車輛畢業(yè)論文
在動(dòng)車組的高速運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)車要不可避免的產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，看看下面的車輛畢業(yè)論文。
車輛畢業(yè)論文
【摘 要】振動(dòng)一方面對(duì)于所行走的鐵軌和機(jī)車本身的零部件的強(qiáng)度有較大損耗，易造成疲勞破損，另一方面對(duì)于車輛運(yùn)行的平穩(wěn)性和穩(wěn)定性有著決定性的影響，是決定動(dòng)車組運(yùn)行安全性的關(guān)鍵因素。在現(xiàn)實(shí)情況中，深入且準(zhǔn)確地分析掌握振動(dòng)原因是了解動(dòng)車組振動(dòng)規(guī)律并提出可行性解決方案的最直接有效的方法。因此對(duì)于動(dòng)車組振動(dòng)原因的探究具有重要的參考價(jià)值。[1]
【關(guān)鍵詞】動(dòng)車組；振動(dòng)；原因
1.振動(dòng)機(jī)理
在動(dòng)車組的高速運(yùn)行中，由于受到各種因素的激擾，車輛與鐵路之間，動(dòng)車組的各個(gè)車輛之間必然會(huì)產(chǎn)生相互作用，通過(guò)相互作用產(chǎn)生橫向和縱向的不平衡力。另外在制造工藝中，鐵軌不可能絕對(duì)平直，絕對(duì)剛性，機(jī)車的車輪也不可能是理想的幾何圓形。正是由于這種不平衡力與制造誤差，動(dòng)車組在沿鋼軌運(yùn)行時(shí)會(huì)呈現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此振動(dòng)便不可避免的產(chǎn)生，對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行的安全性產(chǎn)生重要影響。
2.外部條件引起的激振因素
2.1軌道接縫處形狀變化
如果列車行駛在無(wú)縫線路上，由于無(wú)縫線路的軌道是整體焊接而成的，鋼軌的各個(gè)部分的剛度和強(qiáng)度幾乎一致，在一定的范圍內(nèi)，對(duì)于列車來(lái)說(shuō)，可認(rèn)為平穩(wěn)運(yùn)行。這種情況是理想狀態(tài)。而對(duì)于一般線路，通常是通過(guò)魚(yú)尾板將兩個(gè)12.5m或25m的鋼軌連接起來(lái)形成。這樣就導(dǎo)致了一個(gè)由于接縫處形狀變化引起的輪軌之間的沖擊，進(jìn)而使車體產(chǎn)生跳躍振動(dòng)。
對(duì)于高速運(yùn)行的列車而言，由于同一輪對(duì)的左右兩車輪的沖擊作用，輪對(duì)上實(shí)際所受的沖量為左右兩輪的沖量之和。
2.2軌道垂向變形
一般線路中，鋼制材料的軌道，具有一定的剛度和強(qiáng)度，在列車運(yùn)行時(shí)，由于列車以及乘客的質(zhì)量，使鋼軌受到接觸壓力。軌道具有一定的彈性，在輪重的作用下，產(chǎn)生垂向的彈性變形�；谠诮涌p處的鋼軌的強(qiáng)度較中部相比較低，同時(shí)如前述輪對(duì)在接縫處的輪軌跳躍沖擊作用，隨著時(shí)間的推移，甚至?xí)䦟?dǎo)致兩端鋼軌的永久變形狀態(tài)。多種因素的作用使鋼軌兩端的垂向彈性變形和鋼軌中部變形量相比差距較大，由于下沉量的不同，軌道形成一種近似正弦曲線的形狀。
2.3軌道局部不平順
這種軌道的不平順可以用確定的方式來(lái)描述，比如軌道上可預(yù)見(jiàn)的曲線以及道岔，當(dāng)列車通過(guò)上述結(jié)構(gòu)時(shí)，由于通過(guò)曲線時(shí)為了車輛的安全性，設(shè)置的垂向超高，以及必然存在的曲率半徑的變化，軌距的變化，輪軌橫向的受力變化，坡度的改變等因素，均會(huì)對(duì)列車產(chǎn)生激振的作用；道岔是鐵路軌道的主要結(jié)構(gòu)，列車通過(guò)道岔來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)線運(yùn)行，但道岔內(nèi)的轍叉區(qū)由于存在有害空間，使得車輪滾動(dòng)跡線不連續(xù)，造成輪叉沖擊。常出現(xiàn)橫向驟變引起的輪對(duì)橫移，剛度特殊性引起的縱向支承剛度跳變等一系列問(wèn)題。除此之外，由于鋼軌的長(zhǎng)時(shí)間使用，輪對(duì)與鋼軌的不斷接觸與摩擦，導(dǎo)致鋼軌局部會(huì)產(chǎn)生磨損，消耗；由于自然因素的作用，鋼軌下的路基會(huì)產(chǎn)生一定的凸起和下沉，由于季節(jié)性氣溫變化，鋼軌出現(xiàn)漲縮等軌道局部不平順，都是導(dǎo)致車輛振動(dòng)的原因。
2.4軌道隨機(jī)不平順
一般由于自然因素和人為的生產(chǎn)測(cè)量誤差，必然會(huì)導(dǎo)致軌道與預(yù)期的理想標(biāo)準(zhǔn)模型存在差距，例如，由于自然原因?qū)е碌匿撥壜坊痪|(zhì)，軌道的實(shí)際尺寸與生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)尺寸存在偏差，這些因素都是隨機(jī)發(fā)生的，具有明顯的不確定性，一般可以簡(jiǎn)單的.分為水平不平順，垂向不平順、橫向不平順以及軌距不平順?biāo)姆N情況。[2]
水平不平順的情況最主要指鋼軌的左右軌道的頂面不可能保持完全的水平，一般稱此種誤差為水平誤差。
垂向不平順是由于線路的長(zhǎng)期使用使軌道磨損消耗以及路基的不均質(zhì)等因素引起的。短距離的高低不平順會(huì)導(dǎo)致輪對(duì)垂向力的突變，使車輛產(chǎn)生大幅度垂向振動(dòng)，由于車輛的負(fù)載作用則加速了軌道道床的形變，使這種垂向不平順進(jìn)入惡性循環(huán)。長(zhǎng)度在100~300m的高低不平順一般是由于軌道的磨損消耗產(chǎn)生的。而對(duì)于更長(zhǎng)距離的軌道不平順，軌道枕木腐朽產(chǎn)生上網(wǎng)變形和路基下沉是主要原因。
橫向不平順指左右兩導(dǎo)軌在軌道的延伸方向上出現(xiàn)彎曲不直的現(xiàn)象，引發(fā)原因包括初始的鋪設(shè)誤差和后來(lái)使用過(guò)程中輪對(duì)對(duì)鋼軌擠壓摩擦導(dǎo)致的橫向變形的雙向累積作用。
軌距不平順多數(shù)是由于人為的生產(chǎn)誤差和安裝時(shí)的測(cè)量誤差產(chǎn)生的。主要導(dǎo)致了輪對(duì)與鋼軌的側(cè)面摩擦，加劇了軌道擦傷，和其他的不平順因素共同作用，成為車輛的激振因素。
3.車輛自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的激振因素
3.1車輪踏面擦傷[3]
車輪外輪廓部分成為踏面，其主要作用是便于列車的曲線通過(guò)，使輪對(duì)在滾動(dòng)的過(guò)程中具有自動(dòng)糾正偏離位置的能力，使踏面磨耗沿寬度方面比較均勻。
當(dāng)車輪的踏面存在擦傷時(shí)，車輪在滾動(dòng)的過(guò)程中，擦傷處的凹陷使輪軌產(chǎn)生沖擊，鋼軌受到一個(gè)向上的沖量作用，相反輪對(duì)受到向上的沖量作用，列車發(fā)生垂向振動(dòng)。
3.2車輪質(zhì)量偏心
若由于車輪的質(zhì)量不均勻，車輪的質(zhì)心與它的幾何中心存在微小偏差，在車輪的滾動(dòng)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大小恒定的，指向車輪外側(cè)的未平衡的慣性力:
由此看出，車輛運(yùn)行的速度越高，輪對(duì)運(yùn)動(dòng)角速度越大，輪軌之間的作用力越大，對(duì)車輛的激振作用越強(qiáng)。
3.3輪對(duì)蛇形運(yùn)動(dòng)
由于具有一定斜度的踏面和輪軌之間的動(dòng)力作用引起，使輪對(duì)在滾動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生橫向位移且伴隨著繞通過(guò)其質(zhì)心的鉛垂軸運(yùn)動(dòng)，這種耦合運(yùn)動(dòng)稱為蛇形運(yùn)動(dòng)。當(dāng)車輛的運(yùn)行速度超過(guò)某一臨界點(diǎn)時(shí)，會(huì)使蛇形運(yùn)動(dòng)加劇，振幅加大，車體出現(xiàn)左右搖擺，輪對(duì)與鋼軌發(fā)生嚴(yán)重撞擊，車輛發(fā)生劇烈振動(dòng)，甚至?xí)斐擅撥壥鹿省?/p>
4.車輛振動(dòng)的危害
車輛振動(dòng)的過(guò)程中，使車輛自身的零件與結(jié)構(gòu)由于載荷作用發(fā)生破壞，又由于輪軌的沖擊作用降低了軌道的使用壽命，如果車輛的振動(dòng)不加以約束，不僅會(huì)造成旅客的乘坐舒適度下降，還會(huì)使貨物發(fā)生損傷，當(dāng)振動(dòng)達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)影響列車的行車安全性，引發(fā)車輛傾覆，脫軌等事故。
5.車輛振動(dòng)的改善方式
車輛的振動(dòng)是不可避免的，但由于車輛振動(dòng)存在危害性，我們?nèi)孕枰扇∫欢ǖ拇胧﹣?lái)改善振動(dòng)情況，保障行車安全。
在軌道方面，對(duì)于軌道的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格約束，如對(duì)于普通列車來(lái)說(shuō)軌頂差不應(yīng)超過(guò)4mm，軌距偏差范圍限定在2mm~4mm之間，正線高低不平順不應(yīng)超過(guò)4mm，軌道方向誤差正線不應(yīng)超過(guò)4mm等，通常我們以軌道鋪進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)規(guī)定。
在車輛方面，設(shè)計(jì)車輛時(shí)盡可能減少簧下質(zhì)量；對(duì)運(yùn)行速度不同的車輛，應(yīng)分別對(duì)其輪對(duì)偏心量進(jìn)行嚴(yán)格約束；中央懸掛采用空氣彈簧；增大軸箱及中央懸掛的橫向距離；為了提過(guò)車輛的臨界速度，抑制蛇形運(yùn)動(dòng)，應(yīng)選擇合理的軸箱定位剛度，設(shè)置抗蛇形減振器和橫向減振器；合理選擇車輪的踏面斜率等。
6.結(jié)語(yǔ)
在車輛的運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)生的各種振動(dòng)影響著旅客乘坐的舒適度和裝運(yùn)貨物的完整性。對(duì)于車輛振動(dòng)的研究是車輛研究的主要課題之一，中國(guó)在鐵路方面不斷進(jìn)步，為世界所矚目，而中國(guó)的動(dòng)車組發(fā)展之路將越走越遠(yuǎn)。在不斷深入的研究中，車輛的振動(dòng)研究也會(huì)隨之深入，更多地振動(dòng)分析需要我們的探索。
【參考文獻(xiàn)】
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［２］卜繼玲，傅茂海.動(dòng)車組結(jié)構(gòu)可靠性與動(dòng)力學(xué).成都：西南交通大學(xué)出版社,2009,5.
�。郏常輫�(yán)雋耄，傅茂海.車輛工程.北京：中國(guó)鐵道出版社,2009,5.
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