辆长度之比。 该指标是车辆设计中与桥梁、线路强度密切相关的一个指标，同 时又是能否充分利用站线长度、提高运输通过能力的一个指标。
任务1 铁路车辆概述
产权标记
3.路外厂矿企业自备车辆的产权标记：XX企业自备车 4.配属标记：如“成局渝段”
检修标记
任务1 铁路车辆概述
分为厂修、段修标记、辅修及轴检标记。 1. 厂修标记：厂修每6年进行一次； 2. 段修标记：段修每1.5年进行一次； 3. 辅修标记：每6个月一次； 4. 轴检标记：一般每3个月一次。
高速列车运行系统的性能研究与优化
高速列车运行系统的性能研究与优化1.引言随着科技的不断发展，高速列车的发展已成为了人们关注的一个焦点。
高速列车具有运行速度快、舒适安全、减少交通拥堵、促进城市发展等优点，但是面对越来越多的需求，高速列车运行系统面临许多挑战，如运行稳定性、能耗、环境保护等方面需要进行优化和改进。
本文旨在介绍高速列车运行系统的性能研究与优化，包括高速列车运行系统的结构、高速列车的运行原理与影响因素、高速列车运行系统的性能分析以及优化和改进方案等。
2.高速列车运行系统的结构高速列车运行系统包括机车车组、车站系统、信号控制系统、电力供应系统、通信指挥系统和维修保养系统等。
其中，机车车组是高速列车的核心部分，主要包括车辆、动力系统和控制系统。
车辆部分由车体和车轮组成，车体是高速列车的承重结构，而车轮则是提供承载和牵引力的部分。
动力系统主要由机车和牵引传动系统组成，在保证运行速度的同时还要实现节能。
控制系统主要包括制动控制系统和牵引控制系统，将机车的运动状态传递给车站系统和信号控制系统。
车站系统主要包括列车进出站、乘客上下车等，安全性和速度是其主要考虑因素。
信号控制系统负责列车的行车安全和行车顺序，确保列车在轨路中的正常运行。
电力供应系统提供机车车组和车站的电力，是高速列车运行系统的重要保障。
通信指挥系统负责高速列车的调度和统一指挥，是保障运输安全和运输流畅的关键。
维修保养系统负责机车和轨道的维修和保养，确保高速列车运行的可靠性和安全性。
3.高速列车的运行原理与影响因素高速列车的运行原理是基于磁悬浮、轮轨传动、线缆传动、气浮传动等方式来实现的，各种方式有各自的优点和缺点。
其中，磁悬浮技术是目前较为先进的，它通过磁场使车体悬浮于轨道之上，克服了重力和惯性力对列车运动的影响，可以实现更高的运行速度和更平稳的乘坐感受。
影响高速列车的运行速度和舒适度的因素有很多，如曲线半径、道岔角度、路基平整度、车体质量、乘客负荷等。
在运行系统设计中需要考虑这些因素并进行优化，以达到更好的运行效果。
《铁道车辆工程》第06章_车钩缓冲装置
• 1-钩头；2-钩舌；3-解钩杆；4-弹簧；5-解钩风缸。 • 密接式车钩作用原理
3、BSI－COMPACT型密接式车钩 德国制造的密接式车钩在欧洲、巴西等许多国家
的地铁、轻轨车辆和城郊列车上获得广泛应用。这 种车钩钩头的壳体设有凸锥体和凹锥孔，在凸锥的 内侧面配备有用于车钩机械连接的锁栓，锁栓由高 强度钢制成，置于钩头前端的套筒中，利用弹簧使 其保持正常位置。
车要求而研制的一端可旋转的车钩，不用摘钩就可 在翻车机上连续卸货，提高了运输效率。
16号车钩缓冲装置主要由下列种零部件组成:16 号车钩组成、16号钩尾框、转动套、16号从板、16 号钩尾销、钩尾销托组成、MT–2型缓冲器。
17号车钩缓冲装置主要由下列5种零部件组成:17 号车钩组成、17号钩尾框、17号从板、17号钩尾 销、MT–2 型缓冲器。
2、工作原理
借助压缩弹性元件来缓和冲击力，同时在弹 性元件变形过程中利用摩擦和阻尼吸收冲击 能量。
3、缓冲器主要种类: • 弹簧式缓冲器 • 摩擦式缓冲器 • 橡胶式缓冲器 • 摩擦橡胶式缓冲器 • 粘弹性橡胶泥缓冲器 • 液压缓冲器 • 空气缓冲器
4、铁路车辆对缓冲器的基本要求 • 应当具备足够的容量。 • 应能不可逆地吸收一部分冲击能量，冲击后
我国铁道车辆强度设计规范下TB1335/96规定 货车结构允许的最大纵向力2.25MN，要求: 货车缓冲器的最大阻抗力2000kN，容量45kJ 客车缓冲器的最大阻抗力2000kN，容量20kJ 我国货车缓冲器应该是低阻抗、大容量，应采取
增大缓冲器的行程，限制最大作用力。
二、缓冲器的主要性能参数及容量确定 1、缓冲器的主要性能参数
2、车钩的组成 车钩及其零件大多由铸钢制成。 车钩分为钩头、钩身、钩尾。钩头与钩舌通
第十章 铁道车辆的运行性能
3 z0 (2f )3 ( z0 2f ) 2 (2 )5 z0 f 5
用W来表式 W＝ 2.710 3 f 5 F f z0
=
a3 0.89610 F f f
式中 z0:振幅； f :振动频率； :加速度（cm/s2）； a 2 a ＝ z0 2f F f ：与振动频率有关的加权系数； F f 对于垂向和横向振动是不同 以上的平稳性指数只适用于一种频率一个 振幅的单一振动。
（1）防止蛇行运动的稳定性
在轮轨间蠕滑力的作用下，车辆运行达到某 一临界速度时会产生失稳的自激振动即蛇行运 动。 高速时蛇行运动表现为轮对和转向架的激烈 的横向运动，威胁运行安全。 要求：车辆的蛇行运动临界速度VC 要远高于其 运行速度，以保证有足够的安全裕量。 车辆的各种振型在运行速度范围内有足够的 阻尼。
z 0 3 sin t z
Z 0 2f
max 3
其幅值为
Z
2．振动时动能的大小
车体振动时的最大动能为
1 1 1 2 2 M C Z M C Z 0 M C Z 0 2f E d 2 2 2 2Ed 2 Z 0 2f MC
所以 3．平稳性指数 两个因素的乘积为
有两种水平误差： 一种是水平差：在相当长的范围内，一轨 顶面始终高于另一轨。 一种是三角坑：如在18m内先是左轨高于 右轨（3㎜），然后右轨高于左轨。 这两种水平不平顺对车辆的危害程度不 同，三角坑的危害更大。
（2）轨距不平顺
铁路实际轨距与名义轨距之间有一定的偏差， 称为轨距不平顺。 无弄在直线或曲线上，容许偏差为 最宽不超过6㎜，最窄不小于2㎜。
铁道车辆动力学
振动周期为：
2 2 T1 p1 p 1 D2
两次相邻振动的振幅之比为：
zmi Ae nti nT e 1 e n ti T1 zmi1 Ae
——对数衰减率，即对前后两次振幅比取自然对数。
由此可以看出，具有线性阻尼的自由振动，每振动 一次其幅值按 的比例逐渐缩小。
2
设方程有解e
t
方程的特征方程为： 2 方程的通解为：
p 0
2
得：＝ ip
z c1e c2e
ipt
ipt
由欧拉方程 e cos pt i sin 并经过三角函数的变换后，可得
ipt
pt
z A1 cos pt A2 sin pt A sin pt 若t 0时 z z0 z z0
2 1
微ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方程解为：
z 若 t 0 时， z 0
则
f st z A1 cos p1t A2 sin p1t 1
z0
f st A1 z0 1
A2 0
所以
f st f st z z0 cos p1t 1 1
2
z0 p arctan z 0
p K M g f st
1 T f
p f 2
max z
Ag f st
p为振动的固有频率，取决于静挠度。 max 振动加速度幅值，取决于静挠度和振 z 幅。静挠度大，则频率低，加速度小。
式中A为自由振动的振幅，振幅大小取决于车辆振动 的初始条件：初始位移和初始速度（振动频率）。
则方程的特解为：
z0 z z cos pt A sin cos0pt A cos sin pt A sin pt p
《铁道车辆工程》第01章 铁道车辆基本知识PPT课件
当外轨超高值符合下式时可平衡离心力：
h 11.8 V 2 R
h: mm, V: km/h, R: m 我国在曲线区段取最大超高150mm,若允许
的未平衡离心加速度为0.45m/s2, 则曲线上最大 运行速度为：
Vmax4.3 R
R 300 400 600 800 1000 1200 1500 V 74 86 105 122 136 149 166
越小，导曲线半径R越大，则侧向过岔速度越 高。导曲线上一般不设轨底坡和超高。
提问与解答环节
Questions And Answers
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
三、UIC动态限界（GB146.1-83）
车辆动态限界：不考虑随机因素的影响，如振动、偏载
UIC动态限界示意图
第五节 车辆主要技术参数 一、车辆性能参数 1.自重系数：车辆自重与标记载重的比值 2.比容系数：设计容积与标记载重的比值 3.最高试验速度：满足安全和结构强度 4.最高运行速度：还需满足良好的运行性能 5.轴重 6.每延米轨道载重：车辆质量与长度之比 7.通过最小曲线半径
5.车辆在走行过程中因运动中的力的作用 而造成车辆相对线路的偏移。包括曲线 区段运行时实际速度与线路超高所要求 的运行速度不一致而引起的车体倾斜； 以及车辆在振动中会产生上下、左右各 个方向的位移。 6.线路在列车反复作用下可能产生的变 形。 7.运输某些特殊货物时可能会超限。 8.为应付可能出现的特殊情况。还应该有 足够的预留空间。
高速铁路车辆系统设计与性能评估
高速铁路车辆系统设计与性能评估第一章前言高速铁路是一种高速公共交通工具，其速度通常高于200公里/小时。
高速铁路的发展可以促进国家交通运输的发展，提高交通运输效率，节约时间和成本。
高速铁路车辆系统是高速铁路的关键部件之一，它决定了高速铁路列车的行驶速度、运行稳定性和安全性。
本文将介绍高速铁路车辆系统设计与性能评估的相关知识，包括高速铁路车辆系统的构成、设计过程、设计方法、性能评估方法等内容。
通过本文的阐述，读者可以更加深入了解高速铁路车辆系统的构成和设计方法，为高速铁路车辆系统的研发和应用提供参考。
第二章高速铁路车辆系统构成高速铁路车辆系统是由多个部件组成，包括车辆车体、车轮、车轴、轴承、电机、制动系统等。
这些部件共同构成了高速铁路车辆系统。
2.1 车辆车体车辆车体是高速铁路车辆系统的主要部件之一，它主要承载列车上的旅客、货物和其他附加设备。
车辆车体主要由车体壳体、车体底盘、车门、车窗、车灯等组成。
为了提高列车的运行速度和稳定性，车体的外形、纵向和横向稳定性、风阻等都必须经过精心设计和计算。
2.2 车轮和车轴车轮和车轴是高速铁路车辆系统的核心部件之一，它们是保证列车行驶稳定性的重要组成部分。
车轮和车轴的轴承和齿轮都必须保证高精度和高强度，以满足高速运行的要求。
2.3 轴承轴承是高速铁路车辆系统的重要组成部分，它们连接车轴和车体壳体，支撑车轮和车轴的重量。
轴承的选型和设计需要考虑多个因素，包括工作条件、载荷、速度、寿命等因素，以保证列车的稳定性和安全性。
2.4 电机电机是高速铁路车辆系统的动力源，它将电能转换为机械能，推动列车前进。
电机要求具有高效、高功率和轻量化的特点，以满足高速铁路列车的运行需求。
2.5 制动系统制动系统是高速铁路车辆系统的重要组成部分之一，它对列车的行驶安全至关重要。
制动系统分为多种类型，包括电子制动、液压制动、空气制动等，具体的选择需要根据列车的工作条件、载重、速度等因素来确定。
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和反映振动动能的 作
的乘积
为衡量标准来评定车辆运行品质。
在整理车辆平稳性指数时，把实测的车辆 振动加速度记录，通常按频率分解，进行频 谱分析，求出每段频率范围的振幅值，然后 对每一频率计算各自的平稳性指数，按下式 求出全频段的总的平稳性指数:
2、用平均最大加速度确定客货车平稳性等级 方法:当车辆进行动力学试验时，每次记录
水平不平顺影响车辆横向振动,两股钢 轨轨顶的水平误差，变化不可太骤。在轨 道上分为两种情况:水平差和三角坑。
(2)轨距不平顺 铁路实际轨距与名义轨距之间有一定偏
差，称为轨距不平顺。轨距不平顺影响车 轮接触几何参数，在线性假设中不考虑它 的影响。 (3)高低不平顺
轨道中心线上下的不平顺，称为高低不 平顺。影响车辆垂向振动。
有阻尼的情况
五、具有两系是挂装置转向架车辆垂向强迫振动 1、无阻尼的强迫振动 具有两系悬挂装置的车辆的垂向振动可以分成互
不藕合的4组： 车体的浮沉振动与转向架浮沉平均值藕合在一起
的车辆浮沉振动； 车体的点头振动与转向架浮沉差藕合在一起的强
迫振动； 两组独立的转向架点头强迫振动。
教材256页，图6-27
的分析段时间为6s，在每个分析段中选取一 个最大的加速度，若有m个分析段，则平均 最大加速度:
评定客车平稳性等级的常数
3、最大加速度确定货车的限制速度 货车以最大加速度为振动强度极限值，垂
向振动的最大加速度为0.7g，横向振动最大 加速度为0.5g。在 100km试验区段内，按
规 定标准测定通过直道、弯道和车站侧线时的 最大振动加速度，在货车的限制速度范围内 超限加速度不应大于3个。
五、客车在曲线上舒适性及其标准 1、离心加速度 列车通过曲线时，车辆和旅客都要经受
离心力和离心加速度:
2、设置超高 设置超高后，旅客承受的离心加速度和重
力加速度横向分量可互相抵消一部分。
过超高
5、曲线限速及提速措施 6、曲线运行的其他规定及措施
第六节 车辆运行安全性及其评估标准
主要内容: 车辆抗倾覆稳定性及评估标准 轮对抗脱轨稳定性及评估标准
体垂向和横向动载荷，对旅客和货物有较大 影响，若振动为简谐振动，则:
三、Sperling平稳性指数 Sperlinq等人在大量单一频率振动试验的
基础上提出影响车辆平稳性的两个重要因素: 位移对时间的三次导数，在一定意义上代
表力的变化率，会引起冲动的感觉。 振动时的动能大小
Sperling平稳性指数:把反映冲动的
车轮会受到向上的冲量:
M V MV0
4、锥形踏面轮对的蛇形运动 这里为方便研究自由轮对在轨道上的
蛇形运动，设: 车轮踏面斜度 。 轮对中心偏离轨道中心线为 。 轮对中心的运动轨迹是一段圆弧，曲
率半径为：
由高等数学，任意曲线的曲率为:
蛇形运动周期,波长: 轮对的蛇形运动是一种自激振动
第二节 轮对簧上质量系统的振动
主要内容: 轮对簧上质量系统模型 轮对簧上质量系统的自由振动
一、轮对簧上质量系统模型 轮对簧上质量系统是一个简化的车辆数学
模型: 轮对代表车辆各轮对在轨道上运行的特点 簧上质量代表弹簧上的车体 上面两者之间的弹性悬挂装置代表实际车
辆上的不同的悬挂装置
二、轮对簧上质量系统的自由振动 1、无阻力的自由振动 当簧上质量系统处于静平衡时: 当车体离开平衡位置z时，得到运动方程式:
结论: 线性阻尼的轮对质量系统不在作等幅简谐振动。
衰减规律
3、具有摩擦阻尼的自由振动 （1）轮对簧上质量系统中具有阻力与弹簧挠度 成正比的摩擦减振器
变摩擦力的F表示为:
因此具有摩擦阻尼的运动方程分为两个分段 线性方程。 （a）车体由下向上振动
车体从最高点B向下振动到最低点C，经过 半个周期
一、动荷系数 动荷系数是车辆在运转时产生的动载荷幅值
与车辆静止时的载荷之比。动荷系数分横向和 垂向两种。
动载荷可用计算或实测求得，若已知车体的 垂向及横向加速度，则:
有时也用弹簧动挠度来求动荷系数:
现场实验发现，利用加速度和弹簧动挠度 所得的动荷系数不一样。
我国并未采用动荷系数作为评估标准。
二、车体加速度的幅值 车体垂向和横向加速度幅值大小可表示车
车辆系统振动的特点： 一般车辆的垂向振动与横向振动是弱藕合，因此 可以分别研究； 一般情况下，车体会出现独立的浮沉、伸缩、 摇头、点头振动； 横摆和侧滚永远藕合在一起。
K 4KSZ C 4CSZ
结论: 具有两系悬挂装置的车辆的垂向振动可以
分成互不藕合的4组: 车体的浮沉振动与转向架浮沉平均值藕合
侧车轮严重减载情况下也有脱轨的可能。
(4)车轮跳轨的评定标准 (5)轮轨间最大横向力Q的标准
3、脱轨原因及防治措施 线路状态 车辆结构 运用
第七节 车辆动力学计算机仿真简介
一、车辆和线路的一些动力学性能特点 1、实际车辆是一个多体多自由度系统 2、车辆零部件的非线性 （1）弹性元件的非线性 （2）阻尼非线性 （3）游间和止挡 3、轮轨关系
第一节 引起车辆振动的原因
主要内容： 轨道有关的激振因素 车辆结构有关的激振因素
一、与轨道有关的激振因素
1、钢轨接头处的轮轨冲击
车轮受到的冲量
S MV MVa
与冲量的大小有关的因素： 簧下质量 行车速度 钢轨接头的变形程度
2、轨道的垂向变形 车辆沿钢轨运行时，轮轨接触点迹线有如图
（1）轮轨接触几何关系 （2）轮轨间的蠕滑
4、车辆蛇行运动及其临界速度 5、轮对的运动 6、线路的实际情况 （1）线路随机不平顺 （2）曲线地段和道岔 （3）轨道的弹性 7、车体、转向架、轮对、轨道是一个完整的
大系统 二、车辆动力学仿真的目的、原理和方法
第八节 车辆动力学性能试验
一、零部件性能试验 二、车辆整车试验
第六章 铁道车辆的运行性能
主要内容： 阐明车辆产生振动的原因 解析车辆振动的规律 确定车辆运行性能的方法 介绍车辆运行平稳性和安全性标准 介绍改善车辆运行品质的一些措施
振动的基础知识
1.振动是指物体在平衡位置附近来回往复的运动。 2.振动的分类 （1）按系统响应的性质分：定则振动、随机振动； （2）按激扰的控制方式分类：自由振动、强迫振动、 自激振动、参激振动。 3.简谐振动：凡是位移可以表示为时间的正弦型函数 的运动称为简谐振动。 4.振动周期：振动重复一次所需要的这个时间间隔。 振动频率：在1秒时间内振动重复的次数，称为振动频 率。
纵向蠕滑率
x
车轮实际前进速度 车轮纯滚动横向速度 车轮纯滚动横向速度 车轮实际前进速度
蠕滑力
F f
第五节 车辆运行品质及其评估标准
主要内容: 动荷系数 车体加速度幅值 Sperling平稳性指数 客车、货车运行品质标准 客车在曲线上舒适性及其标准
一、车辆抗倾覆稳定性及其评估标准 车辆沿轨道运行时受到各种横向力，在这些
横 向力作用下造成车辆一侧车轮减载，另一侧增载。 各种横向力在最不利组合作用下，车辆一侧车轮与 钢轨之间的垂向作用力减少到零，车辆有倾覆的危 险。
倾覆系数D:车辆在横向力作用下可能倾覆的程 度。
2、轮对抗脱轨稳定性评定标准
见表6-1
结论: 无阻尼情况下，当线路激振频率等于车体
固有频率时发生共振
出现共振时的车辆运行速度称为共振临界 速度
结论: 粘性阻力减振器的阻力功之间一定有一个与激
振力功相等的平衡振幅 摩擦阻力减振器则除完全重迭外，在坐标原点
以外无交点，若摩擦阻力功线的斜率小于激振功， 则共振时无法限制系统的振幅增长:若 摩擦阻力功 线大于激振功线的斜率，则系统无法起振，车体 处于刚性受力状态
1、线路试验 2、环形线试验 3、台架模拟试验
第九节 列车运行时的空气流
列车速度提高之后，所产生的气流对铁路 的影响有：增加列车的空气阻力，列车通过 时出现列车风；会车时出现压力波；列车通 过隧道时引起隧道内的压力波动和微气压波 等问题。
的形状，为分析方便，简化为正弦波的形式:
3、轨道的局部不平顺 通过曲线时轨道在垂向的超高、曲率半径
的变化和轨距的变化 道岔 轨道的上下坡等等
4、轨道的随机不平顺 为便于分析，常把轨道不平顺分为轨距、水
平、高低和方向等四种不平顺。 (1)水平不平顺
在直线区段，铁路两股钢轨顶面不可能保 持完全水平，而有一定偏差，称为水平不平顺。
2、具有线性阻尼的强迫振动
可以根据求解出的振动方程的解，研究如何选择 第一、二系悬挂装置的静挠度分配以及如何选择减振 器的阻尼系数。
最佳的静挠度分配和减振器阻尼合理系数应保证 车辆在运行速度范围内车体强迫振动的加速度均有较 小的数值。
现有客车设计中，第一、第二系悬挂的静挠度比 选择在35:54-25:75之间，相对阻尼系数D选择在
0.20.3之间。
低频时为下心滚摆。教材262页图6-30（a）。 高频时为上心滚摆。教材262页图6-30（b）。
2、两系悬挂车辆横向自由振动的简化计算 分析中不计转向架的惯性作用，把4个自由
度系统简化为2个自由度。 简化时须把两系悬挂的垂向刚度和横向刚度
正确换算成当量一系悬挂刚度，尽量减少简化 造成的误差。
总结: 研究轮对簧上质量系统模型得到的基本规律，
依然适用于实际车辆。
车辆横向振动有关的两个问题： （1）车辆横向振动减振器合理安装位置；
图6-32 （2）车体在弹簧上的抗倾覆稳定性。
第四节 轮对蛇形运动
接触斑
轮轨间出现蠕滑的条件：轮轨为弹性体，车轮与
钢轨间有一定的正压力，车轮沿钢轨滚动。
蠕滑率（蠕滑）
结论: 相对摩擦系数通常不大于0.1，振动一周的衰减
量，即按等差级数递减
4、能量法求解任意阻尼的自由振动 根据能量守恒原理，在一定时间内，系统内部