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提高车辆系统稳定性方法.pptx

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第九章 车辆系统稳定性 1 车辆系统动力学 任尊松 北京交通大学 2 提高车辆系统稳定性方法 第一节 蛇行运动与自激振动 第二节 车辆系统临界速度计算方法 第三节 提高车辆系统稳定性方法 第四节 提高车辆系统平稳性方法 第九章 车辆系统稳定性 3 第一节 蛇行运动与自激振动 蛇行运动: 具有一定形状踏面的铁道车辆轮对,沿着平直钢轨滚动时会产生一种振幅有增大趋势的特有运动——轮对一面横向移动、一面又绕通过其质心的铅垂轴转动,这两种运动的耦合,称为轮对的蛇行运动。 转向架蛇行运动(二次蛇行) 车体蛇行运动(一次蛇行) 第九章 车辆系统稳定性 4 轮对蛇行运动 第九章 车辆系统稳定性 5 1 稳定状态——振动收敛 第九章 车辆系统稳定性 6 2 失稳状态——振动发散 第九章 车辆系统稳定性 7 3 临界状态——振动发散 第九章 车辆系统稳定性 8 车辆沿直线轨道运动时,一直存在着蛇行运动。 由于车辆走行部分的状态及线路的横向不平顺所引起的随机激扰,使车辆不断地产生蛇行运动,同时又由于轮轨间存在蠕滑及车辆结构中的各种阻尼,又使这种运动的振幅不断地衰减,故这时候的运动是稳定的。 只有当车辆的运动速度超过其临界速度,蠕滑及各种阻尼所产生的作用不足以衰减不断增长的振幅时,车辆才开始失稳,于是就出现了不稳定的蛇行运动。 蛇行运动稳定性 第九章 车辆系统稳定性 9 高速车辆的蛇行运动失稳后,不仅会使车辆的运行性能恶化,旅客的舒适度下降,作用在车辆各零部件上的动载荷增大,并且将使轮对严重地打击钢轨,损伤车辆及线路,甚至会造成脱轨事故。所以,蛇行运动是机车车辆以及动车组实现高速运行的一大障碍。 第九章 车辆系统稳定性 10 结构系统受到自身控制的激励作用时所引起的振动(并非由周期性外力所引起的振动); 在自激振动中,维持运动的交变力是由运动本身所产生或控制的,当运动停止时此交变力也随之消失。 电子管振荡器、电磁断续器、各种管乐器、钟表、心脏等都是自激振动系统; 在车床上加工金属材料,有时会产生振动,这也是一种自激振动现象。这种现象会使加工面变成波浪形,车刀的磨损也增大,影响切削速度的提高。 自激振动 第九章 车辆系统稳定性 第九章 车辆系统稳定性 11 系统内部的非振动能量转换为振动的激扰力而产生的振动; 轮对上并未受到来自钢轨的激振力,因此蛇行运动是一种自激振动; 低速时,自激振动的频率通常等于或接近系统的自振频率,振幅取决于初始条件; 车辆蛇行运动的能量来自机车牵引力。 自激振动(续) 12 共振与失稳 对于强迫振动系统,只要激振力中的某一个频率与该系统的自振频率中的某一个相等时就会发生共振,超过共振临界速度后,共振现象就消失。 对于自激振动系统,当车辆的运行速度略超过某一最低临界速度值,系统中就开始失稳。系统一旦失稳,随着速度的提高,失稳程度也越严重。 因此,车辆的运行速度可以容许超过共振的临界速度,而绝对不能超过蛇行运动的临界速度。 第九章 车辆系统稳定性 13 线性方法: 特征值法 最小阻尼系数法 非线性方法: 极限环法 第二节 车辆系统临界速度计算方法 第九章 车辆系统稳定性 14 V=150km/h 一、特征值法 第九章 车辆系统稳定性 15 V=500km/h 第九章 车辆系统稳定性 16 自由轮对特征值 第九章 车辆系统稳定性 17 车辆系统特征值 第九章 车辆系统稳定性 18 在不同速度下,车辆系统对应不同的特征值。 当在某一速度下系统的特征值实部出现正值。 小于该速度时系统特征值实部不出现正值,则该速度为系统对应的线性临界速度。 第九章 车辆系统稳定性 19 二、阻尼系数法 阻尼对系统振动具有良好的衰减作用。 在计算车辆系统临界速度时,可以引入一个阻尼系数,该系数的作用是为了考查系统在某一速度下的稳定程度。 如果在某速度下系统对应的阻尼系数为负,那么系统是稳定的,且绝对值较大系统的稳定程度越高;如果对应的阻尼系数为正,那么系统是不稳定的,且绝对值较大系统的稳定程度越低;如果系统的阻尼系数等于零,那么此时对应的速度为系统的临界速度。 第九章 车辆系统稳定性 20 自由轮对系统阻尼系数 第九章 车辆系统稳定性 21 车辆系统阻尼系数 第九章 车辆系统稳定性 22 自由轮对稳定性特性 只要速度大于零,轮对的振幅将随着时间的延续而不断扩大,因此自由轮对从运动的开始就是失稳的; 在失稳工况下,轮对的振幅(横移)超过轮轨间隙时,轮缘就开始打击钢轨,这将损害车辆,破坏线路,甚至可能造成行车事故; 自由轮对蛇行失稳程度与轮对的结构参数、蠕滑系数有关。 第九章 车辆系统稳定性 23 三、非线性临界速度计算方法 考虑车辆各种非线性因素后,得到的临界速度称为非线性临界速度。 因为按照该数值

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