铁道车辆动力学性能

第 二 章 铁 道 车 辆 动 力 学 性 能第 一 节 铁 道 车 辆 动 力 学 性 能 概 述第 二 节 车 辆 运 行 平 稳 性第 三 节 车 辆 运 行 稳 定 性 （ 安 全 性 ）第 四 节 转 向 架 主 要 部 件 的 动 强 度第 五 节 车 辆 蛇 行 运 行 稳 定 性 2.1 铁 道 车 辆 动 力 学 性 能 概 述1. 车 辆 运 行 平 稳 性（ 一 ） 客 车 ： 旅 客 乘 坐 的 舒 适 性 评 价 指 标 ： 平 稳 性 指 标 、 平 均 最 大 振 动 加 速 度 、 疲 劳 时 间 、 在 曲 线 上 舒 适 性 、 等 舒 适 度 曲 线 、 动 荷 系 数 等 指 标（ 二 ） 货 车 ： 确 保 运 送 货 物 的 完 整 性 评 价 指 标 ： 平 稳 性 指 标 、 最 大 振 动 加 速 度 平 均 最 大 振 动 加 速 度 、 动 荷 系 数 等 指 标 2. 车 辆 运 行 安 全 性（ 一 ） 倾 覆 系 数（ 二 ） 脱 轨 系 数 （ 1） 车 轮 脱 轨 系 数 （ 2） 轮 对 脱 轨 系 数 （ 3） 轮 重 减 载 率 （ 4） 车 轮 跳 轨 （ 5） 横 向 力 允 许 限 度（ 三 ） 柔 度 系 数（ 四 ） 车 辆 曲 线 通 过 性 能2.1 铁 道 车 辆 动 力 学 性 能 概 述 3. 转 向 架 主 要 部 件 的 动 强 度 转 向 架 的 摇 枕 、 构 架 （ 侧 架 ） 动 力 系 数 疲 劳 破 坏2.1 铁 道 车 辆 动 力 学 性 能 概 述 4. 相 关 标 准1 GB T 5599-1985 铁 道 车 辆 动 力 学 性 能 评 定 和 试验 鉴 定 规 范 ；2 200 km/h及 以 上 动 车 组 动 力 学 性 能 试 验 鉴 定 方 法及 评 定 标 准 。3 TB T 2542-2000 铁 路 机 车 车 辆 振 动 试 验 方 法（ JIS E4031-1994） ；4 TB T3058-2002 铁 路 应 用 机 车 车 辆 设 备 冲 击 和振 动 试 验 (IEC 61373:1999)； IEC国 际 电 工 委 员 会 ； JIS 日 本 工 业 标 准 ；2.1 铁 道 车 辆 动 力 学 性 能 概 述 4. 相 关 标 准4 UIC 518 铁 路 车 辆 动 力 学 性 能 、 行 车 安 全 性 、 轨道 疲 劳 和 运 行 品 质 的 试 验 及 验 收 ；5 UIC513 铁 道 车 辆 旅 客 振 动 舒 适 性 评 定 指 南 ;6 AAR M-1001 新 造 货 车 运 用 性 能 的 试 验 和 分 析 ；7 EN 14363 铁 路 应 用 铁 路 机 车 车 辆 运 行 特 性 验收 试 验 运 行 特 性 试 验 和 静 态 试 验 UIC国 际 铁 路 联 盟 ； AAR 美 国 铁 路 协 会 。 2.1 铁 道 车 辆 动 力 学 性 能 概 述 2.2 平 稳 性 评 定 标 准 平 稳 性 主 要 是 指 客 车 上 旅 客 的 乘 坐 舒 适 度 、 货车 上 装 运 货 物 的 完 整 性 。 主 要 的 评 价 参 数 是 车 体 上 规定 位 置 的 各 方 向 的 振 动 加 速 度 ， 将 其 统 计 处 理 后 得到 评 价 指 标 值 。 各 国 都 有 自 己 的 评 价 体 系 ， 例 如 我 国 的 GB5599-85； UIC513； ISO2613； 日 本 、 英 国 等 各 国 的 评 价 标准 。 我 国 现 在 采 用 改 变 了 的 Sperling指 标 ， 在 高 速 车和 出 口 车 辆 平 稳 性 计 算 中 还 采 用 Wz值 (Sperling指 标 )、Nmv值 (舒 适 度 指 标 )。 Sperling等 人 提 出 影 响 车 辆 平 稳 性 的 两 个 重 要 因 素 ：（ 1） 位 移 对 时 间 的 三 次 导 数 ： 加 速 度 变 化 率（ 2） 振 动 时 动 能 的 大 小 ：az 在 一 定 意 义 上 代 表 力 的 变 化 率 ，F的 增 减 变 化 引 起 冲 动 的 感 觉 。 30max 2 fzz dccc EfzMzMzM 20202 2212121 cdMEfz 22 20 一 、 Sperling （ 斯 佩 林 ） 平 稳 性 指 数 ：z 2.2 平 稳 性 评 定 标 准F ma 0 sinz z t 3052030 222 zffzfz 1010 353010 305 896.07.22 fFfafFfzfFzfW 将 反 映 冲 动 和 反 映 振 动 动 能 两 项 的 乘 积 作 为 衡 量 标 准 来评 定 车 辆 运 行 品 质 一 、 Sperling （ 斯 佩 林 ） 平 稳 性 指 数 ： 2020 2 fzza 加 速 度 幅 值 ， cm/s-2 根 据 人 体 对 振 动 疲 劳 感 受 不 同 ， 由 实 验 获 得 的 频率 修 正 函 数 F f 2.2 平 稳 性 评 定 标 准 F f一 、 Sperling （ 斯 佩 林 ） 平 稳 性 指 数 ：0.5-5.9 单 增f 2325.0 f5.9-20 单 减2400/ f20 1垂向振动 0.5-5.4 单 增 20.8f5.4-26 单 减 2650/ f26 1横向振动 2.2 平 稳 性 评 定 标 准 一 、 Sperling （ 斯 佩 林 ） 平 稳 性 指 数 ： 上 式 只 适 用 于 一 种 频 率 一 个 振 幅 的 单 一 振 动 。 但 实际 车 辆 在 线 路 上 运 行 时 的 振 动 频 率 和 振 幅 都 是 随 时 间 变化 的 。 因 此 在 整 理 车 辆 平 稳 性 指 数 时 ， 把 实 测 的 车 辆 振动 加 速 度 记 录 ， 通 常 按 频 率 分 解 ， 进 行 频 谱 分 析 ， 求 出每 段 频 率 范 围 的 振 幅 值 ， 然 后 对 每 频 段 计 算 各 自 的 平 稳性 指 数 ， 然 后 再 求 出 全 部 频 段 总 的 平 稳 性 指 数 ： 1.010102101 )( ntot WWWW 2.2 平 稳 性 评 定 标 准 我 国 主 要 采 用 Sperling的 平 稳 性 指 数 来 评 价 车 辆 的 平稳 性 等 级 。 GB5599-85规 定 ， 客 车 用 距 离 1、 2位 心 盘 一 侧 横 向偏 离 1m处 地 板 面 上 、 货 车 用 在 1或 2位 心 盘 内 侧 距 心 盘 中心 线 小 于 1000mm的 车 体 底 架 中 梁 下 盖 板 上 的 的 横 向 及垂 向 加 速 度 ， 来 统 计 计 算 客 货 车 垂 直 、 横 向 平 稳 性 指 标 ，最 大 加 速 度 和 平 均 加 速 度 。 新 造 客 车 、 货 车 的 横 向 及 垂向 平 稳 性 指 标 应 满 足 GB5599-85的 良 好 标 准 。一 、 Sperling （ 斯 佩 林 ） 平 稳 性 指 数 ：2.2 平 稳 性 评 定 标 准 一 、 Sperling （ 斯 佩 林 ） 平 稳 性 指 数 ：地 板 面 上 布 置 测 点前 进 方 向 前 转 向 架 中 心后 转 向 架 中 心 1mGB5599-85 客 车 测 点2.2 平 稳 性 评 定 标 准 一 、 Sperling （ 斯 佩 林 ） 平 稳 性 指 数 ：底 架 中 梁 下 盖 板 上 布 测 点前 进 方 向 前 转 向 架 中 心后 转 向 架 中 心 1mGB5599-85 货 车 测 点2.2 平 稳 性 评 定 标 准 一 、 Sperling （ 斯 佩 林 ） 平 稳 性 指 数 ： 平 稳 性 等 级 平 稳 性 指 标 分 横 向 和 垂 向 ， 平 稳 性 等 级 是 一 样 的 。 客 车 货 车 W2.5 优 W3.5 优 W2.75 良 好 W4.0 良 好 W3.0 合 格 W4.25 合 格2.2 平 稳 性 评 定 标 准 一 、 Sperling （ 斯 佩 林 ） 平 稳 性 指 数 ： 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 2401.41.5 1.61.71.8 1.92.02.1 2.22.32.4 2.5 平稳性指标 运 行 速 度 /(km/h) 横 向 平 稳 性 指 标 垂 向 平 稳 性 指 标车 辆 平 稳 性 指 标 和 车 速 的 关 系 2.2 平 稳 性 评 定 标 准 二 、 舒 适 性 (Nmv)指 标 ： 舒 适 性 指 标 分 简 化 方 法 和 完 全 方 法 ， 一 般 仿 真 计 算 采用 简 化 方 法 。 其 测 点 如 下 图 ：前 进 方 向 前 转 向 架 中 心后 转 向 架 中 心2.2 平 稳 性 评 定 标 准 二 、 舒 适 性 (Nmv)指 标 ： 舒 适 性 指 标 的 计 算 方 法 和 Sperling指 标 计 算 方 法 不 同 。 首 先 得 到 各 测 点 的 纵 向 、 横 向 和 垂 向 加 速 度 时 间 历 程 ； 对 时 间 历 程 按 5s分 成 至 少 60个 数 据 段 ； 再 对 每 数 据 段 进 行 傅 立 叶 变 换 和 频 域 加 权 （ 或 滤 波 ） ； 求 每 段 数 据 各 方 向 的 最 大 加 速 度 ； 对 各 方 向 各 段 加 速 度 最 大 值 取 95%的 最 大 值 ， 再 按 以 下 公式 计 算 ： 2 2 295 95 956 d d bW W WMV px py pzN a a a a 加 速 度 均 方 根 2.2 平 稳 性 评 定 标 准 二 、 舒 适 性 (Nmv)指 标 ： 舒 适 性 的 等 级 NMV1 最 佳 舒 适 性 1NMV2 良 好 舒 适 性 2NMV4 中 等 舒 适 性 4NMV5 不 好 舒 适 性 5NMV 极 差 舒 适 性 舒 适 性 和 平 稳 性 指 标 的 差 异 1. 测 量 点 和 测 量 的 加 速 度 不 同 ； 2. 计 算 方 法 不 同 ； 3. 评 价 方 法 (有 无 纵 向 )和 等 级 不 同 ；2.2 平 稳 性 评 定 标 准 GB5599-85规 定 ：货 车 车 体 ：横 向 最 大 振 动 加 速 度 0.5g；垂 向 最 大 振 动 加 速 度 0.7g。 我 国 规 定 用 最 大 加 速 度 来 确 定 货 车 的 限 制 速 度 。 在100km的 试 验 区 段 内 ， 按 规 定 标 准 测 定 货 车 通 过 直 道 、 弯道 、 车 站 侧 线 时 的 最 大 振 动 加 速 度 ， 在 货 车 限 制 速 度 范 围内 超 限 加 速 度 不 应 大 于 3个 。 若 超 限 加 速 度 大 于 3个 ， 则 应重 新 规 定 试 验 货 车 的 限 制 速 度 。三 、 最 大 加 速 度 ： 2.2 平 稳 性 评 定 标 准 四 、 平 均 最 大 加 速 度 ： 当 车 辆 进 行 动 力 学 试 验 时 ， 每 次 记 录 的 分析 段 时 间 为 6s， 在 每 个 分 析 段 中 选 取 一 个 最 大加 速 度 ， 在 每 个 分 析 段 中 选 取 一 个 最 大 加 速度 ， 平 均 最 大 加 速 度 为 ： maa mi i 1 maxmaxmaxia 2.2 平 稳 性 评 定 标 准 四 、 最 大 平 均 加 速 度 ： 当 用 平 均 最 大 加 速 度 评 定 速 度 140km/h的 客 车 平 稳性 等 级 时 ， 采 用 下 列 公 式 ： Vmaxa pCV 00027.0 当 用 平 均 最 大 加 速 度 评 定 速 度 100km/h的 货 车 平稳 性 等 级 时 ， 采 用 下 列 公 式 ： V maxa fCV 00135.0 垂 向 振 动 ： 横 向 振 动 ： fCV 00215.0maxa 单 位 ： 2cm/s 2.2 平 稳 性 评 定 标 准 四 、 平 均 最 大 加 速 度 ： fC运 行 平 稳性 等 级 垂 向 振 动 横 向 振 动 垂 向 振 动 横 向 振 动优 0.025 0.010 0.06 0.08良 好 0.030 0.018 0.11 0.13合 格 0.035 0.025 0.16 0.18pC2.2 平 稳 性 评 定 标 准 五 、 客 车 在 曲 线 上 舒 适 性 及 其 指 标 ： （ 一 ） 未 平 衡 的 离 心 加 速 度 及 其 标 准 ：hgRSVhSg dc 22.2 平 稳 性 评 定 标 准注 意 单 位h外 轨 超 高 ， mm；S两 钢 轨 顶 面 中 心 距 ， 1500mm；V车 辆 运 行 速 度 ， m/s；g重 力 加 速 度 ， 9.81m/s-2;R曲 线 半 径 ， mh d欠 超 高 ， mm 五 、 客 车 在 曲 线 上 舒 适 性 及 其 指 标 ： （ 一 ） 未 平 衡 的 离 心 加 速 度 及 其 标 准 ： 我 国 铁 路 用 限 制 欠 超 高 的 形 式 来 保 证 列 车通 过 曲 线 时 的 安 全 性 和 旅 客 舒 适 。 规 定 ：（ 1） 等 级 较 高 的 线 路 上 ， 客 车 欠 超 高 小 于 70mm；（ 2） 一 般 线 路 上 ， 欠 超 高 小 于 90mm；（ 3） 既 有 线 上 提 速 ， 某 些 线 路 的 欠 超 高 小 于 110mm。2.2 平 稳 性 评 定 标 准 五 、 客 车 在 曲 线 上 舒 适 性 及 其 指 标 ： （ 二 ） 曲 线 限 速 及 提 速 措 施 ： 曲 线 限 速 ， km/h； 实 设 超 高 、 欠 超 高 ， mm； 曲 线 半 径 ， m。2.2 平 稳 性 评 定 标 准 2 2m/s9.813.6 km/h1500dd h dh h gRSVh h VgR Sh h R hVdhh,R 五 、 客 车 在 曲 线 上 舒 适 性 及 其 指 标 ： （ 二 ） 曲 线 限 速 及 提 速 措 施 ：2.2 平 稳 性 评 定 标 准 km/h11.8 d th h h h RV 摆 式 列 车 五 、 客 车 在 曲 线 上 舒 适 性 及 其 指 标 ： （ 三 ） 车 辆 通 过 缓 和 曲 线 时 的 舒 适 度 标 准 ： 我 国 铁 路 铁 路 设 计 标 准 规 定 ：（ 1） 一 般 线 路 ： hlV s9max （ 2） 困 难 地 段 ： hlV s7max 2.2 平 稳 性 评 定 标 准 七 、 动 荷 系 数 ： 2.2 平 稳 性 评 定 标 准gaPPK lstldld vd vvd stP aK P g dvd stfK f前 苏 联 采 用 六 、 ISO疲 劳 时 间 ： 2.2 平 稳 性 评 定 标 准工 效 下 降 时 间 、 振 动 加 速 度 、 频 率 之 间 的 关 系 ；飞 机 和 汽 车 驾 驶 员 ： 2Hz以 下 横 向 振 动 、 48Hz垂 向 振 动 最 敏 感垂 向 振 动 水 平 方 向 振 动 2.2 安 全 性 评 定 标 准 车 辆 运 行 安 全 性 只 有 在 轮 轨 处 于 正 常 接 触 状 态 时 才 能得 到 保 证 。 由 于 车 辆 在 线 路 上 运 行 时 受 到 各 种 力 的 作 用 ，在 最 不 利 的 组 合 情 况 下 ， 可 能 破 坏 车 辆 正 常 运 行 的 条 件 ，使 轮 轨 分 离 ， 从 而 造 成 车 辆 脱 轨 或 倾 覆 事 故 ， 这 就 称 为 车辆 失 去 运 行 安 全 性 。 本 节 就 是 研 究 车 辆 安 全 运 行 的 条 件 及 其 评 定 指 标 ， 分析 其 影 响 因 素 ， 提 出 改 善 的 措 施 ， 以 确 保 车 辆 运 行 安 全 。 一 、 车 辆 抗 倾 覆 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ： 车 辆 在 运 行 时 受 到 各 种 横 向 力 的 作 用 ， 如 风 力 、 离 心 力 、线 路 超 高 引 起 的 重 力 横 向 分 量 以 及 横 向 振 动 惯 性 力 等 ， 从 而造 成 车 辆 的 一 侧 车 轮 减 载 ， 另 一 侧 车 轮 增 载 。 如 果 各 种 横 向力 载 最 不 利 组 合 作 用 下 ， 车 辆 一 侧 车 轮 与 钢 轨 之 间 的 垂 向 力减 少 到 零 ， 车 辆 有 倾 覆 的 危 险 。2.2 安 全 性 评 定 标 准 一 、 车 辆 抗 倾 覆 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ： 车 辆 倾 覆 的 三 种 情 况 ：1、 曲 线 外 倾 覆 ： 车 辆 在 曲 线 上 运 行 时 ， 由 于 受 风 力 、 离心 力 和 横 向 振 动 惯 性 力 等 的 作 用 及 其 不 利 的 组 合 时 ， 使 车 辆向 曲 线 外 侧 倾 覆 。 这 种 情 况 一 般 发 生 在 高 速 运 行 时 ；2、 曲 线 内 倾 覆 ： 当 车 辆 缓 慢 地 驶 入 曲 线 时 ， 由 于 车 体 内倾 ， 同 时 受 侧 向 力 （ 风 力 、 振 动 惯 性 力 等 ） 的 作 用 下 ， 使 车辆 向 曲 线 内 侧 倾 覆 ；3、 直 线 倾 覆 ： 当 车 辆 在 直 线 上 运 行 时 ， 由 于 受 极 大 的 侧向 风 力 作 用 ， 或 者 再 加 上 由 于 线 路 原 因 造 成 车 辆 严 重 的 横 向振 动 致 使 车 辆 倾 覆 。2.2 安 全 性 评 定 标 准 一 、 车 辆 抗 倾 覆 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ： 倾 覆 系 数 ： 12 12 PP PPPPD std GB 5599-85规 定 “ 试 验 鉴 定 车 辆 的 倾 覆 系 数 应 满 足 下 列 要 求 ：8.0D 倾 覆 系 数 应 在 试 验 车 辆 以 线 路 容 许 的 最 高 速 度 通 过 时 的运 行 状 态 下 测 试 。 试 验 鉴 定 车 辆 同 一 侧 各 车 轮 或 一 台 转 向 架同 一 侧 各 车 轮 其 倾 覆 系 数 同 时 达 到 或 超 过 0.8时 ， 方 被 认 为 有倾 覆 危 险 。 考 虑 气 动 力 作 用 ，（ 一 ） 倾 覆 系 数 及 评 估 标 准 ：2.2 安 全 性 评 定 标 准 2 1 stP P P 一 、 车 辆 抗 倾 覆 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ： PbLHphgahrbhbhRgVbhD yggg 22202 112 上 式 中 第 一 项 是 由 于 车 辆 通 过 曲 线 时 未 被 平 衡 的 离 心力 引 起 的 （ 向 曲 线 外 侧 方 向 的 离 心 力 和 由 于 外 轨 超 高 引 起的 车 辆 重 量 向 内 侧 的 水 平 分 力 之 差 ） 。 第 二 项 是 由 于 车 辆横 向 振 动 惯 性 力 引 起 的 。 第 三 项 是 由 于 侧 向 风 力 引 起 的 。 上 式 为 车 辆 向 曲 线 外 侧 倾 覆 的 情 况 ， 而 风 压 相 反 时 ， 则为 向 曲 线 内 侧 倾 覆 地 情 况 ， 等 号 右 边 第 二 、 三 项 符 号 由 “ +”变 成 “ ” 。 这 时 ， 倾 覆 临 界 值 。 1D。 （ 一 ） 倾 覆 系 数 及 评 估 标 准 ： 2.2 安 全 性 评 定 标 准 一 、 车 辆 抗 倾 覆 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ： （ 二 ） 防 止 车 辆 倾 覆 的 安 全 措 施 ： 对 于 车 辆 结 构 来 说 ， 车 辆 倾 覆 主 要 取 决 于 车 辆 弹 簧悬 挂 装 置 的 横 向 刚 度 和 角 刚 度 以 及 重 心 高 度 。 在 一 定 外力 的 作 用 下 ， 车 体 横 向 偏 移 也 越 大 ； 角 刚 度 越 小 ， 车 体倾 角 越 大 ； 重 心 越 高 ， 车 体 横 向 偏 移 也 越 大 。 因 此 ， 增大 其 横 向 刚 度 、 角 刚 度 及 降 低 重 心 高 度 ， 对 于 防 止 车 辆倾 覆 地 效 果 较 为 显 著 。 为 了 既 能 改 善 车 辆 振 动 性 能 ， 又 能 防 止 车 辆 倾 覆 ，通 常 采 用 增 大 弹 簧 角 刚 度 的 办 法 。 也 就 是 在 不 增 大 弹 簧垂 直 刚 度 的 前 提 下 ， 尽 量 增 大 左 右 侧 弹 簧 的 横 向 间 距 来增 大 抵 抗 车 体 侧 向 转 动 的 反 力 矩 ， 从 而 减 小 车 体 的 倾 角 。此 外 ， 可 以 采 用 抗 侧 滚 减 振 器 。 2.2 安 全 性 评 定 标 准 二 、 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ： 车 轮 给 钢 轨 的 横 向 力 Q很 大 ， 垂 向 力 P很 小 ， 新 的 接 触点 逐 渐 移 向 轮 缘 根 部 ， 车 轮 逐 渐 升 高 。 轮 缘 上 接 触 点 位 置到 达 轮 缘 圆 弧 面 上 的 拐 点 ， 即 轮 缘 根 部 与 中 部 圆 弧 连 接 处轮 缘 倾 角 最 大 的 一 点 时 ， 就 达 到 爬 轨 的 临 界 点 。 到 达 临 界点 以 前 Q减 小 或 P增 大 ， 轮 对 可 能 下 滑 ， 恢 复 到 原 来 的 位 置 。接 触 点 超 过 临 界 点 后 Q、 P的 变 化 不 大 ， 由 于 轮 缘 倾 角变 小 ， 由 于 轮 缘 倾 角变 小 ， 车 轮 有 可 能 逐渐 爬 上 钢 轨 直 到 轮 缘顶 部 达 到 钢 轨 顶 面 而脱 轨 。 2.2 安 全 性 评 定 标 准 爬 轨 ： 车 轮 爬 上 钢 轨 需 要 一 定 时 间 ， 这 种 脱 轨 方 式 称 为爬 轨 ， 一 般 发 生 在 低 速 通 过 小 半 径 曲 线 时 。 掉 轨 ： 当 轮 轨 之 间 的 横 向 力 过 大 ， 使 轨 距 扩 宽 ， 使 车 轮落 入 轨 道 内 侧 而 脱 轨 。 特 别 是 车 辆 在 不 良 线 路 上高 速 运 行 和 长 大 货 物 车 通 过 曲 线 时 ， 会 有 这 种 情况 。 跳 轨 ： 在 高 速 情 况 下 ， 由 于 轮 轨 之 间 的 冲 击 力 造 成 车 轮跳 上 钢 轨 ， 这 种 脱 轨 方 式 称 跳 轨 。 轮对脱轨方式二 、 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ：2.2 安 全 性 评 定 标 准 二 、 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ：（ 一 ） 根 据 车 轮 作 用 于 钢 轨 的 横 向 力 Q评 定 车 轮 抗 脱 轨 稳 定 性 ： NaQaP NaQaP sincos cossin aaPQ tan1tan 2.2 安 全 性 评 定 标 准 二 、 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ：（ 一 ） 根 据 车 轮 作 用 于 钢 轨 的 横 向 力 Q评 定 车 轮 抗 脱 轨 稳 定 性 ：aaPQ tan1tan 车 轮 脱 轨 系 数 上 式 是 一 种 最 基 本 的 脱 轨 条 件 ， 实 际 情 形 往 往 复 杂得 多 。 脱 轨 系 数 不 仅 与 、 有 关 ， 而 且 与 轮 轨 冲 角 、曲 线 半 径 、 车 轮 直 径 、 运 行 速 度 以 及 轮 轨 之 间 的 蠕 滑 力等 因 素 相 关 。 爬 轨 条 件 ： PQ a2.2 安 全 性 评 定 标 准 二 、 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ：（ 一 ） 根 据 车 轮 作 用 于 钢 轨 的 横 向 力 Q评 定 车 轮 抗 脱 轨 稳 定 性 ： 2.1PQ我 国 车 辆 标 准 车 轮 轮 缘 角 2169 a ， 实 测 结 果7068a 摩 擦 系 数 一 般 为 0.20 0.30。 确 定 脱 轨 系 数 的 允 许 限 度 时 ， 可 取 摩 擦 系 数 的 上 限0.3 0.35， 取 a 的 下 限 。 当 32.068a 2.1PQ 根 据 GB 5599-85轨 道 ， 当 横 向 力 作 用 时 间 大 于 0.05s时 ， 脱 轨 系 数 ：容 许 值 ： 安 全 值 ： 0.1PQ 2.2 安 全 性 评 定 标 准 二 、 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ：（ 二 ） 根 据 构 架 力 H评 定 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 ： 22 2222 11 1111 tan1tan tan1tan aaPQ aaPQ 21 QQH 22 2212111 211 tan1tan aaPPPQPQQPH 2.2 安 全 性 评 定 标 准 二 、 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ：（ 二 ） 根 据 构 架 力 H评 定 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 ：2tana 数 值 不 大 ， 可 取 0tan 2 a ， 于 是 可 得 轮 对 脱 轨 条 件 ：11 111 2211 tan1tan aaP PHPQ 1 22P PH 轮 对 脱 轨 系 数我 国 轨 道 取 为 0.24， 当 H的 作 用 时 间 不 大 于 0.05s时 ， 轮 对脱 轨 系 数 ， 即 ： 2.124.01 2 P PH容 许 值 0.124.01 2 P PH安 全 值 2 2.2 安 全 性 评 定 标 准 二 、 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ：（ 三 ） 车 轮 跳 轨 的 评 定 指 标 ： 侧 向 力 只 在 很 短 的 时 间 内 起 作 用 ， 并 认 为 侧 向 力 作 用时 间 大 于 0.05秒 时 为 爬 轨 ， 小 于 0.05秒 时 为 跳 轨 。 据 此 ，有 些 国 家 的 脱 轨 系 数 安 全 指 标 为 ： 对 于 侧 向 力 作 用 时 间 大 于 0.05秒 时 ， 采 用 前 述 的 车 轮脱 轨 系 数 标 准 。 对 于 侧 向 力 作 用 时 间 小 于 0.05秒 时 为 ：tPQ 04.0我 国 对 轮 轨 瞬 时 冲 击 而 造 成 车 轮 跳 轨 的 脱 轨 系 数 无 明 确 规 定 。 2.2 安 全 性 评 定 标 准 （ 四 ） 根 据 轮 重 减 载 率 评 定 车 轮 抗 脱 轨 稳 定 性 ：二 、 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ：2.2 安 全 性 评 定 标 准 （ 四 ） 根 据 轮 重 减 载 率 评 定 车 轮 抗 脱 轨 稳 定 性 ：11 111 2211 tan1tan aaP PHPQ 22 2212111 tan1tan aaPPPQPH 11 1122 2212 tan1tantan1tan aaaaPP 0H 二 、 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ：2.2 安 全 性 评 定 标 准 （ 四 ） 根 据 轮 重 减 载 率 评 定 车 轮 抗 脱 轨 稳 定 性 ： 2121 PPP 1221 PPP 22 2211 11 11 1122 22 tan1tantan1tan tan1tantan1tan aaaa aaaaPP PP轮 重 减 载 率 脱 轨 必 要 条 件 ： 二 、 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ：2.2 安 全 性 评 定 标 准 （ 四 ） 根 据 轮 重 减 载 率 评 定 车 轮 抗 脱 轨 稳 定 性 ：65.0PP我 国 TB 449-76锥 形 踏 面 的 70681a， 201arctan2 a，25.02.01 ， 则 PP 0.65时 ， 车 轮 有 爬 轨 的 危 险 。我 国 规 定 轮 重 减 载 率 为 ：容 许 标 准 安 全 标 准 60.0PP二 、 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ：2.2 安 全 性 评 定 标 准 （ 五 ） 轮 轨 间 最 大 横 向 力 Q的 标 准 ：， GB 5599-85轨 道 “ 推 荐 应 用 横 向 力 运 行 限 度 鉴 定 试 验 车 辆在 运 行 过 程 中 是 否 会 导 致 轨 距 扩 宽 （ 道 钉 拔 起 ） 或 线 路 产 生 严重 变 形 （ 钢 轨 和 轨 枕 在 道 床 上 出 现 横 向 滑 移 或 挤 翻 钢 轨 ） ， 按车 辆 通 过 时 对 线 路 的 影 响 ， 横 向 力 的 允 许 限 度 采 用 以 下 标 准 ： 道 钉 拔 起 ， 道 钉 应 力 为 弹 性 极 限 时 的 限 度 ： stPQ 3.019道 钉 应 力 为 屈 服 极 限 时 的 限 度 ： stPQ 3.029 横 向 力 Q单 位 为 KN 二 、 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ：2.2 安 全 性 评 定 标 准 （ 五 ） 轮 轨 间 最 大 横 向 力 Q的 标 准 ：，线 路 严 重 变 形 的 限 度 ： 对 于 混 凝 土 轨 枕 ： 21085.0 21 stst PPH对 于 木 轨 枕 ： 21585.0 21 stst PPH 二 、 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 及 其 评 估 标 准 ：2.2 安 全 性 评 定 标 准 三 、 柔 度 系 数 及 其 标 准 ：欧 洲 铁 路 联 盟 （ UIC） 标 准 规 定 ： 确 定 动 态 限 界 、 防 止 车 辆 与 沿 线 固 定 设 备 和 移 动 设 备相 碰 撞 而 影 响 行 车 安 全 。客 车 的 柔 度 系 数 ： 4.0S货 车 的 柔 度 系 数 ： 2.0S（ 以 装 载 状 态 为 准 ） 2.2 安 全 性 评 定 标 准 评 价 指 标 表 达 式 容 许 值 安 全 值脱轨系数 车 轮 脱 轨 系 数 1.2 1.0轮 对 脱 轨 系 数 1.2 1.0车 轮 跳 轨 0.04/t轮 轴 减 载 率 0.65 0.6轮 轨 最大 横 向力 道 钉轨枕 木混 凝 土 倾 覆 系 数 0.8PQ/ 122 / PPH PP/ QH std PPD / PQ/ stP3.019stP3.029H 2/1085.0 21 stst PP 2/1585.0 21 stst PP 我 国 采 用 的 安 全 性 评 定 标 准2.2 安 全 性 评 定 标 准 四 、 车 辆 曲 线 通 过 性 能 （ 安 全 性 能 ） UIC518规 定 的 评 价 指 标 主 要 包 括 ： 轮 轴 横 向 力 脱 轨 系 数 轮 轨 垂 向 力 车 辆 曲 线 通 过 动 力 学 主 要 校 核 车 辆 的 运 行 安 全 性 和车 辆 对 轨 道 的 作 用 力 。 GB中 规 定 的 主 要 有 ： 轮 轨 横 向 力 轮 轴 横 向 力 （ 一 条 轮 对 左 右 轮 轨 横 向 力 之 和 ） 脱 轨 系 数 轮 重 减 载 率 倾 覆 系 数2.2 安 全 性 评 定 标 准 曲 线 通 过 指 标 还 包 括 曲 线 通 过 时 的 轮 轨 磨 耗 性 能 。一 般 通 过 计 算 蠕 滑 力 和 蠕 滑 率 的 表 达 式 、 或 考 虑 其 他的 接 触 条 件 。 两 者 的 评 价 方 法 存 在 差 异 。 比 较 而 言 ， UIC标准 规 定 得 更 加 具 体 ， 可 操 作 性 更 强 。四 、 车 辆 曲 线 通 过 性 能 （ 安 全 性 能 ）2.2 安 全 性 评 定 标 准 五 、 讨 论 ： 脱 轨 系 数 和 轮 重 减 载 率 都 是 根 据 轮 对 爬 上 钢 轨 的 必 要条 件 （ 非 充 分 条 件 ） 出 发 而 导 出 的 结 果 。 从 爬 轨 的 过 程 来看 ， 轮 对 爬 上 钢 轨 轮 缘 必 需 贴 靠 钢 轨 ， 轮 对 与 轨 道 应 有 一定 正 冲 角 并 且 爬 轨 过 程 需 要 一 定 时 间 。 往 往 在 实 测 中 发 现 ，脱 轨 系 数 和 轮 重 减 载 率 都 已 超 过 规 定 限 度 而 并 未 出 现 脱 轨 ，这 是 因 为 其 他 条 件 不 具 备 的 缘 故 。 尤 其 是 轮 重 减 载 率 并 不能 直 接 反 映 轮 缘 与 钢 轨 贴 靠 情 况 。 2.2 安 全 性 评 定 标 准 五 、 讨 论 ： 脱 轨 系 数 和 轮 重 减 载 率 都 是 衡 量 车 辆 是 否 会 脱 轨 的 指标 。 不 同 的 是 ， 在 分 析 脱 轨 系 数 时 ， 轮 对 侧 向 力 ；而 分 析 轮 重 减 载 率 时 ， 轮 对 侧 向 力 。 由 此 可 得 出 下 列关 系 ： 脱 轨 系 数 与 轮 重 减 载 率 是 在 两 种 不 同 情 况 下 评 价 车 轮脱 轨 的 指 标 ； 轮 重 减 载 率 是 脱 轨 系 数 的 一 种 特 殊 工 况 ， 即 是轮 对 侧 向 力 为 零 时 的 脱 轨 系 数 的 另 一 种 表 达 形 式 。 0H0H 究 竟 采 用 哪 个 指 标 来 衡 量 防 止 脱 轨 安 全 性 为 好 ， 还 是两 个 指 标 同 时 来 衡 量 ？ 过 去 曾 将 它 们 作 为 两 个 独 立 的 指 标来 使 用 ， 尤 其 是 在 进 行 车 辆 动 力 学 试 验 时 ， 作 为 两 个 独 立的 测 试 项 目 进 行 。 这 样 就 会 引 出 互 相 矛 盾 的 结 论 。 2.2 安 全 性 评 定 标 准 五 、 讨 论 ： 0H 在 客 货 车 动 力 试 验 中 ， 曾 经 遇 到 这 样 的 情 况 ： 同 样 一 个11PQ 值 ， 小 于 1.0， 结 论 是 安 全 的 ； 但 整 理 其 PP数 据 ， 整 理 其值 ， 则 超 过 了 0.6， 结 论 是 不 安 全 的 。 产 生 这 种 矛 盾 的 原 因 就 在 于 轮 重 减 载 率 的 前 提 是 这 只 有 在 低 速 运 行 时 才 有 可 能 。 应 理 解 为 静 的 轮60.0PP重 减 载 率 ， 它 不 能 作 为 运 行 中 动 的 轮 重 减 载 率 。 在 一 般 情 况下 ， 应 以 脱 轨 系 数 作 为 衡 量 防 止 脱 轨 安 全 的 指 标 。 11PQ 货 车 的 速 度 在 10 20公 里 /小 时 范 围 内 ， 曲 线 半 径 小 于300米 时 ， 容 易 发 生 因 轮 重 减 载 率 而 脱 轨 的 事 故 。 因 此 ， 对 于小 半 径 曲 线 低 速 运 行 的 场 合 ， 采 用 轮 重 减 载 率 作 为 衡 量 防 止脱 轨 安 全 性 的 标 准 ， 还 是 具 有 一 定 实 际 意 义 的 。 2.2 安 全 性 评 定 标 准 GB 5599-85 3.3.3规 定 “ 轮 重 减 载 率 用 于 车 轮 轮 重 12 PP 的 条 件 下 ， 是 否 会 因 一 侧 车 轮 减 载 过 大 而 导 致 脱 轨 。 试 验 时 ，车 辆 应 通 过 9号 单 开 道 岔 以 及 低 速 通 过 小 半 径 曲 线 的 条 件 下 测 定（ 横 向 力 为 零 或 接 近 零 ） 。 “ 3.3.3.3规 定 ” 轮 重 减 载 率 为 货 车在 特 定 工 况 下 因 轮 重 减 载 而 脱 轨 的 另 一 种 脱 轨 安 全 性 指 标 ， 客车 试 验 鉴 定 是 否 需 要 测 定 该 项 指 标 ， 需 依 其 类 型 和 运 用 条 件 ，由 生 产 、 使 用 部 门 和 试 验 鉴 定 单 位 商 定 。五 、 讨 论 ： 2.2 安 全 性 评 定 标 准 采 用 构 架 力 H评 定 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 ， 主 要 是 由 于 轮 轨 之间 的 横 向 力 较 难 测 量 ， 而 轮 对 与 转 向 架 相 互 作 用 的 构 架 力 相 对容 易 测 量 。 采 用 构 架 力 H评 定 轮 对 抗 脱 轨 稳 定 性 的 轮 对 脱 轨 系数 是 从 车 轮 脱 轨 系 数 推 导 而 来 ， 因 此 两 种 脱 轨 系 数 不 矛 盾 。 车 轮 跳 轨 的 评 定 标 准 是 用 于 评 价 侧 向 力 作 用 时 间 小 于 0.05秒 时 ， 是 否 会 跳 轨 。 轮 轨 间 最 大 横 向 力 Q的 标 准 是 考 核 是 否 会 导 致 扩 轨 距 或 线路 产 生 严 重 变 形 ， 并 导 致 掉 轨 。 倾 覆 系 数 用 于 鉴 定 试 验 车 辆 在 侧 向 风 力 、 离 心 力 、 横 向 振动 惯 性 力 的 同 时 作 用 下 是 否 会 导 致 车 辆 倾 覆 。 五 、 讨 论 ： 2.2 安 全 性 评 定 标 准 六 、 影 响 脱 轨 的 原 因 及 防 止 脱 轨 的 安 全 措 施 ： 影 响 脱 轨 原 因 是 轮 轨 间 的 横 向 力 过 大 和 垂 向 力 减 载 。 如 果轮 轨 横 向 力 大 的 一 侧 又 出 现 垂 向 力 减 少 和 车 轮 处 于 正 冲 角 状 态时 ， 脱 轨 的 可 能 性 增 大 。1、 线 路 状 态 ：（ 1） 曲 线 超 高 ；（ 2） 线 路 的 顺 坡 、 三 角 坑 以 及 局 部 不 平 顺 ：（ 3） 线 路 方 向 不 平 顺 ， 曲 线 半 径 过 小 、 道 岔 局 部 不 平 顺 ：（ 4） S曲 线 ：2.2 安 全 性 评 定 标 准 2、 车 辆 结 构 ：（ 1） 车 辆 定 距 、 转 向 架 轴 距 ；（ 2） 心 盘 和 旁 承 摩 擦 力 矩 过 大 、 轴 箱 定 位 刚 度 过 大 ；（ 3） 转 向 架 第 一 系 悬 挂 垂 向 刚 度 大 ；（ 4） 车 辆 重 心 位 置 高 ；（ 5） 车 轴 平 行 度 、 轮 缘 角 及 摩 擦 系 数 ；（ 6） 转 向 架 构 架 或 车 体 扭 曲 。六 、 影 响 脱 轨 的 原 因 及 防 止 脱 轨 的 安 全 措 施 ：2.2 安 全 性 评 定 标 准 3、 运 用 情 况 ：（ 1） 装 载 状 况 ；（ 2） 长 短 车 联 挂 ；（ 3） 通 过 曲 线 速 度 。六 、 影 响 脱 轨 的 原 因 及 防 止 脱 轨 的 安 全 措 施 ：2.2 安 全 性 评 定 标 准