第十章 铁道车辆的运行性能

.
轨道谱及作用
对测量记录的这些不平顺并用数理统计的 方法整理，得出轨道的各种不平顺谱称为 轨道谱。
轨道谱的作用：利用这些轨道谱可以计算 机车车辆通过这些线路的随机响应，并可 测算车辆的运行平稳性和结构疲劳性能， 同时也可计算线路上所受的轮轨作用力。
.
10.2 与车辆结构有关的激振因素 1．车轮偏心 2．车轮不均重 3．车轮踏面擦伤 4．锥形踏面轮对的蛇行运动
（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。
.
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。）
zt=-
Vt
2asin Lr
zt=
a
cos
2Vt Lr
.
2 a:一根钢轨的端部与中部下沉量之差
Lr:轨条长度 t:自某初始位置经历的时间 V：车辆运行速度
.
3、轨道的局部不平顺
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、下沉 温度引起的涨轨
1、与轨道有关的激振因素
钢轨接头处的轮轨冲击
（1）由接头处速度方向变化引起的冲量S
S＝q△V＝qVαθ
q：簧下质量
△V：速度变化量
Vα：接触时速度 θ：前后轮轨接触点与轮心所张的角
.
（2）不同簧下质量引起的附加载荷△Q
当没有弹簧装置时△Q＝ Q d 2 y
g dt
当有弹簧装置时△Q＝＋ q d 2 y + hk
客车运行品质标准及评定
垂向动荷 横向动荷系 垂向加速度 橫向加速度 运行平稳性
系数
y=y0sin
这种运动称为自由轮对的蛇行运动。 .
轮对的蛇行运动的周期为
T
2 2 V
br0
0
蛇行运动的波长
L TV 2
br0
0
y0:轮对中心偏离轨道中心的初始值； y:轮对中心相对轨道中心的横移量；
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 ；
.
4、轨道的随机不平顺
不平顺：实际轨道中心线与理想轨道中心线的偏差。 没有确定形式的不平顺，而只能用数学统计的方法
来描述的情况，一般分为四种； （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，而有一定的偏差，这个偏差称为水平不平顺。 正线及到发线上，同一处高差不应超过4㎜； 其它线上不应超过6㎜。
蛇形运动 在轨道上，发生的摇头和橫摆运动的耦
合
.
10.5.1车辆的运行品质及其评估标准
车辆的运行品质是从舒适性、完整性方 面对车辆、转向架质量好坏进行评估的 一个述语。
评估的方法： 1、动荷系数 2、车体加速度幅值 3、 sperling平稳性指数
.
1、动荷系数
动荷系数：是车辆在运行时产生的动载荷幅值Pd与 车辆静止时的载荷Pst之比。
.
自由轮对在轨道上的蛇行ห้องสมุดไป่ตู้动
有如下假定：
（1）轮对与转向架之间无任何刚性或弹性约束， 轮对单独的在轨道上滚动；
（2）钢轨顶部呈刀刃状且是两根平行直线；
（3）轮对是两个对称圆锥体，轮对在轨道上运 行时，轮轨之间无任何相对滑动；
（4）不计轮对上任何作用力和惯性力。
在上述假设下，只要轮对中心偏离轨道中心线， 轮对就在横向产生正弦运动，
K vd
av g
有时也用动簧动挠度来求动荷系数，
其值为
K vd
f st 弹簧静挠度
fd f st
f d 弹簧动挠度
.
在现埸试验发现，利用加速度和弹簧静挠 度所得的动荷系数不一致，差别其原因有 二：
1、测出的动挠度往往只反应了大振幅低 频振动；
2、加速度计安装位置不当。
.
运行品质 评定
大修后的线路要用10m长的弦线测量线路的高低 不平顺。在正线上高低不平顺不得超过4mm，站 线或专用线不得超过6mm.
.
（4）方向不平顺
实际轨道中心线与理想轨道中心线的左右 偏差称为方向不平顺。
这种偏差用10长的弦线测量其方向误差， 正线不超过 4mm ，站线及专用线不超过 6mm.
轨道谱：
分为横向和垂向两种。
横向动荷系数Kld= P ld
P st
Pst车体作用在
转向架上的静载荷
垂向动荷系数Kwl=
P vd P st
Pld Pvd分别作用在转
向架上横向和垂向动载荷
.
Pld Pvd可用计算或实测求得。
若已知车体的横向及垂向加速度为 a l及 a v ，则
动荷系数为
K ld
al g
：轮对蛇行运动的角频率＝
0 V br 0
.
10.2 轮对簧上质量系统的振动
10.3 车辆系统的振动 10.3．1车辆的自由度、广义坐标和振型
.
车辆的自由度
浮沉 横摆
伸缩 侧滚θ
X：伸缩运动，侧滚运动；
Y：横摆运动，点头运动；
Z：浮沉运动，摇头运动。
ψ摇头 点头φ
.
10.4 轮对的蛇形运动
＋
g dt
其中Q为轮轴荷重；q为簧下质量； d 2 y 为经过不平顺处产生的垂向加速度，
dt
该值可达5－10g ；
K为弹簧装置的刚度。
.
2、轨道的垂向变形
轨头处的垂向变形大于轨道中间的垂向 变形（10%－15%）
在有缝轨道上轮轨接触点轨迹用半个正 弦波或一个余弦波简化：
（也有用其它的周期函数）
第九章：铁道车辆的运行性能
对铁道车辆运行性能或运行品质的评价，主要 有两个方面：
一、运行平稳性，着重铁道车辆运行品质的 舒适性； 二、运行稳定性，着重铁道车辆运行的 安全性。 各种振动是影响车辆运行品质的主要因素。 振动产生的原因及规律 改进铁道车辆运行品质的思路和措施。
.
10.1 引起车辆振动的原因
.
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㎜。