第三章 车体在横向平面内的VIP免费

第三章车体在横向平面内的振动引言:车辆悬挂装置的结构型式多种多样,在具有代表的客车结构中,车体通过摇动台装置悬挂在转向架构架上，而构架则借助轴箱弹簧座于轴箱上（图3一1）。摇动台是一种弹性复原装置。车辆在线路上运行时，在轨道横向不平顺和轮对蛇行运动的激扰下，车体就连同弹性复原装置一起产生横向自由振动和强迫振动。当车体重心位于纵向和横向的对称位置时，车体摇头振动可独立出现，但横摆和侧滚则是同时发生的。这是因为横摆振动时．车体重心的偏移将引起侧滚振动；而侧滚振动时，车体重心的位移又将引起横摆振动。第一节车体的横向自由振动1．横向弹性复原装置的作用当车辆在运行中，受到横向突然力作用时，车体就产生横向自由振动。由于车体作横向自由振动的特性与悬挂装置的参数有关，因此，这里先来了解一下横向弹性复原装置的作用。现以摇动台装置为例来讨论它的工作原理（图3—2）。2．车体在横向平面内的自由振动1）系统简化研究表明，如果是讨论车体的具有主要意义的低频振动，可不计转向架构架的质量，这样就使问题大为简化，可用图3—3所示的简化系统来代替图3—l的原系统。2)简化系统中当量垂直刚度Kz和当量横向刚度Ky计算(1)当量垂直刚度Kz计算原则:简化系统中的中央弹簧与轴箱弹簧串联后，一台转向架（也即整车一侧的）当量垂直刚度Kz须按简化前后两个系统的角刚度相等的条件来确定，以便和原系统的侧滚振动具有等效作用。计算:先看图3—1的原系统，在外力矩M0的作用下，假定车体相对于构架转动一角度θ1，构架相对于轮对转动一角度θ2，所以车体相对于轮对的转角为θ=θ1+θ2，其相应的关系式如下：（3—3）(2)当量横向刚度ky对于简化系统中的合成横向刚度值Ky，由于通常采用中等或较长的吊杆，轴箱弹簧及中央弹簧的横向弹性要比吊杆的横向弹性小得多，如略去不计，对计算结果影响不大，认为Ky=Kl。3)车体在横向平面内的运动方程(1)运动方程车体由于横向力的作用引起的在横向平面内的运动，可视为由横向平行移动y与绕重心O转动θ两者所合成（图3—4），这两种运动是同时产生的。图3一4中的fst为弹簧静挠度。(2)车体下心滚摆和上心滚摆由式（3—6）可知；车体以P1作横摆和侧滚振动时，由于y1和θ1同相，故o1点位于车体重心o的下方，于是车体横摆和侧滚两种振动的合成即相当于车体绕o1点的转动〔见图3一5（a）〕，称为下心滚摆振动（又称一次滚摆）；车体以P2作横摆和侧滚振动时，由于y2与θ2反相，故o2点位于车体重心的上方，两种振动合成的结果相当于车体绕o2点的转动［见图3—5（b）］，称为上心滚摆振动（又称二次滚摆）。通过o1及o2并垂直于车体横断面的轴分别称为下心滚摆和上心滚摆的振动轴。(3)车体摇头振动实际运行中的车辆在产生上述滚摆振动的同时，车体还往往伴随有摇头振动，其振动轴为通过车体重心o的铅垂轴oz（见图3—6），令Ψ为车体绕oz轴的角位移,给定了车体及转向架的有关参数后，可计算自振频率。一般客车的滚摆低频（下心滚摆）为0.5～0.7赫；高频（上心滚摆）为l～1.8赫；摇头自振频率为1～1.8赫。为使车辆能超临界速度运行，应力求降低横向振动的各个自振频率。第二节车体的横向强迫振动前言:现代客车转向架的轮对与构架之间通常具有较大的弹性定位刚度。在实际运行速度范围内，构架与轮对间的横向位移小到可以忽略不计。因此，可直接以轮对的横摆蛇行运动来取代构架的横摆运动，作为激振源经弹簧悬挂装置加于车体，这就使车体产生持续的具有与转向架蛇行运动同一频率的横向滚摆强迫振动。在讨论车体的强迫振动时，和以前一样，也略去构架的质量，将两系弹簧装置化成当量的一系弹簧装置，其简化系统如图3—7所示。求出横摆和侧滚的振幅y。和θ。，即可求得相应的振动加速度。车体地板面上中点o1处的横向加速度是侧滚和横摆振动在该点引起的加速度之和，即：试验结果表明，上述滚摆强迫振动的理论计算方法基本上是实用可靠的。图3—10表明车体滚摆振动频率和作为激振源的轮对蛇行运动的频率是一致的。设计转向架时，可用上述计算方法对悬挂参数进行多方案的分析比较。以得到最佳的参数选择与匹配。