《鐵道車輛工程》教學(xué)課件PPT

《鐵道車輛工程》教學(xué)課件PPT,鐵道車輛工程,鐵道,車輛,工程,教學(xué),課件,PPT 二、摩擦式減振器 摩擦式減振器利用金屬摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力，將車輛振動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而減少車輛振動(dòng)。（一）變摩擦楔塊式減振器1、結(jié)構(gòu)及作用原理 結(jié)構(gòu)如圖所示，搖枕兩端的減振裝置由搖枕3、楔塊1、磨耗板和雙卷螺旋彈簧組成。作用原理如圖所示，在車體作用力和彈簧反力作用下，楔塊與搖振、楔塊與側(cè)架立柱磨耗板之間產(chǎn)生一定壓力，在車輛振動(dòng)過程中間產(chǎn)生相對(duì)位移，從而使振動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)車輛減振。各摩擦面的摩擦力與搖振上的載荷P有關(guān)，空車和重車時(shí)，減振阻力不同，稱為變摩擦力減振器。2、阻力特性及計(jì)算（1）相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀況1z1z（2）受力狀況（a）當(dāng)車體向下運(yùn)動(dòng)時(shí)受力如圖所示，由 Fx=0 Fy=0 求解后，得到：PaNlN1lF1lFl（b）當(dāng)車體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)受力如圖所示，由：Fx=0 Fy=0求解后，得到：PaNuN1uF1uFu（3）阻力特性 系統(tǒng)向下和向上運(yùn)動(dòng)時(shí)與振動(dòng)位移即彈簧撓度z1成正比，但上下行程的摩擦力不相等，不同摩擦面的摩擦力也不相等。阻力特性如圖所示：fPOf0P1P2AB（4）兩個(gè)摩擦面摩擦阻力做功的比較向下運(yùn)動(dòng)時(shí)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)兩摩擦面摩擦阻力所做功的比值為 通常=4555，=13，摩擦系數(shù)=0.250.35,1=0.350.40。現(xiàn)取=45，=1和3，和1取 不同值時(shí)的計(jì)算結(jié)果如下：摩擦系數(shù)和1摩擦力做功的比值（%）=45=1=45=3lulu=0.25,1=0.357.53.921.511.2=0.25,1=0.409.04.526.612.8=0.35,1=0.406.83.019.58.6 由于面的摩擦功大于面的摩擦功，所以稱面為主摩擦面，面為副摩擦面。面磨耗情況嚴(yán)重，應(yīng)采用易更換的耐磨的磨耗板。（4）相對(duì)摩擦系數(shù) 通常用相對(duì)摩擦系數(shù)來表示減振器摩擦力的大小，定義是懸掛裝置中的摩擦力與垂向力的比值。楔塊減振器相對(duì)摩擦系數(shù)一般只用面的摩擦力來計(jì)算。如轉(zhuǎn)8A型轉(zhuǎn)向架=45,=230，=0.30,1=0.37（5）磨耗導(dǎo)致減振力降低嚴(yán)格限定容許磨耗限度，及時(shí)更換增加減振彈簧預(yù)壓縮量（二）常摩擦楔塊式減振器1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 美國(guó)鑄鋼公司（ASF）生產(chǎn)的一種三大件式鑄鋼轉(zhuǎn)向架上采用了一種Ride Control減振器，減振器由一個(gè)中間挖空的外形特殊的斜楔和一個(gè)控制彈簧等組成。結(jié)構(gòu)如圖所示：外形圖裝備示意圖2、常摩擦力特性 減振器一旦裝配完畢以后，它的變形量始終不變，因此彈簧給楔塊的作用力、楔塊與搖枕斜面間、楔塊與側(cè)立柱磨耗板之間的作用力維持不變，所以在轉(zhuǎn)向架振動(dòng)過程中楔塊主摩擦與側(cè)立柱磨耗板摩擦面之間的摩擦力不隨轉(zhuǎn)向架簧上載荷變化而是維持為一常數(shù)，故稱為常摩擦減振器。PaFN1F13、優(yōu)點(diǎn)性能穩(wěn)定，可靠性好抑制轉(zhuǎn)向架菱形變形，提高轉(zhuǎn)向架的蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性（三）利諾爾減振器1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 利諾爾減振器的結(jié)構(gòu)如圖所示：2、變摩擦力特性 車輛振動(dòng)時(shí)，頂子與磨耗板之間以及軸箱左側(cè)的導(dǎo)框與磨耗板之間便產(chǎn)生衰減振動(dòng)的摩擦阻力。由于水平分力Fh與外圓彈簧所受的垂直載荷Fv成正比，故摩擦力與轉(zhuǎn)向架所受載荷成正比，它屬于變摩擦減振器。另外軸箱彈簧裝置具有兩級(jí)剛度，利諾爾減振器方便地實(shí)現(xiàn)了空重車兩種不同的相對(duì)摩擦系數(shù)值。3、特點(diǎn)性能穩(wěn)定，對(duì)垂向和橫向都有減振作用增加了輪對(duì)縱向定位剛度，提高運(yùn)行穩(wěn)定性三、油壓減振器（一）概述1、組成 一般油壓減振器主要由活塞、進(jìn)油閥、缸端密封、上下聯(lián)接、油缸、儲(chǔ)油筒及防塵罩等部分組成。2、采用油壓減振器應(yīng)注意的幾個(gè)問題（1）油壓減振器良好的減振性能主要是依靠活塞桿裝置上的節(jié)流裝置、進(jìn)油閥裝置和選擇適宜的減振油液而確定的。所以設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用及檢修，都必須充分重視上述部分。（2）當(dāng)減振器工作時(shí)，內(nèi)部油壓較高，所以必須具有良好的密封性，以確保減振特性和使用壽命。為了保證密封部分的性能，必須特別注意零件的各種加工精度、如同軸度、垂直度和表面光潔度等，以減少零件之間的磨耗和變異。另外，對(duì)活塞桿裝置應(yīng)設(shè)有導(dǎo)向裝置，使活塞桿中心線和油缸中心線保持一致。（3）對(duì)于減振器兩端聯(lián)接部的聯(lián)接方式，要考慮減振器與被相聯(lián)部件結(jié)構(gòu)之間運(yùn)動(dòng)的隨動(dòng)性。不同型式與作用特性的油壓減振器的兩端聯(lián)接方式，需要用不同形式的彈性橡膠節(jié)點(diǎn)。（4）為保證油壓減振器正常工作，應(yīng)合理地選擇在轉(zhuǎn)向架上安裝的空間位置，并兼顧方便裝拆與檢修。3、工作原理 利用油液通過心閥節(jié)流孔產(chǎn)生阻力，阻力大小與油液的流速、節(jié)流孔的形狀和孔徑的大小有關(guān) 貯油筒和進(jìn)油閥：當(dāng)活塞上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于活塞桿的體積，使得油缸上部和下部體積的變化并不相等。為保證減振器工作，在油缸外增加貯油筒，在油缸底部設(shè)有進(jìn)油閥。卸荷孔：為了保護(hù)減振器，油壓急劇升高時(shí)開啟卸荷孔增大節(jié)流面積，起到限壓作用。速度VAB工作區(qū)卸荷區(qū)阻力PO（二）垂向和橫向油壓減振器 如圖所示為客車轉(zhuǎn)向架采用的SFK1型垂向油壓減振器的結(jié)構(gòu)。主要由下列部分組成：活塞部分進(jìn)油閥部分缸端密封部分上下聯(lián)結(jié)部分1、活塞部分 由活塞桿、心閥、心閥彈簧、套閥和閥座等組成。在心閥側(cè)面下部外有兩個(gè)直徑為2mm和兩個(gè)直徑為5mm的節(jié)流孔。組裝后，節(jié)梳孔的一部分露出套閥，稱為初始節(jié)流孔，減振器的阻力主要決定于初始節(jié)流孔的大小。2、進(jìn)油閥部分 如圖所示。進(jìn)油閥裝在油缸的下瑞，它的主要作用是補(bǔ)充油液和排出油液的通道。在進(jìn)油閥體上裝有閥瓣和鎖環(huán)。在閥瓣和閥體座上的閥口之間，以及在進(jìn)油閥體和油缸簡(jiǎn)之間都要求接觸嚴(yán)密，防止漏泄。3、缸端密封部分 SFK1密封部分多次改進(jìn)后，采用的結(jié)構(gòu)如圖所示：在缸端、油封圈、密封彈簧、密封托墊、密封圈和密封蓋，并由螺蓋壓緊。密封部分的作用，它一方面使活塞桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)起導(dǎo)向作用，另一方面是防止油液流出和灰塵進(jìn)入減振器內(nèi)，影響減振器正常工作。4、上下聯(lián)接部分 由二部分組成，分別于轉(zhuǎn)向架上的安裝座相聯(lián)結(jié)。橡膠墊的作用：緩和沖擊減少活塞偏心。5、油壓減振器的油液 由于我國(guó)南北氣溫相差很大，溫度變化范圍為-4040 ，而減振器至在不同溫度下保持正常工作，而且還要保證減振器在長(zhǎng)期使用中性能不變，選擇的油液應(yīng)滿足下述要求：（1）應(yīng)具有防凍性，在-40 氣溫下油液不凝固（2）在-4040 范圍內(nèi)油液的粘度不應(yīng)有很大變化（3）油液工作時(shí)，不應(yīng)混入空氣或產(chǎn)生氣泡（4）油液用無腐蝕性，以免損傷減振器零件（5）具有較好的潤(rùn)滑性能（6）油液物理性能應(yīng)能保持穩(wěn)定（7）油液化學(xué)性能應(yīng)能保持穩(wěn)定（8）不應(yīng)有水分6、橫向油壓減振器 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與垂向油壓減振器基本相同，特點(diǎn)是增加了一個(gè)空氣包，作用是使進(jìn)油閥完全浸在油中，不露出油液面，防止空氣進(jìn)入缸筒內(nèi)部。（三）抗蛇行減振器 為了抑制高速車輛的蛇行運(yùn)動(dòng)，在車體與轉(zhuǎn)向架之間安裝抗蛇行運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)阻尼裝置，主要有旁承支重方式、抗蛇行運(yùn)動(dòng)油壓減振器等方式。1、旁承支重方式（1）特點(diǎn) 目前，我國(guó)幾種準(zhǔn)高速客車轉(zhuǎn)向架部采用旁承支重方式。它是利用上、下旁承摩擦副之間的摩擦力，相對(duì)車輛與轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)動(dòng)中心形成的摩擦力矩，就能有效地抑制車輛蛇行運(yùn)動(dòng)，提高蛇行失穩(wěn)臨界速度。（2）結(jié)構(gòu)形式 結(jié)構(gòu)形式按潤(rùn)滑條件的不同可分為：有自潤(rùn)滑性能的干摩擦式和有液體潤(rùn)滑式兩種。后者由于潤(rùn)滑油的防漏很困難，又需要定期加油，所以已多不采用。（3）回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩及旁承距離的選擇（4）旁承摩擦副的材質(zhì)下旁承鐵2、抗蛇行減振器方式（1）特點(diǎn) 抗蛇行油壓減振器又稱為縱向油壓減振器，它具有一般油壓減振器的特點(diǎn)，只是節(jié)流結(jié)構(gòu)與節(jié)流特性不同于其它形式油壓減振器。它安裝在車體與轉(zhuǎn)向架之間。目前幾乎是高速客車轉(zhuǎn)向架都采用的裝置。（2）阻力特性 橫座標(biāo)表示減振器兩端端點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，縱坐標(biāo)表示減振器的阻力，阻力特性可以用兩個(gè)參數(shù)，減振器飽和阻力Fmax和減振器卸荷速度V0來表示。（3）Fmax和V0的選取 從蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論計(jì)算可知，減振器飽和阻力Fmax 對(duì)車輛失穩(wěn)臨界速度有明顯影響，并存在最佳值。V0的選取大小要適宜。應(yīng)通過理論計(jì)算和試驗(yàn)來確定。阻力特性能兼顧蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和曲線通過性能。優(yōu)于旁承支重方式VV0FmaxF2、鑄鋼形式車輪 新型鑄鋼輪與整體輾鋼輪相比：（1）鑄鋼車輪直接鑄造成型（2）采用石墨澆注工藝，具有尺寸精度高、幾何形狀好、質(zhì)量分布均勻（3）流線型幅板結(jié)構(gòu)3、高速輕型車輪 為減少高速運(yùn)行時(shí)輪軌之間動(dòng)作用力，輪對(duì)盡可能輕量化，一般采用維持輪徑不變減小車輪質(zhì)量。特點(diǎn)是采用薄輪輞、幅板、輪轂；采用適用高速運(yùn)行的踏面外形，如UIC S1002；采用設(shè)計(jì)合理的幅板外形。4、彈性車輪輪心與輪箍之間安裝彈性元件-橡膠墊5、客貨車車輪編號(hào)貨車：HDS、HDSA、HDZ、HDZB、HDZC HES、HESA、HEZB提速輪對(duì)：最大殘余靜不平衡值為125gm；50車軸；提速軸承減重輪對(duì)：HDZB、HDSA型車輪；50鋼車軸；無軸箱滾動(dòng)軸承的輪對(duì)提速減重輪對(duì)：客車：KDS、KKD 四、輪對(duì)形狀尺寸與線路的相互關(guān)系（一）輪緣內(nèi)側(cè)距離與線路尺寸的關(guān)系1、保證輪緣與鋼軌之間有一定游間 以減少輪緣與鋼軌的磨耗，并實(shí)現(xiàn)輪對(duì)的自動(dòng)調(diào)中作用。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)軌距線路，最小軌距1433mm，最大內(nèi)側(cè)距離為1359mm e=1433-(1359+32x2)=10mm135914332、安全通過曲線 為減少磨耗，要有一定的間隙，但間隙也不能過大，車輪在軌道上要有足夠的搭載量。按鐵路技術(shù)管理規(guī)程相關(guān)規(guī)定車輪，最小輪緣內(nèi)側(cè)距1350mm，求得最小車輪搭載量有17mm，足以保證行車安全。1456135022130（3）安全通過轍叉護(hù)軌翼軌叉心輪對(duì)最大內(nèi)側(cè)距+輪緣厚 1391輪對(duì)最小內(nèi)側(cè)距 1348（二）踏面斜度與曲線半徑1、徑向通過曲線 車輪過曲線時(shí)，車輪與鋼軌不發(fā)生滑動(dòng)，外輪滾動(dòng)的距離與外軌長(zhǎng)度相適應(yīng)，內(nèi)輪滾動(dòng)距離與內(nèi)軌長(zhǎng)度相適應(yīng)，車軸縱向中心線與曲線半徑的方向總是重疊的，輪對(duì)以此狀態(tài)通過曲線，稱為徑向通過曲線。r1=r0+yr2=r0-yR2b2、踏面錐度與曲線半徑的關(guān)系 當(dāng)外輪偏移y，在純滾動(dòng)條件下，b、r0、y與R比是很小的量，近似得到下式：例如：2r0=840mm，=0.05，2b=1493，y=10mm，得到徑向通過曲線的最小曲線半徑R=630m；2r0=915mm，則R=686m。而實(shí)際的最小曲線半徑為250m，為順利通過曲線，應(yīng)允許輪對(duì)橫移量y增大。R+bRr0r1=r0+yro+yro=R+bRR=br0y從上述分析可以看出：（1）車輪踏面必須有斜度，增大踏面斜度，可以通過更小的半徑曲線；（2）為順利通過曲線曲線區(qū)段（R650m）的軌距要加寬。主要內(nèi)容：n軸箱裝置的作用n滾動(dòng)軸承軸箱裝置n高速車輛對(duì)滾動(dòng)軸承的要求第四節(jié)第四節(jié) 軸箱裝置軸箱裝置一、軸箱裝置的作用軸箱裝置的作用1、將輪對(duì)和側(cè)架或構(gòu)架聯(lián)系在一起，使輪對(duì)沿鋼軌的滾動(dòng)轉(zhuǎn)化為車體的平動(dòng)2、承受車輛的重量，傳遞作用力3、良好的潤(rùn)滑性能，減少磨耗，降低運(yùn)行阻力4、良好的密封性。采用滾動(dòng)軸承顯著降低運(yùn)行阻力，所以現(xiàn)在新造的客貨車都采用了滾動(dòng)軸承，只有早期的貨車采用過滑動(dòng)軸承。第六章 鐵道車輛的運(yùn)行性能 1.1.引起車輛振動(dòng)的原因引起車輛振動(dòng)的原因 2.2.輪對(duì)簧上質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)輪對(duì)簧上質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng) 3.3.車輛系統(tǒng)的振動(dòng)車輛系統(tǒng)的振動(dòng) 4.4.輪軌蠕滑與輪對(duì)蛇行運(yùn)動(dòng)輪軌蠕滑與輪對(duì)蛇行運(yùn)動(dòng)5.5.車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 6.6.車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 7.7.車輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)仿真簡(jiǎn)介車輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)仿真簡(jiǎn)介 8.8.車輛動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)車輛動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn) 9.9.列車運(yùn)行時(shí)的空氣流列車運(yùn)行時(shí)的空氣流 第六章 鐵道車輛的運(yùn)行性能 鐵道車輛鐵道車輛：車體車體轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架第六章 鐵道車輛的運(yùn)行性能 鐵道車輛：鐵道車輛：運(yùn)載工具運(yùn)載工具一般由一個(gè)車體和兩個(gè)轉(zhuǎn)向架組成一般由一個(gè)車體和兩個(gè)轉(zhuǎn)向架組成 運(yùn)輸對(duì)象運(yùn)輸對(duì)象旅客（客車），貨物（貨車）旅客（客車），貨物（貨車）工作過程工作過程通過專用的線路（鐵路），將旅客、貨物在通過專用的線路（鐵路），將旅客、貨物在一定時(shí)間內(nèi)安全、完好地運(yùn)往目的地，因此其工作過程一定時(shí)間內(nèi)安全、完好地運(yùn)往目的地，因此其工作過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。在運(yùn)輸中，車輛將受到來自線路和車是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。在運(yùn)輸中，車輛將受到來自線路和車輛本身等多種因素的作用，車輛將產(chǎn)生振動(dòng)。輛本身等多種因素的作用，車輛將產(chǎn)生振動(dòng)。第六章 鐵道車輛的運(yùn)行性能 基本保障：穩(wěn)定性、安全性追求目標(biāo)：舒適性第一節(jié)第一節(jié) 引起車輛振動(dòng)的原因引起車輛振動(dòng)的原因第一節(jié)第一節(jié) 引起車輛振動(dòng)的原因引起車輛振動(dòng)的原因一、與軌道有關(guān)的激振因素一、與軌道有關(guān)的激振因素1.鋼軌接頭處的輪軌沖擊鋼軌接頭處的輪軌沖擊圖圖6-1 6-1 車輪通過鋼軌接頭車輪通過鋼軌接頭第一節(jié)第一節(jié) 引起車輛振動(dòng)的原因引起車輛振動(dòng)的原因一、與軌道有關(guān)的激振因素一、與軌道有關(guān)的激振因素2.軌道的垂向變形軌道的垂向變形 圖圖6-2 6-2 有縫線路的垂向變形有縫線路的垂向變形第一節(jié)第一節(jié) 引起車輛振動(dòng)的原因引起車輛振動(dòng)的原因一、與軌道有關(guān)的激振因素一、與軌道有關(guān)的激振因素3.軌道的局部不平順（曲線、道岔、三角坑等）軌道的局部不平順（曲線、道岔、三角坑等）4.軌道的隨機(jī)不平順軌道的隨機(jī)不平順 軌道名義尺寸與實(shí)際尺寸的偏差，稱為軌道不平順。通常常軌道名義尺寸與實(shí)際尺寸的偏差，稱為軌道不平順。通常常把軌道不平順分為把軌道不平順分為軌距、水平、高低和方向軌距、水平、高低和方向等四種不平順。等四種不平順。軌距不平順軌距不平順方向不平順方向不平順高低不平順高低不平順?biāo)讲黄巾標(biāo)讲黄巾樀谝还?jié)第一節(jié) 引起車輛振動(dòng)的原因引起車輛振動(dòng)的原因（a)a)水平不平順?biāo)讲黄巾?。是指軌道同一橫截面下，左、右鋼軌頂面的高是指軌道同一橫截面下，左、右鋼軌頂面的高差，使輪對(duì)產(chǎn)生側(cè)滾激擾，引起車輛橫向振動(dòng)和側(cè)滾振動(dòng)并產(chǎn)生相差，使輪對(duì)產(chǎn)生側(cè)滾激擾，引起車輛橫向振動(dòng)和側(cè)滾振動(dòng)并產(chǎn)生相應(yīng)的輪軌作用力。應(yīng)的輪軌作用力。（b）軌距不平順。軌距不平順。即為實(shí)際軌距與名義軌距的偏差。軌距不平順改變即為實(shí)際軌距與名義軌距的偏差。軌距不平順改變左右輪軌接觸點(diǎn)的位置，引起輪對(duì)的上下移動(dòng)，產(chǎn)生車輛的垂向振左右輪軌接觸點(diǎn)的位置，引起輪對(duì)的上下移動(dòng)，產(chǎn)生車輛的垂向振動(dòng)和鋼軌的橫向振動(dòng)以及輪軌相互作用力。動(dòng)和鋼軌的橫向振動(dòng)以及輪軌相互作用力。第一節(jié)第一節(jié) 引起車輛振動(dòng)的原因引起車輛振動(dòng)的原因（c)c)高低不平順。高低不平順。為軌道實(shí)際中心線與名義中心線垂向偏差，引起車為軌道實(shí)際中心線與名義中心線垂向偏差，引起車輛和輪對(duì)之間的垂向振動(dòng)和輪軌之間的垂向作用力。輛和輪對(duì)之間的垂向振動(dòng)和輪軌之間的垂向作用力。（d）方向不平順方向不平順。即實(shí)際軌道面中心線與名義中心線的橫向偏移，其即實(shí)際軌道面中心線與名義中心線的橫向偏移，其值為左右兩鋼軌橫向偏差的平均值，引起車輛和軌道的橫向振動(dòng)及值為左右兩鋼軌橫向偏差的平均值，引起車輛和軌道的橫向振動(dòng)及相應(yīng)的輪軌作用力。相應(yīng)的輪軌作用力。第一節(jié)第一節(jié) 引起車輛振動(dòng)的原因引起車輛振動(dòng)的原因二、與車輛結(jié)構(gòu)有關(guān)的激振因素二、與車輛結(jié)構(gòu)有關(guān)的激振因素1.車輪偏心車輪偏心2.車輪不均重車輪不均重第一節(jié)第一節(jié) 引起車輛振動(dòng)的原因引起車輛振動(dòng)的原因二、與車輛結(jié)構(gòu)有關(guān)的激振因素二、與車輛結(jié)構(gòu)有關(guān)的激振因素3.車輪踏面擦傷車輪踏面擦傷 圖圖6-4 6-4 車輪踏面擦傷車輪踏面擦傷第一節(jié)第一節(jié) 引起車輛振動(dòng)的原因引起車輛振動(dòng)的原因二、與車輛結(jié)構(gòu)有關(guān)的激振因素二、與車輛結(jié)構(gòu)有關(guān)的激振因素4.輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng) 第一節(jié)第一節(jié) 引起車輛振動(dòng)的原因引起車輛振動(dòng)的原因二、與車輛結(jié)構(gòu)有關(guān)的激振因素二、與車輛結(jié)構(gòu)有關(guān)的激振因素4.輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng) 假定：假定：輪對(duì)與轉(zhuǎn)向架之間無任何剛性和彈性約束，輪對(duì)單獨(dú)地在軌道上滾動(dòng)；鋼軌頂部呈刀刃狀，而且是兩根平行直線；輪對(duì)是兩個(gè)對(duì)稱圓錐體，輪對(duì)在軌道上運(yùn)行時(shí)，輪軌之間無相對(duì)滑動(dòng)；不計(jì)輪對(duì)上任何作用力和慣性力。第一節(jié)第一節(jié) 引起車輛振動(dòng)的原因引起車輛振動(dòng)的原因二、與車輛結(jié)構(gòu)有關(guān)的激振因素二、與車輛結(jié)構(gòu)有關(guān)的激振因素4.輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng) 輪對(duì)中心的運(yùn)動(dòng)軌跡呈現(xiàn)一條彎彎曲曲的曲線，稱為自由輪對(duì)的運(yùn)動(dòng)學(xué)蛇行運(yùn)動(dòng)曲線。當(dāng)車輪踏面為錐形時(shí)，只要輪對(duì)中心偏離軌道中心線，輪對(duì)就在橫向產(chǎn)生正弦運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為自由輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)。第一節(jié)第一節(jié) 引起車輛振動(dòng)的原因引起車輛振動(dòng)的原因二、與車輛結(jié)構(gòu)有關(guān)的激振因素二、與車輛結(jié)構(gòu)有關(guān)的激振因素4.輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)若取x=Vt，并令 ，得：輪對(duì)蛇行運(yùn)動(dòng)的周期為：蛇行運(yùn)動(dòng)的波長(zhǎng)為：第五節(jié)第五節(jié) 車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 五、客車在曲線上舒適性及其標(biāo)準(zhǔn)五、客車在曲線上舒適性及其標(biāo)準(zhǔn)2.曲線限速及提速措施曲線限速及提速措施普通車輛 擺式客車 第五節(jié)第五節(jié) 車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 五、客車在曲線上舒適性及其標(biāo)準(zhǔn)五、客車在曲線上舒適性及其標(biāo)準(zhǔn)2.曲線限速及提速措施曲線限速及提速措施 3.曲線運(yùn)行的其他規(guī)定及措施曲線運(yùn)行的其他規(guī)定及措施 第五節(jié)第五節(jié) 車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 五、客車在曲線上舒適性及其標(biāo)準(zhǔn)五、客車在曲線上舒適性及其標(biāo)準(zhǔn) 3.曲線運(yùn)行的其他規(guī)定及措施曲線運(yùn)行的其他規(guī)定及措施 車輛通過緩和曲線時(shí)的舒適度標(biāo)準(zhǔn)。1）對(duì)于一般鐵路 若換成外側(cè)車輪上升速度：h/t31mm/s 2）對(duì)于困難地段 Vmax ls/7h 若換成外側(cè)車輪上升速度：h/t40mm/s 3）擺式列車在既有線路上提速時(shí)，采用列車通過緩和曲線時(shí)車體側(cè)滾角速度作為旅客舒適度標(biāo)準(zhǔn)之一，并規(guī)定/t 第六節(jié)第六節(jié) 車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 一、車輛抗傾覆穩(wěn)定性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)一、車輛抗傾覆穩(wěn)定性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛在橫向力作用下可能傾覆的程度用傾覆系數(shù)D來表示 GB55991985規(guī)定的容許傾覆系數(shù)D0.8。第六節(jié)第六節(jié) 車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 二、輪對(duì)抗脫軌穩(wěn)定性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)二、輪對(duì)抗脫軌穩(wěn)定性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)第六節(jié)第六節(jié) 車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) (一一)根據(jù)車輪作用于鋼軌的橫向力根據(jù)車輪作用于鋼軌的橫向力Q評(píng)定車輪抗脫軌穩(wěn)定性評(píng)定車輪抗脫軌穩(wěn)定性Nadal公式車輪爬軌的條件為：稱為車輪脫軌系數(shù)。第六節(jié)第六節(jié) 車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) (一一)根據(jù)車輪作用于鋼軌的橫向力根據(jù)車輪作用于鋼軌的橫向力Q評(píng)定車輪抗脫軌穩(wěn)定性評(píng)定車輪抗脫軌穩(wěn)定性根據(jù)GB55991985規(guī)定，當(dāng)橫向作用力Q的作用時(shí)間大于0.05s時(shí)，脫軌系數(shù) 容許值為：（第一限度）安全值為：（第二限度）第六節(jié)第六節(jié) 車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) (二二)根據(jù)構(gòu)架力根據(jù)構(gòu)架力H評(píng)定輪對(duì)抗脫軌穩(wěn)定性評(píng)定輪對(duì)抗脫軌穩(wěn)定性容許值為：（第一限度）安全值為：（第一限度）第六節(jié)第六節(jié) 車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) (三三)根據(jù)輪重減載率評(píng)定車輪抗脫軌穩(wěn)定性根據(jù)輪重減載率評(píng)定車輪抗脫軌穩(wěn)定性容許值為：（第一限度）安全值為：（第一限度）第六節(jié)第六節(jié) 車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) (三三)根據(jù)輪重減載率評(píng)定車輪抗脫軌穩(wěn)定性根據(jù)輪重減載率評(píng)定車輪抗脫軌穩(wěn)定性第六節(jié)第六節(jié) 車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) (四四)車輪跳軌的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)車輪跳軌的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)輪軌間橫向作用力的作用時(shí)間小于0.05s時(shí)，容許的脫軌系數(shù)：(五五)輪軌間最大橫向力輪軌間最大橫向力Q的標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)1.道釘拔起，道釘應(yīng)力為彈性極限的限度：2.道釘拔起，道釘應(yīng)力為屈服極限的限度：3.線路嚴(yán)重變形的限度（用輪軸橫向力H來表示：木軌枕 混凝土軌枕 第六節(jié)第六節(jié) 車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 影響車輛脫軌的因素很多，有線路的原因、車輛的原因以及列車編組及運(yùn)用中的原因。但從前面的理論分析可見，影響脫軌的原因是輪軌間的橫向力過大和垂向力減載。如果輪軌橫向力大的一側(cè)又出現(xiàn)垂向力減少和車輪處于正沖角狀態(tài)時(shí)，脫軌的可能性增大。主要應(yīng)從下述三方面考慮：1.線路狀態(tài)線路狀態(tài) 2.車輛結(jié)構(gòu) 3.運(yùn)用情況運(yùn)用情況第六節(jié)第六節(jié) 車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行安全性及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 三、柔度系數(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)值三、柔度系數(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)值四、輪對(duì)沖角、磨耗功和磨耗指數(shù)四、輪對(duì)沖角、磨耗功和磨耗指數(shù)第五節(jié)第五節(jié) 車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 三、三、Sperling平穩(wěn)性指數(shù)平穩(wěn)性指數(shù) 單一頻率下 所有頻段下 第五節(jié)第五節(jié) 車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 四、客車、貨車運(yùn)行品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)四、客車、貨車運(yùn)行品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) GB 559985鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范規(guī)定的客車貨車平穩(wěn)性等級(jí)列于表6-6中。第五節(jié)第五節(jié) 車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 四、客車、貨車運(yùn)行品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)四、客車、貨車運(yùn)行品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 貨車車體橫向最大振動(dòng)加速度應(yīng)小于0.5g，垂向最大振動(dòng)加速度應(yīng)小于0.7g。GB5599-85規(guī)定，客車和貨車運(yùn)行品質(zhì)數(shù)據(jù)整理時(shí)的截止頻率為40Hz。對(duì)于特種貨車、軌行機(jī)械和長(zhǎng)大貨車，其運(yùn)行品質(zhì)采用GB/T17426-1998鐵道特種車輛和軌行機(jī)械動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定及試驗(yàn)方法。帶有動(dòng)力裝置的軌行機(jī)械的運(yùn)行平穩(wěn)性用司機(jī)座位500mm范圍內(nèi)地板面(或司機(jī)室座椅的支柱)上的橫向及垂向平穩(wěn)性指標(biāo)及最大振動(dòng)加速度來表示。GB/T17426-1998規(guī)定，特種貨車、軌行機(jī)械、長(zhǎng)大平車運(yùn)行品質(zhì)數(shù)據(jù)整理時(shí)的截止頻率為30Hz。第五節(jié)第五節(jié) 車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 第五節(jié)第五節(jié) 車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 五、客車在曲線上舒適性及其標(biāo)準(zhǔn)五、客車在曲線上舒適性及其標(biāo)準(zhǔn)1.未平衡的離心加速度及其標(biāo)準(zhǔn)未平衡的離心加速度及其標(biāo)準(zhǔn)第五節(jié)第五節(jié) 車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 五、客車在曲線上舒適性及其標(biāo)準(zhǔn)五、客車在曲線上舒適性及其標(biāo)準(zhǔn)1.未平衡的離心加速度及其標(biāo)準(zhǔn)未平衡的離心加速度及其標(biāo)準(zhǔn)0，稱為欠超高0，稱為過超高=0，這時(shí)的列車速度稱為平衡速度或均衡速度 第五節(jié)第五節(jié) 車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 五、客車在曲線上舒適性及其標(biāo)準(zhǔn)五、客車在曲線上舒適性及其標(biāo)準(zhǔn)1.未平衡的離心加速度及其標(biāo)準(zhǔn)未平衡的離心加速度及其標(biāo)準(zhǔn)（1 1）g gc c0.04g0.04g，旅客對(duì)未被平衡的離心加速度無明顯感覺；，旅客對(duì)未被平衡的離心加速度無明顯感覺；（2 2）gc=0.05g=0.05g，則旅客能覺察未被平衡的離心加速度，但無不舒服的感覺；，則旅客能覺察未被平衡的離心加速度，但無不舒服的感覺；（3 3）gc=0.077g0.077g，一般旅客能長(zhǎng)時(shí)間承受這種未被平衡的離心加速度；，一般旅客能長(zhǎng)時(shí)間承受這種未被平衡的離心加速度；（4 4）gc=0.1g0.1g，一般旅客能承受不頻繁的這種未被平衡的離心加速度。，一般旅客能承受不頻繁的這種未被平衡的離心加速度。未被平衡的離心加速度作為旅客在通過曲線時(shí)的舒適度標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)定：在條件較好的線路上，旅客列車的未被平衡的離心加速度gc0.05g，在山區(qū)和提速線路上gc0.077g，最大不超過，最大不超過0.1g。第五節(jié)第五節(jié) 車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)車輛運(yùn)行品質(zhì)及其評(píng)估標(biāo)準(zhǔn) 五、客車在曲線上舒適性及其標(biāo)準(zhǔn)五、客車在曲線上舒適性及其標(biāo)準(zhǔn)1.未平衡的離心加速度及其標(biāo)準(zhǔn)未平衡的離心加速度及其標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)鐵路用限制欠超高的形式來保證列車通過曲線時(shí)的安全性和旅客舒適度，按鐵路設(shè)計(jì)規(guī)定：(1)在等級(jí)較高的線路上，旅客列車的欠超高 hd70 mm；(2)在一般線路上，欠超高 hd90 mm；(3)在既有線路上提速時(shí)，某些線路的欠超高 hd110 mm。施加邊界條件的目的確定計(jì)算結(jié)果在工作過程中的應(yīng)力、變確定計(jì)算結(jié)果在工作過程中的應(yīng)力、變形、力、力矩分布和結(jié)構(gòu)的自振頻率；形、力、力矩分布和結(jié)構(gòu)的自振頻率；保證有限元計(jì)算模型在現(xiàn)有的計(jì)算軟件保證有限元計(jì)算模型在現(xiàn)有的計(jì)算軟件環(huán)境下能夠求解；環(huán)境下能夠求解；依據(jù)分析結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性降低計(jì)算工作量。依據(jù)分析結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性降低計(jì)算工作量。有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 載荷邊界條件 節(jié)點(diǎn)集中載荷節(jié)點(diǎn)集中載荷 線載荷線載荷 面載荷面載荷 體載荷體載荷載荷載荷溫度、力、力矩、線位移、角位溫度、力、力矩、線位移、角位移、重力加速度、角速度和角加速度等移、重力加速度、角速度和角加速度等 有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 約束邊界條件 節(jié)點(diǎn)約束節(jié)點(diǎn)約束 線約束和面約束線約束和面約束 約束約束線位移和角位移 載荷工況是根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)運(yùn)用條件而確是根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)運(yùn)用條件而確定的計(jì)算模型的加載組合。工況的選擇定的計(jì)算模型的加載組合。工況的選擇應(yīng)盡可能真實(shí)反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的各種受力應(yīng)盡可能真實(shí)反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的各種受力情況，載荷工況的確定要參考相關(guān)的強(qiáng)情況，載荷工況的確定要參考相關(guān)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)規(guī)范及試驗(yàn)規(guī)范。度設(shè)計(jì)規(guī)范及試驗(yàn)規(guī)范。有限元法基礎(chǔ)知識(shí)有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 求解未知節(jié)點(diǎn)位移和計(jì)算單元應(yīng)力求解未知節(jié)點(diǎn)位移和計(jì)算單元應(yīng)力。后處理后處理 對(duì)對(duì)有有限限元元計(jì)計(jì)算算模模型型求求解解完完成成后后顯顯示示并并解釋計(jì)算結(jié)果的過程。解釋計(jì)算結(jié)果的過程。后處理目的檢查計(jì)算模型的正確性，顯示計(jì)算結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有邊界條件下的變形規(guī)律，通過觀察結(jié)構(gòu)變形的連續(xù)性，判定計(jì)算模型的正確性；檢查邊界條件的正確性，通過查看約束反力和反力矩，評(píng)定施加于計(jì)算模型上的載荷和約束是否正確；檢查計(jì)算結(jié)果是否有效，顯示計(jì)算結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，通過觀察結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化規(guī)律、出現(xiàn)最大應(yīng)力的位置和施加邊界條件情況，判定計(jì)算結(jié)果的正確性；有限元法基礎(chǔ)知識(shí)后處理目的如果有多個(gè)計(jì)算邊界條件組合時(shí)，需對(duì)每個(gè)邊界條件的計(jì)算結(jié)果以數(shù)據(jù)文件的形式輸出，根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算理論確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力變化規(guī)律，評(píng)定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是否滿足要求。分析計(jì)算誤差，檢查現(xiàn)有的網(wǎng)格劃分密度是否能夠獲得高精度的計(jì)算結(jié)果。有限元法基礎(chǔ)知識(shí)后處理的主要形式 結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形變變分分布布：表表示示結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)在在特特定定的的邊邊界界條條件件下下，在在不不同同方方向向上上的的線線位位移移和和角角位位移變化規(guī)律及其組合位移變化規(guī)律。移變化規(guī)律及其組合位移變化規(guī)律。結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)應(yīng)力力分分布布：表表示示結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)在在特特定定邊邊界界條條件件下下的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)應(yīng)力力分分布布規(guī)規(guī)律律。結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)應(yīng)力力包包括括節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)應(yīng)應(yīng)力力和和單單元元應(yīng)應(yīng)力力；應(yīng)應(yīng)力力分分為為等等效效應(yīng)力、主應(yīng)力和方向應(yīng)力。應(yīng)力、主應(yīng)力和方向應(yīng)力。有限元法基礎(chǔ)知識(shí)后處理的主要形式形形變變圖圖：是對(duì)結(jié)構(gòu)形變分布的圖形表示。通過形變圖可以直觀地了解受力后結(jié)構(gòu)的變形大小和規(guī)律，充分了解變形情況，判斷結(jié)構(gòu)形變的合理性。梯梯度度線線圖圖，變形計(jì)算結(jié)果采用變形梯度線用圖形的方法表示；變變形形圖圖，變形計(jì)算結(jié)果用變形值放大觀察結(jié)構(gòu)變形情況的圖形表示；矢矢量量顯顯示示圖圖，變形計(jì)算結(jié)果采用箭頭顯示模型中變形大小和方向的變化。有限元法基礎(chǔ)知識(shí)有限元法基礎(chǔ)知識(shí)后處理的主要形式應(yīng)力圖：是對(duì)結(jié)構(gòu)表面或截面應(yīng)力分布的圖形表示。通過應(yīng)力圖可以直觀地了解受力后結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和大小，充分了解應(yīng)力分布規(guī)律，判斷結(jié)構(gòu)的合理性。梯梯度度線線圖圖，應(yīng)力計(jì)算結(jié)果采用應(yīng)力梯度線用圖形的方法表示；矢矢量量顯顯示示圖圖，應(yīng)力計(jì)算結(jié)果采用箭頭顯示模型中應(yīng)力的大小和方向的變化。有限元法基礎(chǔ)知識(shí)有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架 機(jī)車：UIC615-4動(dòng)力車/轉(zhuǎn)向架及走行部/轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗(yàn)、UIC615-1動(dòng)力車/轉(zhuǎn)向架 走行部/組成部分的一般規(guī)定和TB/T2368-2005動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗(yàn)方法；貨車：UIC510-3貨車 二軸和三軸貨車轉(zhuǎn)向架在試驗(yàn)臺(tái)上的試驗(yàn)和TB/T1335-96鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范；客車：UIC515-4客車/轉(zhuǎn)向架 走行部/轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗(yàn) 和TB/T2637-2008鐵道客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、搖枕和搖動(dòng)臺(tái)。EN13749-2011鐵路應(yīng)用轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)要求的規(guī)定方法 強(qiáng)度計(jì)算與試驗(yàn)分類 （1）超常載荷作用下的靜強(qiáng)度 計(jì)算與試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證構(gòu)架在運(yùn)用中出現(xiàn)的幾個(gè)最大載荷聯(lián)合作用下不發(fā)生永久變形。（2）模擬運(yùn)行載荷作用下的靜強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算與試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證在運(yùn)用中的主要載荷（垂向的、橫向的、縱向的及軌道扭曲的影響）共同作用下不產(chǎn)生疲勞裂紋。（3）模擬運(yùn)行載荷作用下的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算與試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的疲勞強(qiáng)度和檢查潛在的薄弱環(huán)節(jié)及評(píng)估其安全余量。（4）模擬運(yùn)行中的特殊載荷作用下的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算的目的是驗(yàn)證轉(zhuǎn)向架構(gòu)架安裝的部件(抗側(cè)滾扭桿、減振器、制動(dòng)設(shè)備等)以及通過小曲線半徑時(shí)而引起的交變應(yīng)力不會(huì)導(dǎo)致局部疲勞裂紋發(fā)生的危險(xiǎn)。8.5.4 計(jì)算載荷與計(jì)算載荷工況 作用于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上的載荷主要包括：垂向載荷、橫向載荷、扭曲載荷、制動(dòng)載荷和縱向載荷等。（1）超常載荷工況下的計(jì)算載荷 作用于轉(zhuǎn)向架上的垂向載荷 對(duì)于貨車轉(zhuǎn)向架：=0.5；對(duì)于機(jī)車和客車轉(zhuǎn)向架：=0.4 作用于轉(zhuǎn)向架上的橫向載荷在三軸轉(zhuǎn)向架中(nb=3)，則假設(shè)其中間輪對(duì)不參與橫向力的傳遞。扭曲載荷 對(duì)于貨車和客車轉(zhuǎn)向架，當(dāng)轉(zhuǎn)向架裝有懸掛裝置時(shí)，在滿載狀態(tài)下轉(zhuǎn)向架構(gòu)架承受的扭曲載荷為線路最大扭曲的10，在空載狀態(tài)下，一個(gè)車輪完全卸載。對(duì)于機(jī)車轉(zhuǎn)向架，為了模擬轉(zhuǎn)向架的脫軌工況，轉(zhuǎn)向架的扭曲載荷相應(yīng)于某一個(gè)車輪在其平面內(nèi)的100%的卸載。（2）正常運(yùn)行載荷工況下的計(jì)算載荷 作用于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上每側(cè)梁的垂向靜載荷 對(duì)于機(jī)車和客車轉(zhuǎn)向架 對(duì)于貨車轉(zhuǎn)向架 作用于轉(zhuǎn)向架上的垂向動(dòng)載荷 對(duì)于機(jī)車和客車轉(zhuǎn)向架，將機(jī)車車輛通過曲線時(shí)由離心力和風(fēng)力引起的車體側(cè)滾運(yùn)動(dòng)對(duì)構(gòu)架左右側(cè)梁垂向載荷的影響，由垂向載荷的某一百分?jǐn)?shù)表示，這里=0.1；由于車體的垂向運(yùn)動(dòng)（浮沉）而引起的垂向載荷的動(dòng)態(tài)變化用垂向載荷的某一百分?jǐn)?shù)表示，這里=0.2。系數(shù)和之和等于0.3，通常符合常規(guī)鐵路線路的正常運(yùn)行條件。若線路條件變差，對(duì)于轉(zhuǎn)向架可以通過提高上述系數(shù)來考慮，例如：+=0.4。對(duì)于貨車轉(zhuǎn)向架，將貨車通過曲線時(shí)由離心力和風(fēng)力引起的車體側(cè)滾運(yùn)動(dòng)對(duì)構(gòu)架左右側(cè)梁垂向載荷的影響，由垂向載荷的某一百分?jǐn)?shù)表示，對(duì)于旁承間距為1700mm的標(biāo)準(zhǔn)貨車轉(zhuǎn)向架=0.2，對(duì)于旁承間距2Bg不同于1700mm的轉(zhuǎn)向架，=0.2 1700/2Bg；由于車體的垂向運(yùn)動(dòng)（浮沉）而引起的垂向載荷的動(dòng)態(tài)變化用垂向載荷的某一百分?jǐn)?shù)表示，=0.3。作用于轉(zhuǎn)向架上的橫向載荷 對(duì)于機(jī)車和客車 對(duì)于貨車 扭曲載荷 對(duì)于貨車、客車和機(jī)車轉(zhuǎn)向架，當(dāng)轉(zhuǎn)向架裝有懸掛裝置時(shí)，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架承受的扭曲載荷為線路最大扭曲的5?？v向載荷 對(duì)于貨車和客車轉(zhuǎn)向架，通常不施加縱向載荷。但是為了轉(zhuǎn)向架構(gòu)架安全，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)應(yīng)考核制動(dòng)工況產(chǎn)生的縱向載荷對(duì)構(gòu)架強(qiáng)度的影響；對(duì)于機(jī)車轉(zhuǎn)向架，縱向載荷按啟動(dòng)牽引力與制動(dòng)力的較大者考慮。對(duì)于機(jī)車或者動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，電機(jī)振動(dòng)或者短路產(chǎn)生的載荷根據(jù)其在構(gòu)架上的安裝方式確定。此外，減振器、制動(dòng)裝置、抗側(cè)滾扭桿對(duì)構(gòu)架的載荷根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定。在上述確定的載荷作用下，對(duì)于機(jī)車和客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，基于靜強(qiáng)度結(jié)果對(duì)構(gòu)架進(jìn)行疲勞強(qiáng)度評(píng)定的計(jì)算載荷工況分為13個(gè)載荷工況，每個(gè)載荷工況的載荷組合見下表，各向載荷作用位置如下圖所示。表 機(jī)車和客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架計(jì)算載荷工況及載荷組合 對(duì)于貨車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，基于靜強(qiáng)度結(jié)果對(duì)構(gòu)架進(jìn)行疲勞強(qiáng)度評(píng)定的計(jì)算載荷工況分為11個(gè)載荷工況，每個(gè)載荷工況的載荷組合見下表。如果計(jì)算表明扭曲載荷的效果明顯不同于垂向和橫向力（例如，在兩類載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力出現(xiàn)在構(gòu)架的不同部位）時(shí)，那么扭曲載荷可以與其它載荷類型分開單獨(dú)施加，在強(qiáng)度分析中進(jìn)行考核。如果以上情況不滿足，則在強(qiáng)度分析中同時(shí)施加垂向、橫向和扭曲載荷。表 貨車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架計(jì)算載荷工況及載荷組合構(gòu)架疲勞強(qiáng)度評(píng)定 按照上述給出的疲勞強(qiáng)度評(píng)定方法對(duì)焊接的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)定。對(duì)采用有限元方法分析的構(gòu)架結(jié)構(gòu)，通過有限元計(jì)算程序輸出計(jì)算模型節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布信息，利用彈性力學(xué)理論計(jì)算節(jié)點(diǎn)的三向主應(yīng)力值及其與節(jié)點(diǎn)位置基準(zhǔn)夾角的方向余弦，確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)在不同載荷工況作用下的最大和最小主應(yīng)力值，按下式計(jì)算平均應(yīng)力和應(yīng)力幅或應(yīng)力比（應(yīng)力循環(huán)特性）。根據(jù)修正的Goodman曲線或Moore-Kommers-Japer疲勞曲線評(píng)定疲勞強(qiáng)度。焊接結(jié)構(gòu)疲勞失效的特點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)疲勞失效的特點(diǎn)應(yīng)力計(jì)算方法應(yīng)力計(jì)算方法拉拉壓壓應(yīng)應(yīng)力力疲疲勞勞曲曲線線剪剪切切應(yīng)應(yīng)力力疲疲勞勞曲曲線線算例 某焊接結(jié)構(gòu)的制造材料為S355J2鋼，其屈服極限S=355MPa、強(qiáng)度極限b=550MPa，母材和焊縫區(qū)域的疲勞極限分別為-1=125MPa和-1w=85MPa。已知：（1）母材區(qū)域A點(diǎn)的最小和最大應(yīng)力分別為min=-280MPa和max=220MPa；（2）焊縫區(qū)域B點(diǎn)的應(yīng)力幅為a=60MPa，應(yīng)力比為R=0.5。（3）在母材區(qū)域C點(diǎn)的主應(yīng)力分布為1=200.0MPa、2=0.0MPa和3=-200.0MPa。（a）試用Haigh圖形式的Goodman曲線確定A點(diǎn)和B點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度是否滿足要求?（b）評(píng)定C點(diǎn)的靜強(qiáng)度是否滿足要求？有限元法主要優(yōu)點(diǎn) 概念淺顯，容易掌握，可以在不同水平上建立對(duì)該法的理解；有很強(qiáng)的適用性，應(yīng)用范圍廣；該方法用矩陣形式表達(dá)，便于充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)運(yùn)算優(yōu)勢(shì)；精度高，速度快，可以建立更符合實(shí)際結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型。有限元法基礎(chǔ)知識(shí)有限元法基本思想 將將具具有有無無限限多多個(gè)個(gè)自自由由度度的的連連續(xù)續(xù)體體理理想想化化為為只只有有有有限限個(gè)個(gè)自自由由度度的的單單元元集集合合體體，用結(jié)構(gòu)分析的方法求其數(shù)值解的過程用結(jié)構(gòu)分析的方法求其數(shù)值解的過程。單元與單元僅通過點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）聯(lián)系。節(jié)點(diǎn)為單元幾何形狀的角點(diǎn)或加在角點(diǎn)間的中間點(diǎn)有限元法基礎(chǔ)知識(shí)有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 有限元法的分類 以節(jié)點(diǎn)位移為基本未知數(shù)的位移法 以節(jié)點(diǎn)力為基本未知數(shù)的力法 以節(jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)力為基本未知數(shù)的混合法有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 有限元法的基本內(nèi)容 結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的離離散散化化，將將連連續(xù)續(xù)體體離離散散成成為為單單元組合體的過程元組合體的過程。具體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為有限元模型具體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為有限元模型 忽略對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力無影響的微小細(xì)節(jié)忽略對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力無影響的微小細(xì)節(jié) 細(xì)化應(yīng)力集中或剛度突變區(qū)域或高應(yīng)細(xì)化應(yīng)力集中或剛度突變區(qū)域或高應(yīng) 力區(qū)力區(qū) 合理描述空間曲面合理描述空間曲面有限元法基礎(chǔ)知識(shí)有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 網(wǎng)格劃分質(zhì)量網(wǎng)格劃分質(zhì)量 單元形狀單元形狀 有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 網(wǎng)格劃分質(zhì)量網(wǎng)格劃分質(zhì)量 單元形狀與單元節(jié)點(diǎn)數(shù)單元形狀與單元節(jié)點(diǎn)數(shù) 有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 網(wǎng)格劃分質(zhì)量網(wǎng)格劃分質(zhì)量 單元幾何尺寸單元幾何尺寸 有限元法基礎(chǔ)知識(shí)網(wǎng)格密度網(wǎng)格密度 結(jié)構(gòu)用確定的單元進(jìn)行有限元網(wǎng)格離散時(shí)，單結(jié)構(gòu)用確定的單元進(jìn)行有限元網(wǎng)格離散時(shí)，單位長(zhǎng)度線或單位面積或單位體積所包含的單元位長(zhǎng)度線或單位面積或單位體積所包含的單元數(shù)量。數(shù)量。網(wǎng)格劃分密度的確定是有限元計(jì)算中經(jīng)常遇到的問題，遺憾的是直到今天沒有人給出確定的答案。網(wǎng)格劃分密度控制計(jì)算模型的單元數(shù)量和節(jié)點(diǎn)數(shù)量，決定強(qiáng)度分析的計(jì)算精度計(jì)算精度計(jì)算精度計(jì)算精度和解題解題規(guī)模規(guī)模；網(wǎng)格劃分密度依據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、計(jì)算者的知識(shí)水平、職業(yè)技能及經(jīng)驗(yàn)和誤差估計(jì)結(jié)果確定。有限元法基礎(chǔ)知識(shí)網(wǎng)格密度網(wǎng)格密度 計(jì)算機(jī)硬件配置計(jì)算機(jī)硬件配置 分析結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性分析結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 結(jié)構(gòu)對(duì)稱性結(jié)構(gòu)對(duì)稱性 子模型技術(shù)子模型技術(shù) 有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 單位制單位制 長(zhǎng)度m、質(zhì)量kg、時(shí)間s、密度kg/m3、加速度m/s2、力N、彈性模量N/m2、應(yīng)力Pa、變形或者位移m；長(zhǎng)度mm、質(zhì)量kg、時(shí)間s、密度kg/mm3、加速度m/s2、力N、彈性模量N/mm2、應(yīng)力MPa、變形或者位移mm；有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 單單元元類類型型選選擇擇位移模式，即即假假定定單單元元中中位位移移分分布布是是坐坐標(biāo)標(biāo)軸軸的的某某種種函函數(shù)數(shù)，位移模式一般用多項(xiàng)式函數(shù)表示位移模式一般用多項(xiàng)式函數(shù)表示。有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 單元類型選擇單元類型選擇 按按單元位移分布元位移分布：線性和二次線性單元 按單元形狀按單元形狀 點(diǎn)單元：質(zhì)量單元 線單元：桿、梁、彈簧阻尼、剛性桿/梁 面單元：平面單元（平面應(yīng)力、平面應(yīng)變、軸對(duì)稱）、殼（平面、曲面）體單元：四面體、六面體有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 混合單元使用混合單元使用 節(jié)點(diǎn)自由度不同單元的連接節(jié)點(diǎn)自由度不同單元的連接 三維殼單元與實(shí)體單元三維殼單元與實(shí)體單元 三維梁?jiǎn)卧c實(shí)體單元三維梁?jiǎn)卧c實(shí)體單元有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 混合單元使用混合單元使用 線性單元和非線性單元線性單元和非線性單元 有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 混合單元使用混合單元使用 單元類型相同、幾何形狀不同的實(shí)體單元類型相同、幾何形狀不同的實(shí)體 單元的連接單元的連接 有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 分分析析單單元元的的力力學(xué)學(xué)特特性性，利利用用幾幾何何方方程程、物理方程和虛功原理建立單元?jiǎng)偠染仃囄锢矸匠毯吞摴υ斫卧獎(jiǎng)偠染仃嚒Ｓ?jì)計(jì)算算等等效效節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)力力，據(jù)據(jù)虛虛功功相相等等原原則則，用用等等效效節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)力力來來替替代代所所有有作作用用于于單單元元邊邊界上的外載。界上的外載。有限元法基礎(chǔ)知識(shí) 建建立立整整體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)平平衡衡方方程程，集集合合所所有有單單元的剛度矩陣。元的剛度矩陣。引入邊界條件引入邊界條件，載荷和約束。載荷和約束。邊邊界界條條件件的的確確定定取取決決于于計(jì)計(jì)算算結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)在在工工作作過過程程中中的的受受力力情情況況和和結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的正正、反反對(duì)對(duì)稱稱特特征征，準(zhǔn)準(zhǔn)確確地地模模擬擬結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的邊邊界界條條件件是是保保證證有有限限元元計(jì)計(jì)算算結(jié)結(jié)果果精精度度的的一一個(gè)個(gè)必必不不可可少少的條件。的條件。