《车辆构造》第七章城市轨道交通车辆动力学基础

教学设计
教学过程
教学环节教师讲授、指导（主导）内容
学生学习、
操作（主体）活动
时间
分配
组织教学师生互致问候，宣布开始上课。

学生集中注意力，
进入学习状态。

1mn
复习冷凝器的作用
学生积极参与思
考，融洽师生关系。

充分调动学生学习
的积极性和兴趣。

4min
新授知识第一节引起车辆振动的原因
学生积极思考老师
提出的问题，并做
回答。

认真听讲，并做就
好课堂笔记。

35min
第二节轮轨接触及滚动原理
二、轮轨接触蠕滑关系
1.粘着区和滑动区
2.蠕滑与蠕滑率
3.蠕滑力。

《城市轨道交通车辆基础》课程教学大纲
一、课程概述
本书紧扣职业教育的特点和要求，结合职业院校城市轨道交通专业的教学实际进行编写，对城市轨道交通车辆各部件进行了较全面的介绍，主要内容包括城市轨道交通车辆概述、车体、车门、转向架、车辆连接装置、电力牵引系统、制动与供风系统，以及空调系统。

本书内容选取以“适度够用”为原则，坚持理论与实践相结合，力求实用，突出技能培养，语言简洁明了，文字通俗易懂，具有较强的针对性。

二、教学目标
1、熟练掌握城轨车辆的类型,理解车辆编号及车辆相关标识。

2、掌握车体结构及材料,了解铝合金车体的性能及轻量化结构特点。

3、掌握城市轨道车辆转向架的组成及结构,各结构部分的功能、特点。

4、掌握车门系统的组成、控制原理及控制过程。

5、掌握车辆连接装置的组成及结构特点,理解各部分之间的相互关系。

6、掌握受电弓的工作原理及控制方法。

三、最低课时安排
《城市轨道交通车辆基础》课程最低总计学习课时为144课时。

各章节最低课时安排如下表所示：
四、教学内容
我们对本课程的具体授课内容会提供PPT，并在PPT中标明知识点讲述要点，详细内
容请参考PPT。

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。

思考与练习1（1） 城轨车辆有哪些基本种类？试述其基本结构。

答：有地铁、轻轨、独轨、新交通系统、磁悬浮等。

其基本结构有：车体、转向架、牵引缓冲连接装置、制动装置、车辆设备等五部分。

（2） 什么是车辆的技术参数？主要有哪些参数？举例说明重要参数的作用。

答：车辆技术参数是概括地介绍车辆技术规格的某些指标，是从总体上表征车辆性能及结构的一些参数，一般可分为性能参数与主要尺寸两大类。

车辆的性能参数主要有：自重、载重及容积、2.速度3.轴重、4.轴配置或轴列式、5.每延米轨道载重 、6.通过最小曲线半径、7.制动形式、8.坐席数及每平米地板面积站立人数、9.冲击率、10.列车平稳性指标、车辆的主要尺寸：（1）车辆长度。

（2）车辆最大宽度。

（3）车辆最大高度。

（4）车辆定距。

车（5）固定轴距。

（6）车钩中心线距离钢轨面的高度。

（7）地板面高度。

（3） 城轨车辆是如何编组的？请举例说明某种编组方式的优、缺点。

答：城轨交通车辆中，动车M 和拖车T 通过车钩连接而成的一个相对固定的编组称为一个（动力）单元，一列列车可以由一个或几个（动力）单元编组而成。

目前，我国城轨交通车辆列车编组比较普遍是的6辆编组或4辆编组，还有一些城市的大运量地铁的车辆采用8辆编组。

6辆编组的主要有“3动3拖”和“4动2拖”，4辆编组的主要有“2动2拖”。

举例：西安地铁1、2号线列车均采用“3动3拖”的编组形式，编组表达式为==c p p c T *M *T *M *M *T而西安地铁3号为增加动力，则采用“4动2拖”的编组形式，编组的表达式为 ==c p p c T *M *T *M *M *T式中，c T 表示有司机室的拖车；p M 表示带受电弓的动车，空气压机装在p M 车；M 表示不带受电弓的动车； T 表示不带司机室的拖车，空压机装在p M 车。

（4）为什么要对车辆进行标识？如何对车辆进行标识？答：城轨车辆的一般都有固定标识编号，标识编号在使用期间不会发生任何改变，直至此车报废，这个标识编号主要是为了明确城轨车辆的制造商和运营商等信息。

项目1 车辆基础知识1.简要说明城轨车辆基本类型、主要特点。

答：按车体宽度和驱动方式分类城市轨道交通车辆按车体宽度和驱动方式可以分为两类、六种车型。

（1）粘着牵引系统。

①A、B型车，车体宽度为3.0 m、2.8 m的四轴系列车型。

②C、D型车，车体宽度为2.6 m，车地板不同高度的铰接车系列车型。

③单轨胶轮车，车体宽度为3.0 m的跨座式单轨胶轮系列车型。

（2）非粘着牵引系统。

L型直线电机车辆系列。

.按车辆的牵引控制系统分类城市轨道交通车辆按车辆的牵引控制系统可以分为交流变压车和变频车。

.按车体材料分类城市轨道交通车辆按车体材料可以分为不锈钢车、铝合金车和耐候钢车。

.按受电方式分类城市轨道交通车辆按受电方式可以分为受电弓车、受流器车、受电弓加受流器车。

按电压等级分类城市轨道交通车辆按电压等级可以分为直流1 500 V和直流750 V。

2．简要说明城市轨道交通车辆的基本组成。

答：城市轨道交通车辆主要由以下几部分组成：1.车体车体是城市轨道交通车辆的基础框架和主体，其主要作用是运载乘客，为司机提供驾驶空间，承受车辆各种载荷，安装传动机构、电气设备和服务设施。

2.转向架转向架是城市轨道交通车辆的走行装置，安装在车体与轨道之间，用来牵引和引导车辆沿轨道行驶，承受、传递车体与轨道之间的各种载荷并缓和其动力作用，是保证车辆运行品质的关键部件。

3.牵引缓冲连接装置城市轨道交通列车的编组必须依靠车钩和贯通道。

其中，车钩是用来连接车辆，传递纵向力的装置。

4.制动装置制动装置是保证列车运行安全必不可少的装置。

不管是动车还是拖车都设有制动装置，它可以保证运行中的列车按需要减速或在规定的距离内停车。

5.车辆设备车辆设备包括服务于乘客的设备和服务于车辆运行的设备。

6.车辆电气系统车辆电气系统包括车辆上的各种电气设备及其控制电路。

按其作用和功能可分为主电路系统、辅助电路系统和电子与控制电路系统。

3.简述城市轨道交通编组方式，并举例说明。