大连交通大学硕士车辆系统动力学知识点精华

1、基础题一、车体运动的六种形式是什么？沿着XYZ轴的三个平移运动分别称为伸缩、横摆、浮沉。绕着XYZ轴的回转运动分别称为侧滚、点头和摇头。二、单节车辆动力学与整列车的动力学的研究的模型有什么不同？1单节车辆动力学包括：垂向与横向动力学模型（研究对各种轨道不平顺的响应），横向稳定性模型（眼镜车辆蛇形运动特性和临界），曲线动过模型（分析通过曲线是轮对偏移和轮轨作用力）2整列车动力学模型包括：列车纵向动力学模型；列车横向动力学模型；列车垂向动力学模型。动力学研究问题范畴：响应问题（在不平顺和通过曲线是引起的）和稳定性问题（不同运行工况引起的）动力学模型的要求：模型的结构必须是可靠的；模型的各个参数必须

2、的准确的。三车辆动力性能有哪几种？各用什么指标描述？1运行平稳性；德sperling平稳性指标；国际联盟UIC指标2运行稳定性：包括：防止蛇形运动稳定性（临界速度要远高于运行速度）；防止脱轨稳定性（脱轨系数Q/P,轮重减载率？P/P）;车辆倾覆稳定性（倾覆系数D=P动载荷/P静载荷）。3通过曲线的能力：磨耗指数四：轨道不平顺有哪几种？1几何性轨道不平顺：垂向不平顺（轨道在同一轮载作用下沿长度方向高低不平）；水平不平顺（左右轨对应点高度差）；方向不平顺（左右轨横向平面内弯曲不直）；轨距不平顺（左右两轨横向平面内轨距偏差）2周期性轨道不平顺：钢轨接头处等3随机性轨道不平顺4局部轨道不平顺：曲线顺坡

3、轨距变化；过道岔；钢轨局部磨损；路基隆起和下沉。五：轮轨接触几何参数有哪些？引起车辆振动的原因有哪些？什么是自激振动？左右车轮的实际滚动圆半径；左右轮轨接触点处的车轮踏面曲率半径；左右轮轨接触点处的钢轨截面曲率半径；左右轮接触点处的接触角；轮对侧滚角；轮对中心的垂向位移。原因1与轨道有关的激振因素：钢轨接头处的轮轨冲击；轨道的垂向变形；轨道的局部不平顺；轨道的随机不平顺；2与车辆自身结构的激振因素：车轮偏心；车轮不均重；车轮踏面擦伤剥离；锥形踏面轮对的蛇形运动自激振动：指一个系统在运动中，如果引起振动的激振源是由于系统结构本身所造成，而不是由于外界强迫输入的，当运动停止时，这种激振力也就随之消

4、失，那么这种振动就称为自激振动。六：为何轮缘根部圆弧最小半径钢轨肩部圆弧半径？相等行么？相反行么？当轮对相对于轨道的横移量不大时，对产生一点接触，当横移量过大时，不可避免的会出现两点接触。圆弧最小半径钢轨肩部圆弧半径，使得轮对具有较大横移量，即轮缘根部移动到轨肩时，也不出现会两点接触，出现两点接触的可能性降低，能减少轮轨磨耗。七：什么是踏面斜度与等效斜度？有何区别？等效斜度直接影响车辆的什么性能？锥形踏面的车轮在滚动园附近作一斜度为入的直线段，当轮对中心离开对中位置，有一横移量为y时候，左右轮的实际滚动圆八一七十人，则的可得出踏面斜度。对于纯锥形踏面，踏面斜度入恒为常数。对于磨耗型踏面，踏面由

5、多段弧组成，踏面斜度入随着轮对横移量yw的改变而改变，入不再为一个恒定常数，因rR_rL一'e-此在计算时候，要取的等效值，此等效值定义为踏面等效斜度。2yw等效斜度直接影响车辆曲线通过性能八：轮对低动力设计有哪些方法？1减小簧下质量（空心轴、小轮径车轮、薄车轮）2采用合理的车轮踏面3采用弹性轮对4严格控制车轮质量九：什么是蠕滑？蠕滑产生的条件是什么？什么是蠕滑率、蠕滑力、与蠕滑系数？他们有怎样的关系？由于轮轨间产生的相对位移，车轮滚动时走过的距离将比纯滚动时小，这一现象叫蠕滑。条件：轮轨接触形成接触斑，轮轨间有运动或者相对运动趋势，接触斑上产生切向力。蠕滑率其实就是车轮相对钢轨在各方

6、向的相对滑动率。分为3种：纵向蠕滑率、横向蠕滑率、自旋蠕滑率。纵向蠕滑率=（车轮实际前进速度-纯滚动前进速度）/纯滚前进速度横向蠕V#率=（车轮实际横向速度-纯滚动横向速度）/纯滚前进速度由图可以看出，当车做纯滚动时，没有蠕滑力，纵向蠕滑力T与蠕化率v之间的关系不是完全线性的，v较小时，两者的关系才是线性的，OA斜率为蠕滑系数f,T=-fVo当车轮超过具有最大的蠕滑力B点时车轮开始滑动，由于静摩擦系数大于动摩擦系数，所以T下降。岫1*动，羔事*清充十：什么是蛇形运动？什么是蛇形运动的临界速度？减轻蛇形失稳有什么要求？如何通过特征根判定蛇形失稳?具有一定形状的锥形踏面的轮对，沿着平直钢轨滚动时，

7、它会产生一种特有运动一一轮对一面纵向移动，一面又绕通过其重心的铅垂轴转动，这两种运动的耦合就是轮对的蛇行运动。车辆蛇形运动的某个速度下，只有一个振幅的幅值既不扩大也不衰减，其他振幅均成衰减或扩大，此时的速度为车辆蛇形运动的临界速度Vcr。简单来说，蛇行运动由稳定运动过渡到不稳定运动时的速度就称为临界速度。小于临界速度车辆是稳定的，大于临界速度车辆就失稳定。减轻要求：1车辆蛇形运动的临近速度Vcr要远大于其实际运行速度。2车辆各种振动在起运行速度范围内应有足够的阻尼，一般取阻尼在其临界值得0.10.2a表示振幅变化的规律，a<0是稳定的，a>0失稳，a=0处于临界状态十、影响整车蛇形

8、运动稳定性的因素？改善蛇形稳定性的措施？因素：轮对定位刚度；轮对踏面斜率；摇头复原弹簧刚度与与阻尼系数；转向架固定轴距与质量；转向架惯性矩；蠕滑系数。措施：选择合理的轴箱定位刚度；合理的车轮踏面斜率；适当选择合理的二系特征根实数,J,八一复数士®符号a<0aa<0aiaiy稳定性渐近稳定不稳定渐近稳定临界情况不稳定运动kkk“一Linn1发散运动非周期隆衰减运动非周期隆发散运动衰减运动稳态运动悬挂刚度；合理设置抗蛇形减震器与横向减震器；适当选择转向架轴距；选择合理的轮对与轴箱、轴箱与构架之间的水平间隙；减小转向架惯性矩；等。卜一、什么是重载铁路？重载铁路与重载列车最关键的

9、问题根源是？当重载列车制动时,从纵向动力学角度解释最大压钩力和最大拉钩力的形成。列车重量不小于8000吨；轴重27吨以上；长度不小于150Km线路上年运量不低于4000万吨。两个问题：1重载列车纵向作用力增加（制动性能以及钩缓零部件一系列问题）2列车与铁路垂向作用力增加导致轮轨关系恶劣磨耗加剧（尤其曲线）。制动信号从机车发出后，列车前部依次产生制动力并开始减速，立即引起后续车辆向前涌动产生车钩压缩力。前部车量产生的制动力越多，对后车阻挡力越强，最大压钩力逐渐向后车移动并逐渐增大，因此车辆中后部某位置产生最大压钩力。当解缓时，此时列车最后部仍在制动力下减速，车辆前部开始松钩，引起拉钩力向后车传递

10、，这样产生的拉钩里逐步从列车前部到中部传递并逐渐增大，在中部某位置产生车最大拉钩力。因此在制动工况、牵引工况、解缓工况出现较大车钩力。拔高题：一、德sperling平稳性指标与欧UIC舒适性指标的相同点与不同点？德sperling平稳性指标测点位于转向架中心上方，横向1m的车体地板上（白点），再对测得的垂向和横向加速度进一.“411、行傅里叶变换得到幅频特性，与频率有关的修正系数加权计算得到平稳性指标W="HMVI;I,各个频率段叠加起来总的平稳性W*=（+叱阳萃W<2.5为平稳性优。UIC舒适性测点为3点（黑点），测得三点的横向纵向和垂向加速度，把一段测量时间分成若干个数据段

11、，对每个数据段进行傅里叶变换和加权计算，得到每个方向最大速度的95%带入下公式计算,NMV<1为最佳舒适性。不同点：测量点和测量的加速度不同；计算方法不同；评价方法的等级不同。二、脱轨系数与轮重减载率如何计算？目前国内规定高速车对这两项的安全指标是多少？Q_tan_1-''1脱轨系数的公式如下：P-1+以也门叫中Q、P分别为轮轨横向力和轮轨垂向力，a为车轮轮缘角。轮缘角越小，摩擦系数越大，越安全。国标规定高速车Q/P<0.8。-PJPrPl/22轮重减载率PPst，衡量一侧车轮减载过大而导致脱轨。？P为一侧车轮轮重减载量，P为左右轮均重。高速列车要求动态轮重减载率&

12、lt;=0.8三、为什么降低簧下质量、使用弹性车轮能大大提高轮对动力学性能？降低簧下质量，能降低轮轨间作用力，F=m?V/?t,减小簧下质量m,轮轨间冲击力F相应减小。增大车轮弹性，冲击速度？V减少，作用时间t延长，轮轨冲击力降低。降低簧下质量，能抑制轨道下沉变性，减少轮轨垂向附加载荷，有利于减少轮重减载率，提高运行速度和品质。四、与锥形踏面相比，磨耗型踏面有哪些优缺点？踏面斜度如何影响车辆动力学性能？磨耗型踏面优点：有利于提高车辆的曲线通过性能；磨耗中形状稳定，磨耗量小延长使用寿命；同轮轨接触应力下容许更高的轴重；磨耗型踏面接触角差变化较大、滚动半径差变化较大，可以使外部激扰输入车体的能量较

13、少。缺点：采用磨耗型踏面蛇形运动的波长短、频率较高，在抑制蛇形运动与抑制车体振动不如锥形踏面。具有一定踏面斜度的踏面便于曲线通过：过曲线时候、外侧车轮滚动半径大走过路程长，可以减小过曲线的运行阻力，减轻轮轨磨耗。增大踏面斜度有利于通过更小的曲线半径。具有一定踏面斜度的踏面便于自动对中：车辆直线运行时，车辆中心线与轨道中心线不一致时，车轮会产生横向力向另一侧横移，达到自动纠正偏离的效果。同时使两轮的磨耗比较均匀。五、我国与欧日都采用轮缘厚度32mm和钢轨标准轨距1435mm。但欧日轮对内侧距为1360mm，国内轮对内侧距1353mm,求我国与欧日的单侧轮轨间隙各是多少？并说明这两种轮对内侧距离的

14、设置和有什么优缺点。我国单侧轮轨间隙(1435-1353-32-32)/2=9mm设置轮轨内侧间隙有利于安全通过曲线、辙叉。我国间隙较宽，不容易发生轮缘与钢轨的接触和贴靠现象，有利于减少轮缘与钢轨的磨耗，减少轨道养护维修费用。同时会使车辆横移范围加大，蛇形运动的波长变长，横向稳定性变差，影响乘坐舒适性。欧日单侧轮轨间隙(1435-1360-32-32)/2=5.5mm轮缘与钢轨的磨耗较大，线路维护成本高。六、什么是重力刚度重力角刚度？他们的作用效果是什么？轮对有横移时，其横向复原力和横移量之比称为轮对等效重力刚度。重力刚度有使轮对回复到对中位置的作用。轮对有摇头时，其横向力对轮对产生的摇头力矩

15、和摇头角之比称为轮对等效重力角刚度。有使轮对继续产生摇头角，有继续偏离原来的方向的效果。六、分析左图TB踏面与右图LM踏面的接触关系。斜向上为左轮，斜向下为右轮。左图TB踏面：a图轮对横移量小于8mm,一点接触，且每一个轮对横移量只能找到轮对一点与钢轨接触。横移大于8mm,出现垂线，说明两点接触。b图有横移量时，钢轨接触位置几乎不变化，直至轮对横移8mm时候出现两点接触，摇头角越大越先出现两点接触，且摇头角越大两接触点的横向距离也越大，且纵向超前量也越大。右图：两个趋势差不多，但是LM踏面与TB踏面接触的不同点：LM接触点在踏面上的接触范围更宽，无摇头角的情况下两点接触不显著。两点接触之间的横

16、向距离比较小，有利于减少磨耗。钢轨接触位置变化范围也较宽。七、蠕滑与什么因素有关？既然蠕化力增加车轮运行阻力、增加了车轮磨耗，是否可以通过向钢轨轮对涂抹润滑脂的方式降低蠕滑系数？蠕滑与接触斑轮轨的曲率，车轮踏面与轨道形状，材料特性和泊松比，接触面的粗糙度和清洁度，行驶速度与轮对摇头角有关。不可以，机车的牵引力对于列车来说是动力，若摩擦系数过小会引起牵引力不足。八、蛇形运动稳定的极限环与分叉的关系。左图，在一个初始激扰后，经历几个振幅，做几次横向移动后，最后振幅衰减到0,收敛到平衡位置。(可以称为不稳定的极限环或者没有极限环，至于为啥别管了，反正最后出来环才叫稳定的极限环。但是此图描述车的运动是

17、稳定的)右图，在一个初始激扰后，经历几个振幅，做几次横向移动后，最后形成稳定的等振幅运动，并一直保持这种相对稳定状态。(形成稳定的周期性的极限环，车的运动是临界稳定的)虚线则表示不稳定平衡位置或不稳定极限环,实线表示稳定平衡位置或稳定极限环。剪头表示激扰区域与极限环的落定区关系。A点的车速定义为线性临界速度，线性临界速度只有在具有极微小激扰的理想轨道上才会出现，是系统的理想临界速度(最高速度)。初始激扰在AB段以下，极限环会落在OA段。拐点B为车辆系统等幅蛇行运动出现和消失的分界点，其车速值定义为非线性临界速度，为系统的最低临界速度。因此，对于非线性车辆系统，哪一速度出现失稳与轨道激扰密切相关

18、，实际临界速度在Va和Vb之间。图2中，初始激扰幅值在BD段以下，极限环会落在OAD段，初始激扰在BD段以上，极限环会落在BC段。九、怎样区分一次蛇形与二次蛇形，各有什么特性？并分析这个图中横向与纵向定位刚度对与蛇形临界速度的影响。一次：车体蛇形，在行车速度较低时产生，随着车速提高会消失，选择合适的悬挂参数和车轮踏面会减轻车体的蛇形运动。二次：转向架蛇形，具有锥形踏面轨道车辆的固有属性，通过优化各匹配参数可以提高蛇形临界速度，使实际运行速度与临界速度之间有足够裕量。分析：1在一定范围内提高轮对白纵向定位刚度值K1x和横向定位刚度值K1y都能提高转向架蛇行运动的临界速度Vcr。2在K1y小于8的

19、范围内，提升K1y和k1x都可使得Vcr迅速提升。3在K1y大于8时，提升K1y对Vcr影响不大，但提升K1x可以使Vcr提升，但是不能无限提升K1x,若K1x过大，Vcr可能出现下降。十、蠕滑力导向过程是什么，为什么会出现横移和摇头的反复交替？1假设由于某种原因，轮对轴线产生顺时针少转角，横移量y=0时候，过程中轮对产生横向的蠕滑力，方向指向曲线内侧，横移量y逐渐变成正值，此时产生逆时针的蠕滑力矩M,使得轮对向逆时针-少方向回转，过程中轮对产生指向曲线外侧的蠕化力。过程都是微小自动进行，直至少=0横移量y回到0。2假设由于某种原因，轮对轴线产生逆时针叫转角，横移量y=0时候。与1过程相反。过

20、程都是微小自动进行，一直至U少=0y=0.3假设由于某种原因，轮对轴线不产生小转角，但是有木It移量y=负值的时候。轮对先前从y=0运动到y=正值过程中，会产生顺时针白蠕滑力矩M,使得轮对做顺时针偏转小，由此产生的横向蠕滑力指向曲线内测，轮对向内侧移动直至y=0。在此过程中又产生逆时针的蠕滑力矩-M，使得轮对做逆时针偏转叫，过程都是微小自动进行，一直到少=0y=0.4假设由于某种原因，轮对轴线不产生小转角，但是有横移量y=正值的时候。与3相反横向蠕滑力是由轮对摇头角产生，蠕滑力矩由轮对横移产生，只要轮对一开始运动就会产生横移量y和摇头角力，轮对在横向蠕滑力和蠕滑力矩联合作用下，沿着曲线纯滚线附

21、近做微小移动，出现轮对横移和摇头的交替。十一、曲线通过性能的指标有哪些？如何提高车辆过曲线性能？试推算当r0=420mm2b=1493mmR=1000m入e=0.05时，过曲线轮对横移量y0指标：1冲角轮对前进方向与轮轨接触点钢轨切线间夹角。2轮对与轨道建的横向力；3脱轨系数，即Q/P4磨耗指数5不产生滑行提高性能白措施：1小的摇头角刚度，小的一系弹簧横向刚度2短轴距3短定距4大轴重5大踏面斜率6低车辆重心左右滚动园间的轮横向距离AB=CD=2bHF都位于纯滚线上。由几何关系OFHhCDEDE/CD=HF/OF?r/2b=r0/R,?r=rL-rR=2br0/R其中rL=r0+入yrR=r0+

22、Xy因轮对向外侧移动，加负号，得y=-bro/人R,带数据yo=-3.135mm十二、列车纵向冲动存在哪些力？列出模型。并简述减少重载列车纵向冲击的措施。FG车钩力FA运行阻力FB制动力FL牵引力或动力制动力FC阻尼力FW坡道阻力Mxn=FG4t)-FGn+1(t)-FAr(t)-FBn(t)+FLn(t)-FCn(t)-FW(t)措施：1改善列车同步制动性(ECP分组电空制动改变阀特性)2改变列车操纵方法(长大坡道采用空气制动与动力制动配合方式)3设计新型缓冲器性能4改变列车编组方式(集中式改变为分布动力式)查漏补充题:一、应用Hertz接触理论的假设前提有哪些？1接触区发生小变形2接触斑呈

23、椭圆形3相接触的物体可被看作是弹性半空间，接触面上只作用有分布的垂向压力4应力应变关系取线性5接触面充分光滑6不考虑接触面的介质，不计动摩擦影响二、GB与UIC规定的曲线通过性能指标都有哪些异同？同：GB与UIC对车辆曲线通过动力学主要校核车辆的运行安全性和车辆对轨道的作用力异：GB规定而指标：轮轨横向力；轮轴横向力；脱轨系数；轮重减载率；倾覆系数。UIC规定的指标：轮轴横向力；脱轨系数；轮轨垂向力。比较而言，UIC标准规定得更加具体，可操作性更强。三、车体振动加速的的评价标准1我国铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评价标准及高速试验列车强度及动力学性能规范均采用司机室振动加权加速度和最大振动加

24、速的有效值来评定。2司机室振动加速度主要针对我国机车平稳性等级的评定。车体最大振动加速度主要是针对我国客车和货车平稳性等级的评定。3方法：每次测6秒加速度，每段中选取最大加速度amax,每个速度等级中有m个分析段，求出m个分析段平均最大加速度四、车辆运动稳定性的评估内容？试验检测内容？和评价标准？评估内容：1蛇形失稳临界速度：包括出现失稳的临界速度和失稳后恢复稳定的临界速度。2失稳后运动振型：包括车体、转向架和各轮对在失稳后的振型试验检测内容：1车体对应一位二位转向架处对角侧横向和垂向位移和加速度2一位二位转向架前后轮对处对角侧横向和垂线位移和加速度，以及该转向架中部横向加速度3测试转向架中各轮对的横向位移评价标准：1铁路机车车辆的运动稳定性是现有国家标准中还没具体规定，但在UIC标准中，以转向架的横向振动的加速度峰值连续六次达到或超过8-10m/s2视为车辆运动出现失稳运动（横向振动加速度信号需经过0.5-10Hz的带通滤波）2直接采用轮对周期或拟周期运动位移的状况进