浅析铁道车辆动力学.ppt

铁道车辆动力学;绪论 引起车辆振动的原因 轮对簧上质量系统的振动 车辆系统的振动 车辆横向运动稳定性 铁道车辆运行品质 铁道车辆运行安全性 SIMPACK动力学仿真计算; 车辆动力学的具体内容是研究车辆及其主要零部件在各种运用情况下，特别是在高速运行时的位移、加速度和由此而产生的动作用力。;其目的在于解决下列主要问题： 确定车辆在线路上安全运行的条件； 研究车辆悬挂装置和牵引缓冲装置的结构、参数和性能对振动及动载荷传递的影响，并为这些装置提供设计依据，以保证车辆高速、安全和平稳地运行； 确定动载荷的特征，为计算车辆动作用力提供依据。 ;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。;式中 [M]—惯性矩阵 [C]—粘性阻尼矩阵 [CWR]—蠕滑阻尼矩阵 [K]—刚度矩阵 [KWR]—蠕滑刚度和接触刚度矩阵 [q]—位移向量（列矩阵） [V]—车辆运行速度 [Q]—激励（列矩阵）;第1章 引起车辆振动的原因;第一节 与轨道有关的激振因素 第二节 与车辆结构有关的激振因素;一、钢轨接头处的轮轨冲击 ： ;轮轨接触点的轨迹曲线可简化为：;三、轨道的局部不平顺： （1）曲线超高、顺坡、曲率半径和轨距变化； （2）道岔； （3）钢轨局部磨损、擦伤； （4）路基局部隆起和下沉 ;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，具有统计规律，因而称为随机不平顺。 ;轨道的随机不平顺定义;轨道的随机不平顺描述方法;;;一、车轮偏心：;二、车轮不均重：;三、车轮踏面擦伤：;四、锥形踏面轮对的蛇行运动：;;车轮半径越大、踏面斜度越小，蛇行运动的波长越长，即蛇行运动越平缓。;;;第一节 无阻尼的自由振动;即： ;方程的特征方程为：;则方程的特解为： ;;;;;解得： ; 此时，特征方程有两个不等的实根，运动微分方程的解： ;;此时，特征方程有两个相等的实根：; 此时，特征方程有两个根为：; 比较具有线性阻尼（较弱阻尼状态）的自由振动运动微分方程的解与无阻尼的自由振动运动微分方程的解： ;振动频率为： ;——对数衰减率，即对前后两次振幅比取自然对数。;二、具有阻力与弹簧挠度成正比的摩擦减振器： ;;振动微分方程变为：;微分方程解为：;在半个周期内振动波形AB为余弦曲线，但过余弦曲线中心的轴线比平衡位置下降了 ;; 车体到达B点后又开始往下振动，此时车体运动微分方程为： ; 如果以上半个振动周期结束时最高点B作为下半个周期振动的起点，即： ;即车体向下振动的波形为余弦曲线BC，过余弦曲线中心的轴线比平衡位置线上升了 ;向上运动半周期的时间： ;在常用车辆结构中，减振器的相对摩擦系数;，; 具有变摩擦阻力的轮对质量系统，当车体静止时，其加速度及速度均应为零。由运动方程可得系统静平衡的公式为：;，;三、具有常摩擦减振器(设常摩擦力为F)： ;; 车体向上移动和向下移动时振动半个周期范围内振幅衰减量均为： ;一、无阻尼的强迫振动： ;;若;由上式可见，当车辆运行速度;前式中第一项为恒幅振动， ;，;二、具有线性阻尼的强迫振动： ;齐次方程的通解为： ;可求得振幅B为：;，;，;，;以上研究的是车体相对于空间固定坐标的绝对位移和加速度的情况。现再来讨论一下车体相对于车轮的振动，即弹簧动挠度的变化规律。;η称为弹簧动挠度振幅扩大倍率，为弹簧动挠度幅值与波形幅值之比。; 在不同频率比和不同相对阻尼系数的情况下弹簧动挠度振幅扩大倍率的变化如图所示。当速度较大而减振器阻尼不是很大时，即 时，弹簧动挠度幅值往往大于线路波形幅值，因此弹簧簧条之间要留较大的间距以避免在振动过程中簧条接触而出现刚性冲击。;瞬态振动;;三、具有非线性阻尼的强迫振动： ;（1）常摩擦阻力减震器情况： ;（2）摩擦力与挠度成正比的减震器情况： ;以上两式可写成同一个式子：;; 由以上分析可以看出：有些减振器，如线性减振器和阻力与速度平方成正比的减振器，在任何条件下，其振幅均为有限值；而某些减振器，如摩擦减振器，当相对阻尼系数 时，很难保证振幅为有限值。 ; 这可用激振力和阻尼力所做的功之间的不同关系来说明。 振动一周时激振力输入的功与弹簧动挠度振幅成正比 ： ;;由图可见，不论线路状况如何，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，而摩擦阻力减振器的阻力功线与激振力功线除完全重叠外无交点。 两线完全重叠时，摩擦阻力功与激振力功在任何振幅条件下均相等。 在阻力功线与激振功线不重叠时，若摩擦阻力功线的斜率小于激振功线，则共振时无法限制系统的振幅增长；若摩擦阻力功线的斜率大于激振功线