车辆系统动力学知识点

车辆系统基础知识

1.

车辆系统中主要有哪几种非线性关系：（线性化方法、原理。） 轮轨接触几何关系：线性化时踏面锥度、重力刚度、重力角刚度为常数。 蠕滑率-力规律：蠕滑系数在线性化后也为常数。 车辆的悬挂特性： 2.

车辆系统动力学研究内容：

蛇形运动稳定性；车辆曲线通过时运动状态和轮轨作用力；车辆对轨道不平顺的响应；过曲线时抗脱轨、抗倾覆性能；车辆纵向动力学，车辆间相互作用；新型悬挂形式，主动、半主动悬挂，径向转向架；弓网系统动态特性：受流、噪音；车辆系统空气动力学。 3.

轨道车辆的不平顺及其对应的车辆振动类型：（此处需要补充各种常用轨道谱表示方式，

以及不同振动形式耦合程度大小与关系）

直线区段的四种不平顺分别为：垂向轨道不平顺，引起车辆的垂向振动，水平轨道不平顺，引起车辆的横向滚摆耦合振动；方向不平顺，引起车辆的侧滚和左右摇摆；轨距不平顺轨距不平顺对轮轨磨耗、车辆运行稳定性和安全性有一定影响。

车辆系统动力学指标及评价标准

1.

车辆运行安全性及评价标准：

脱轨系数：评定防止车轮脱轨稳定性的脱轨系数，为某一时刻作用在车轮上的横向力Q和垂向力P的比值。脱轨系数临界值定义为当轮轨接触的切向力T等于摩擦系数乘以接触法向力N时的Q/P值。（有两类脱轨系数，一种与时间相关、一种与时间无关，像这种评价指标的原理，虽与考试没什么关系，但是可以尝试弄清楚，谁整理好了可以弄进来。还有不同标准，比如《铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准》（TB/T 2360-93）《高速试验列车动力车强度及动力学性能规范》（95J 01-L）《高速试验列车动力车强度及动力学性能规范》（95J 01-M）的限定值，这些个常用标准，值得整理）

轮重减载率：评定车辆在轮对横向力为零或接近于0的条件下，因一侧车轮严重减载而脱轨的安全性指标。（同上）

倾覆系数：评价车辆在侧向风力、离心力和横向振动惯性力的最不利组合下是否会导致使车辆向一侧倾覆。（同上） 2.

车辆运行平稳性及评价指标：

Sperling： 评定车辆本身的运行品质以及旅客乘坐舒适度，根据振动加速度及其振动频率来衡量，不同类型的振动（横向、垂向、不同频率范围内的振动）得到的W值不同，然后汇总取算术平均得到总的平稳性指标。（关于这样的指标，为什么能衡量稳定性，原理性的东西，，，，太需要了。）

ISO2631-74：用疲劳时间T表示振动对人体的影响。

轮轨接触

1.

踏面等效斜度、等效重力刚度、等效重力角刚度的定义：

只要轮轨外形参数确定，上述三者则同时确定。轮对同时发生横移摇头运动时，重力引起横向反力，横向力对轮对产生力矩，该摇头力矩与摇头角之比称为轮对的重力角刚度，因为摇头力矩和摇头角方向一致，所以为负刚度；左右钢轨作用于左右车轮的横向反力的合力，与轮对横移量之比为等效重力刚度。轮轨接触点超出踏面直线段范围时，接触点处左右滚动圆半径差与横移量比值的二分之一则为等效斜度。（此处可以补充不同踏面下的相关公式，以及这些玩意的物理意义及应用。） 2.

轮轨蠕滑理论都有哪些，各自有什么特点：（这里需要补充的东西太多了，暂时没有看到

哪本中文书能把轮轨蠕滑讲清楚，考试要用的估计就只有线性公式。但有谁有英文方面的专著，尤其是kalker的，可以共享。）

Carter理论：Carter于1926年开始进行带有摩擦的二维滚动接触理论的研究，给出了对于纵向蠕滑力和纵向蠕滑率之间关系的一个较为准确的闭合解。

Johnson和Vermeulen理论：1958年Johnson将Carter的两维理论延伸到两个滚动球体的三维工况（有纵横蠕滑，没有自旋蠕滑），1964年，Johnson与Vermeulen又将光滑的半空间理论引入研究没有自旋蠕滑的纯蠕滑工况。

Kalker纯滚动接触线性理论：荷兰学者Kalker，从20世纪60年代中期开始，先后开发了用于小蠕滑的线性理论、简化理论、三维非线性的精确理论、新简化理论等。在Kalker线性蠕滑理论中，假定接触区全部为粘着区，且切向力分布对称，所以纵向蠕滑力与横向蠕滑率无关，而横向蠕滑力也于纵向蠕滑率无关。

J-V理论结合实验数据，总结出非线性蠕滑力的近似算法，缩减因子法。（需要公式，老师说书上有什么错误，曾经考过，还是有人错。） 3.

蠕滑、蠕滑力、蠕滑率的定义：

两弹性体在接触面上有相对运动或相对运动趋势时，由于摩擦力的存在，在接触斑上会产生切向力，该切向力使得轮轨接触面介质发生运动，使两接触体间产生速度差，进而形成蠕滑现象。此时接触斑上的切向力即为蠕滑力。把两接触体相对运动速度在某坐标系下无量纲化，得到蠕滑率，可以方便研究蠕滑力-蠕滑率间关系。（接触力学的东西，有人搞明白吗？） 4.

轮轨接触几何关系的计算各有哪些算法，优缺点怎样：

解析法：适用于圆弧形车轮踏面和圆弧形钢轨截面，直观、有数学表达式；

数值法：适用于任意形状的车轮踏面和钢轨截面外形，基于轮轨外形拟合曲线，在给定接触假设和条件下可求接触点位置。（这里搞轮轨接触的人可能需要自己编程自己来算吧。欢迎共享。）

蛇形运动

1.

蛇形运动的定义：（从运动学或者动力学的角度，都可以退出蛇形运动波长公式，需要补充，再结合之后的曲线通过性能中的一些公式，可以看到一些车辆系统关键系数不能同时满足两方面的要求，这些个矛盾的方面，都有哪些，可以怎么解决或平衡，欢迎共享。）

在轮轨间蠕滑力的作用下，车辆运行到达某一临界速度时会产生失稳的自激振动，叫蛇形运动。定义2：具有一定形状踏面的铁道车辆轮对，沿平直钢轨滚动时，会产生一种振幅有增大趋势的特有运动：轮对一面横向移动，一面又绕通过其质心的铅垂轴移动，这两种运动的耦合即轮对蛇形运动，此外还有转向架蛇形（二次蛇形），车体蛇形（一次蛇形）。 2.

自激振动定义：

自激振动是系统内部非振动能量转换为振动的激振力而产生的振动。（从单轮对运动微分方程中分析车辆系统能量来源，这里陈泽深的书开了个好头。） 3.

车辆蛇形运动临界速度定义：

在某速度下，车辆蛇形运动的振形中，只要有一个振形的振幅既不扩大也不衰减呈等幅稳态振动，而其他振形均呈衰减振动，那么这时的速度就成为车辆蛇形运动的临界速度。（为什么有时候低速情况下会失稳，而高速时反而稳定性会变好？谁知道） 4.

稳定的极限环：

运动的周期解在相平面内的轨迹为一封闭的曲线，称为极限环，若某极限环附近起始于极限环外部或内部的相轨迹均收敛于该极限环时，该极限环则为稳定的极限环。（非线性运动稳定性的东西，比较高深，值得交流） 5.

转向架固有属性：（自由轮对-弹性定位转向架-刚性转向架，参数对运动稳定性的影响机

理，只有通过公式才能理解深刻，有谁做过研究可以共享哈。）

轮对定位刚度趋于无穷大的“刚性转向架”，蛇形运动波长最大，圆频率最小；轮对定位刚度趋于零的自由轮对，蛇形运动波长最小，圆频率最大；具有不同数值轮对定位刚度的转向架，波长、圆频率处于两者之间。

影响转向架蛇形的因素：轮对纵横定位刚度；车轮踏面斜度；蠕滑系数；转向架固定轴距；中央弹簧横向刚度；构架摇头转动惯量。影响整车蛇形的因素：轮对构架间的纵横定位刚度等。 6.

怎样根据特征方程的特征根判别车辆蛇形运动稳定性： 独立轮对的控制方程为一二阶常

微分方程，其解由指数变化部分和周期变化部分组成，指数变化项关系到振动式衰减还是发散。微分方程特征方程的特征根为一复数时，该复数实部出现于指数变化项中，若为正数，则表明运动征服会随时间越来越大，从而运动失稳。

曲线通过性能

1.

线性稳态曲线通过：

假定蠕滑特性、轮轨接触几何关系以及车辆悬挂特性都是线性关系，忽略重力刚度及回旋蠕滑等微小作用，并且认为车辆以恒速在确定的线路条件（曲线半径、超高）下稳态运动。 2.

纯滚运动、纯滚线定义：（纯滚线到轨道中线线的距离公式，推导。。。）

轮对在通过曲线的全过程中，始终能保持其轴线处于曲线径向方向，且轮对中心在纯滚线上，则轮轨间不产生蠕滑力和蠕滑力矩，轮对在曲线上作纯滚运动；轮对作纯滚运动时，轮对中心所走过的轨迹在轨道平面内的铅垂投影。纯滚线是一段圆弧，它与圆曲线相平行，其曲率中心与圆曲线的曲率中心是重合。纯滚线总是位于圆曲线线路中心线的外侧。

其他

1.

分析转向架一系定位刚度，车轮踏面斜度、轴距，二系纵向阻尼、车辆定距这五个参数对蛇形运动稳定性和曲线通过性能的关联及影响大小。（为什么是这样子，蛇形运动稳定性，与曲线通过性能同时提高的矛盾。）

（1）一系纵向定位刚度、横向定位刚度为稳定性影响为强，对曲线通过性能影响为中等。一系纵向、横向定位刚度对转向架蛇形运动稳定性有着决定性的影响，一般随着定位刚度的增加，运动稳定性会相应提高。其刚度值对蛇形运动稳定性和对曲线通过性能的影响两者是相互矛盾的。一系垂向定位刚度对稳定性和曲线通过性能影响为弱影响。 （2）车辆临界速度

Vcr随踏面斜率的增加而下降，但有利于曲线通过性能。其对蛇形运动临界

速度的影响大小仅次于轮对定位刚度。 （3）蛇形运动临界速度

Vcr随转向架固定轴距

2l1的增大而单调上升，且上升的幅度较大。但

短轴距更有利于提高曲线通过性能。

（4）二系纵向阻尼能够显著提高转向架临界速度

Vcr，但对曲线通过性能影响不大。

（5）车辆定距对运动稳定性有一定影响，定距越大，运动越稳定。但短的车辆定距更有利于曲线通过性能。 2.

车辆运动中传统轮对、径向转向架、自由轮对导向机理：（可以用横向力、摇头力矩与横

移量、摇头角的线性化公式来解释。但是转向架会比较麻烦，期待补充。）

其他

1.

分析转向架一系定位刚度，车轮踏面斜度、轴距，二系纵向阻尼、车辆定距这五个参数对蛇形运动稳定性和曲线通过性能的关联及影响大小。（为什么是这样子，蛇形运动稳定性，与曲线通过性能同时提高的矛盾。）

（1）一系纵向定位刚度、横向定位刚度为稳定性影响为强，对曲线通过性能影响为中等。一系纵向、横向定位刚度对转向架蛇形运动稳定性有着决定性的影响，一般随着定位刚度的增加，运动稳定性会相应提高。其刚度值对蛇形运动稳定性和对曲线通过性能的影响两者是相互矛盾的。一系垂向定位刚度对稳定性和曲线通过性能影响为弱影响。 （2）车辆临界速度

Vcr随踏面斜率的增加而下降，但有利于曲线通过性能。其对蛇形运动临界

速度的影响大小仅次于轮对定位刚度。 （3）蛇形运动临界速度

Vcr随转向架固定轴距

2l1的增大而单调上升，且上升的幅度较大。但

短轴距更有利于提高曲线通过性能。

（4）二系纵向阻尼能够显著提高转向架临界速度

Vcr，但对曲线通过性能影响不大。

（5）车辆定距对运动稳定性有一定影响，定距越大，运动越稳定。但短的车辆定距更有利于曲线通过性能。 2.

车辆运动中传统轮对、径向转向架、自由轮对导向机理：（可以用横向力、摇头力矩与横

移量、摇头角的线性化公式来解释。但是转向架会比较麻烦，期待补充。）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/d5a6.html