第三節(jié)影響車輛蛇行運動穩(wěn)定性的因素

第三節(jié)影響車輛蛇行運動穩(wěn)定性的因素第1頁，共13頁，2023年，2月20日，星期三1.影響轉(zhuǎn)向架蛇行運動臨界速度的主要因素:

(1)輪對定位剛度K1x

，K1y：

輪對的縱向定位剛度值K1x和橫向定位剛度值K1y對轉(zhuǎn)向架蛇行運動的臨界速度V起著決定性的影響，所以在設(shè)計轉(zhuǎn)向架時，必須選擇各種不同的參數(shù)進(jìn)行多方案比較，從而獲得最佳的匹配關(guān)系。圖４—１５表明某一客車轉(zhuǎn)向架在各種不同的K1y值下，K1x與Vcr的關(guān)系。由圖可知，如果選擇不太大的輪對橫向定位剛度值。則K1x在較大的范圍內(nèi)變化時，仍可獲得較高的Vcr第2頁，共13頁，2023年，2月20日，星期三

表４—３還列出某轉(zhuǎn)向架五種不同的輪對定位剛度值及其相應(yīng)的蛇行運動臨界速度值以供分析參考

對圖４—１５的說明與表４—３的分析比較，兩者是一致的。應(yīng)該指出：對于某一種類型結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向架，其輪對定位剛度值有一最佳的匹配范圍，這個范圍需要經(jīng)過大量的計算才能獲得。例如，對于我國目前使用的客車轉(zhuǎn)向架參數(shù)，它們的輪對定位剛度最佳范圍大致為：=８～3０兆牛／米、K=５～１０兆牛／米。

k1x=８～3０兆牛／米K1Y=５～１０兆牛／米。

第3頁，共13頁，2023年，2月20日，星期三2)車輪踏面斜率λ：

λ值對臨界速度V有著重要的影響，λ與V之間的關(guān)系如圖４—１６所示。由圖可見，臨界速度與踏面斜率的平方根近似地成反比。實踐表明，當(dāng)使用新輪對或踏面剛旋削過，車輛蛇行運動的穩(wěn)定性就很好，但經(jīng)一個階段運用后，踏面迅速磨耗成凹形，這時輪軌接觸點處的有效斜率隨之增大，因此蛇行運動的臨界速度也因之下降。所以，日本在設(shè)計新干線電動車組時，為了提高臨界速度，將踏面斜率從１：２０改成１：４０。但是為了保證高速運行時蛇行運動的穩(wěn)定性，不得不增加旋修踏面的工作量。第4頁，共13頁，2023年，2月20日，星期三3)中央懸掛裝置的橫向剛度K2Y：

計算表明，K2Y增加不大（例如５０％以下時），對臨界速度幾乎無甚影響，當(dāng)增加較大時，臨界速度值略有提高。

K2Y值通常由改善橫向平穩(wěn)性的要求來選擇。4)蠕滑系數(shù)f11

、f22：蠕滑系數(shù)對臨界速度的影響較小，雖人為地將它增加一倍，但臨界速度值也只是略有下降。而且蠕滑系數(shù)是不能作為一個參數(shù)來選擇的，正如式（４一２）指出的那樣，它的理論值僅取決于車輪直徑及軸重，而實際上還隨著氣象條件而變化。第5頁，共13頁，2023年，2月20日，星期三５）減輕輪對及軸箱等簧下重量，對提高轉(zhuǎn)向架蛇行運動的臨界速度是有利的。

中央懸掛裝置中回轉(zhuǎn)復(fù)原彈簧對轉(zhuǎn)向架及車體起著回轉(zhuǎn)復(fù)原的作用，選擇它的剛度值K2X較為重要。

中央彈簧裝置橫向間距對車體的橫向平穩(wěn)性有顯著的影響，所以必須從平穩(wěn)性的角度來考慮。6)

其他參數(shù)：輪對的搖頭轉(zhuǎn)動慣量與質(zhì)量、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的搖頭轉(zhuǎn)動慣量與質(zhì)量、轉(zhuǎn)向架定距、軸箱彈簧裝置橫向間距等，在設(shè)計轉(zhuǎn)向架時，對這些參數(shù)很少有選擇的余地，同時它們在可變動的范圍內(nèi)對轉(zhuǎn)向架臨界速度的影響也較小。

第6頁，共13頁，2023年，2月20日，星期三

2.影響車體蛇行運動臨界速度的主要因素

現(xiàn)在進(jìn)一步從整車的角度來討論影響車體蛇行運動臨界速度的主要因素。

第7頁，共13頁，2023年，2月20日，星期三1)輪對橫向定位剛度K1Y對車體蛇行運動的臨界速度VCR的影響

圖４—１７表示回轉(zhuǎn)復(fù)原彈簧的剛度K2X=０、輪對縱向定位剛度值K1X=３０兆牛/米時，輪對橫向定位剛度值K1Y與車體和轉(zhuǎn)向架蛇行運動臨界速度VCR的關(guān)系。

在設(shè)計轉(zhuǎn)向架時，將輪對定位剛度K1X、K1Y選擇得很大對防止蛇行運動是不利的。由圖還可看出，如適當(dāng)選擇K1Y值，以車體滾擺為主的蛇行運動是有可能避免出現(xiàn)的，但僅靠合適的K1Y來防止以車體搖頭為主的蛇行運動還是有困難的。第8頁，共13頁，2023年，2月20日，星期三2)輪對縱向定位剛度K1x對車體蛇行運動的臨界速度V的影響

如K2X=０、K1Y=３０兆牛／米，可得到K1X與VCR的關(guān)系，如圖４一１８所示。第9頁，共13頁，2023年，2月20日，星期三3)車體與轉(zhuǎn)向架之間裝設(shè)剛度為Ｋ2X的回轉(zhuǎn)復(fù)原彈簧,K1Y與VCR的關(guān)系

圖４—１９表示在車體與轉(zhuǎn)向架之間裝設(shè)剛度為Ｋ2X的回轉(zhuǎn)復(fù)原彈簧，且當(dāng)Ｋ1X=３０兆牛／米和Ｋ2X=500千牛／米時，K1Y與VCR的關(guān)系。第10頁，共13頁，2023年，2月20日，星期三4)

影響車體蛇行運動臨界速度的其他參數(shù)還有:

（１）裝設(shè)于中央彈簧裝置中的橫向阻尼對車體蛇行運動的穩(wěn)定性影響較大

第11頁，共13頁，2023年，2月20日，星期三（２）車體搖頭慣性半徑ρψ對車體蛇行的影響較為復(fù)雜

以車體下心及上心滾擺為主的車體蛇行不太受ρψ的影響，以搖頭為主的車體蛇行則隨ρψ的變動有顯著的變化。當(dāng)ρψ非常小的時候，下部臨界速度非常高，但一旦出現(xiàn)車體蛇行，在高速時也很難消除。隨著ρψ的增大，蛇行運動的上部臨界速度逐漸降低，而下部臨界速度變化不大，因此蛇行運動的不穩(wěn)定區(qū)縮小，所以總可以找到能完全消除車體蛇行運動的適當(dāng)?shù)摩薛字?。在設(shè)計車體時，希望ρψ在５—7.5米的范圍內(nèi)考慮車體的重量分配。第12頁，共13頁，2023年，2月20日，星期三（３）車輛定距2L對以車體搖頭為主的蛇行運動影響較大

2L在某個值以下時，明顯地出現(xiàn)不穩(wěn)定的搖頭蛇行，車體搖頭蛇行的范圍隨著2L的增大而縮小。目前我國主型客車的2L＝１７米，這個數(shù)值還是較為合適的。

（４）中央彈簧和軸箱彈簧的垂直剛度對車體蛇行運動的臨界速度影響不