第二章铁道车辆动力学性能

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
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 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，
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：
运行平稳 性等级 优 0.025
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
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。
Hale Waihona Puke （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
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；
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：
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
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
2.2 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：
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。
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
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：
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 2 M c z M c z0 M c z0 2f Ed 2 2 2
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
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
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 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 ：