车辆系统动力学第七讲

2、曲线通过 见书97页。 图5-52~图5-56为某型客车过曲线时，中央弹 簧纵向和横向刚度对主要轮轨系统指标的影 响特性（无轨道激扰）。
• 中央悬挂横向及纵向刚度对车轮磨耗功率 影响最为明显，并且在水平刚度为 0.2MN/m左右，各指标基本上均能够取得 最佳值。 • 当中央悬挂横向及纵向刚度取其他值时， 系统轮轨横向力和脱轨系数基本没有变化 ； • 中央悬挂水平刚度的选取原则是以车辆运 行平稳性为主要出发点。
• 五、中央悬挂横向跨距
二系横向悬挂距离越大系统临界速度越高。 横向悬挂距离越大，支撑车体的面积也越大，系统 也就越稳定。
第六节 高速动车组轴箱载荷特性
• 高速动车组轮对与构架间轴箱载荷一般有 四种： 轴箱弹簧力 定位节点横向力 定位节点纵向力 轴箱垂向减振器阻尼力。
• 一、轴箱弹簧垂向载荷
二、垂向阻尼和横向阻尼 1、稳定性
由右图看，二系垂向阻尼值对系统临界速度几 乎没有影响，二系横向阻尼值对临界速度有明显的 影响。 当整车横向减振器失效而其他部件和参数选配 合理并均处于良好状态时， 系统仍能维持较高的临界速度。
• 2、平稳性
• 当垂向阻尼值取较大值时，系统能够获得较好的 平稳性指标值。或者说，在一定程度上，系统的 垂向阻尼值越大，车辆的乘坐舒适性越好。
• 见书101页。
• 二、轴箱定位节点横向载荷 • 见书101-102页。
第七节 悬挂系统对轮轨系统振动的衰 减作用
• 一、单一横向谐波激扰引起的振动差异 • 见书102页。
• 二、单一垂向谐波激扰引起的振动差异 • 见书102-103页。
• 比较两个方向激扰引起的车辆系统振动激烈程度 可知，在幅值和频率完全一致的条件下，横向激 扰激起的车辆系统振动远比垂向激扰引起的振动 大。造成的原因是： 车辆系统蛇行运动方向主要表现在横向上； 系统悬挂元件在横向上的缓冲和衰减功能一般较 垂向上弱； 垂向振动方向与重力加速度方向一致。
设置有全旁承支重装置，能够在一定程度上抑制 车辆系统蛇行运动； 设置有抗侧滚装置，能够保证车辆系统具有零号 的垂向振动性能。 轴箱定位采用了性能较为稳定的橡胶堆定位、转 臂式加横向控制杆定位以及转臂式定位等形式， 摒弃了不能满足提速需要的干摩擦导柱式定位形 式。
• 三、高速客车转向架悬挂特点
• 因此，从总体上看，最佳轴箱定位刚度的 范围大致在纵向5~30MN/m,横向 5~15MN/m。 • 对于右图所示，两者 的最佳匹配范围是， 纵向10~15MN/m， 横向6~9MN/m。
• (2)曲线通过
• 从上图反映出来的指标来看，一般 越大，车轮的轮轨横向力越大，脱轨系数、轮对冲 角和磨耗功率也越大，不利于曲线通过。另一方面 ， 增大时轮重减载率反而有所降低，对曲线 通过安全有利，但该下降量有限。 从总体上看，增大轴箱纵向和横向定位刚度，不利 于转向架曲线通过。
• 轮轨横向力小使得轮轴横向力和轨排力小，不至 于影响到轴箱滚动轴承受力状态和产生轨道整体 平移，进而恶化轨道不平顺； • 轮轨脱轨系数和减载率低是为了确保曲线通过时 的安全性，磨耗功率小是为了减轻轮轨间磨耗， • 轮对冲角小是为了使得轮对在曲线通过时能够以 径向位置顺利通过曲线。
• 1、轴箱定位刚度
无回转阻尼装置，不能够有效地抑制车辆系统的 蛇行运动； 轴箱定位形式一般采用干摩擦导柱式定位，该型 定位形式在运行初期能够有较为良好的表现，但 在运行一段时间后，由于定位部分部件的磨耗和 松动，造成轴箱定位性能下降较为严重。
• 二、准高速客车转向架悬挂特点
• 该类客车转向架悬挂特点主要有： 中央悬挂装置一般采用空气弹簧加摇动台形式； 减振形式上，垂向上设置有轴箱单向油压减振器 和二系可变节流阀减振装置，横向上设置有缓冲 器装置，其目的是为了改善车辆系统动力性能， 同时不会因提速后车辆系统振动加剧而恶化车辆 乘坐舒适性；
第五章 客车悬挂系统与车辆 动力学性能关系
主要内容：
第一节 客车轴箱悬挂系统
第二节 客车中央悬挂系统
第三节 不同速度客车转向架悬挂特点 第四节 轴箱定位参数对系统动力学性能 影响 第五节 中央悬挂参数与系统动力学性能 关系
第三节 不同速度客车转向架悬挂特点
一、普通客车转向架悬挂特点 中央悬挂装置为外侧圆弹簧悬挂，其缺点是在空 载和满载时，车体和构架间在垂向上有较大的相 对位移，并且一般不能够提供较大的横向和纵向 相对位移，不能够很好地防止车辆高频振动的传 递； 减振形式单一，一般只在中央悬挂位置设置垂向 油压减振器，而无中央悬挂横向减振器和轴箱垂 向减振器等。
• 过大的纵向刚度限制了轮对与构架间的纵 向相对位移，必然使得轮对在曲线通过时 难以处于径向位置，从而削弱了转向架曲 线通过能力； • 曲线通过时，轮对相对于构架应允许有一 定的横移量。如果横向定位刚度过大，轮 对与构架间相对横移受到限制。
• 当纵向刚度为10~16MN/m，横向刚度为 5~7MN/m时，车辆系统的曲线通过性能能 够得到保障，并能使系统具有较高的临界 速度，这一匹配方案目前也为大多数高速 客车所采用。 • 因此，纵向和横向定位刚度对曲线通过性 能影响特性基本一致，但是如何合理匹配 、优选二者参数需要兼顾稳定性和曲线通 过性能等方面。
• 2、轴箱垂向刚度与阻尼
• 垂向刚度和减振器阻尼对临界速度影响不大，但 与系统的乘坐舒适性密切相关。
• 3、转向架固定轴距
为使转向架的结构更为紧凑和减轻重量，选用的固 定轴距总是短些。我国成绩客车一般为2.5~2.7m， 轻轨一般小于2.5m。
• 4、轮轨间摩擦系数
• μ<0.3时，摩擦系数减小，临界速度快速上升； • μ>0.3时，随着摩擦系数的增大临界速度下降，但 下降量不明显。
第四节 轴箱定位参数对系统动力学性能 影响
• 转向架的任务是满足车辆不同运行速度下稳定性 要求和良好的曲线通过能力，并尽可能降低传递 给车体的动态作用。 • 为了提高车辆运行的平稳性，车辆必须在走行部 安装缓和冲击和衰减振动的装置，最大限度地实 现车辆系统优良的动力学性能。
• 车辆上采用的弹簧减振装置，按其主要作用的不 同，分为三类： 主要起缓和冲击作用的弹簧装置，如中央及轴箱 螺旋弹簧； 主要起衰减（消耗能量）振动作用的减振装置， 如垂向、横向以及抗蛇行减振器； 主要起定位（弹性约束）作用的定位装置，如轴 箱轮对前后和左右方向的弹性定位装置。
• 5、轴箱横向悬挂距离
• 6、车轮踏面斜度
第五节 中央悬挂参数与系统动力学性 能关系
一般来说，在所有中央悬挂参数中，除中央弹 簧纵向与横向刚度对车辆系统曲线通过性能有 一定影响外，其他参数对曲线通过几乎没有影 响。
一、中央空气弹簧纵向刚度和横向刚度 1、稳定性 随着纵向和横向刚度的增加，系统临界速度会 有所增大，但增加幅度不明显。即使刚度值增加近 10倍，系统的临界速度增大百分比仅为6%。 空气弹簧纵向和横向刚度又称水平刚度，一般 在0.2MN/m左右。
中央悬挂均采用了结构简单可靠、性能优越的空 气弹簧装置； 在衰减振动方面，都是在轴箱位置设置垂向油压 减振器、二系采用可变节流阀进一步衰减传向车 体的垂向振动，二系横向均加装有横向减振器和 缓冲器以抑制车体横向振动，为抑制转向架高速 蛇行失稳，在车体和构架之间都设置有抗蛇行减 振器。
在轴箱定位方面，采用了结构简单、定位功能强， 性能稳定的转臂式定位方式或双拉杆定位形式； 在抗侧滚装置方面，SW—200和CRH2采用增大中 央悬挂装置中空气弹簧的横向间距的方式，因此这 两种类型转向架上未设置抗侧滚扭杆装置，但在 CW—200和CRH5转向架上，均设置有抗侧滚扭 杆装置。
• 关于轴箱定位的纵向和横向刚度数值，各国有一 个共同点：横向定位刚度小，纵向定位刚度大。 • 这有利于缓和由于线路不平顺产生的轮轨之间的 横向力，提高车辆通过曲线的性能，并能保证车 辆在直线区段高速运行。
• 良好的曲线通过性能表现为：在曲线上轮 轨横向力小、轮对脱轨系数和减载率低、 磨耗功率小、轮对冲角小等方面。
• 轴箱纵向定位刚度和横向定位刚度对转向架蛇行 运动临界速度起着决定性的影响，并且影响着车 辆曲线通过性能。 a. 临界速度 b. 曲线通过
• (1)临界速度
• 基本原理：当轮对中心偏离轨道中心时，轮对
需要足够大的回复力使其迅速回复到对中位置， 而该回复力和力矩一般由轮轨力和轴箱力提供。 当偏移量基本不变而定位刚度较大时，轮对受到 的回复力也较大，使得轮对偏移后能够很快对中 ，从而维持车辆系统的运行稳定性。
习题
• 轴箱装置的基本功能主要有哪些？ • 车辆系统设置抗侧滚扭杆的目的是什么？ • 简要说明中央悬挂参数对车辆动力学性能 影响特性。 • 一般可以采取哪些措施来提高车辆曲线通 过能力？ • 为提高转向架临界速度，轴箱悬挂应采取 哪些措施？
• The end!!!
Hale Waihona Puke Baidu
• 三、抗蛇行减振器阻尼
当阻尼值较大时，在其他参数保持良好状态下，系 统可以达到很高的临界速度值；当整车抗蛇行减振 器失效后，系统的临界速度明显下降。 在设置系统结构和选择参数方面，必须保证在没有 抗蛇行减振器条件下，仍有能够满足车辆正常运行 需要的临界速度。
• 四、抗侧滚扭杆刚度 • 抗侧滚扭杆刚度值对系统临界速度几乎没 有影响。但选择合理的抗侧滚扭杆刚度值 可以获得良好的车辆乘坐舒适性。