轨道交通车辆动力学基础(一)

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。
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.wk.baidu.com道的垂向变形
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）
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。
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：
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:
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
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
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
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
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
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。
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、右两轨轨顶面（常用四个点确定）相 对于相应的轨道平面的扭曲状态，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)