《机车总体结构及设计》08机车垂向动力学ppt课件.pptx

,1,机车总体结构及设计,2,第八章 机车垂向动力学,3,一、线路的构造和状态,1.钢轨接头处的轮轨冲击,2.轨道的垂向变形,第一节 机车振动的原因与形式,5,普通单开道岔,3.轨道的局部不平顺：曲线时轨道在垂向的超高及其顺坡；道岔辙叉部钢轨不连续；钢轨局部磨损、擦伤，路基局部隆起和下沉，膨胀,6,4.钢轨的随机不平顺,图7-1轨道不平顺的四种类型a)高低不平顺b)水平不平顺和轨距不平顺c)方向不平顺,通常将轨道的随机不平顺分为水平、轨距、高低和方向等4种,二、振动形式,经车体重心的空间坐标,对于x轴有：沿x轴的伸缩+绕x轴的侧滚；对于y轴有：沿y轴的侧摆+绕y轴的点头；对于z轴有：沿z轴的沉浮+绕z轴的摇头。,9,x轴,y轴,z轴,其中：浮沉、点头和伸缩是主要由波形线路引起的在铅垂面内的振动；侧摆、摇头和侧滚是主要由轮对的锥形踏面引起的横向振动。为简化起见，分别研究铅垂面内的振动横向振动；在研究铅垂面内的振动时，略去伸缩不计。机车的垂向振动有固有振动和受迫振动之分；外力的偶然作用固有振动；机车簧上部分在外力周期地作用下产生的振动受迫振动；,该动力学模型可用车轮荷重系统轮对簧上质量系统来描述，即用一个轮对代表机车各轮对在轨道上运行的特点，用一个簧上质量代表在弹簧上的车体和转向架等所有部件的总质量。 鉴于线路刚度很大，为了简化分析，不考虑线路的弹性。,车轮荷重系统自由振动力学模型及受力分析,一、系统动力学模型,第二节 具有一系簧的无阻尼车轮荷重系统的受迫振动,设车体及转向架（质量块）的质量为M，弹簧的刚度为K，当该车轮荷重系统处于静平衡状态时，弹簧的静挠度为fst ，此时车体的静平衡条件为车体重力与弹簧范例相平衡，即： 当车轮荷重系统受到外界某种瞬时力（冲击）的作用，系统的平衡受到干扰，弹簧力不再与重力平衡。此时车体将离开其平衡位置（弹簧的挠度变化为），在不平衡的弹性恢复力作用下，系统将做自由振动。,设在某一瞬时，车体离开平衡位置的距离为，由于车体的重力是不变的，而弹簧反力已增为。此时车体上作用的两个铅垂方向的力不平衡，在该不平衡力的作用下，车体产生加速度。,二、受力分析,取所有与坐标轴方向一致的力、速度和加速度为正，则根据牛顿运动第二定律，可得到运动方程式： 即： 令： 则有：,三、运动方程,由高等数学可得上述微分方程的解为：式中：A，B积分常数，取决于初始条件。,四、方程的解,系统的固有圆频率（T）为： 式中： 弹簧静挠度，与该系统本身弹性刚度K及惯性质量M有关，与初始条件无关。 系统的固有频率为：,五、分析,激扰（T）源来自钢轨变形及接头下沉或车轮偏心等，实际情况比较复杂，但经分析简化后，这些激扰源可用正弦函数来表示。,具有一系簧的无阻尼车轮荷重系统的受迫振动,来自钢轨变形及接头下沉或车轮偏心等激扰源,一、激扰源,考虑线路激扰源后，车轮荷重系统的受迫振动（V）力学模型及受力分析见下图：,车轮荷重系统受迫振动力学模型及受力分析,二、系统动力学模型及受力分析,由高等数学可得上述微分方程的解为：,四、方程的解,五、分析讨论,受迫振动振幅增幅系数与频率比之间的关系,六、共振建立过程,如果在车体或转向架与轮对之间安装一个与弹簧并联的液压减振器，同时考虑线路激扰源，则车轮荷重系统的受迫振动力学模型及受力分析见图。,第三节 具有一系簧和液压减震器的 车轮荷重系统的受迫振动,一、系统动力学模型及受力分析,第四节 液压减震器和摩擦减震器的吸能性能比较,第五节 具有两系簧的无阻尼车轮荷重系统的振动,自学,自学,第六节 机车运行平稳性和振动对轨道的动作用力,一、机车运行平稳性,机车车辆运行平稳性是人对机车车辆运行品质的感觉，包括主观和客观的内容；比较普遍的评价方法是：用Sperling指数；对单一频率的恒幅振动，Sperling平稳性指数的公式为：,问题？,37,三、导柱定位轴箱,38,