第三节影响车辆蛇行运动稳定性的因素

第三节影响车辆蛇行运动稳定性的因素第一页，共十三页，2022年，8月28日1.影响转向架蛇行运动临界速度的主要因素:

(1)轮对定位刚度K1x

，K1y：

轮对的纵向定位刚度值K1x和横向定位刚度值K1y对转向架蛇行运动的临界速度V起着决定性的影响，所以在设计转向架时，必须选择各种不同的参数进行多方案比较，从而获得最佳的匹配关系。图４—１５表明某一客车转向架在各种不同的K1y值下，K1x与Vcr的关系。由图可知，如果选择不太大的轮对横向定位刚度值。则K1x在较大的范围内变化时，仍可获得较高的Vcr第二页，共十三页，2022年，8月28日

表４—３还列出某转向架五种不同的轮对定位刚度值及其相应的蛇行运动临界速度值以供分析参考

对图４—１５的说明与表４—３的分析比较，两者是一致的。应该指出：对于某一种类型结构的转向架，其轮对定位刚度值有一最佳的匹配范围，这个范围需要经过大量的计算才能获得。例如，对于我国目前使用的客车转向架参数，它们的轮对定位刚度最佳范围大致为：=８～3０兆牛／米、K=５～１０兆牛／米。

k1x=８～3０兆牛／米K1Y=５～１０兆牛／米。

第三页，共十三页，2022年，8月28日2)车轮踏面斜率λ：

λ值对临界速度V有着重要的影响，λ与V之间的关系如图４—１６所示。由图可见，临界速度与踏面斜率的平方根近似地成反比。实践表明，当使用新轮对或踏面刚旋削过，车辆蛇行运动的稳定性就很好，但经一个阶段运用后，踏面迅速磨耗成凹形，这时轮轨接触点处的有效斜率随之增大，因此蛇行运动的临界速度也因之下降。所以，日本在设计新干线电动车组时，为了提高临界速度，将踏面斜率从１：２０改成１：４０。但是为了保证高速运行时蛇行运动的稳定性，不得不增加旋修踏面的工作量。第四页，共十三页，2022年，8月28日3)中央悬挂装置的横向刚度K2Y：

计算表明，K2Y增加不大（例如５０％以下时），对临界速度几乎无甚影响，当增加较大时，临界速度值略有提高。

K2Y值通常由改善横向平稳性的要求来选择。4)蠕滑系数f11

、f22：蠕滑系数对临界速度的影响较小，虽人为地将它增加一倍，但临界速度值也只是略有下降。而且蠕滑系数是不能作为一个参数来选择的，正如式（４一２）指出的那样，它的理论值仅取决于车轮直径及轴重，而实际上还随着气象条件而变化。第五页，共十三页，2022年，8月28日５）减轻轮对及轴箱等簧下重量，对提高转向架蛇行运动的临界速度是有利的。

中央悬挂装置中回转复原弹簧对转向架及车体起着回转复原的作用，选择它的刚度值K2X较为重要。

中央弹簧装置横向间距对车体的横向平稳性有显著的影响，所以必须从平稳性的角度来考虑。6)

其他参数：轮对的摇头转动惯量与质量、转向架构架的摇头转动惯量与质量、转向架定距、轴箱弹簧装置横向间距等，在设计转向架时，对这些参数很少有选择的余地，同时它们在可变动的范围内对转向架临界速度的影响也较小。

第六页，共十三页，2022年，8月28日

2.影响车体蛇行运动临界速度的主要因素

现在进一步从整车的角度来讨论影响车体蛇行运动临界速度的主要因素。

第七页，共十三页，2022年，8月28日1)轮对横向定位刚度K1Y对车体蛇行运动的临界速度VCR的影响

图４—１７表示回转复原弹簧的刚度K2X=０、轮对纵向定位刚度值K1X=３０兆牛/米时，轮对横向定位刚度值K1Y与车体和转向架蛇行运动临界速度VCR的关系。

在设计转向架时，将轮对定位刚度K1X、K1Y选择得很大对防止蛇行运动是不利的。由图还可看出，如适当选择K1Y值，以车体滚摆为主的蛇行运动是有可能避免出现的，但仅靠合适的K1Y来防止以车体摇头为主的蛇行运动还是有困难的。第八页，共十三页，2022年，8月28日2)轮对纵向定位刚度K1x对车体蛇行运动的临界速度V的影响

如K2X=０、K1Y=３０兆牛／米，可得到K1X与VCR的关系，如图４一１８所示。第九页，共十三页，2022年，8月28日3)车体与转向架之间装设刚度为Ｋ2X的回转复原弹簧,K1Y与VCR的关系

图４—１９表示在车体与转向架之间装设刚度为Ｋ2X的回转复原弹簧，且当Ｋ1X=３０兆牛／米和Ｋ2X=500千牛／米时，K1Y与VCR的关系。第十页，共十三页，2022年，8月28日4)

影响车体蛇行运动临界速度的其他参数还有:

（１）装设于中央弹簧装置中的横向阻尼对车体蛇行运动的稳定性影响较大

第十一页，共十三页，2022年，8月28日（２）车体摇头惯性半径ρψ对车体蛇行的影响较为复杂

以车体下心及上心滚摆为主的车体蛇行不太受ρψ的影响，以摇头为主的车体蛇行则随ρψ的变动有显著的变化。当ρψ非常小的时候，下部临界速度非常高，但一旦出现车体蛇行，在高速时也很难消除。随着ρψ的增大，蛇行运动的上部临界速度逐渐降低，而下部临界速度变化不大，因此蛇行运动的不稳定区缩小，所以总可以找到能完全消除车体蛇行运动的适当的ρψ值。在设计车体时，希望ρψ在５—7.5米的范围内考虑车体的重量分配。第十二页，共十三页，2022年，8月28日（３）车辆定距2L对以车体摇头为主的蛇行运动影响较大

2L在某个值以下时，明显地出现不稳定的摇头蛇行，车体摇头蛇行的范围随着2L的增大而缩小。目前我国主型客车的2L＝１７米，这个数值还是较为合适的。

（４）中央弹簧和轴箱弹簧的垂直刚度对车体蛇行运动的临界速度影