第三章 車體在橫向平面內(nèi)的

1、第三章 車體在橫向平面內(nèi)的振動(dòng),引言: 車輛懸掛裝置的結(jié)構(gòu)型式多種多樣,在具有代表的客車結(jié)構(gòu)中,車體通過搖動(dòng)臺(tái)裝置懸掛在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，而構(gòu)架則借助軸箱彈簧座于軸箱上（圖3一1）。搖動(dòng)臺(tái)是一種彈性復(fù)原裝置。車輛在線路上運(yùn)行時(shí)，在軌道橫向不平順和輪對(duì)蛇行運(yùn)動(dòng)的激擾下，車體就連同彈性復(fù)原裝置一起產(chǎn)生橫向自由振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)。 當(dāng)車體重心位于縱向和橫向的對(duì)稱位置時(shí)，車體搖頭振動(dòng)可獨(dú)立出現(xiàn)，但橫擺和側(cè)滾則是同時(shí)發(fā)生的。這是因

2、為橫擺振動(dòng)時(shí)．車體重心的偏移將引起側(cè)滾振動(dòng)；而側(cè)滾振動(dòng)時(shí)，車體重心的位移又將引起橫擺振動(dòng)。,第一節(jié) 車體的橫向自由振動(dòng),1．橫向彈性復(fù)原裝置的作用 當(dāng)車輛在運(yùn)行中，受到橫向突然力作用時(shí)，車體就產(chǎn)生橫向自由振動(dòng)。由于車體作橫向自由振動(dòng)的特性與懸掛裝置的參數(shù)有關(guān)，因此，這里先來了解一下橫向彈性復(fù)原裝置的作用。 現(xiàn)以搖動(dòng)臺(tái)裝置為例來討論它的工作原理（圖3—2）。,2．車體在橫向平面內(nèi)的自由振動(dòng)1）系統(tǒng)簡化 研究表明，

3、如果是討論車體的具有主要意義的低頻振動(dòng)，可不計(jì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的質(zhì)量，這樣就使問題大為簡化，可用圖3—3所示的簡化系統(tǒng)來代替圖3—l的原系統(tǒng)。,2) 簡化系統(tǒng)中當(dāng)量垂直剛度Kz和當(dāng)量橫向剛度Ky計(jì) 算(1) 當(dāng)量垂直剛度Kz計(jì)算原則: 簡化系統(tǒng)中的中央彈簧與軸箱彈簧串聯(lián)后，一臺(tái)轉(zhuǎn)向架（也即整車一側(cè)的）當(dāng)量垂直剛度Kz須按簡化前后兩個(gè)系統(tǒng)的角剛度相等的條件來確定，以便和原系統(tǒng)的側(cè)滾振動(dòng)具有等效作用。,計(jì)算:

4、先看圖3—1的原系統(tǒng)，在外力矩M0的作用下，假定車體相對(duì)于構(gòu)架轉(zhuǎn)動(dòng)一角度θ1 ，構(gòu)架相對(duì)于輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)一角度θ2 ，所以車體相對(duì)于輪對(duì)的轉(zhuǎn)角為θ= θ1 + θ2 ，其相應(yīng)的關(guān)系式如下：,（3—3）,(2) 當(dāng)量橫向剛度ky 對(duì)于簡化系統(tǒng)中的合成橫向剛度值 Ky，由于通常采用中等或較長的吊桿，軸箱彈簧及中央彈簧的橫向彈性要比吊桿的橫向彈性小得多，如略去不計(jì)，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大，認(rèn)為 Ky = Kl。,3) 車體在橫向平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方

5、程(1) 運(yùn)動(dòng)方程 車體由于橫向力的作用引起的在橫向平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，可視為由橫向平行移動(dòng)y與繞重心O轉(zhuǎn)動(dòng)θ兩者所合成（圖3—4），這兩種運(yùn)動(dòng)是同時(shí)產(chǎn)生的。圖3一4中的fst為彈簧靜撓度。,(2) 車體下心滾擺和上心滾擺 由式（3—6）可知；車體以P1作橫擺和側(cè)滾振動(dòng)時(shí)，由于y1和θ1同相，故o1點(diǎn)位于車體重心o的下方，于是車體橫擺和側(cè)滾兩種振動(dòng)的合成即相當(dāng)于車體繞o1點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)〔見圖3一5（a）〕，稱為

6、下心滾擺振動(dòng)（又稱一次滾擺）； 車體以P2作橫擺和側(cè)滾振動(dòng)時(shí)，由于y2與θ2反相，故o2點(diǎn)位于車體重心的上方，兩種振動(dòng)合成的結(jié)果相當(dāng)于車體繞o2點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)［見圖3—5（b）］，稱為上心滾擺振動(dòng)（又稱二次滾擺）。 通過o1及o2并垂直于車體橫斷面的軸分別稱為下心滾擺和上心滾擺的振動(dòng)軸。,(3) 車體搖頭振動(dòng) 實(shí)際運(yùn)行中的車輛在產(chǎn)生上述滾擺振動(dòng)的同時(shí)，車體還往往伴隨有搖頭振動(dòng)，其

7、振動(dòng)軸為通過車體重心o的鉛垂軸oz（見圖3—6），令Ψ為車體繞oz軸的角位移,,給定了車體及轉(zhuǎn)向架的有關(guān)參數(shù)后，可計(jì)算自振頻率。一般客車的滾擺低頻（下心滾擺）為0.5～0.7赫；高頻（上心滾擺）為l～1.8赫；搖頭自振頻率為1～1.8赫。為使車輛能超臨界速度運(yùn)行，應(yīng)力求降低橫向振動(dòng)的各個(gè)自振頻率。,第二節(jié) 車體的橫向強(qiáng)迫振動(dòng),前言: 現(xiàn)代客車轉(zhuǎn)向架的輪對(duì)與構(gòu)架之間通常具有較大的彈性定位剛度。在實(shí)際運(yùn)行速度范圍內(nèi)，構(gòu)架

8、與輪對(duì)間的橫向位移小到可以忽略不計(jì)。 因此，可直接以輪對(duì)的橫擺蛇行運(yùn)動(dòng)來取代構(gòu)架的橫擺運(yùn)動(dòng)，作為激振源經(jīng)彈簧懸掛裝置加于車體，這就使車體產(chǎn)生持續(xù)的具有與轉(zhuǎn)向架蛇行運(yùn)動(dòng)同一頻率的橫向滾擺強(qiáng)迫振動(dòng)。,在討論車體的強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)，和以前一樣，也略去構(gòu)架的質(zhì)量，將兩系彈簧裝置化成當(dāng)量的一系彈簧裝置，其簡化系統(tǒng)如圖3—7所示。,求出橫擺和側(cè)滾的振幅y。和θ。，即可求得相應(yīng)的振動(dòng)加速度。車體地板面上中點(diǎn)o1處的橫向加速度是側(cè)滾和橫擺振動(dòng)在該點(diǎn)引起的加速