轨道交通车辆动力学基础(一)
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西南交大,池茂儒教授课件,第9章,车辆动力学基础
rr = r0 + λ 0 y rl = r0 − λ 0 y
轮对中心运动轨迹为圆弧，其半径为：
R = br 0
λ0 y
r0 + λ y = R + b
r0
R
根据高等数学，任意曲线的曲率为： 1 = − d 2 y
R
dx 2
把 R值代入得方程：
d2 dx
y
2
+
λ0 y
br 0
=
0
取轮对初始条件：
x
v
Vx V
T
Vy
Vy
T
V
Vx
1）当轮对出现负的偏转角时，会产生负的横向蠕滑力； 2）当轮对出现正的偏转角时，会产生正的横向蠕滑力；
铁道车辆中蠕滑力的计算公式
Tx
v
Vy
T
V
Vx
Tx
Mz
≈ −2 f11
λa
r0
yw
Ty = TyL + TyR ≈ 2 f22ψ
(二) 蠕滑力对直线复位性能的影响
0
Tx
车轮的磨耗和脱轨事故主要发生在曲线上，所以曲线通过性 能也是车辆动力学的一个重要研究领域。
轮对纯滚通过的最小曲线： 车辆通过曲线时，外轨比内轨长，需要通过左右车轮滚动圆
半径差来弥补。 纯滚时，外侧车轮半径：r0+λy
内侧车轮半径：r0-λy
由
r0 + λ y = R + b
r0
R
得
R = br 0
当轮对中心离开对中位置向右移动横 移量yw，那么左右车轮的实际滚动圆半径 分别为：
rL=r0- λ yw rR=r0+ λ yw
轨道交通车辆动力学基础(二)
造成车辆的一侧车轮减载，另一侧车轮增载。 如果各种横向力在最不利组合作用下，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。
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。
道钉应力为屈服极限时的限度：
横向力Q单位为KN
Q 29 0.3Pst
屈服点：钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继 续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。 弹性极限：指金属材料受外力（拉力）到某一限度时，若除去外力，其变形（伸长）即消失而 恢复原状
1 P P 1 P 2 2
脱轨必要条件：
P
1 P2 P1 2
tana2 2 tana1 1 P 1 2 tana2 1 1 tana1 tana1 1 tana2 2 P 1 1 tana1 1 2 tana2
线路严重变形的限度： 对于木轨枕：
Pst 1 Pst 2 H 0.8510 2
对于混凝土轨枕：
Pst 1 Pst 2 H 0.8515 2
三、柔度系数及其标准：
欧洲铁路联盟（UIC）标准规定： 确定动态限界、防止车辆与沿线固定设备和移动设备相 碰撞而影响行车安全。 客车的柔度系数 ： 货车的柔度系数 ： （以装载状态为准）
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。
道钉应力为屈服极限时的限度：
横向力Q单位为KN
Q 29 0.3Pst
屈服点：钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继 续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。 弹性极限：指金属材料受外力（拉力）到某一限度时，若除去外力，其变形（伸长）即消失而 恢复原状
1 P P 1 P 2 2
脱轨必要条件：
P
1 P2 P1 2
tana2 2 tana1 1 P 1 2 tana2 1 1 tana1 tana1 1 tana2 2 P 1 1 tana1 1 2 tana2
线路严重变形的限度： 对于木轨枕：
Pst 1 Pst 2 H 0.8510 2
对于混凝土轨枕：
Pst 1 Pst 2 H 0.8515 2
三、柔度系数及其标准：
欧洲铁路联盟（UIC）标准规定： 确定动态限界、防止车辆与沿线固定设备和移动设备相 碰撞而影响行车安全。 客车的柔度系数 ： 货车的柔度系数 ： （以装载状态为准）
轨道交通车辆动力学基础(一)课件
提高乘客舒适度 良好的车辆动力学性能可以减少列车运行过程中 的晃动和冲击，降低乘客的不适感，提高乘客的 舒适度。
提高轨道和车辆寿命 良好的车辆动力学性能可以减少轨道和车辆的磨 损，延长轨道和车辆的使用寿命，降低维护成本。
轨道交通车辆动力学的发展历程
01
初期发展
20世纪初，随着轨道交通的兴起，人们开始关注轨道交通车辆动力学问
轨道交通车辆动力学基础概念
02
车辆动力学的基本概念
车辆动力学：研究车辆在运行过程中 受到的力和力矩、以及由此产生的加 速度、角加速度等运动学状态变化的 学科。
车辆动力学与车辆设计、线路条件、 控制策略等密切相关，是保证轨道交 通安全、舒适、高效运行的基础。
车辆动力学性能的评价指标
稳定性
01
衡量车辆在运行过程中保持稳定状态的能力，包括横摆、侧滚、
Simpack
适用于轨道车辆、铁路和城市轨道交通系统的动力学 仿真软件。
b
提供多种模块，可用于车辆动力学性能的仿真和优化。
车辆的动力学仿真案例分析
案例一
分析某型地铁车辆在曲线线路上的动力学性能，包括平稳性、安 全性等方面。
案例二
研究不同悬挂参数对动车组动力学性能的影响，优化悬挂参数配置。
抗倾覆性能分析主要考虑车 辆在不同速度、不同曲线半 径和不同载荷下的稳定性。
为了提高车辆抗倾覆性能，需 要加强车辆悬挂系统和转向架 设计，优化车体结构，以及进
行充分的试验验证。
轨道交通车辆的动力学仿真与 分析
05
动力学仿真的基本原理与方法
动力学仿真的基本原理
01 动力学仿真基于物理定律和数学模型，通过计算机模
悬挂系统的组成
悬挂系统主要由悬挂元件、减震器和车体等部分组成。悬挂元件用于连接车体 和转向架，减震器用于减小车体振动，车体则承载乘客和货物。
提高轨道和车辆寿命 良好的车辆动力学性能可以减少轨道和车辆的磨 损，延长轨道和车辆的使用寿命，降低维护成本。
轨道交通车辆动力学的发展历程
01
初期发展
20世纪初，随着轨道交通的兴起，人们开始关注轨道交通车辆动力学问
轨道交通车辆动力学基础概念
02
车辆动力学的基本概念
车辆动力学：研究车辆在运行过程中 受到的力和力矩、以及由此产生的加 速度、角加速度等运动学状态变化的 学科。
车辆动力学与车辆设计、线路条件、 控制策略等密切相关，是保证轨道交 通安全、舒适、高效运行的基础。
车辆动力学性能的评价指标
稳定性
01
衡量车辆在运行过程中保持稳定状态的能力，包括横摆、侧滚、
Simpack
适用于轨道车辆、铁路和城市轨道交通系统的动力学 仿真软件。
b
提供多种模块，可用于车辆动力学性能的仿真和优化。
车辆的动力学仿真案例分析
案例一
分析某型地铁车辆在曲线线路上的动力学性能，包括平稳性、安 全性等方面。
案例二
研究不同悬挂参数对动车组动力学性能的影响，优化悬挂参数配置。
抗倾覆性能分析主要考虑车 辆在不同速度、不同曲线半 径和不同载荷下的稳定性。
为了提高车辆抗倾覆性能，需 要加强车辆悬挂系统和转向架 设计，优化车体结构，以及进
行充分的试验验证。
轨道交通车辆的动力学仿真与 分析
05
动力学仿真的基本原理与方法
动力学仿真的基本原理
01 动力学仿真基于物理定律和数学模型，通过计算机模
悬挂系统的组成
悬挂系统主要由悬挂元件、减震器和车体等部分组成。悬挂元件用于连接车体 和转向架，减震器用于减小车体振动，车体则承载乘客和货物。
城市轨道动力学知识点整理
1轮轨系统是铁道车辆的核心内容2铁路列车的两种形式：机车和车辆组成，机车提供牵引动力；没有专门机车提供动力，车辆具有牵引力3簧上质量：将车体视为支撑于弹簧上的刚体（车体加载重）簧下质量：弹簧以下的质量，通常指轮对轴箱装置和大多数货车转向架侧架4车体沿坐标轴及绕3个坐标轴振动时，分别给予下列名称（1）伸缩振动：沿x轴方向作纵向振动（2）横摆振动：沿y轴方向作横向振动（3）浮沉振动：沿z轴方向作铅锤振动（4）侧滚振动：车体绕x轴作回转振动（5）点头振动：车体绕y轴作回转振动（6）摇头振动：车体绕z轴作回转振动垂直振动：浮沉和点头振动的组合发生在车体铅垂平面xoz内横向振动：摇头和滚摆振动的组合发生在水平平面xoy内纵向振动：伸缩运动沿车体纵向产生5轴重：车辆每一根轮轴能承受的允许静载（货车21t23t25t客车14t15t16t17t）轴距：同一转向架下两轮轴中心之间的纵向距离(客车/动车组2.5~2.7m,轻轨车辆轴距一般为2.0~2.3m,货车转向架为2.0m）车辆定距：同一车辆两转向架之间的纵向距离，车辆定距决定了车辆长度和载客量（客车/动车组25m，轻轨13m，货车9m）轴箱悬挂：将轴箱和构架在纵向、横向和垂向联结起来、并使两者在这三个方向的相对运动收到相互约束的装置。
一般包括轴箱定位装置和轴箱减振器中央悬挂：将车体和构架/侧架联结在一起的装置，具有衰减车辆系统同振动、提高车辆运行平稳性和舒适性的作用轮对冲角：垂直于轮轨接触点处钢轨切线方向，与轮轴轴线之间形成的夹角，其大小反映了车辆曲线通过能力大小以及难易程度曲线通过：车辆通过曲线时，曲线通过能力的大小，反映在系统通过指标上，主要表现在车辆轮轨横向力，轮对冲角以及轮轨磨耗指数等的大小上6铁道车辆动力学性能一般由转向架性能决定转向架主要功能：（1）提高车辆运行的平稳性与安全性（2）支撑车体，承受并传递车体轮轨间的各种载力及作用力，并使轴重均匀分配（3）车体与转向架之间可以相对转动，便于通过曲线（4）缓和车辆与线路之间的作用，减小振动和冲击7研究车辆运动的目的：了解车辆各部分的位移以及车轮作用在轨道上的力；知道车辆的振动状态（自由振动和强迫振动）8车辆系统动力性能9铁路运输最基本要求：列车运行安全性（主要涉及车辆是否会脱轨和倾覆）车辆脱轨主要分为爬轨脱轨(随着车轮转动，车轮轮缘逐渐爬上轨头引起的脱轨最常见）、跳轨脱轨、掉道脱轨指标：脱轨系数轮重减载率，倾覆系数脱轨系数分为两类：（1）不考虑作用时间的脱轨系数，是将测量或计算得到的轮轨垂向力瞬间值作为轮重值而使用的脱轨系数；（2）考虑时间作用的脱轨系数：不考虑轮重测量或计算波形中产生的剧烈波动仅考虑较平缓部分的值作为轮重值轮缘角越大，脱轨系数临界值越大，摩擦系数越大，脱轨系数临界值越小(1)轮重较小时与其对应的横向力一般较小，计算脱轨系数时受到轮重和横向力测量误差影响较大，因此要获得正确的脱轨系数比较困难(2)垂向力较小时，使用该垂向力和与其对应的横向力得到的脱轨系数很容易达到脱轨临界值；单侧车轮轮重减小时，另一侧车轮轮重会增大，此时极小的轮对冲角变化会导致较大的横向力，增加脱轨的危险性(3)与其说脱轨系数值较大容易导致列车脱轨，不如说轮重减少的越多22为什么说轮对有摇头角时更容易产生两点接触？车当轮对摇头时,大半径车轮较早发生轮缘贴靠;轨底坡影响轮轨初始接触位置和轮轨接触角,从而对轮轨接触几何关系影响较大24轮轨接触几何参数：左右轮实际滚动半径r l,r r;左右轮在轮轨接触点处的踏面曲率半径r wl和r wr;左轨右轨在轮轨接触点处的轨头截面曲率r rl和r rr;左右轮在轮轨接触点的接触角；轮轨侧滚角；轮对中心上下位移25轮轨蠕滑：具有弹性的钢制车轮在弹性的钢轨上以一定速度滚动时，在车轮与钢轨的接触面间产生相对微小滑动26横向蠕滑力与纵向蠕滑率无关，纵向蠕滑力与横向蠕滑率无关27直行轮对自旋现象：车轮向左右方向移动时将产生左右滑动，一侧滚动圆半径变大，另一侧变小，半径大的车轮试图多走，但连接在同一根车轴上，半径较大的车轮向着被拉回的方向方向滑动，半径较小的车轮向行进方向滑动，同时车轮也绕着垂直轴作回转运动，该回转运动使接触面上产声回转滑动28车体和转向架垂直载荷：车辆自重，载重；横向载荷：风力，离心力；纵向载荷：牵引力，制动力车辆运行性能主要决定于悬挂装置以及各种拉杆、定位装置等结构形式的选择是否合理，设计参数选用是否恰当铁道客车车辆一般采用轴箱悬挂和中央悬挂。
轨道交通车辆动力学基础(三)课件
05
轨道交通车辆动力学未来发展 展望
Chapter
新材料与新技术的应用
高强度轻质材料
采用新型的高强度轻质材料，如碳纤维复合材料，能够显著减轻 车辆重量，提高运行效率和节能减排。
耐磨材料
针对轨道和车辆部件的磨损问题，研发新型耐磨材料，提高车辆使 用寿命和安全性。
智能材料
利用智能材料，如形状记忆合金和光纤传感器，实现对车辆状态的 实时监测和自动调整。
随着科技的发展，车辆动力学研究逐 步完善，涉及更多复杂因素，如空气 动力学、弹性车轮和轨道结构等。
02
车辆动力学基本原理
Chapter
车辆动力学模型
车辆动力学模型概述
车辆动力学模型是描述车辆在轨道上运行时的动态特性的数学模型。它包括车辆的悬挂系 统、轮轨关系、车辆与轨道之间的相互作用等。
车辆动力学模型的建立
列车运行控制
安全保障
车辆动力学的研究有助于 提高列车运行控制的安全 性，预防和控制列车运行 过程中的安全风险。
节能优化
基于车辆动力学特性的分 析，可以对列车运行控制 进行节能优化，降低运营 成本和能源消耗。
调度管理
通过分析车辆动力学特性 ，可以提高列车调度管理 的效率，实现列车运行的 高效组织。
04
绿色环保与可持续发展
节能减排技术
研发和应用新型节能减排技术，降低车辆运行过程中的能耗和排 放，减轻对环境的影响。
清洁能源利用
利用清洁能源，如太阳能和风能，为轨道交通提供电力，减少对 化石燃料的依赖。
生态友好型设计
在轨道交通车辆设计和制造过程中，注重生态友好型设计，采用 环保材料和工艺，降低对环境的影响。
稳定性指标
稳定性指标是衡量车辆在运行过 程中的稳定性的指标。例如，蛇 行运动是列车在高速行驶时的一 种不稳定的运动状态，可以通过 测量蛇行运动的频率、振幅和相 位等参数来评估列车的稳定性。
《城市轨道交通车辆构造》课件05动力学基础
第六节 列车运行时的空气流
3.列车风
4.会车压力波
图5-20 列车风
第六节 列车运行时的空气流
4.会车压力波
图5-21 三种不同车头形状的会车压力 波峰值在观测车上的变化情况
第六节 列车运行时的空气流
二、隧道中运行的列车 1.隧道中的气流特点 2.列车阻力 3.列车风 4.列车在隧道内的压力波 5.隧道微气压力波 6.隧道内会车压力波 三、在压力波作用下的舒适度标准
第三节 轮对的蛇行运动
❖一、自由轮对的蛇行运动
表5-1 轮对蛇行运动产生的蠕滑率与蠕滑力
第三节 轮对的蛇行运动
❖一、自由轮对的蛇行运动
表7-2 特征根与稳定性
二、转向架的蛇行运动 1.刚性转向架的蛇行运动 2.弹性转向架的蛇行运动 1)很柔性的二系悬挂车体与转向架为弱耦合，车体振 动对转向架几乎不产生影响，只传递垂直荷载。
图5-12 特征值随速度变化特性
第三节 轮对的蛇行运动
❖一、自由轮对的蛇行运动
(2)车轮踏面等效斜率λe λe是影响蛇行运动的关键参数之一，它 与临界速度的关系可用υcr∝来描述。 (3)蠕滑系数 蠕滑系数对蛇行运动有影响，一般是蠕滑系数小， 临界速度也小。 (4)转向架固定轴距 固定轴距增大会使蛇行临界速度提高，但是 却对曲线通过不利，一般倾向取短的固定轴距以改善轮轨磨耗。
4.粘着系数
图5-10 通常情况的轮对蛇行运动轨迹
第三节 轮对的蛇行运动
❖一、自由轮对的蛇行运动
1)刚体自由轮对沿平直轨道作等速运动。 2)轮对的运动属微幅振动，其轮轨接触几何形 状与面积、蠕滑率(力)关系均为线性，纵横向 蠕滑系数近似相等，即f11=f22=f。 3)轮对具有小锥角踏面、较小等效斜率λe，暂 不计重力刚度与角刚度的因素。 4)轮对横摆、摇头自由度为yω、ψω，不考虑 侧滚惯性及旋转蠕滑影响。
轨道车辆动力学
二、车辆稳定性及评定标准
平稳性指标
二、车辆平稳性及评定标准 定义： 车辆沿线路运行时, 由于线路存在不同的不 平顺, 轮轨之间相互作用力不断变化, 这些力 一方面使线路变形, 同时又激起车辆的振动, 衡量车辆的振动标准, 称为车辆运行平稳性。
二、车辆平稳性及评定标准 影响平稳性的原因： （1）人为的线路形状变化, 是由于地形或需要在 修筑铁路时设置的线路特殊形状, 如线路曲线, 道岔, 驼峰, 上下坡道等。 （2）另一种非人为线路形状变化是微观的经常 性的随机不平顺, 这是由于施工和维修中无法 避免的实际线路与理想线路之间的各种偏差。 偏差大小随线路等级和施工维修的标准而异, 这种偏差具有随机性质。
二、车辆平稳性及评定标准
振动加速度、 振动频率
二、车辆稳定性及评定标准 运动稳定性研究车辆在一定速度运行时各部 件的运动状态, 即判定车辆系统运动是否稳 定。车辆系统的蛇行运动是一种自激振动, 如自激振动过大会引起车辆剧烈的振动而 使车辆系统的动力性能恶化, 引起轮对与钢 轨间的撞击、车辆倾覆等重大事故
二、车辆稳定性及评定标准 随着车辆运行速度的提高, 车辆自激振动加剧, 当车辆运行速度达到某一值时车辆自激振 动急剧增加, 车辆系统失稳。车辆在正常运 行速度下要避免出现蛇行失稳现象，这就 要求车辆系统应具有高于其构造速度一定 裕量的蛇行失稳临界速度。
• 其中，其中：△P为轮重减载量
• P为增载和减载侧车轮的平均轮重
一、车辆安全性及评定标准 2.脱轨原因 曲线超高、三角坑、局部不平顺、重心过高、 风力过大等 ， 引起过大侧向力或轮重减载，造成出轨或倾 覆
一、车辆安全性及评定标准 3. 措施 主动倾摆式转向架、抗侧滚扭杆、控制入 弯速度、定期线路检查等
轨道交通车辆动力学基础(二)
H 0.24P2 1.2 P 1
安全值
H 0.24P2 1.0 P 1
（三）车轮跳轨的评定指标：
侧向力只在很短的时间内起作用，并认为侧向力作用 时间大于0.05秒时为爬轨，小于0.05秒时为跳轨。据此， 有些国家的脱轨系数安全指标为： 对于侧向力作用时间大于0.05秒时，采用前述的车轮 脱轨系数标准。 对于侧向力作用时间小于0.05秒时为：
二、轮对抗脱轨稳定性及其评估标准：
车轮给钢轨的横向力Q很大，垂向力P很小，新的接触点 逐渐移向轮缘根部，车轮逐渐升高。 轮缘上接触点位置到达轮缘圆弧面上的拐点，即轮缘根 部与中部圆弧连接处轮缘倾角最大的一点时，就达到爬轨 的临界点。由于轮缘倾角 变小，车轮有可能逐 渐爬上钢轨直到轮缘 顶部达到钢轨顶面而 脱轨。
Q 0.04 P t
我国对轮轨瞬时冲击而造成车轮跳轨的脱轨系数无明确规定。
（四）根据轮重减载率评定车轮抗脱轨稳定性 ：
H Q1 P2 tana2 2 P P P 1 1 1 1 2 tan a2
Q1 tana1 1 P1 1 1 tana1
H 0
P2 tana2 2 tana1 1 1 tana 1 tana P 1 2 2 1 1
tana2 数值不大，可取 tana2 0，于是可得轮对脱轨条件：
Q1 H 2 P2 tana1 1 P P 1 1 tana1 1 1
H 2 P2 P 1
轮对脱轨系数 我国轨道取 2 为0.24，当H的作用时间不大于0.05s时，轮对脱 轨系数，即：
容许值
P
P
（二）根据构架力H评定轮对抗脱轨稳定性：
Q1 t an a1 1 P 1 t an a 1 1 1 Q2 t an a2 2 P2 1 2 t an a2
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与轨道有关的激振因素
① 高低不平顺
钢轨顶面长度方向的垂向凸凹不平，简称为高低不平顺， 由于左、右两根钢轨高低的起伏变化趋势不完全相同，可区分 为左轨高低不平顺和右轨高低不平顺。
与轨道有关的激振因素
② 水平不平顺
钢轨顶面长度方向各个横截面上左右轨对应点的高差， 简称为水平不平顺。水平不平顺的幅值，在曲线上是指扣 除正常超高值的偏差部分。
轨道平顺状态的评估方法
轨道平顺状态的评估方法
每公里扣分总数按下式计算：
轨道平顺状态的评估方法
计算分析：
1.某区段1km范围内，Ⅰ级标准发现3处， Ⅱ级发现5处， Ⅲ 级发现1处，分析该区段质量状态。（峰值扣分法）
轨道平顺状态的评估方法
2、TQI
轨道平顺状态的评估方法
以200m轨道区段作为单元区段，分别计算单元区段内 左、右高低，左、右轨向，轨距，水平，三角坑七项几何 参数的标准差。 各单项几何不平顺幅值的标准差称为单项指数，七个单 项指数之和作为评价该单元区段轨道平顺性综合质量状态 的轨道质量指数。其计算公式为：
振动加速度、振幅和振动频率。
铁路车辆在线路上运行时，构成一个极其复杂的具有多自 由度的振动系统。
一、车辆系统的振动
在机车车辆动力学研究中，把车体、转向架构架（侧架）、 轮对等基本部件近似地视为刚性体，只有在研究车辆各部件 的结构弹性振动时，才把他们视为弹性体。
簧上质量：车辆支持在弹性元件上的零部件 。 车体（包括载重）及摇枕质量， 客车转向架构架，一般是簧上质量。
轨道交通车辆动力学基础 （一）
董英荣 2016.11.12
为什么要研究车辆动力学？
城轨车辆动力学研究内容？
•研究在加速、制动、转向和行驶过程中车辆 的表现----施加于车辆上的力的响应。
•具体的表象体现即安全性、平稳性/舒适性、 曲线通过性能。
安全性：
外力/内在因素影响下出现脱轨的情况。
平稳性（舒适性）
分析
某轨道区段参数如下表，试分析其高低不平顺、水平不平顺、轨距不平顺、 方向不平顺的值。
采样点
1 左轨 右轨 左轨 2 右轨 左轨 3 右轨 左轨 4 右轨 左轨 5 右轨
x
坐标 y z 高低不平顺 水平不平顺 717.5 -717.5 717.5 -716.5 717.5 -715.5 715.5 -716.5 719.5 -717.5 139 140 -1 0 0 1 141 140 139 2 -1 0.5 -3 138 138 138 0 -2 1 2 138 140 140 0 -3 -0.5 0 140 142 141 2 2 1 -2 140
垂直加速度大 寿命缩短 侧滚加速度大 寿命缩短
引发爬轨脱轨 横向加速度大 状态恶化 引发落下脱轨
轨道平顺状态的评估方法
评定诊断轨道平顺状态好坏和恶化程度的依据，是轨道 不平顺对机车车辆响应的影响和经验。我国对轨道不平顺状 态的评价方法主要采用局部不平顺幅值超限评分法（即峰值 扣分法）和轨道质量指数法（TQI）：
TQI=2.08+11.9=13.98
轨道平顺状态的评估方法
计算分析：
2.某区段200m范围内，采样点及参数见下表。（TQI法）
采样点 轨距 高低 1 1435 140 2 1437 130 3 1436 120 4 1434 145 5 1440 150 6 1434 155
轨距均值：1436 高低均值：140
轨距标准差：2.08 高低标准差：11.9
簧下质量：车辆中与钢轨直接刚性接触的质量。 轮对、轴箱装置。
车辆的振动形式
浮沉运动——沿垂向平移
横摆运动——沿横向平移
伸缩运动——沿纵向平移
摇头运动——绕垂向轴旋转 (yaw) 点头运动——绕横向轴旋转 (pitch) 侧滚运动——绕纵向轴旋转 (roll)
与轨道有关的激振因素
1.轨道的垂向变形
轨距不平顺
方向不平顺 扭曲不平顺
与轨道有关的激振因素
轨道不平顺实例波形
与轨道有关的激振因素
轨道不平顺及其影响综述
危害 影响 种类 高低（侧视） 浮沉、点头 水平（前视） 侧滚 轨向（俯视） 横摆、摇头 轨距 垂直力增减载 垂直力增减载 横向力增大 车辆振动 轮轨力 安全性 促发脱轨 促发脱轨 平稳舒适性 设备
TQI i
i 1 i 1
7
7
1 n 2 ( x x ) ij i n j 1
轨道平顺状态的评估方法
看QTI值是否超过规定的管理限界值,国内给TQI值 制定了一个标准的管理限界值15,即被检单元区段的 QTI值超过巧时,就视为不良区段,需要加强养修。 具体的TQI管理限界值的组成如下表:
1、峰值扣分法；
2、TQI。
轨道平顺状态的评估方法
1、峰值扣分法
峰值扣分法从轨道几何尺寸指标、动力学指标的角度出 发，根据轨道局部不平顺超限等级，以一公里为单位计算总 扣分的方式来评价轨道的质量。检查评定项目包括轨距、水 平、高低、轨向、三角坑、车体垂向振动加速度和横向振动 加速度共七项。
局部不平顺幅值超限评分法把轨道动态几何尺寸允许偏 差管理值按线路允许速度分为四级：Ⅰ级为保养标准，每处 扣1分；Ⅱ级为舒适度标准，每处扣5分；Ⅲ级为临时补修标 准，每处扣100分；Ⅳ级为限速标准，每处扣301分。
与轨道有关的激振因素
2. 轨道的局部不平顺
（1）曲线超高； （2）道岔； （3）钢轨局部磨损、擦伤； （4）路基局部隆起和下沉
与轨道有关的激振因素
3.轨道的随机不平顺
线路不平顺不是一个确定量，它因时因地而有不同值，它的变 化规律是随机的，因而称为随机不平顺。 （1）水平不平顺； （2）轨距不平顺； （3）高低不平顺； （4）方向不平顺； （5）扭曲不平顺
与轨道有关的激振因素
③ 轨距不平顺
轨距应在钢轨头部内侧面下16mm处量取，直线轨道距值 规定为1435mm。由此可以定义轨距不平顺：在轨道同一横截 面，钢轨顶面以下16mm处，左右两根钢轨之间的内侧距离， 相对于标准轨距的偏差。
与轨道有关的激振因素
④ 轨向不平顺
钢轨轨距点沿长度方向相对于基线的横向的凸凹不平顺， 简称为轨向不平顺。
右、左两根钢轨方向的变化往往不同，可分为左轨轨向 不平顺和右轨轨向不平顺，并将左、右轨方向不平顺的平均值 作为轨道的中心线的轨向不平顺。
与轨道有关的激振因素
⑤ 扭曲不平顺
轨道平面扭曲不平顺 （有些国家将之称为平面性，我国俗 称为三角坑），是指左、右两状态，用相隔一定距离的两个横截 面水平幅值的代数差度量。 计算公式：Z1L-Z1R-(Z2L-Z2R)