铁道车辆动力学性能

车辆动力学基础第一章1．车体在空间的位置由6个自由度的运动系统描述。

浮沉、摇头、点头、横摆、伸缩、侧滚2．轴重：铁道车辆的轴重是指车辆每一根轮轴能够承受的允许静载。

3．轴距：是指同一转向架下两轮轴中心之间的纵向距离。

4．轴箱悬挂：是将轴箱和构架在纵向、横向以及垂向联结起来、并使两者在这三个方向的相对运动受到相互约束的装置。

5．中央悬挂：是将车体和构架/侧架联结在一起的装置，一般具有衰减车辆系统振动、提高车辆运行平稳性和舒适性的作用。

6．曲线通过：曲线通过是指车辆通过曲线时，曲线通过能力的大小，反映在系统指标上，主要表现为车辆轮轨横向力、轮对冲角以及轮轨磨耗指数等的大小上。

7．自由振动：是指在短时间内，由于某种瞬间或过渡性的外部干扰而产生的振动，其振动振幅如果逐渐变小，该系统将趋于稳定；相反，若振幅越来越大，则系统将不稳定。

第二章1．车辆的动力性能主要包括运行稳定性（安全性）、平稳性（舒适性）以及通过曲线能力等。

2．车辆脱轨根据过程不同大体可分为爬轨脱轨、跳轨脱轨、掉道脱轨。

3．目前我国车辆部门主要采用脱轨系数和轮重减载率两项指标。

4．当横向力作用时间t小于0.05s时，用0.04/t计算所得的值作为标准值。

5．不仅仅依靠脱轨系数来判断安全性的原因：（1）轮重较小时与其对应的横向力一般也较小，计算脱轨系数时受到轮重和横向力的测量误差的影响就较大，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限界值；另一方面，单侧车轮轮重减小时，另一侧车轮轮重一般会增大，此时极小的轮对冲角变化会导致较大的横向力，从而加大了脱轨的危险性。

（3）根据多次线路试验来看，与其说脱轨系数值较大容易导致列车脱轨，还不如说轮重减少的越多越容易导致列车脱轨。

6．评价铁道车辆乘坐舒适性最直接的指标就是车体振动加速度。

第三章1．轮对的组成：轮对由一根车抽和两个相同的车轮组成。

技术装备铁路货车动力学性能试验标准对比王鼎，苗晓雨，熊芯（中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所，北京100081）摘要：随着我国铁路货车提速，机车车辆动力学性能评定和试验鉴定需使用改进的试验方法，以提高试验质量。

对比GB/T 5599—1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》与GB/T5599—2019《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》的异同点，从试验条件、评定指标和测试数据处理等方面，将动力学性能试验数据分别按照2个标准中的试验方法进行数据处理，对处理后的结果进行对比分析，包括运行稳定性、运行品质、运行平稳性对比分析，并对货车动力学性能试验提出建议。

关键词：铁路货车；动力学性能；性能试验；标准对比；试验数据中图分类号：U266.2 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2023）08-0082-09DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2023.05.25.0040 引言GB/T 5599—2019《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》（简称2019版标准）于2019年12月10日发布，2020年7月1日正式实施，代替了GB/T 5599—1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》（简称1985版标准）［1-2］。

2019版标准在1985版标准的基础上，对动力学性能试验评定指标等级限值、数据处理方法以及采样要求进行修改。

30多年来，我国铁路货车的动力学性能指标执行1985版标准，由于该标准制定时铁路货车的运行速度较低，在近几年铁路货车提速、提高轴重的大背景下，有必要使用改进的试验方法以提高试验质量［3-5］，更好地服务于货车行业的发展。

2019版标准改进后的试验方法与1985版标准有何区别，以及2019版标准动力学性能的评定方式对铁路货车动力学性能的评价有哪些影响，值得进行对比分析研究。

首先从试验条件、试验方法、数据处理方法等几方面对2019版标准和1985版标准进行对比；其次详细分析2019版标准动力学性能的评定方法对铁路货车动力学性能评价的影响；再次使用动力学性能试验实际数据分别按照2个标准的数据处理方法进行数据处理，并对得到的结果进行对比分析，最后提出更有利于2019版标准实施的建议。

地下铁道车辆动力学模型研究引言地下铁道车辆动力学模型的研究一直是轨道交通领域中的重点问题之一。

车辆的动力学模型不仅能够揭示车辆的动力学特性，还能为车辆的安全控制和优化设计提供重要的理论支持。

本文将从车辆的悬挂系统、车辆的能量转换以及车辆运动学三个方面，对地下铁道车辆动力学模型进行详细的研究。

第一章悬挂系统模型地下铁道车辆的悬挂系统是车辆动力学的重要组成部分。

其主要作用是保证车辆在运行过程中的平稳性和稳定性。

目前，常用的地下铁道车辆悬挂系统主要分为悬挂式和刚性式两种。

其中悬挂式是通过悬挂系统将车体和轮对分离，从而减少车体受到的震动和振动；而刚性式则是将车体和轮对连在一起，通过传动系统传递动力。

对于悬挂式车辆，其悬挂系统的动力学模型主要包括弹簧-阻尼模型和蠕动模型两种。

其中弹簧-阻尼模型是通过弹簧和阻尼来模拟车辆在运行过程中受到的力和阻力；而蠕动模型则是通过蠕动函数来模拟车辆车体在悬挂系统的作用下的运动过程。

这些模型可以用于优化车辆的悬挂系统设计和预测车辆的运动特性。

第二章能量转换模型地下铁道车辆能量的转换是车辆动力学的另一个重要组成部分。

能量的转换主要是指车辆运动过程中车辆的动能和势能之间的相互转换。

在车辆加速和减速过程中，车辆的动能和势能分别发生变化，这些变化可以用能量转换模型来描述。

对于地下铁道车辆的能量转换模型，则主要包括动能和势能两种形式。

其中动能的转换是通过牵引系统和制动系统来实现；而势能的转换则是通过车辆的升降机系统来实现。

这些模型可以用于优化车辆的能量转换效率和预测车辆在不同工况下的能量变化。

第三章运动学模型地下铁道车辆的运动学模型是揭示车辆运动过程中的位置、速度、加速度等动力学变量的重要手段。

这些变量对于车辆的安全性和运行效率都具有重要的影响。

因此，建立准确的运动学模型是优化车辆设计和车辆运行控制的关键。

对于地下铁道车辆的运动学模型，则主要包括平动模型和转动模型两种。

其中平动模型主要用于描述车辆在直线段上的运动特性；而转动模型则主要用于描述车辆在弯道上的运动特性。

铁路车辆的轨道动力学性能研究铁路交通作为一种重要的交通方式，对于整个国家的经济发展和人民生活起着至关重要的作用。

在铁路系统中，车辆的轨道动力学性能是影响列车运行安全与舒适性的重要因素之一。

因此，对铁路车辆的轨道动力学性能进行深入研究，对于提高铁路系统的运行效率和安全性具有重要意义。

一、轨道动力学性能的定义和影响因素在铁路系统中，轨道动力学性能是指车辆在轨道上行驶时所表现出的稳定性、舒适性和安全性等特性。

它受到多个因素的影响，包括列车的速度、曲线半径、轨道的几何形状、轨道的弯曲半径、弯道半径变化率、线路高程起伏等。

二、轨道动力学性能测试与评估方法为了研究铁路车辆的轨道动力学性能，需要采用一定的测试与评估方法。

常用的方法包括实际线路试验、模拟仿真试验和理论计算等。

1. 实际线路试验：实际线路试验是最直接、最真实的测试方法之一，即在实际的铁路线路上设置测试装置，通过对列车的运行状态进行监测和数据采集，得到真实的轨道动力学性能数据。

这种方法的优点是结果准确可靠，但需要占用大量时间和资源。

2. 模拟仿真试验：模拟仿真试验是通过建立合适的仿真模型，对车辆在不同行驶条件下的动力学性能进行模拟与分析。

这种方法的优点是成本低廉，可以快速获得测试结果，但对于模型的准确性和仿真参数的选择需要特别注意。

3. 理论计算：理论计算是一种基于数学模型和物理规律的方法，可以通过解析解或数值解的方式，通过计算得到车辆在不同条件下的轨道动力学性能。

这种方法的优点是计算结果准确度高，但对于复杂的系统和边界条件模拟较为困难。

三、轨道动力学性能调控与改进方法为了提高铁路车辆的轨道动力学性能，需要针对性地进行调控与改进。

具体方法包括：1. 设计合理的轨道几何形状：合理的轨道几何形状可以降低车辆在弯道行驶时的滚动倾覆和偏心力，提高列车的稳定性和舒适性。

因此，轨道设计应考虑列车运行速度、曲线半径等因素，并采取适当的几何形状来满足车辆的动力学要求。

铁道客车及动车组模态试验方法及评定以铁道客车及动车组模态试验方法及评定为标题的文章铁道客车和动车组是现代铁路交通的重要组成部分，为了确保其运行安全和性能可靠，需要对其进行模态试验和评定。

本文将介绍铁道客车及动车组模态试验的方法和评定过程。

一、铁道客车及动车组模态试验方法1. 试验目标和内容铁道客车及动车组模态试验的目标是评估车辆的振动特性和动力学性能，包括车体的固有频率、振型、阻尼比等。

试验内容主要包括静态试验和动态试验两部分。

2. 试验装置和设备为了进行模态试验，需要准备相应的试验装置和设备。

静态试验主要使用试验台和测力传感器等设备，动态试验则需要使用振动台、激振器、加速度传感器等设备。

3. 试验步骤模态试验一般分为准备工作、试验准备、试验执行和数据处理四个步骤。

准备工作包括确定试验方案、选择试验装置和设备，制定试验计划等。

试验准备阶段需要进行试验装置的校准和试验设备的安装调试。

试验执行阶段是实际进行试验的过程，需要按照试验方案进行振动激励、数据采集等操作。

数据处理阶段是对试验数据进行分析和评定，得出相应的结论。

二、铁道客车及动车组模态试验评定1. 试验数据处理试验数据的处理是模态试验评定的重要环节。

首先需要对试验数据进行滤波处理，去除噪声干扰。

然后进行傅里叶变换，将时域数据转化为频域数据。

接着进行频谱分析，得到车体的固有频率和振型等信息。

2. 评定指标铁道客车及动车组的模态评定主要包括以下几个指标：固有频率、振型、阻尼比和模态质量等。

固有频率是车体固有振动的频率，是衡量车体刚度和质量分布的重要指标。

振型是车体在不同频率下的振动形态，可以直观地反映车体的振动特性。

阻尼比是衡量车体振动衰减能力的指标，越大表示振动衰减越快。

模态质量是指车体在不同频率下各模态的质量分布，可以反映车体结构的合理性和均匀性。

3. 评定结果根据试验数据处理和评定指标，可以得出铁道客车及动车组的模态评定结果。

评定结果可以用来指导车体设计和改进，提高车辆的运行安全性和舒适性。

第一部分开行重载列车，就机车车辆本身来讲，重载列车技术涵盖牵引性能、制动系统性能、列车纵向动力学性能、机车车辆动力学性能、机车车辆及其零部件强度以及合理操纵方法等众多方面。

而重载列车的通信、纵向冲击力和长大下坡道的循环制动问题是开行重载列车的三大关键技术。

而这三大技术其实就是制动系统的三大难题。

下面就以制动系统来分析。

1.重载列车制动系统的关键技术制动系统对列车运行安全具有举足轻重的重要作用，随着铁道技术的不断进步，已出现了多种制动方式，但对货物列车而言，空气制动仍是最基本的制动作用方式。

众所周知，货物列车空气制动作用的制约因素甚多，列车长度就是主要影响因素之一。

我国重载列车的发展始于20世纪80年代，至今列车编组重量已由5 000t级提高到2万t以上，编组辆数从62辆增加到210辆之多，列车最大长度已达2·6 km以上，导致空气制动作用条件严重恶化。

1.1制动空走时间和制动距离影响货物列车紧急制动距离的主要因素除制动初速、线路条件(坡道)、列车制动率(每百吨重量换算闸压瓦力)和闸瓦性能以外，还有影响空走距离的空走时间，后者主要与列车长度或编组辆数有关。

笔者在根据上述因素编制我国《铁路技术管理规程》中的制动限速表时，对货物列车考虑的列车编组条件为5000t级以下，由于重载列车编组辆数的增加，必然导致制动空走时间和距离相应增加,加上长大列车压力梯度对后部车辆制动力的影响，因此该限速表不适用于重载列车。

对于重载列车，其制动力应比普通列车高，以保持和普通列车同等的制动距离。

1.2充气作用和长大下坡道的运行安全列车空气制动后的再充气时间随编组辆数的增加而呈非线性的增加。

重载列车需要有比普通列车长得多的再充气时间，因此，在长大下坡道多次循环制动作用时对司机操纵方法特别是再充气时间的要求更高。

1.3减轻列车纵向动力作用货物列车在纵向非稳态运动过程中产生的纵向动力作用不仅是导致断钩、脱轨等重大事故的主要原因，也是破坏货物完整性和加速机车车辆装置疲劳破坏的重要因素。

高速铁路车辆动力学性能分析及优化设计一、引言高速铁路的快速发展，使得高速铁路车辆动力学性能的研究与优化设计成为当前的热点领域。

车辆动力学性能的好坏直接影响高速铁路的安全性、运行速度和运输能力。

因此，对高速铁路车辆动力学性能进行分析与优化设计具有重要的意义。

二、高速铁路车辆动力学性能概述车辆动力学性能是指车辆行驶中所表现出的各种动态特性，主要包括车辆悬挂、动力系统、制动系统、运动稳定性等。

对于高速铁路车辆而言，其车辆动力学性能的主要特点包括：1. 悬挂系统高速铁路车辆的悬挂系统设计要求高，以满足高速行驶时的舒适性和稳定性，同时确保列车在曲线通过和坡度变化时具有足够的稳定性。

悬挂系统中常用的主要元件包括弹簧、减振器、防侧倾机构及动力传动系统等。

2. 动力系统动力系统是实现高速铁路列车行驶的核心部分，主要包括电机、齿轮传动系统、转向架、制动器、传动轴和轮轴等。

对于高速列车而言，其动力系统的设计要求高性能、高可靠性、低噪声和高效能。

3. 制动系统制动系统是保证列车行驶安全的重要部分，主要包括空气制动系统、电力制动系统、再生制动系统和摩擦制动系统等。

对于高速列车而言，其制动系统的设计要求具有短制动距离、低制动噪声、高制动性能和高可靠性等特点。

4. 运动稳定性高速铁路列车的运动稳定性对于行车安全和舒适性有着至关重要的影响。

在高速行驶过程中，列车遇到的空气动力学和轨道几何学的影响会对列车的稳定性产生重要影响，并且过渡曲线和移向力也会对车辆的稳定性产生影响。

三、高速铁路车辆动力学性能分析方法1. 实验测试法实验测试法是目前高速铁路车辆动力学性能分析的主要方法之一。

利用测力、加速度、压力、位移等传感器对车辆的响应进行测试，从而获取车辆动态特性的数据。

通过对实验数据进行分析，可以获得车辆动力学性能的参数。

实验测试法的优点是能够获得较实际的车辆运行数据，但其缺点是依赖于试验条件和测试水平，而且测试成本较高。

2. 模型建立与仿真法模型建立与仿真法是利用计算机来模拟车辆行驶过程的方法。

铁道车辆动力学研究和发展摘要：随着铁路运输的发展，特别是进入高速化和重载化阶段以来，为了提高车辆的各种动力性能，国内外不断加强铁道车辆动力学的理论和试验研究，并提出了更多更新的课题。

本文阐述了车辆动力学理论模型，车辆动力学性能评价指标及其分析技术。

在此基础上，提出了今后铁道车辆动力学研究的趋势及发展方向。

关键词：车辆动力学车辆/线路系统The Research and Development of Railway Vehicle Dynamics Abstract：A With the development of railway transport, especially since entering the stage of high-speed and heavyload, in order to improve the dynamic performance of the vehicle, at home and abroad continue to strengthen the theoretical and experimental study of the dynamics of railway vehicles, and more updated topics. This paper describes the vehicle kinetic theory model, the vehicle dynamics performance evaluation and analysis technology. On this basis, the future development direction of vehicle dynamics research.Key words：Vehicle Dynamics Vehicle/ System0 前言随着铁路运输的快速发展，要求铁路必须在保证安全的前提下，增加货物列车的重量，提高客运列车的速度以及运行品质。

动车组动⼒学性能暂规动⼒学性能试验鉴定⽅法及评定标准⽬次1范围................................... 错误!未定义书签。

2术语和定义............................. 错误!未定义书签。

3车辆坐标系.............................错误!未定义书签。

4总则................................... 错误!未定义书签。

5试验条件............................... 错误!未定义书签。

6测量参数............................... 错误!未定义书签。

7评定指标............................... 错误!未定义书签。

8评定指标限度值 ........................ 错误!未定义书签。

前⾔为2004年采购200km/h电动车组，特制定本《200km/h电动车组动⼒学性能试验鉴定⽅法及评定标准》。

本规定制定中曾参考了以下⽂献：——《GB5599 铁道车辆动⼒学性能评定和试验鉴定规范》——《TB/T2360 铁道机车动⼒学性能试验鉴定⽅法及评定标准》——《UIC518 铁道车辆试验与鉴定》——《UIC513 铁道车辆旅客振动舒适性评定指南》——《prEN 14363 铁路应⽤—铁路机车车辆运⾏特性验收试验—运⾏特性试验和静态试验》本⽂件由铁道部科学研究院车辆研究所负责起草。

动⼒学性能试验鉴定⽅法及评定标准1范围1.1本标准规定了采购200km/h电动车组在中国铁路线路上进⾏动⼒学性能试验鉴定的⽅法和评定标准。

2术语和定义2.1铁道车辆（Railway Vehicles）在轨道线路上运⾏的车辆统称，包括机车、客车、动车组中的动车、拖车等。

2.2运⾏参数最⾼运营速度 Vlim＝200km/h铁道车辆运营的最⾼速度；单位：km/h。

地铁动车组动力学性能分析基于某型地铁动车组动力学参数，建立SIMPACK车辆动力学模型，分析了车辆的稳定性、平稳性、脱轨系数、轮重减载率4项动力学指标，并根据铁道机车车辆动力学性能评定标准和规范对该轨道车动力学性能作了全面、综合评估。

研究结果表明：该轨道车辆非线性临界速度较高，具有较大的稳定性裕度；横向、垂向平稳性指标均达到标准的优级要求；动态曲线通过安全性指标能够满足安全行车要求。

标签：地铁动车组；动力学性能；动力学计算地铁车辆运行的平稳性、稳定性和曲线通过性等是评价车辆运行状态的重要动力学指标[1]。

通过动力学软件仿真计算可以评定车辆的动力学指标，指导地铁车辆动车组的设计和生产。

1 车辆动力学模型车辆在实际运营过程中具有大量的非线性因素，其动力学计算需要借助于计算机的批量处理和专业车辆动力学处理软件。

SIMPACK的Wheel/Rail（轮轨）模块是目前世界上著名的、功能最强大的车辆系统动力学分析的数值仿真软件之一[2]。

基于车辆动车组动力学参数，利用SIMPACK软件建立了地铁动车组模型。

本文车辆模型包括轮对、一系悬挂（轴箱和一系减振）、二系悬挂整（空簧、垂向和横向减振器、抗侧滚扭杆、牵引拉杆）、车体。

轮轨接触部分，车轮踏面采用S1002，钢轨轨头型面为UIC60。

2 铁道车辆动力学评价标准2.1 临界速度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即蛇形运动。

高速时的蛇形运动表现为轮对和转向架的激烈的横向振动，它威胁到运行安全。

为此，要求车辆蛇形运动的临界速度Vc要远高于其运行速度，以保证有足够的速度裕量[3]。

2.2 Sperling平稳性指标乘客的舒适度感受也是评价车辆动力学性能的一个主要方面。

国际是常用的评价标准是车辆平稳性指标。

GB/T5599-85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》中对平稳性评定等级的界限。

2.3 曲线通过性指标2.3.1 脱轨系数脱轨系数是指作用在车轮上的横向力和垂向力的比值，用于评定防止车轮脱离轨道的指标。