《铁道车辆工程》第05章铁道车辆的运行性能
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
《铁道车辆工程》第05章铁道车辆的运行性能
(4)脱轨原因及防治措施 • 线路状态 • 车辆结构
第七节 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。
•
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.12.2320.12.23Wednes day, December 23, 2020
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
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。
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专注今天，好好努力，剩下的交给时 间。20.12.2320.12.2301:2301:23:1901:23:19Dec-20
迫振动； 两组独立的转向架点头强迫振动。
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。
车体从最高点B向下振动到最低点C，经过 半个周期
结论: 相对摩擦系数通常不大于0.1，振动一周的衰减
铁道车辆工程复习题及参考答案
中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案铁道车辆工程一、单项选择题：1.常见客车种类有 [ ]A.硬座车B.棚车C.平车2.轴箱与轴承使轮对的滚动转化为构架、车体沿钢轨的 [ ]A.侧动B.滑动C.平动3.空气弹簧大体可以分为囊式、膜式和( )三类。
[ ]A.管式B.壳式C.自由式4.209T型转向架的轮对轴箱装置为 [ ]A.导框式B.无导框式C.其它5.VT611型摆式转向架是( )自己研制、开发成功的电动车组非动力转向架。
[ ]A.日本B.德国C.法国6.CRH1车体结构组焊时，车顶弯梁和侧立柱之间通过连接 [ ]A.点焊B.弧焊C.气焊7.关于车辆制动时所产生的载荷，以下说法正确的是 [ ]A.车辆制动时所产生的载荷是由于列车开始制动瞬间引起相邻车辆间的纵向冲击B.全列车所有车辆均发生制动作用后，车辆间的纵向冲击消失，制动力瞬间增大至最大值C.制动时钢轨给予车辆的最大制动力方向与车辆运行方向相同8.下列技术中不能有效减少转向架自重的是 [ ]A.采用焊接构架B.采用铝合金制作轴箱和齿轮箱C.采用有摇枕结构；9.从设计内容分上面来划分，下列哪个选项不属于车辆总体设计的两个主要内容内？ [ ]A.车辆总体设计B.车辆结构设计C.车辆零、部件设计10.常见货车种类有 [ ]A.软座车B.行李车C.罐车11.车轴数的多少是由车辆什么确定的？ [ ]A.自重与载重B.总重与轴重C.总重与载重12.对货车转向架的一般要求不包括 [ ]A.工作安全可靠B.运行性能良好C.价格低廉13.转8A系列货车转向架暴露出的问题不包括 [ ]A.抗菱形刚度低B.自重大C.减振装置性能不稳定14.以下属于径向迫导向摆式客车转向架的是 [ ]A.X2000B.VT611C.Fiat-SIG15.以下选项不属于车辆焊接结构主要承载件的是 [ ]A.电炉钢B.镇静钢C.铝合金；16.下列关于液压缓冲器的说法错误的是 [ ]A.液压缓冲器具有容量大、性能稳定等特点B.液压缓冲器已在起重机和航空领域有了广泛应用C.液压缓冲器对密封寿命无严格要求17.下列选项中不属于列车轻量化的意义的是 [ ]A.减少制动能耗B.减轻噪声和振动C.提高了列车的速度18.车辆相关部件之间间隙的确定，包括 [ ]A.车辆通过平面曲线时，车体与转向架间的相对转动B.车辆通过平面直线时，两车端部的最小间隙及车钩的摆角C.车辆通过平面曲线时，两车端部的最小间隙及车钩的摆角19.必须涂刷标记，以备查证考究的车辆有 [ ]A.软座车B.硬卧车C.罐车20.随着我国铁路运输的发展，其趋势是发展重载运输和( )运输。
第三节+铁道车辆主要技术参数()
车辆技术参数
■ 概括地介绍车辆技术规格的某些指标， 是从总体上表征车辆性能及结构的一些 参数
■ 分性能参数与尺寸两大类
3.1车辆性能参数
■ 自重 、载重及容积： ◆ 自重 －车辆本身的重量，单位： 吨（ t）
◆ 载重 －车辆运行的正常最大装载质量 ， 单位： 吨（ t ）；
◆ 容积 －载货的最大容积 ，单位：m3；
3.1车辆性能参数
■ 构造速度 ◆ 指车辆设计时 ，按安全及结构强度等 条件所允许的车辆最高行驶速度 ，单 位：km/h。
3.1车辆性能参数
■ 轴重 ◆ 指按车轴型式及在某个运行速度范围 内该轴允许负担的并包括轮对自身在 内的最大总质量。 ◆ 轴重的选择与线路 、桥梁及车辆走行 部的设计标准有关，我国货车22 －25t， 客车15 －17t ，地铁15 －17t ，轻轨10 12t。
3.1车辆性能参数
■ 每延米轨道载重 ◆ 是车辆总质量与车辆全长之比。 ◆ 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 。按 目前桥梁设计规范 ，允许车辆每延米轨道载 重可取到8t ，在车辆设计中希望尽可能提高 这个指标 ，尤其是货车。
■ 车钩中心线距轨面高（车钩高）： ◆ 车钩钩舍外侧面的中心线至轨面高度 ◆ 列车中机车与各车辆的车钩高基本一 致 ， 是保证正常传动牵引力及列车运 行时不会发生脱轨事故的必需条件 。 ◆ 我国规定新造或修竣后的空车标准车钩高为8Βιβλιοθήκη 0mm；3.2车辆尺寸参数
■ 地板面高度： ◆ 新造或修竣后的空车地板面距轨面高。
3.1车辆性能参数
■ 通过最小曲线 ◆ 指配用某种型式的转向架的车辆在站 场 、厂段内调车时所能安全通过的最 小曲线半径 。当车辆在此曲线区段上 行驶时不得出现脱轨 、倾覆等危及行 车安全的事故 ，也不允许转向架与车 体底架或与车下其他悬挂物相碰
铁道车辆知识点总结
铁道车辆知识点总结铁道车辆是指在铁路上行驶的各种车辆，其种类繁多，功能各异。
它们按用途和特点的不同，可分为客运车辆、货运车辆、施工车辆、机车和动车组等。
在铁路运输中，铁道车辆起着至关重要的作用，它们不仅承担着人和货物的运输任务，还直接关系到铁路的安全和运输效率。
1.车辆结构车体：车体是铁道车辆的主体部分，通常由车体骨架和外部覆盖层构成。
车体的设计要求具有足够的强度和刚度，以支撑和保护车辆内部的设备和乘客或货物。
车轮和轴箱：车轮是铁道车辆的重要部件，它直接与轨道接触，承担着重量和牵引力。
轴箱则是安装车轮的支撑组件，可保证车轮在运动时保持一定的轴向位置。
制动系统：为确保铁道车辆的安全运行，制动系统是至关重要的组成部分。
常见的制动系统包括空气制动和电气制动等，可以通过空压机或电气控制单元实现制动力的传递和调节。
走行部：走行部是指车辆的转向架和相关传动装置，用于保证车辆在铁路上平稳行驶。
转向架能够使车轮按照铁轨的弯曲方向转动，使铁道车辆在高速运行时也能保持良好的稳定性。
2.车辆类型客运车辆：客运车辆是以乘客运输为主要任务的铁道车辆，常见的客运车辆包括硬座车、软座车、卧铺车、动车组等。
它们通常配备有舒适的座椅或卧铺设施，能够为乘客提供良好的旅行体验。
货运车辆：货运车辆是用于运输货物的铁道车辆，一般根据货物的特点可以分为敞车、密封车、冷藏车等类型。
货运车辆通常具有较大的载重量和储存空间，能够满足各种类型货物的运输需求。
施工车辆：铁道施工车辆主要用于铁路线路的建设和维护工作，包括作业车、维修车、道岔处理车等。
它们在铁道建设和维护过程中起着不可替代的作用，能够提高铁路运输的安全性和可靠性。
机车：机车是铁路列车的动力车辆，它们通常配备有内燃机或电动机，能够为列车提供牵引动力。
根据动力来源的不同，机车可以分为内燃机车和电力机车两大类。
动车组：动车组是具有自主牵引能力的列车单元，其车厢通常由头等座车厢、二等座车厢、餐车等部分组成。
铁道概论第五章铁路机车PPT课件
2021
六、电力机车的发展 我国目前使用的干线电力机车主要是国产韶山型系列交－直流电力
机车。投入运用的电力机车有SS1型、SS3型、SS4型、韶山9型等。（ 表5－2）
SS3型电力机车
韶山9型电力机车
2021
和谐型电力机车
HXD3型交流传动电力机车是由大连机车车辆有 限公司与日本东芝公司联合研发的新型大功率6轴货 运机车，主要用于铁路干线牵引重载列车和快捷货 物列车，具有功率大、恒功率速度范围宽、粘着性 能好、效率高、能源消耗低等特点，可满足我国铁 路重载、快捷货物运输的需要。
2021
五、机车的微机控制
对机车牵引性能的调节与控制 （1）优化操纵 为提高列车运行安全性、可靠性和高效性，必须对机车实
行优化操纵。 （2）牵引与制动控制 采用微机的速度调节装置可以实现：在加速时有小的速度
超调；在制动时速度下降不过低；在恒速惯性运行时，司机控 制器有尽可能少的手把位变换次数。根据不同的减速要求，微 机系统可以优化选择不同的制动方式。
主断路器2021
（3）主变压器：又称牵引变压器，它把从接 触网上取得的 25千伏高压电降低为牵引电动 机所适用的电压。
变压器共有四个绕组：一个原边绕组接25千 伏高压电；三个副边绕组，其中牵引绕组用来 向牵引电动机供电；励磁绕组用在电阻制动时 给电动机提供励磁电流；辅助绕组用来给机车 的辅助电机供电。
2021
（3）粘着控制 随着现代内燃机车的发展，实现重载、高速，就要尽可能
地提高粘着利用，即进行防止车轮打滑或空转的粘着控制。粘 着控制可以由独立的微机系统实现，也可以被包括在车载微机 系统中。 （4）无线电遥控
用微机实现对机车的无线电遥控功能，给调车作业和特种 工矿作业带来极大方便。 （5）多机重联
第五章 高速铁路车辆2013
3.再生制动 与电阻制动相似，再生制动也是将牵引电动机 变为发电机。不同的是，它将电能反馈回电网，使本 来由电能变成的列车动能再生为电能，不是变成热能 消耗掉。 4.磁轨制动 磁轨制动是在转向架两个侧梁下面同侧的两个 车轮之间各安装一个电磁铁，制动时将它放下并利用 电磁吸力紧压钢轨，通过电磁铁上的磨耗板与钢轨之 间的滑动摩擦产生制动力，把列车动能变成热能消散 于空气中。
动车组转向架
动车组转向架
5.2.3车辆连接装臵
车辆编组成列车必须借助于连接装臵，其机械 连接包括车钩及缓冲装臵和风挡等。同时还有车辆 之间的电气和空气管路的连接、高压电器连接、辅 助系统连接和列车供电连接以及控制系统的连接。 车辆间的牵引缓冲装臵是关系到缓和列车冲击， 提高旅客舒适性和列车安全的重要部件。目前世界 上高速列车普遍采用密接式车钩连接装臵，其纵向 间隙一般小于2mm.
3.设备安装降噪 由于车外噪声及振动引起车内设备部件的 激振产生的噪声，可以通过对结构连接处采用 弹性或柔性连接，以隔离阻断振动噪声的传播 途径。 4.门窗降噪 （1）车窗和车门降噪：动车组车窗为多层中 空玻璃和铝框粘结而成。 （2）风挡降噪：动车组风挡一般采用双层折 棚结构和单层橡胶风挡。 5.其他降噪措施
2.高速列车转向架的分类 （1）动力集中式：列车头尾各有一台动力车，中间 为中间车。如果动力不够，靠近动力车的中间车转向 架也装有牵引电动机。动力集中设臵的特点是集中在 车头的动力设备便于检修和集中通风冷却，同时使拖 车少负担动力设备的重量和噪声干扰。 （2）动力分散式：将全列车分为若干个动力单元， 在每一个动力单元中带有牵引电机的驱动轴分散布臵 在单元的每个或部分车轴上。其特点是动车组轴重小， 牵引动力大，起动加速快，驱动轴多，黏着性能比较 稳定容易实现高速。
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A称为车辆自由振动振幅，取决于初始条 件，p称为振动的固有频率。
结论:
自由振动分两部分，一部分取决于初始位移，一部 分取决于初始速度
车体的重力不影响车体在静平衡位置附近作自由振 动的规律，只影响车体的静平衡位置
车辆振动的固有频率与车辆的质量、弹簧刚度有 关，即与静挠度有关;振动加速度幅值与静 挠度有 关。车辆设计中，车辆悬挂装置的静挠度取值作为一 项重要技术指标。
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、
车体从最高点B向下振动到最低点C，经过 半个周期
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
能量变化量应等于作用在系统上所有外力所做的 功。在现有车辆悬挂系统中，在下面条件下振动 系统的能量变化主要表现在振幅变化。
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。
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
具有一系悬挂装置转向架车辆垂向自由 振动、垂向强迫振动
具有二系悬挂装置转向架车辆垂向自由 振动、垂向强迫振动车辆横向振动 车辆横向振动
在研究车辆振动时，往往把发生在纵垂面内的 浮沉及点头振动称为车辆垂向振动，而车辆的横 摆、侧滚和摇头称为横向振动。
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。
• 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
• 从阻力特性来看，粘性阻力减振器的性能优于摩 擦阻力减振器
第三节 车辆系统的振动
主要内容: 车辆的振型 车辆垂向振动
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:
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。
(4)方向不平顺 实际轨道中心线与理想轨道中心线的
左右差，称为轨道道方向不平顺。主要影 响 车辆的横向振动。
二、与车辆结构有关的激振因素 1、车轮偏心
车轮偏心为e,则车轮转动时，车轴中心 的上下位移Zt为:
2、车轮不均重 车轮的质量不均匀，车轮的质心与几何中心不一致，
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
zmi zmi1
Aenti Aen(ti T1 )
1 enT1
enT1
e
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
K 4KSZ C 4CSZ
结论: (1)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 起的振动 • 两组独立的转向架点头振动
车体与转向架浮沉振动的两种频率中，低 频与车辆的总静挠度有关；高频不仅与总静 挠度有关，还与两系悬挂中挠度的分配及车 体与转向架构架质量比有关。
车体和转向架固定的振幅比例关系和相位 关系构成了车辆浮沉振动的高频主振型和低 频主振型。
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
当车轮转动时车轮上会出现转动的不平衡力。 3、车轮踏面擦伤
车轮会受到向上的冲量:
MV 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
迫振动； 两组独立的转向架点头强迫振动。
安装减振器后车体自由振动仍按正弦或余弦规 律变化
振动频率十分接近无阻力时的固有频率
见表5-1
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
第五章 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 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
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Байду номын сангаас素
1、钢轨接头处的轮轨冲击
车轮受到的冲量
S MV MVa