两种类型踏面的车辆与轨道耦合动力学性能比较
车辆—轨道垂向系统的统一模型及其耦合动力学原理
车辆—轨道垂向系统的统一模型及其耦合动力学原理示例文章篇一：哎呀，这题目对我这个小学生来说也太难懂啦！什么“车辆—轨道垂向系统”，什么“耦合动力学原理”，这都是啥呀？我就想啊，车辆不就是我们平常坐的公交车、小汽车吗？轨道不就是火车跑的铁轨吗？可这垂向系统又是啥呢？难道是说车和轨道上下的关系？就好像我和我的好朋友一起跳绳，我俩的动作得配合好，不然绳子就会打结。
车和轨道是不是也得配合好，不然车就会颠得厉害，甚至还可能出危险呢？老师给我们讲这个的时候，我看好多同学都一脸懵。
我就偷偷问同桌：“你能听懂吗？”他摇摇头说：“这比做数学题还难！”我又想，这会不会就像搭积木，每一块积木都得放对地方，要不然整个房子就搭不起来。
车和轨道是不是也是这样，每个部分都得在正确的位置，发挥正确的作用，这样车才能跑得又快又稳？我回家问爸爸，爸爸说：“这可复杂啦，就像一个大拼图，每一块都不能错。
”我还是不太懂，又问：“那为啥要研究这个呀？”爸爸笑着说：“要是不研究清楚，火车出轨了咋办？”我心里一惊，这可太可怕啦！那这个统一模型是不是就是把车和轨道当成一个整体来研究，找出它们之间的规律？就像我们做游戏要知道规则一样。
可这耦合动力学原理，到底是啥呢？我感觉自己的脑袋都要想破啦！难道是说车和轨道之间有一种神秘的力量在互相影响？就像我考了好成绩，妈妈会高兴，妈妈高兴了会给我做好吃的，这是不是也有点像耦合呀？哎呀，我真希望自己能快点长大，能一下子就明白这些复杂的东西！我觉得研究这个的科学家们可真厉害，能搞懂这么难的东西，一定花了好多好多的心思。
反正我觉得，弄清楚这个车辆—轨道垂向系统的统一模型及其耦合动力学原理太重要啦，能让我们坐的车更安全，出行更放心！示例文章篇二：哎呀呀，这题目也太难了吧！对于我一个小学生来说，“车辆—轨道垂向系统的统一模型及其耦合动力学原理”，这听起来就像外星语言一样！我想想啊，车辆，那不就是我们平常坐的汽车、火车啥的嘛。
两种类型踏面的车辆与轨道耦合动力学性能比较
以上适用于振动只含一个频率成分时的情况,
表 2 频率修正系数
实际上, 实测得到的车体加速度往往含有许多频率 成分, 并以标志着机车车辆固有频率的那些最为突 出。此时需要将测得的加速度的时间历程按频率进
行分解, 于是在对每一个频率成分中的加速度按式 ( 1) 计算确定平稳性指标后, 再由此求得总平稳性指 标如下[ 8]
分别使用 TB 型车轮踏面和 LM 型车轮踏 面, 在美 国 AAR 标准的 6 级线路谱 激扰之下, 车辆均 以
120 km/ h的速度在直线轨道上运行时其车体横向与垂向加速度最大值及其相应的平稳性指标列于表 3。 从表 3 中可以看出, 无论对于车体横向, 还是车体垂向, 采用两种类型踏面仿真计算所得到的响应结果均
表 1 TB 型与 LM 型 踏面车辆的临界速度 km/ h
踏面类型
TB 型踏面
LM 型踏面
临界速度
340
291
的临界速度达到340 km/ h, 相对 LM 型踏面的 高出
49 km/ h。由此证明, LM 型踏面使车辆蛇行运动临界速度降低, 从而较 TB 型踏面容易产生失稳现象。
这主要是由 2 种类型踏面外形几何尺寸固有的特性所决定的。TB 型踏面在滚动圆附近是由斜线构 成, 其斜率是线性的, 而 LM 型踏面是由多段不同半径的圆弧相切组合而成, 其斜率呈非线性。为此, 常常
相当。同时, 整体结果表明, LM 型踏面引起的车体响应较之 TB 型踏面稍微大些, 但此差别非常之小而不
足以说明后者的直线轨道响应性能要好于前者。
表 3 TB 型与 LM 型踏面车辆在直线轨道上车体响应
响应 车体横向
车体垂向
指标 加速度最大值
平稳性指标 加速度最大值
车辆轨道耦合动力学
车辆轨道耦合动力学一、引言车辆轨道耦合动力学是研究铁路车辆与轨道之间相互作用的学科，是交通运输工程领域中的一个重要分支。
车辆与轨道之间的相互作用会对列车的行驶安全、运行效率以及轨道设施的使用寿命等产生影响。
因此，深入研究车辆轨道耦合动力学问题具有重要意义。
二、车辆与轨道之间的相互作用1. 车辆对轨道的影响（1）垂向力：列车通过铁路时，会对轨道产生垂向力，这种力会导致轨道弯曲和振动。
（2）横向力：当列车在弯曲铁路上行驶时，会对铁路产生横向力，这种力会导致铁路侧向移位和变形。
（3）纵向力：列车在加速和制动过程中会产生纵向力，在高速行驶时这种力会导致轮胎滑移和损坏。
2. 轨道对车辆的影响（1）几何条件：包括铁路线形、曲线半径、坡度等条件，这些条件会对列车的运行速度和稳定性产生影响。
（2）轨道弹性：轨道的弹性特性会对列车的振动和稳定性产生影响。
（3）轨道不平顺度：轨道表面不平顺会导致列车在行驶过程中产生振动和噪声。
三、车辆轨道耦合动力学模型1. 列车模型列车模型是描述列车运动状态的数学模型，包括列车质量、惯性、空气阻力等因素。
常用的列车模型有点式、刚体式和柔性多体式等。
2. 轨道模型轨道模型是描述轨道几何形态和弹性特性的数学模型，包括铁路线形、曲率半径、坡度等几何参数以及材料特性等因素。
常用的轨道模型有梁式、板式和壳体式等。
3. 车辆与轨道相互作用力学模型通过建立列车与轨道之间相互作用力学模型，可以研究列车在铁路上运行时所受到的各种力，并分析其对铁路设施和行驶安全的影响。
常用的相互作用力学模型有轨道弹性模型、车辆动力学模型和轮轨接触模型等。
四、车辆轨道耦合动力学问题1. 车体振动问题列车在行驶过程中会受到各种外界干扰，如风荷载、地震等，这些干扰会导致列车产生振动。
而列车振动会对乘客的舒适度和行驶安全产生影响。
2. 轮轨磨损问题列车在行驶过程中会对轨道表面产生磨损，而轮轨磨损会导致铁路设施的使用寿命缩短，同时也会增加列车的能耗。
不同车轮踏面对高速轮轨关系的影响研究
不同车轮踏面对高速轮轨关系的影响研究周新建;王琦;王成国;张海【摘要】Based on the current situation of China Railway High-speed, when distance between backs of wheel flanges is 1353, rail base inclination is 1:40, CHN60 is selected as rail, this paper studies the effects of three different wheel treads on relationship between High-speed wheel and rail. The three different wheel treads are LMa used for CRH2, S1002G used for CRH3, and JP-ARC used for the Japanese Shinkanse. The results show that the wheel-rail contact point of LMa and CHN60 is well distributed for maintaining wheel treads, better than S1002G and JP-ARC' s wheel-rail contact point distribution. Meanwhile, the paper explores the effects of these three different wheel treads on stability of the vehicle by comparing its wear and derailment quotient. The conclusion is that stability of the vehicle decreases in each kind of wheel tread as the vehicle speed increases. S1002G is superior to JP-ARC and LMa in stability. LMa is superior to JP-ARC and S1002G in wear. And S1002G is superior to LMa and JP-ARC in safety (derailment quotient).%根据中国高速铁路的现状,在轮对内侧距选用1353、轨底坡选用1:40、钢轨选用中国高速钢轨cHN60的前提下,研究了CRH2上使用的LMa、CRH3上使用的S1002G和日本新干线圆弧车轮JP-ARC这3种踏面对CHN60轮轨的影响.研究结果表明,LMa与CHN60的轮轨接触点分布比较均匀,有利于车轮型面的保持;其次是S1002G,最差的是JP-ARC踏面.另外,通过比较这3种踏面的磨耗情况和脱轨系数,研究了这3种踏面对车辆平稳性的影响.研究结果表明,随着车辆运行速度增加,3种踏面的平稳性下降.S1002G踏面在平稳性方面优于LMa和JP-ARC;车轮磨耗情况方面,LMa踏面优于S1002G和JP-ARC;安全性(脱轨系数)方面,S1002G踏面优于LMa和JP-ARC.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2011(028)002【总页数】5页(P14-18)【关键词】轮轨关系;平稳性;磨耗;脱轨系数【作者】周新建;王琦;王成国;张海【作者单位】华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室,江西,南昌,330013;华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室,江西,南昌,330013;武汉铁路局,湖北,武汉,430071;中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心,北京,100081;华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室,江西,南昌,330013;中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】U266.2由于历史和技术等原因，各国高速铁路采用了不同形状的钢轨、车轮和轮对内侧距。
高速列车车辆轨道耦合动力学特性分析
高速列车车辆轨道耦合动力学特性分析高速列车已经成为现代交通运输的重要组成部分，它的快速、高效和节能的特点深受人们的喜爱。
然而，高速列车与轨道之间的耦合动力学特性对列车的运行安全和乘坐舒适性有着重要的影响。
因此，对高速列车车辆和轨道之间的耦合动力学特性进行分析具有重要的意义。
首先，需要了解高速列车和轨道之间的耦合是如何产生的。
当列车在轨道上行驶时，车轮与轨道之间会产生相互作用力，如摩擦力和轨道弯曲力。
而车体的振动和轨道的弯曲会对列车的运行产生一定的影响。
因此，对车辆和轨道的耦合动力学进行分析就变得尤为重要。
其次，我们可以从车辆和轨道的几个关键参数来进行动力学特性分析。
首先是轨道的刚度和阻尼系数。
轨道的刚度决定了列车在行驶过程中对轨道的变形程度，而阻尼系数则影响了列车的运动稳定性。
此外，车辆的质量分布和车轮的刚度也会对耦合动力学产生影响。
接着，我们可以考虑列车在不同速度下的动力学特性。
当列车在高速运行时，由于惯性力和空气动力学效应的影响，列车的振动和稳定性会变得更加复杂。
因此，需要对高速列车的耦合动力学特性进行具体分析和评估。
除此之外，高速列车在进出弯道时也会产生一定的动力学特性。
当列车通过弯道时，由于几何形状的限制，车轮与轨道之间会产生侧向力。
这种侧向力会引起车辆的横向振动，对乘坐体验产生负面影响。
因此，对高速列车在弯道行驶时的耦合动力学特性进行研究也是非常重要的。
最后，我们还可以考虑对高速列车车辆和轨道之间的耦合动力学特性进行优化。
通过调整列车的设计参数和轨道的几何形状，可以降低耦合动力学特性对列车运行稳定性和乘坐舒适性的影响。
此外，新型材料和技术的应用也可以提高列车和轨道的耦合特性。
总之，高速列车车辆轨道耦合动力学特性的分析对于提高列车的运行安全性和乘坐舒适性具有重要意义。
通过对这些特性的深入研究，可以为高速列车的设计和运行提供理论依据，从而改进列车的性能和效率。
我们相信，在不久的将来，高速列车将在全球范围内得到广泛的应用和推广。
车桥耦合振动中2种轮轨接触模型的比较分析
接触模型及迭代时间步长。
， ｗ ， ３ ， Ｙ３ ，
）
式 中： ， ， ，Ｙ， 分 别 为 沉 浮 、点 头 、侧滚 、
１ 车辆系统模型
１ １ 车辆模 型 ．
横 摆 、摇 头 自由度 ；下 角 标 ｖ ｉ ｗ 别 为 车 ，ｔ 和 分 体 的 自由度 、转 向架 的 自由度 和 轮 对 的 自由度 ，ｉ
中图 分 类 号 ：Ｕ２ １ ５ １ ． 文献 标 识 码 ：Ａ
轮轨 弹性 接触和 密贴接触 模 型的选 取对车 桥 系
头 ，如 果轮 轨为 弹性接触 ，则 每个 轮对有 ４个 自由 度 ，分别 为横 摆 、沉浮 、摇头 和侧 滚 ，这样 车辆 共 有 ３ 个 自由度 （ １ ６轴机 车为 ３ ９个 自由度 ） 如果 轮 。 轨 密贴接触 则 每个 轮对 有 横 摆 和摇 头 ２个 自由度 ， 车辆 共 有 ２ ３个 自由度 （ ６轴 机 车 ２ ７个 自由度 ） 。 轮对 的沉 浮和侧 滚 自由度 由桥梁 的左右 轨 的位移得
［ ］ ） ［ ｛ ） 优 ｛ ＋ ｃ］ ＋ ］“）： ｛ （） ｛ Ｐ ） １ 式 中 ： 优 ，［ ， ］ ［ ］ ｃ］ 分别 为车辆 质量 、 阻尼及 刚
度矩阵；｛ ，｛｝ ｕ ｝ “｝ ｕ ，｛ 分别为车辆 自由度 的位 移、速度、加速度列 向量 ； ｛ Ｐ ）为作用于车辆各 自由度 的荷载 列 向量 。
统动 力响应 有着 重要 的影 响 。国内外对此 问题 已有 些 研究 ［ 。但 这些研 究只 针对 不 同车辆 模 型 时桥 】 ］ 梁 的 响应 进行 了研 究 ，而 对 车辆 影 响 的研 究 较 少 ， 缺 少 ２ 模 型 对 车 桥 系 统 的影 响 以及 适 用 性 的研 种 究 。随着 我 国列车速 度 的提高 ，轮轨 之间接触 模 型
锥形踏面和磨耗形踏面轮轨弹塑性接触性能的比较
锥形踏面和磨耗形踏面轮轨弹塑性接触性能的比较
张军;刘迎曦;吴昌华
【期刊名称】《机械工程学报》
【年(卷),期】2002(38)6
【摘要】用有限元参数二次规划法分析轮轨的三维弹塑性接触问题,对锥形踏面和磨耗形踏面的机车车轮与标准轨道组成的轮轨系统分别进行计算,并将得出的轮轨接触状态、接触力及接触应力场进行了分析比较,指出了磨耗形踏面耐磨的根本原因。
这一方法为轮轨型面的优化设计提供了新的思路。
【总页数】5页(P26-30)
【关键词】锥形踏面;磨耗形踏面;有限元法;接触;弹塑性;接触应力;轮轨型面
【作者】张军;刘迎曦;吴昌华
【作者单位】大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室;大连理工大学;大连铁道学院
【正文语种】中文
【中图分类】U211.5
【相关文献】
1.采用磨耗形踏面时东风型机车的轮轨滑动接触特性 [J], 魏先祥
2.踏面磨耗及其对轮轨接触几何关系的影响 [J], 孙效杰;周文祥
3.锥形及磨耗形踏面轮对的空间轮轨接触几何约束特点 [J], 严隽耄;王开文
4.踏面磨耗对轮轨接触特性影响研究 [J], 袁雨青;李强;刘伟
5.踏面形状对地铁车辆动力学性能及轮轨磨耗影响研究 [J], 雷洋;李越超;;
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高速列车踏面磨耗仿真与动力学性能影响研究
内燃机与配件0引言中国自引进国外先进的高铁技术，经过十年的消化吸收，目前已完全拥有自主创新的能力，但随着高铁运行速度的不断提升，踏面磨耗加剧，轮轨接触恶化，车辆振动加剧，产生大量噪声且加速车辆各部件损耗，严重影响了运行时乘客的舒适度和运行安全性[1]。
目前许多学者致力于踏面磨耗研究。
在国内，金学松教授等基于轮轨摩擦学原理，提出新的打磨方法优化了钢轨打磨模型[2]；张波等采用赫兹实验方法进行轮轨磨耗实验研究，并提出轴重、蠕滑率、总的接触次数是影响磨耗的主要因素[3]；在国外，Archard 最早提出了广义的Archard 磨耗模型，认为磨耗量与接触物体的材料、相对滑动距离有关，Archard 磨耗模型可以用于轮轨磨耗[4]；Alina Saidova 等以运行在俄罗斯线路条件下的货车进行仿真分析，研究在不同磨耗状态下如何合理选择Archard 磨损摩擦系[6]。
本文针对两种高速列车A 、B ，分析其在行驶不同里程后踏面的磨耗规律及磨耗后踏面对高速列车动力学性能的影响，为国内高速列车轮轨参数和车辆悬挂参数提供一些参考。
1动力学建模及磨耗模型建立1.1车辆动力学建模———————————————————————作者简介：闫红卫（1994-），男，甘肃庆阳人，硕士研究生，主要研究方向为机车车辆系统动力学；姚远（通讯作者）（1983-），男，安徽宿松人，博士，副研究员，博士研究生导师，主要研究方向为转向架设计及理论、车辆系统动力学及控制。
高速列车踏面磨耗仿真与动力学性能影响研究闫红卫①；陈希成②；姚远①（①西南交通大学牵引动力国家重点实验室，成都610031；②成都工业职业技术学院轨道交通学院，成都610218）摘要：针对国内两种典型不同悬挂参数模式的高速列车A 、B ，采用UM 软件进行磨耗仿真及其对动力学性能影响研究。
研究表明，由于A 车匹配阻尼系数较大的抗蛇行减振器和低锥度踏面，其车轮区域磨耗较为集中，反之，B 车匹配阻尼系数较小的抗蛇行减振器和大锥度踏面，其转向架横向位移较大，车轮踏面磨耗区域较宽。
高速列车轨道结构与车辆耦合动力分析研究
高速列车轨道结构与车辆耦合动力分析研究引言：高速列车交通作为现代化城市运输的重要组成部分，在提高出行效率和改善人们生活品质方面起到了至关重要的作用。
在高速列车运行过程中，轨道结构与车辆之间的相互作用对列车运行的安全性、舒适性和能效性起着重要影响。
因此，对高速列车轨道结构与车辆耦合动力的研究具有重要意义。
1. 轨道结构的特点及对列车耦合动力的影响高速列车轨道是列车运行的基础设施，其结构特点对列车运行产生重要影响。
在高速列车运行时，轨道结构主要具有以下特点：1）高刚度和高强度：为了抵抗列车的重量和动态载荷，轨道结构通常采用高刚度和高强度的材料和设计，以确保轨道在列车运行过程中保持良好的稳定性。
2）平直度和垂直性：为了保证列车运行的稳定性和舒适性，轨道的平直度和垂直性要求较高，以减小列车的晃动和噪音。
3）动态响应特性：由于列车运行过程中存在弓位变化、路面不平等等因素，轨道结构的动态响应特性对列车的振动和舒适性具有重要影响。
轨道结构的特点将直接影响列车的耦合动力，包括纵向和横向动力。
纵向动力主要包括列车的加速度、制动力和牵引力等，而横向动力则包括列车的侧向力和横向加速度等。
通过对轨道结构和列车之间的耦合动力进行研究，可以更好地了解列车运行过程中的动力特性，为提高列车运行的安全性和舒适性提供理论依据。
2. 轨道结构与车辆耦合动力的分析方法在对高速列车轨道结构与车辆耦合动力进行分析研究时，需要采用适当的分析方法。
目前较为常用的方法包括数值模拟和实验测试两种。
数值模拟方法通过建立轨道结构和车辆的数学模型，并采用相应的数学模型解算方法，模拟列车在轨道上的运行过程，分析列车在不同运行状态下的耦合动力特性。
数值模拟方法主要适用于探究不同条件下列车运行的动力特性、参数优化和轨道设计等方面的研究。
实验测试方法则通过搭建实验平台，在真实的条件下对列车和轨道结构进行测试，测量列车在运行过程中的动力特性。
实验测试方法主要适用于验证数值模拟结果、研究列车和轨道结构的耦合动力特性、评估列车的运行安全性和舒适性等方面的研究。
浅析城市轨道列车盘式制动与踏面制动的优缺点及发展趋势
浅析城市轨道列车盘式制动与踏面制动的优缺点及发展趋势摘要：本论文在分析城市轨道车辆运输特点基础上，结合城市轨道车辆基础制动装置具体类型，分析了城市轨道车辆踏面制动与盘式制动的优缺点关键词：城市轨道车辆，基础制动，盘形制动。
地铁、轻轨等作为城市轨道交通的重要组成部分，在缓解交通压力、拓展城市空间等方面发挥着重要作用，其运行速度也由最初的30km／h，逐渐提高到80 km／h，甚至更高。
随着速度的提高，在运营过程中城市轨道车辆所装配的踏面制动装置已暴露出车轮踏面产生高温剥离或热裂纹、车轮和钢轨踏面异常磨耗进而恶化轮轨匹配关系、维修工作量和运营成本大大增加等问题。
迫使我们对城市轨道列车的运输特点及其基础制动装置匹配问题进行认真分析，并做出合理选择。
1 城轨运输的特点城市轨道交通运输与铁路运输有很多相似之处，但是与铁路运输相比还有许多差异，其中与制动系统有关的有以下几个方面：(1)运行速度低。
目前国内外地铁的运行速度一般都在135 km／h以下，而铁路机车车辆和动车组的发展趋势是重载和高速，我国高速动车组的持续运行速度已经达到350 km／h。
(2)减速度大、制动距离短。
地铁站间距短，只有起动加速快、制动减速度大才能提高列车的运行速度和效率，因此地铁车辆的紧急制动平均减速度一般定为1．2～1．3 m／s2，有的甚至到1．4 m／s2，而铁路机车车辆和动车组的紧急制动平均减速度一般为0．7～1．2 m／s2；大连地铁3号线要求紧急制动初速120 km／h时，制动距离≤427 m，而铁路机车车辆和动车组在同样速度时，制动距离≤800 m。
(3)制动频繁。
地铁运输有城市公交站间距短的特点，一般只有几百米，长的也只有几公里。
这就要求列车必须频繁的制动停车，以满足乘客的上下车要求。
而铁路运行的站间距一般都在几十公里，甚至一百公里以上。
(4)制动的准确性要求高。
地铁车站普遍装有屏蔽门，对定位停车的精度要求比铁路机车车辆和动车组高，停车位置精度一般在±250 mm左右。
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引入等效斜度来衡量 LM 型踏面的倾斜程度, 所谓等效斜度就是当轮对横向移动时, LM 型踏面所产生的
左右滚动圆半径差等效于锥形踏面轮对所产生的左右滚动圆半径差。图 9 给出了 T B 型踏面和 LM 型踏
面与 60 kg/ m 钢轨配合使用时左右滚动圆半径差随轮对横移量的变化情况。从图中可以看出, 在平衡位置
Comparison between Vehicle Track Coupling Dynamic Performances of Railway Vehicles with Two Types of Wheel Profiles
WANG Kai yun, ZHAI Wan ming , CAI Cheng biao
垂向振动
f / Hz 0. 5~ 5. 9 5. 9~ 20
F(f) 0. 325f 2 400/ f 2
> 20
1
横向振动
f / Hz 0. 5~ 5. 4 5. 4~ 26
F(f ) 0. 8f 2 650/ f 2
> 26
1
W=
(
W
10 1
+
W
10 2
+
!+
W
1n0)
1 10
( 2)
3. 2 两种类型踏面的车辆在直线轨道上响应
相当。同时, 整体结果表明, LM 型踏面引起的车体响应较之 TB 型踏面稍微大些, 但此差别非常之小而不
足以说明后者的直线轨道响应性能要好于前者。
表 3 TB 型与 LM 型踏面车辆在直线轨道上车体响应
响应 车体横向
车体垂向
指标 加速度最大值
平稳性指标 加速度最大值
平稳性指标
TB 型踏面 0. 049g 1. 834 0. 052g 1. 735
在其它运行工况相同条件下, 轮轨作用力增大, 将会对车辆的防脱轨安全性带来极为不利的影响。从 图 3 中可以看出, TB 型车轮踏面引起外侧车轮脱轨系数达到 0. 4, 较 LM 型踏面引起的增加 1 倍多。在整 个车辆动态通过曲线的过程中, LM 型车轮踏面引起的轮重减载率均较之 TB 型踏面的小( 如图 4 所示) 。 由此表明, 使用 LM 型车轮踏面, 车辆动态通过曲线时, 脱轨安全性好于 T B 型踏面, 多年的实际运营经验 也证明了这一点。
轮轨磨耗指数是轮轨磨损程度的重要标志, 定义为轮轨接触斑内轮轨蠕滑率与蠕滑力的乘积。从图 7 中可以看出来, TB 型轮对在滚动时引起的轮轨接触界面之间的磨损( 最大磨耗指数为 30 kN m/ m) 要小于 LM 型踏面轮对引起的磨损( 最大磨耗指数为 60 kN m/ m) , 这与文献[ 5] 得出的结论相一致。这种现象可能是
分别使用 TB 型车轮踏面和 LM 型车轮踏 面, 在美 国 AAR 标准的 6 级线路谱 激扰之下, 车辆均 以
120 km/ h的速度在直线轨道上运行时其车体横向与垂向加速度最大值及其相应的平稳性指标列于表 3。 从表 3 中可以看出, 无论对于车体横向, 还是车体垂向, 采用两种类型踏面仿真计算所得到的响应结果均
( National Traction Research Center, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)
Abstract: With the theory of vehicle track coupling dynamics and the simulation software TTISIM, dynamic performances of vehicles with the cone and the worn profiles, respectively, are calculated and compared in detail. The results show that the worn profile wheels perform better on curve tracks, while the cone profile wheels have higher critical speed of hunting stability. There is not obvious difference in carbody vibration of vehicles with the two type profiles running on tangent tracks. Key words: vehicles; dynamics; wheel profile; comparison; vehicle track coupling dynamics
3 车辆直线轨道运行响应
3. 1 运行平稳性
客车运行平稳性( 旅客乘坐的舒适性) 可根据 Sperling 平稳 性指标进行评定[ 7]
W=
7. 08
A f
3
F
(f
)
1 10
( 1) 图 9 左右车轮滚动圆半径差随轮对横移量
式中: W 为平稳性指标; A 为振动加速度, g; f 为振动频率, Hz; F ( f ) 为频率修正系数( 列于表 2) 。
使用不同类型踏面的车辆由直线进入缓和曲线到圆曲线、再从圆曲线驶出缓和曲线进入直线轨道后 整个轮轨系统运动和受力关系情况如图 1~ 图 8 所示。
图 1 与图 2 分别给出了两种类型踏面引起的轮轨横向力与垂向力随车辆运行距离的变化的比较。从 图中可以发现, TB 型踏面引起的轮轨横向相互作用力明显比 LM 型的大。例如, 当轮对进入缓圆点时, TB 型踏面与 LM 型踏面的外侧轮轨横向力均达到最大值, 分别为 22 kN 和 10 kN, 后者相对于前者小 54. 5% 。 对于轮轨垂向相互作用力, 仍然是 TB 型踏面的较大, 但相差很小。
2 车辆横向运动稳定性
根据文献[ 6] 确定车辆系统临界速度的方法, 在弹性轨道上加入一段 300 m 长美国AAR 标准的 6 级线 路谱作为轨道随机不平顺, 车辆 轨道耦合系统的振动被激发后在平直且无不平顺的轨道上运行, 考察第 一位轮对横向运动随时间历程的变化情况。在振动时间历程图中, 随着车辆的运行速度逐渐增加, 被激发
图 5 给出了两种类型踏面引起的轮对冲角随车辆运行距离的变化的比较。TB 型踏面轮对冲角较 LM 型踏面的大。由此可见, 使用 TB 型车轮踏面时, 由于轮轨相互作用力和轮对冲角均比 LM 型的大, 车辆对 轨道的破坏作用及线路变形的影响也将增大, 这点可以从图 6 中得到反映, 在本算例下, TB 型车轮踏面引 起的外侧钢轨横向位移量是后者的 约 2. 5 倍。
起来的轮对位移随着时间的延续, 不会衰减或收敛到平衡位置, 而是做等幅的周期运动, 此时该速度便是
车辆蛇行失稳的临界速度。
表 1 列出了铁道部四方车辆厂生产的准高速客 车在分别使用 T B 型踏面车轮与 LM 型踏面车轮时 各自的蛇行失稳临界速度。从表中可以看出, 在本 算例工况下, 使用 TB 型车轮踏面时, 车辆蛇行失稳
表 1 TB 型与 LM 型 踏面车辆的临界速度 km/ h
踏面类型
TB 型踏面
LM 型踏面
临界速度
340
291
的临界速度达到340 km/ h, 相对 LM 型踏面的 高出
49 km/ h。由此证明, LM 型踏面使车辆蛇行运动临界速度降低, 从而较 TB 型踏面容易产生失稳现象。
这主要是由 2 种类型踏面外形几何尺寸固有的特性所决定的。TB 型踏面在滚动圆附近是由斜线构 成, 其斜率是线性的, 而 LM 型踏面是由多段不同半径的圆弧相切组合而成, 其斜率呈非线性。为此, 常常
因此, 文中采用车辆 轨道耦合动力学理论[ 4] 及其动力学仿真软件 TTISIM 分别对锥形踏面车辆和磨 耗形踏面车辆与轨道的动力学性能( 动态曲线通过、横向运动稳定性及直线运行平稳性) 进行理论仿真和 综合比较。在进行仿真计算时, 为不失一般性, 选取铁道部四方车辆厂生产的准高速客车和我国传统的 60 kg/ m 钢轨轨道结构, 而车轮踏面分别采用标准锥形( TB 型) 踏面和磨耗形( LM 型) 踏面两种形式。仿真 计算模型和所有参数均取自文献[ 4] 。
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西南 交通 大 学学 报
第 37 卷
由于 LM 型轮对的纵向、横向及自旋蠕滑率比 TB 型的大( 尤其是自旋蠕滑率更为突出) [ 5] 而引起的。 2 种类型踏面引起的轮轨接触应力( 根据 Hertz 理论计算得到) 随车辆运行距离的变化关系如图 8 所
示。LM 型车轮踏 面与 T B 型车 轮踏 面引 起的 轮轨 接触 应力 最 大值 均发 生在 圆曲 线上, 但前 者只 有 762 MPa, 相对后者小 34. 3% 。由此表明, 采用 LM 型踏面, 可以大幅度降低轮轨接触应力, 改善由于接触 应力导致轮轨踏面疲劳剥离从而进一步引起疲劳损坏的情况, 延长轮轨的使用寿命。
以上适用于振动只含一个频率成分时的情况,
表 2 频率修正系数
实际上, 实测得到的车体加速度往往含有许多频率 成分, 并以标志着机车车辆固有频率的那些最为突 出。此时需要将测得的加速度的时间历程按频率进
行分解, 于是在对每一个频率成分中的加速度按式 ( 1) 计算确定平稳性指标后, 再由此求得总平稳性指 标如下[ 8]
Vol. 37 No. 3 Jun. 2002
摘 要: 采用车辆 轨道耦合动力学理论 及其 相应的 动力 学仿 真软件 TTISIM, 分别 对锥 形( TB 型 ) 和磨耗 形( LM 型) 踏面车辆与轨道的动力学性能进行理论仿真计 算, 并 对计算结 果进行 了详细的 比较。结 果表明: LM 型踏面 有利于车辆动态曲线通过; TB 型踏面对提高车辆蛇行失稳 临界速度有利; 两种类 型踏面车轮 对车辆在 直线轨道 上的平稳性差别甚小。 关键词: 车辆; 动力学; 车轮踏面; 比较; 车辆 轨道耦合动力学 中图分类号:U270 文献标识码: A