铁道车辆动力学性能
轮对弹性对铁道车辆动力学性能仿真结果的影响
１ 概述
在铁道 车辆 的仿 真分 析 中 ， 轮对通 常视 为 刚性体 ， 这种建 模对 研究频 率 ｆ＜２ 的低频 动力 学 响应是 ０Ｈｚ 合适 的＿ 。考虑 到轮 轨 接 触对 于微 小 的位 移很 敏感 ， 】 ］
轮对 的弹性 变形对 轮轨 接触 是否会 有影 响 ？铁道 车辆 低频 直线 运行 时 ， 界 速度 是主要 指 标 。运行 速度 临 低于 临界速 度 ， 即 ＜ ， 。 车辆 稳定 运 行 ； 时 如果 ≥ 时 ， 引起 车辆极 限环 运 动 ， 则 即蛇 行 运 动 ， 常 运行 正 中要避 免这 种情况 发 生 。
轨 道子 系统 。
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在 车辆 的设计 过 程 中要 仿 真计 算 ， 有必 要 研究 轮 对为 刚性 体 和 弹性 体 时 是 否会 产 生 不 同的 仿 真 结 果 。本 文建 立 了轮 对 为 弹 性体 的整 车 分 析模 型 ， 与 并
刚性轮对 模 型 的计ห้องสมุดไป่ตู้ 结 果进 行 了对 比。
Ｊ ＧＥ ＮＯＬ 等 （ ） ＵＲ Ｎ ＡＲ Ｄ， 德
摘 要： 研究了轮对分别 为弹性体和刚性体 情况下客车 的直线运行 性能 ， 型 中轮轨 接触 为非线性 。仿 模
真 结果 表 明 ， 对 弹 性 对 车 辆 运行 性 能 具 有 显 著 影 响 ， 其 降低 了 临 界 速 度 。 轮 尤 关 键 词 ： 道 车 辆 ； 力 学 ； 真 ； 对 ； 国 铁 动 仿 轮 德 中 图分 类 号 ： ７ ． １ Ｕ２０ １ 文 献 标 识 码 ： Ｂ ．
Ｔｈｅ Ｉ ｌ ｅ ｅ ｏ ａ ｔｃ Ｗ ｈｅ ｌ ｅ ｓ ｏ ｈｅ Ｓｉ ｕ ａ ｉ ｎ Ｒｅ ｕ ｔ ｆ ｎｆ ｕ ｎｃ ｆＥｌ ｓ ｉ ｅ ｓ ｔ ｎ ｔ ｍ ｌ ｔｏ ｓ ｌｓ ｏ
铁道车辆动力学性能
2.2 平稳性评定标准
Sperling （斯佩林）平稳性指数：
车辆平稳性指标和车速的关系
01
04
02
03
前进方向
前转向架中心
后转向架中心
舒适性(Nmv)指标： 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：
2.2 平稳性评定标准
2.2 平稳性评定标准
二、舒适性(Nmv)指标：
（一）倾覆系数及评估标准：
2.2 安全性评定标准
一、车辆抗倾覆稳定性及其评估标准：
上式中第一项是由于车辆通过曲线时未被平衡的离心力引起的（向曲线外侧方向的离心力和由于外轨超高引起的车辆重量向内侧的水平分力之差）。第二项是由于车辆横向振动惯性力引起的。第三项是由于侧向风力引起的。
——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 最佳舒适性 1<NMV<2 良好舒适性 2<NMV<4 中等舒适性 4<NMV<5 不好舒适性 5<NMV 极差舒适性 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 安全性评定标准
一、车辆抗倾覆稳定性及其评估标准：
倾覆系数：
GB 5599-85规定“试验鉴定车辆的倾覆系数应满足下列要求：
倾覆系数应在试验车辆以线路容许的最高速度通过时的运行状态下测试。试验鉴定车辆同一侧各车轮或一台转向架同一侧各车轮其倾覆系数同时达到或超过0.8时，方被认为有倾覆危险。 考虑气动力作用，
≤
当用平均最大加速度评定速度 ≤100km/h的货车平稳性等级时，采用下列公式：
车辆动力学基础
车辆动力学基础第一章1．车体在空间的位置由6个自由度的运动系统描述。
浮沉、摇头、点头、横摆、伸缩、侧滚2．轴重：铁道车辆的轴重是指车辆每一根轮轴能够承受的允许静载。
3．轴距：是指同一转向架下两轮轴中心之间的纵向距离。
4．轴箱悬挂：是将轴箱和构架在纵向、横向以及垂向联结起来、并使两者在这三个方向的相对运动受到相互约束的装置。
5．中央悬挂：是将车体和构架/侧架联结在一起的装置，一般具有衰减车辆系统振动、提高车辆运行平稳性和舒适性的作用。
6．曲线通过：曲线通过是指车辆通过曲线时，曲线通过能力的大小，反映在系统指标上，主要表现为车辆轮轨横向力、轮对冲角以及轮轨磨耗指数等的大小上。
7．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，该系统将趋于稳定；相反，若振幅越来越大，则系统将不稳定。
第二章1．车辆的动力性能主要包括运行稳定性（安全性）、平稳性（舒适性）以及通过曲线能力等。
2．车辆脱轨根据过程不同大体可分为爬轨脱轨、跳轨脱轨、掉道脱轨。
3．目前我国车辆部门主要采用脱轨系数和轮重减载率两项指标。
4．当横向力作用时间t小于0.05s时，用0.04/t计算所得的值作为标准值。
5．不仅仅依靠脱轨系数来判断安全性的原因：（1）轮重较小时与其对应的横向力一般也较小，计算脱轨系数时受到轮重和横向力的测量误差的影响就较大，因此要获得正确的脱轨系数比较困难。
（2）垂向力较小时，使用该垂向力和与其对应的横向力得到的脱轨系数很容易达到脱轨限界值；另一方面，单侧车轮轮重减小时，另一侧车轮轮重一般会增大，此时极小的轮对冲角变化会导致较大的横向力，从而加大了脱轨的危险性。
（3）根据多次线路试验来看，与其说脱轨系数值较大容易导致列车脱轨，还不如说轮重减少的越多越容易导致列车脱轨。
6．评价铁道车辆乘坐舒适性最直接的指标就是车体振动加速度。
第三章1．轮对的组成：轮对由一根车抽和两个相同的车轮组成。
铁路货车动力学性能试验标准对比
技术装备铁路货车动力学性能试验标准对比王鼎，苗晓雨，熊芯（中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所，北京100081）摘要：随着我国铁路货车提速，机车车辆动力学性能评定和试验鉴定需使用改进的试验方法，以提高试验质量。
对比GB/T 5599—1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》与GB/T5599—2019《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》的异同点，从试验条件、评定指标和测试数据处理等方面，将动力学性能试验数据分别按照2个标准中的试验方法进行数据处理，对处理后的结果进行对比分析，包括运行稳定性、运行品质、运行平稳性对比分析，并对货车动力学性能试验提出建议。
关键词：铁路货车；动力学性能；性能试验；标准对比；试验数据中图分类号：U266.2 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2023）08-0082-09DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2023.05.25.0040 引言GB/T 5599—2019《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》（简称2019版标准）于2019年12月10日发布，2020年7月1日正式实施，代替了GB/T 5599—1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》（简称1985版标准）［1-2］。
2019版标准在1985版标准的基础上，对动力学性能试验评定指标等级限值、数据处理方法以及采样要求进行修改。
30多年来，我国铁路货车的动力学性能指标执行1985版标准，由于该标准制定时铁路货车的运行速度较低，在近几年铁路货车提速、提高轴重的大背景下，有必要使用改进的试验方法以提高试验质量［3-5］，更好地服务于货车行业的发展。
2019版标准改进后的试验方法与1985版标准有何区别，以及2019版标准动力学性能的评定方式对铁路货车动力学性能的评价有哪些影响，值得进行对比分析研究。
首先从试验条件、试验方法、数据处理方法等几方面对2019版标准和1985版标准进行对比；其次详细分析2019版标准动力学性能的评定方法对铁路货车动力学性能评价的影响；再次使用动力学性能试验实际数据分别按照2个标准的数据处理方法进行数据处理，并对得到的结果进行对比分析，最后提出更有利于2019版标准实施的建议。
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 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
ls 9h ls 7h
（2）困难地段： Vmax
2.2 平稳性评定标准
七、动荷系数：
前苏联采用
Pld al K ld Pst g
Pvd av Kvd Pst g
（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。
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
amax ≤ 0.00027 C p V
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 C f V 垂向振动： max ≤ 0.00215 C a V f
2.2 平稳性评定标准
四、平均最大加速度：
fd Kvd f st
2.2 平稳性评定标准
地下铁道车辆动力学模型研究
地下铁道车辆动力学模型研究引言地下铁道车辆动力学模型的研究一直是轨道交通领域中的重点问题之一。
车辆的动力学模型不仅能够揭示车辆的动力学特性，还能为车辆的安全控制和优化设计提供重要的理论支持。
本文将从车辆的悬挂系统、车辆的能量转换以及车辆运动学三个方面，对地下铁道车辆动力学模型进行详细的研究。
第一章悬挂系统模型地下铁道车辆的悬挂系统是车辆动力学的重要组成部分。
其主要作用是保证车辆在运行过程中的平稳性和稳定性。
目前，常用的地下铁道车辆悬挂系统主要分为悬挂式和刚性式两种。
其中悬挂式是通过悬挂系统将车体和轮对分离，从而减少车体受到的震动和振动；而刚性式则是将车体和轮对连在一起，通过传动系统传递动力。
对于悬挂式车辆，其悬挂系统的动力学模型主要包括弹簧-阻尼模型和蠕动模型两种。
其中弹簧-阻尼模型是通过弹簧和阻尼来模拟车辆在运行过程中受到的力和阻力；而蠕动模型则是通过蠕动函数来模拟车辆车体在悬挂系统的作用下的运动过程。
这些模型可以用于优化车辆的悬挂系统设计和预测车辆的运动特性。
第二章能量转换模型地下铁道车辆能量的转换是车辆动力学的另一个重要组成部分。
能量的转换主要是指车辆运动过程中车辆的动能和势能之间的相互转换。
在车辆加速和减速过程中，车辆的动能和势能分别发生变化，这些变化可以用能量转换模型来描述。
对于地下铁道车辆的能量转换模型，则主要包括动能和势能两种形式。
其中动能的转换是通过牵引系统和制动系统来实现；而势能的转换则是通过车辆的升降机系统来实现。
这些模型可以用于优化车辆的能量转换效率和预测车辆在不同工况下的能量变化。
第三章运动学模型地下铁道车辆的运动学模型是揭示车辆运动过程中的位置、速度、加速度等动力学变量的重要手段。
这些变量对于车辆的安全性和运行效率都具有重要的影响。
因此，建立准确的运动学模型是优化车辆设计和车辆运行控制的关键。
对于地下铁道车辆的运动学模型，则主要包括平动模型和转动模型两种。
其中平动模型主要用于描述车辆在直线段上的运动特性；而转动模型则主要用于描述车辆在弯道上的运动特性。
铁路车辆的轨道动力学性能研究
铁路车辆的轨道动力学性能研究铁路交通作为一种重要的交通方式，对于整个国家的经济发展和人民生活起着至关重要的作用。
在铁路系统中，车辆的轨道动力学性能是影响列车运行安全与舒适性的重要因素之一。
因此，对铁路车辆的轨道动力学性能进行深入研究，对于提高铁路系统的运行效率和安全性具有重要意义。
一、轨道动力学性能的定义和影响因素在铁路系统中，轨道动力学性能是指车辆在轨道上行驶时所表现出的稳定性、舒适性和安全性等特性。
它受到多个因素的影响，包括列车的速度、曲线半径、轨道的几何形状、轨道的弯曲半径、弯道半径变化率、线路高程起伏等。
二、轨道动力学性能测试与评估方法为了研究铁路车辆的轨道动力学性能，需要采用一定的测试与评估方法。
常用的方法包括实际线路试验、模拟仿真试验和理论计算等。
1. 实际线路试验：实际线路试验是最直接、最真实的测试方法之一，即在实际的铁路线路上设置测试装置，通过对列车的运行状态进行监测和数据采集，得到真实的轨道动力学性能数据。
这种方法的优点是结果准确可靠，但需要占用大量时间和资源。
2. 模拟仿真试验：模拟仿真试验是通过建立合适的仿真模型，对车辆在不同行驶条件下的动力学性能进行模拟与分析。
这种方法的优点是成本低廉，可以快速获得测试结果，但对于模型的准确性和仿真参数的选择需要特别注意。
3. 理论计算：理论计算是一种基于数学模型和物理规律的方法，可以通过解析解或数值解的方式，通过计算得到车辆在不同条件下的轨道动力学性能。
这种方法的优点是计算结果准确度高，但对于复杂的系统和边界条件模拟较为困难。
三、轨道动力学性能调控与改进方法为了提高铁路车辆的轨道动力学性能，需要针对性地进行调控与改进。
具体方法包括：1. 设计合理的轨道几何形状：合理的轨道几何形状可以降低车辆在弯道行驶时的滚动倾覆和偏心力，提高列车的稳定性和舒适性。
因此，轨道设计应考虑列车运行速度、曲线半径等因素，并采取适当的几何形状来满足车辆的动力学要求。
62第二章铁道车辆动力学性能PPT课件
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
铁道客车及动车组模态试验方法及评定
铁道客车及动车组模态试验方法及评定以铁道客车及动车组模态试验方法及评定为标题的文章铁道客车和动车组是现代铁路交通的重要组成部分，为了确保其运行安全和性能可靠，需要对其进行模态试验和评定。
本文将介绍铁道客车及动车组模态试验的方法和评定过程。
一、铁道客车及动车组模态试验方法1. 试验目标和内容铁道客车及动车组模态试验的目标是评估车辆的振动特性和动力学性能，包括车体的固有频率、振型、阻尼比等。
试验内容主要包括静态试验和动态试验两部分。
2. 试验装置和设备为了进行模态试验，需要准备相应的试验装置和设备。
静态试验主要使用试验台和测力传感器等设备，动态试验则需要使用振动台、激振器、加速度传感器等设备。
3. 试验步骤模态试验一般分为准备工作、试验准备、试验执行和数据处理四个步骤。
准备工作包括确定试验方案、选择试验装置和设备，制定试验计划等。
试验准备阶段需要进行试验装置的校准和试验设备的安装调试。
试验执行阶段是实际进行试验的过程，需要按照试验方案进行振动激励、数据采集等操作。
数据处理阶段是对试验数据进行分析和评定，得出相应的结论。
二、铁道客车及动车组模态试验评定1. 试验数据处理试验数据的处理是模态试验评定的重要环节。
首先需要对试验数据进行滤波处理，去除噪声干扰。
然后进行傅里叶变换，将时域数据转化为频域数据。
接着进行频谱分析，得到车体的固有频率和振型等信息。
2. 评定指标铁道客车及动车组的模态评定主要包括以下几个指标：固有频率、振型、阻尼比和模态质量等。
固有频率是车体固有振动的频率，是衡量车体刚度和质量分布的重要指标。
振型是车体在不同频率下的振动形态，可以直观地反映车体的振动特性。
阻尼比是衡量车体振动衰减能力的指标，越大表示振动衰减越快。
模态质量是指车体在不同频率下各模态的质量分布，可以反映车体结构的合理性和均匀性。
3. 评定结果根据试验数据处理和评定指标，可以得出铁道客车及动车组的模态评定结果。
评定结果可以用来指导车体设计和改进，提高车辆的运行安全性和舒适性。
垂向减振器对铁道车辆动力学性能的影响分析__nl
随着铁路提速的进行，对列车的运行安全性和乘坐舒适性的要求也越来越高。减振器作为铁道 机车车辆重要的减振部件，其部件的可靠性及减振性能的好坏直接影响着铁路车辆的性能。在速度 较低的机车车辆上，减振器数量较少，而在高速车辆上，不仅有垂向减振器，还具有二系横向减振 器、二系抗蛇行减振器以及车端减振器[1]。由此可见，减振器对机车车辆，尤其是高速机车车辆来 说是非常重要的元件。2005 年某 2C0 机车的线路试验时曾发现横向动力学性能不合格，最后查明部 分原因就是由于减振器失效所造成的，更换减振器之后马上就通过了线路试验。因此，在机车车辆 上，减振器参数的选择非常重要，具体的型号参数往往需要实际的线路试验才能进行验证调整。 在通常的减振器研究中，大致局限在减振器的阻尼特性分析，对其内、外特性关系进行仿真[2]； 或是研究减振器对车辆运行稳定性和曲线通过性能的影响[3]，其局限性在于忽略了减振器的端部连 接刚度和减振器的卸荷特性。部分考虑了减振器卸荷特性的研究，也多是通过时域仿真计算，利用 ， 平稳性指标或车体加速度的值来反映减振器的性能[4 5]。 这些研究存在的一个问题就是， 对减振器的 建模过于简化，同时均为在整车模型中研究减振器的阻尼特性，系统过于复杂，不能反映减振器的 真实特性。本文建立了充分考虑减振器的阻尼、卸荷特性以及端部连接刚度的减振器模型。通过详 细的减振器模型结合简化的车体模型，采用线性频率响应的方法，研究减振器各参数的变化对车体 频率响应及平稳性的影响。线性频域分析，比非线性时域计算节省时间，同时更能反映系统的特性。 1 减振器模型 在铁道车辆动力学仿真计算中，减振器的仿真是一个重要的部分，减振器模拟的真实程度决定 了动力学仿真的精确程度，实际的减振器模型类似于图 1（a）所示，设减振器的阻尼系数为 C，两 端减振器套的刚度为 k1 和 k3，减振器内部油压的刚度为 k2。但是这个模型过于复杂，在实际的计算 中，可以将其简化为图 1（b）所示的减振器模型，用一个等效刚度 K 把 k1、k2 和 k3 的作用体现出来，
(整理)列车纵向动力学分析.
第一部分开行重载列车，就机车车辆本身来讲，重载列车技术涵盖牵引性能、制动系统性能、列车纵向动力学性能、机车车辆动力学性能、机车车辆及其零部件强度以及合理操纵方法等众多方面。
而重载列车的通信、纵向冲击力和长大下坡道的循环制动问题是开行重载列车的三大关键技术。
而这三大技术其实就是制动系统的三大难题。
下面就以制动系统来分析。
1.重载列车制动系统的关键技术制动系统对列车运行安全具有举足轻重的重要作用，随着铁道技术的不断进步，已出现了多种制动方式，但对货物列车而言，空气制动仍是最基本的制动作用方式。
众所周知，货物列车空气制动作用的制约因素甚多，列车长度就是主要影响因素之一。
我国重载列车的发展始于20世纪80年代，至今列车编组重量已由5 000t级提高到2万t以上，编组辆数从62辆增加到210辆之多，列车最大长度已达2·6 km以上，导致空气制动作用条件严重恶化。
1.1制动空走时间和制动距离影响货物列车紧急制动距离的主要因素除制动初速、线路条件(坡道)、列车制动率(每百吨重量换算闸压瓦力)和闸瓦性能以外，还有影响空走距离的空走时间，后者主要与列车长度或编组辆数有关。
笔者在根据上述因素编制我国《铁路技术管理规程》中的制动限速表时，对货物列车考虑的列车编组条件为5000t级以下，由于重载列车编组辆数的增加，必然导致制动空走时间和距离相应增加,加上长大列车压力梯度对后部车辆制动力的影响，因此该限速表不适用于重载列车。
对于重载列车，其制动力应比普通列车高，以保持和普通列车同等的制动距离。
1.2充气作用和长大下坡道的运行安全列车空气制动后的再充气时间随编组辆数的增加而呈非线性的增加。
重载列车需要有比普通列车长得多的再充气时间，因此，在长大下坡道多次循环制动作用时对司机操纵方法特别是再充气时间的要求更高。
1.3减轻列车纵向动力作用货物列车在纵向非稳态运动过程中产生的纵向动力作用不仅是导致断钩、脱轨等重大事故的主要原因，也是破坏货物完整性和加速机车车辆装置疲劳破坏的重要因素。
高速铁路车辆动力学性能分析及优化设计
高速铁路车辆动力学性能分析及优化设计一、引言高速铁路的快速发展，使得高速铁路车辆动力学性能的研究与优化设计成为当前的热点领域。
车辆动力学性能的好坏直接影响高速铁路的安全性、运行速度和运输能力。
因此，对高速铁路车辆动力学性能进行分析与优化设计具有重要的意义。
二、高速铁路车辆动力学性能概述车辆动力学性能是指车辆行驶中所表现出的各种动态特性，主要包括车辆悬挂、动力系统、制动系统、运动稳定性等。
对于高速铁路车辆而言，其车辆动力学性能的主要特点包括：1. 悬挂系统高速铁路车辆的悬挂系统设计要求高，以满足高速行驶时的舒适性和稳定性，同时确保列车在曲线通过和坡度变化时具有足够的稳定性。
悬挂系统中常用的主要元件包括弹簧、减振器、防侧倾机构及动力传动系统等。
2. 动力系统动力系统是实现高速铁路列车行驶的核心部分，主要包括电机、齿轮传动系统、转向架、制动器、传动轴和轮轴等。
对于高速列车而言，其动力系统的设计要求高性能、高可靠性、低噪声和高效能。
3. 制动系统制动系统是保证列车行驶安全的重要部分，主要包括空气制动系统、电力制动系统、再生制动系统和摩擦制动系统等。
对于高速列车而言，其制动系统的设计要求具有短制动距离、低制动噪声、高制动性能和高可靠性等特点。
4. 运动稳定性高速铁路列车的运动稳定性对于行车安全和舒适性有着至关重要的影响。
在高速行驶过程中，列车遇到的空气动力学和轨道几何学的影响会对列车的稳定性产生重要影响，并且过渡曲线和移向力也会对车辆的稳定性产生影响。
三、高速铁路车辆动力学性能分析方法1. 实验测试法实验测试法是目前高速铁路车辆动力学性能分析的主要方法之一。
利用测力、加速度、压力、位移等传感器对车辆的响应进行测试，从而获取车辆动态特性的数据。
通过对实验数据进行分析，可以获得车辆动力学性能的参数。
实验测试法的优点是能够获得较实际的车辆运行数据，但其缺点是依赖于试验条件和测试水平，而且测试成本较高。
2. 模型建立与仿真法模型建立与仿真法是利用计算机来模拟车辆行驶过程的方法。
铁道车辆动力学研究和发展改后-(修复的)
铁道车辆动力学研究和发展摘要：随着铁路运输的发展，特别是进入高速化和重载化阶段以来，为了提高车辆的各种动力性能，国内外不断加强铁道车辆动力学的理论和试验研究，并提出了更多更新的课题。
本文阐述了车辆动力学理论模型，车辆动力学性能评价指标及其分析技术。
在此基础上，提出了今后铁道车辆动力学研究的趋势及发展方向。
关键词：车辆动力学车辆/线路系统The Research and Development of Railway Vehicle Dynamics Abstract：A With the development of railway transport, especially since entering the stage of high-speed and heavyload, in order to improve the dynamic performance of the vehicle, at home and abroad continue to strengthen the theoretical and experimental study of the dynamics of railway vehicles, and more updated topics. This paper describes the vehicle kinetic theory model, the vehicle dynamics performance evaluation and analysis technology. On this basis, the future development direction of vehicle dynamics research.Key words：Vehicle Dynamics Vehicle/ System0 前言随着铁路运输的快速发展，要求铁路必须在保证安全的前提下，增加货物列车的重量，提高客运列车的速度以及运行品质。
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。
动车组动力学性能暂规
动车组动⼒学性能暂规动⼒学性能试验鉴定⽅法及评定标准⽬次1范围................................... 错误!未定义书签。
2术语和定义............................. 错误!未定义书签。
3车辆坐标系.............................错误!未定义书签。
4总则................................... 错误!未定义书签。
5试验条件............................... 错误!未定义书签。
6测量参数............................... 错误!未定义书签。
7评定指标............................... 错误!未定义书签。
8评定指标限度值 ........................ 错误!未定义书签。
前⾔为2004年采购200km/h电动车组，特制定本《200km/h电动车组动⼒学性能试验鉴定⽅法及评定标准》。
本规定制定中曾参考了以下⽂献：——《GB5599 铁道车辆动⼒学性能评定和试验鉴定规范》——《TB/T2360 铁道机车动⼒学性能试验鉴定⽅法及评定标准》——《UIC518 铁道车辆试验与鉴定》——《UIC513 铁道车辆旅客振动舒适性评定指南》——《prEN 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》本⽂件由铁道部科学研究院车辆研究所负责起草。
动⼒学性能试验鉴定⽅法及评定标准1范围1.1本标准规定了采购200km/h电动车组在中国铁路线路上进⾏动⼒学性能试验鉴定的⽅法和评定标准。
2术语和定义2.1铁道车辆（Railway Vehicles）在轨道线路上运⾏的车辆统称，包括机车、客车、动车组中的动车、拖车等。
2.2运⾏参数最⾼运营速度 Vlim＝200km/h铁道车辆运营的最⾼速度；单位：km/h。
地铁动车组动力学性能分析
地铁动车组动力学性能分析基于某型地铁动车组动力学参数，建立SIMPACK车辆动力学模型，分析了车辆的稳定性、平稳性、脱轨系数、轮重减载率4项动力学指标，并根据铁道机车车辆动力学性能评定标准和规范对该轨道车动力学性能作了全面、综合评估。
研究结果表明：该轨道车辆非线性临界速度较高，具有较大的稳定性裕度；横向、垂向平稳性指标均达到标准的优级要求；动态曲线通过安全性指标能够满足安全行车要求。
标签：地铁动车组；动力学性能；动力学计算地铁车辆运行的平稳性、稳定性和曲线通过性等是评价车辆运行状态的重要动力学指标[1]。
通过动力学软件仿真计算可以评定车辆的动力学指标，指导地铁车辆动车组的设计和生产。
1 车辆动力学模型车辆在实际运营过程中具有大量的非线性因素，其动力学计算需要借助于计算机的批量处理和专业车辆动力学处理软件。
SIMPACK的Wheel/Rail（轮轨）模块是目前世界上著名的、功能最强大的车辆系统动力学分析的数值仿真软件之一[2]。
基于车辆动车组动力学参数，利用SIMPACK软件建立了地铁动车组模型。
本文车辆模型包括轮对、一系悬挂（轴箱和一系减振）、二系悬挂整（空簧、垂向和横向减振器、抗侧滚扭杆、牵引拉杆）、车体。
轮轨接触部分，车轮踏面采用S1002，钢轨轨头型面为UIC60。
2 铁道车辆动力学评价标准2.1 临界速度在轮轨间蠕滑力的作用下，车辆运行到达某一临界速度时会产生失稳的自激振动即蛇形运动。
高速时的蛇形运动表现为轮对和转向架的激烈的横向振动，它威胁到运行安全。
为此，要求车辆蛇形运动的临界速度Vc要远高于其运行速度，以保证有足够的速度裕量[3]。
2.2 Sperling平稳性指标乘客的舒适度感受也是评价车辆动力学性能的一个主要方面。
国际是常用的评价标准是车辆平稳性指标。
GB/T5599-85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》中对平稳性评定等级的界限。
2.3 曲线通过性指标2.3.1 脱轨系数脱轨系数是指作用在车轮上的横向力和垂向力的比值，用于评定防止车轮脱离轨道的指标。
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
最新第十章 铁道车辆的运行性能精品课件
轮对的蛇行(shéxíng)运动的周T期为2
2
V
br0
0
蛇行运动的波长
L TV 2
br0
0
y0:轮对中心偏离轨道(guǐdào)中心的初始 值；
y:轮对中心相对轨道(guǐdào)中心的横移量；
b:同一轮对左右车轮滚动圆跨距的一半；
r0:车轮名义滚动圆半径；
V：车辆运行速度 ；
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㎜。 （3）高低不平顺 轨道中心线上下的不平顺称为高低不平顺。 产生(chǎnshēng)这类不平顺的原因： 路基捣固坚实程度、扣件松动、钢轨磨耗等。
第九页，共48页。
长度在4m以下的高低不平顺会引起轮轨间很大的 作用力。
（长度在100－300mm范围内有3mm的高低不平顺， 当车辆以90km/h通过(tōngguò)时，由不平顺产生 的轮轨冲击力可达300kN左右，为轮轨静压力的三 倍。而且很难用轨道检查车测得。）
第四页，共48页。
2 a:一根钢轨的端部与中部下沉量之差
Lr:轨条长度 t:自某初始位置(wèi zhi)经历的时间 V：车辆运行速度
第五页，共48页。
3、轨道的局部(júbù)不平顺
轨道超高 顺波 横向变化 曲率半径变化 轨距变化 通过叉辙 局部磨损 局部隆起(lónɡ qǐ)、下沉 温度引起的涨轨
保障运行安全有如下方面的条件：
主要包括：防止蛇行运动的稳定性；
防止脱轨的稳定性；
4.6-6.5
3.1-4.5
≤4
不能长期运 ≥0.65
≥0.36
≥6.5
≥4.6
≤5
行
长期运行危 ≥ 0.7
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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。
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
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
z02f 3 z0 2f 2 2f 5 z03
W
10
2f
5 z03F f
2.710
z03
f
5F f
10
0.896
a3 f
Ff
a z02 z0 2f 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：
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；
2.2 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：
式计算：
NMV 6
a a a Wd 2 px95
Wd 2 py95
Wb 2 pz95
a ——加速度均方根
2.2 平稳性评定标准
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 底架中梁来自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
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：
（1）位移对时间的三次导数：加速度变化率
UIC国际铁路联盟；AAR 美国铁路协会。
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GB5599-
85；UIC513；ISO2613；日本、英国等各国的评价标 准。
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
2.5
2.4
2.3
2.2
2.1
平稳性指标
2.0
1.9
1.8
横向平稳性指标
垂向平稳性指标
1.7
1.6
1.5
1.4 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
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：
• 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：
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
（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
f Ff
垂 0.5-5.9
向 振
5.9-20
动 >20
0.325 f 2 单增 400 / f 2 单减
1
横 0.5-5.4
向 振
5.4-26
动 >26
0.8 f 2 单增 650 / f 2 单减
1
2.2 平稳性评定标准
一、 Sperling （斯佩林）平稳性指数：
Wtot (W110 W210 Wn10 )0.1
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
z a
z max
z0
2f
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：
z z0 sin t
1 2
M c z2
1 2
Mc z02
1 2
Mc z0 2f
2
Ed
z0
2f
2
2Ed 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