华东交通大学 车辆工程导论 (赵怀瑞)第十章 列车系统动力学

1、Introduction to vehicle engineering（车辆工程导论）（车辆工程导论）交融思想交融思想, ,启迪智慧启迪智慧CRH China Railway High-speedCRHChina Railway High-speed赵怀瑞2016年06月引言引言胶济铁路事故胶济铁路事故(2008.4.28)事故原因：事故原因：火车超速脱轨火车超速脱轨西班牙铁路事故西班牙铁路事故(2013.07.24)为什么，给个理由先？为什么，给个理由先？Railway System Dynamic （列车系统动力学）（列车系统动力学）交融思想交融思想, ,启迪智慧启迪智慧CRH China

2、 Railway High-speedCRHChina Railway High-speed赵怀瑞赵怀瑞2016年年06月月提纲提纲 列车动力学列车动力学概述概述 列车系统动力学问题列车系统动力学问题 列车系统动力学研究方法列车系统动力学研究方法 国内相关研究团队介绍国内相关研究团队介绍 列车动力学研究趋势列车动力学研究趋势什么是什么是(列车系统列车系统)动力学？动力学？一、列车动力学基础一、列车动力学基础 动力学是理论力学的一个分支学科，它主要研究作用于物体力力与物体运动物体运动的关系。 怎么样描述物体运动怎么样描述物体运动(状态状态)？ 加速度，速度，位移。 物体运动状态与力之间的关系？物

3、体运动状态与力之间的关系？Fma0vvatsvt一、列车系统动力学基础一、列车系统动力学基础列车动力学与之前动力学不同在哪列车动力学与之前动力学不同在哪? ? 物体运动状态与力的关系？物体运动状态与力的关系？Fma0vvatsvt稳定与时变的不同！ 一、列车系统动力学基础一、列车系统动力学基础列车动力学与之前动力学不同在哪列车动力学与之前动力学不同在哪? ?一、列车系统动力学基础一、列车系统动力学基础结构动力学结构动力学车辆动力学车辆动力学列车列车(系统系统)动力学动力学货车货车(物物)动力学动力学二、列车系统动力学科学问题二、列车系统动力学科学问题1. .列车运行稳定性列车运行稳定性 安全是

4、最根本的要求。 1) )蛇形运动稳定性蛇形运动稳定性蛇形运动视频蛇形运动视频二、列车系统动力学科学问题二、列车系统动力学科学问题1. .列车运行稳定性列车运行稳定性1) )蛇形运动稳定性蛇形运动稳定性 具有一定踏面形状的车轮即使沿着平直轨道运转，受到微小激扰后就会产生一种振幅振幅保持现状或继续增大直道轮缘受到约束的特有运动，此时轮对向前滚动一面横向往摆动摆动，一面又绕铅锤中心来回转动转动，其轮对中心轨迹呈波浪形波浪形，称蛇形运动。当激扰消失而剧烈的蛇形运动不能收敛时，则称蛇行失稳。二、列车系统动力学科学问题二、列车系统动力学科学问题1. .列车运行稳定性列车运行稳定性1) )蛇形运动稳定性蛇形

5、运动稳定性 新干线试验列车速度超过200公里后，左右车轮突然发生剧烈地大幅度剧烈地大幅度的左右振动，当时实测数据如下：蛇行运动发生时，试验车辆的车体左右振动加速度是正常正常运行时的10倍以上，转向架以4赫兹(每秒4次)的频率呈有规则的波形振动，同时车轮对轨道的横向压力横向压力约达80千牛(约8163公斤)，轨道严重损坏，列车巳经有脱轨的危险! 研究问题：研究问题： 什么时候发生什么时候发生(标准标准)？ 受哪些因素影响，如何控制？受哪些因素影响，如何控制？二、列车系统动力学科学问题二、列车系统动力学科学问题1. .列车运行稳定性列车运行稳定性2) )脱轨安全性脱轨安全性 铁路行车事故处理规则把

6、“脱轨”解释为：机车、车辆、动车、重型轨道车(包括拖车)的车轮落下轨面(包括脱轨后又自行复轨)。 爬轨脱轨跳轨脱轨掉道脱轨二、列车系统动力学科学问题二、列车系统动力学科学问题1. .列车运行稳定性列车运行稳定性2) )脱轨安全性脱轨安全性 列车脱轨危及行车安全，轻者中断行车，扰乱运输秩序；重者车毁人亡，造成重大经济损失和社会影响。 研究问题：研究问题： 什么时候发生什么时候发生(标准标准)？ 受哪些因素影响，如何控制？受哪些因素影响，如何控制？ 扩展阅读：扩展阅读： http:/ 二、列车系统动力学科学问题二、列车系统动力学科学问题1. .列车运行稳定性列车运行稳定性3) )倾覆安全性倾覆安全

7、性什么时候发生？如何控制？什么时候发生？如何控制？西班牙列车弯道超速西班牙列车弯道超速海燕吹翻列车海燕吹翻列车二、列车系统动力学科学问题二、列车系统动力学科学问题2. .列车运行平稳性问题列车运行平稳性问题 列车运行中产生的各种振动影响旅客乘坐舒适性和运输货物完好性程度。 1) )车体振动加速度车体振动加速度2) )Sperling指数指数3107.08AWf运行品质： 3107.08AWF ff舒适度评价：其中，A为振动加速度幅值，f为振动频率，F(f)修正系数。 二、列车系统动力学科学问题二、列车系统动力学科学问题2. .列车运行平稳性问题列车运行平稳性问题 列车运行中产生的各种振动影响旅

8、客乘坐舒适性和运输货物完好性程度。 3) )其它其它我国车辆运行平稳性指标与等级我国车辆运行平稳性指标与等级ISO-2631-4 ,ENV 12299，JIS E 4023如何评价与保证列车运行平稳性？如何评价与保证列车运行平稳性？二、列车系统动力学科学问题二、列车系统动力学科学问题4. .列车曲线通过性列车曲线通过性二、列车系统动力学科学问题二、列车系统动力学科学问题4. .列车曲线通过性列车曲线通过性 列车通过曲线时所产生的车轮踏面、轮缘和钢轨的磨耗是评价列车曲线通过性的重要指标。 1) )磨耗性能磨耗性能222tanthWuFaR1tWuF踏面与轨面接触： 轮轨间摩擦系数 轮轨间法向力

9、车轮冲角和轮缘角 uaF轮缘与钢轨侧面接触点到踏面间的垂直距离车轮半径Rh二、列车系统动力学科学问题二、列车系统动力学科学问题4. .列车曲线通过性列车曲线通过性 随着运行速度的提高，列车过曲线时横向力增加。急剧增加的横向力不仅使钢轨、扣件等部件产生损伤和破坏，还可能导致不平顺加剧，严重时甚至影响行车安全。2) )轮轨横向力轮轨横向力190.3stQP道钉拔起：0.4axleQW弹性扣件：120.85 100.5ststQPP无缝线路木轨枕：120.85 100.5ststQPP无缝线路混凝土轨枕：三、列车系统动力研究方法三、列车系统动力研究方法1. .试验法试验法1) )线路试验线路试验线路

10、试验特点？线路试验特点？三、列车系统动力研究方法三、列车系统动力研究方法1. .试验法试验法2) )室内试验室内试验室内试验特点？室内试验特点？三、列车系统动力研究方法三、列车系统动力研究方法2. .仿真计算仿真计算仿真计算特点？仿真计算特点？四、国内研究团队四、国内研究团队四、国内研究团队四、国内研究团队1. .西南交通大学西南交通大学2位院士位院士3支队伍支队伍四、国内研究团队四、国内研究团队1. .西南交通大学西南交通大学四、国内研究团队四、国内研究团队2. .北京交通大学北京交通大学3. .大连交通大学大连交通大学佟维佟维：动力学与结构优化魏伟魏伟：纵向冲击动力学孙守光孙守光：动力学任

11、尊松任尊松：过道岔四、国内研究团队四、国内研究团队4. .石家庄铁道大学石家庄铁道大学杨绍普杨绍普：主动控制5. .中国铁道科学研究院中国铁道科学研究院王成国王成国：轮轨关系设备：高速轮轨试验台五、研究趋势五、研究趋势1. .由影响到设计优化转变由影响到设计优化转变 研究的最终目的是什么？2. .单学科向多学科转变单学科向多学科转变 大系统动力学或MDO3. .由被动适应向主动控制转变由被动适应向主动控制转变 0. 我国轨道谱建立与普及我国轨道谱建立与普及 我国的车，外国的路算什么？五、研究趋势五、研究趋势4. .低磨耗、低噪声车轮型面设计低磨耗、低噪声车轮型面设计6. .摆式列车研制摆式列车

12、研制7. .低动力转向架研制低动力转向架研制8. .铰接式列车研制铰接式列车研制5. .列车脱轨机理列车脱轨机理火车过道岔火车过道岔 N700,AGV?五、研究趋势五、研究趋势各自的优缺点有哪些？各自的优缺点有哪些？五、研究趋势五、研究趋势各自的优缺点有哪些？五、研究趋势五、研究趋势各自的优缺点有哪些？各自的优缺点有哪些？普通列车如何过曲线？ 扩展阅读扩展阅读： http:/ See also http:/ /wiki/Derailment /wiki/Tilting_train http:/ 任尊松. 车辆动力学基础.中国铁道出版社，2009 任尊松.车辆系统动力学.中国铁道出版社，2010 张卫华.机车车辆运行动态模拟研究 .西南交大出版社,2006. 翟婉明.列车轨道桥梁动力相互作用理论与工程应用.科学出版社，2011.See also欢迎加入欢迎加入欢迎有兴趣的同学加入！欢迎有兴趣的同学加入！老师让我找兴趣与爱好！老师让我找兴趣与爱好！列车动力学兴趣小组成立了！列车动力学兴趣小组成立了！车辆工程导论课程作业车辆工程导论课程作业 题目与内容：题目与内容： 以本课程某一个专题讲座为题，写篇报告，讲述对该专题的认识、想