轨道车辆动力学

第30卷第1期年月北京交通大学学报

Vol.30No.1

文章编号：（）1673-0291200601-0051-04

直线电机地铁车辆轨道垂向耦合动力学模型-冯雅薇，魏庆朝，时

瑾

（北京交通大学土木建筑工程学院，北京1）00044

摘

要：直线电机地铁是一种新型的城市轨道交通系统.本文基于动力有限元和耦合振动理论，考

虑轮轨关系以及直线感应电机和反力板之间的相互作用，建立了直线电机地铁系统车辆轨道垂向-动力学模型.通过数值计算，验证模型的有效性，并给出计算结果.关键词：直线电机地铁；垂向；耦合动力学中图分类号：U239.5

文献标识码：A

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onLinearMetroSsteLy

FENGYa-wei，WEIQin-chao，SHIJing

（S，，，）choolofCivilEnineerinandArchitectureBeiinJiaotonniversitBeiin00044ChinaggjggUyjg1

：AbstractLinearmetrosstemisanewteofurbanrailtransitsstem.Concerninftheinterac-yypy

简要发展历史

一、国外情况

1）20世纪40年代，铁木辛柯和沙湖年慈开始探讨单自由度集总参数轨道模型分析正弦及余弦荷载作用下的轨道位移响应问题。

2）六、七十年代，佐藤裕和佐藤吉彦曾经采用集总参数模型和连续弹性基础梁模型研究了轨道的动力效应。其中比较有代表的是所渭Sato“半车一轨道”模型。

3）美国Ahlbee曾提出与Sato模型相仿的“半车一轨道”集总参数模型，所不同的是轨道部分增加了一个基础参振量，并且考虑了钢轨接头因轮轨冲击变形而引起的刚度削弱影响。

4)20世纪70年代，英国Derby铁路研究中心以轨道不平顺作为激励源并将机车车辆和轨道的相互关系引入模型中。

5）Lyon和Jenkins等(1972)建立了低接头轨道动力分析模型，并由此定义了高频冲击力P1和低频响应力P2，并推荐了简化计算公式。

6）1979年Newton对该模型作了局部改进，以Timoshenko梁代替Euler梁描述钢轨，从而可以考虑梁的剪切变形和截面旋转惯性对轮轨垂向力的影响。

7）在此基础上，英国Derby中心的研究入员进一步采用了弹性点支承连续梁模拟轨道，并考虑了轨枕的振动影响。

8）Clark(1982)等为研究车辆在波浪型磨耗钢轨上行驶的动态效应，采用了弹性点支撑连续梁

汽车系统动力学的发展和现状

摘要：近年来，随着汽车工业的飞速发展，人们对汽车的舒适性、可靠性以及安全性也提出越来越高的要求，这些要求的实现都与汽车系统动力学相关。汽车系统动力学是研究所有与汽车系统运动有关的学科，它涉及的范围较广，除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应，还有车辆在垂向和横向两个方面的动力学内容。本文通过对汽车系统动力学的的介绍，对这一新兴学科的发展和现状做一阐述。

关键字：汽车系统动力学 动力学响应 发展历史

Summary：In recent years, with the rapid development of automobile industry, people on the vehicle comfort, reliability and safety are also put forward higher requirements, to achieve these requirements are related to vehicle system dynamics.Vehicle system dynamics is the study of all related to the movement of

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

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

车辆系统动力学复习题

1．何谓系统动力学？系统动力学研究的任务是什么？ 2．车辆系统动力学研究的内容和范围有哪些？ 3．车辆系统动力学涉及哪些理论基础？

4．何谓多体系统动力学？多刚体系统动力学与多柔体系统动力学各有何特点？采用质量-弹簧-阻尼振动模型和多体系统模型研究车辆动力学问题各有何特点？

5．简述车辆建模的目。

6．期望的车辆特性是什么？如何来评价？

7．何谓轮胎侧偏角？何谓轮胎侧偏刚度？影响轮胎侧偏的因素有哪些？ 8．何谓轮胎模型？根据车辆动力学研究内容的不同，轮胎模型可分为哪几种？整车建模中对轮胎模型需考虑的因素有哪些？

9．简述轮胎噪声产生的机理。

10．车辆空气动力学研究的主要内容有哪些？车辆的空气阻力有哪些？产生的原因是什么？试分析空气动力对车辆性能的影响。汽车空气动力学装置有那些？

11．简述风洞试验的特点？

12．车辆的制动性能主要由哪三个方面评价？试分析汽车制动跑偏的原因。 13．车辆动力传动系统由哪几部分组成？在激励作用下通常会产生何种振动？标出图示车辆简化扭振系统各部分名称？并说明其主要激振源？

14．写出货车动力传动系统动力学方程，并写出刚度阵等。

15．路面输入模型有几种？各有何特点？写出各自的表达式？

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

车辆行驶动力学

研究现状

姓名：赵方 班级：研1002班 学号：2010020038 指导老师：林慕义

完成日期：2010年12月27日

目录

前言 .................................................................................................................................................. 2 汽车行驶动力学的研究现状 ........................................................................................................... 3

一、国内外研究现状 ............................................................................................................... 3

1、路面对汽车激励建模研究的现状 ..................................

轨交车辆动力学

第六章 车辆动力学车辆动力学是对车辆与线路之间及车辆之间相互耦合作用的复 杂动力作用过程机理进行系统研究，并据此提出车 辆及列车关键结构和参数的一门学科。

主要研究的问题研究和确定车辆在导向线路上安全和平稳运行的条 件。 研究车辆结构、走行悬挂系统、牵引驱动装置、连 接与缓冲装置等机构的结构与参数。 研究车辆各部件的动载荷特征。

轨交车辆动力学

第一节 引起车辆振动的原因及基本振动型式一、车辆振动的型式 伸缩：沿x轴的纵向振动 浮沉：沿z轴的上下振动 横摆：沿y轴的振动。 侧滚：在横断面内的转动 摇头：沿水平面的转动 点头：纵向立面中的转动 车体的横摆与侧滚形成了两个耦合振型：绕车体重心上方某滚心运动的为上心滚摆； 绕车体重心下方某滚心运动的为下心滚摆。

摇头与滚摆属于横向振动范畴， 浮沉、点头为垂向运动范畴， 伸缩则为纵向振动。

轨交车辆动力学

车体的空间振动

轨交车辆动力学

二、激起车辆振动的线路原因

轨道不平顺的4种类型 (a)高低不平顺； (b)水平不平顺和轨距不平 顺； (c)方向不平顺

轨交车辆动力学

轨道随机不平顺的表示

——50kg重钢轨的有缝轨道 ……50kg重钢轨的无缝轨道

轨道高低不平顺的功率谱密度函数示例

轨交车辆动力学

三、车辆的自

新型转向架Syntegra

[德国]A．Jockel等

概述

Syntegra新型牵引电动机转向架的设计构思，是由西门子公司运输部研究完成的。这种转向架在很多方面不同于传统的转向架。它集牵引和制动功能为一个系统，减轻了转向架总质量，提高了可靠性和效率，降低了使用寿命期间内的费用。

目前，在市郊列车和地铁列车所使用的机车车辆的转向架中，电力设备是安装在车体之下的。在使用的牵引传动装置中有三相逆变器，用来给2～4台120～300 kW的异步牵引电动机供电。为了传递由牵引电动机至轮对的牵引转矩，必须使用复杂的变速机构及相应的中间元件。这样就造成了转向架成本的增加，而且又降低了传递效率。这类变速机构也是产生噪声和造成润滑油泄漏的主要原因．同时也增加了技术保养的难度。

不仅如此，异步牵引电动机固然有着不容置疑的优点(这也正是它们得到广泛应用的原因)，但是它们也有一定的缺点。如启动转矩太大。这就造成牵引传动部件不得不额外增大其强度。由于电感很小，这就能够在逆变器中造成脉冲式启动转矩和在低速范围内产生很强的噪声。因为转子磨损大，此时水冷式定子的电动机密封性就很难保证。

为了传递转矩，可以采用2种类型的牵引传递方式：

1)当牵引电动机安装在转向架