车辆运行安全性.ppt

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1、第五章第五章 车辆运行安全性车辆运行安全性前言前言: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车辆失去运行安全性。本章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 第一节第一节 轮对脱轨条件与评定指标轮对脱轨条件与评定指标 一、脱轨的过程及其分类一、脱轨的过程及其分类 在通常情况下，当车辆在直线上运行时，车轮的踏面和钢轨顶面相接触。当车辆通过曲线时，轮对将承受着车体传来的侧向力(它

2、是由于离心力、侧向风力及横向振动惯性力等引起的)。在侧向力作用下，前轮对的外侧车轮轮缘紧靠钢轨。.前轮对的外侧车轮在侧向力Q作用下，可能形成轮缘根部的圆弧与轨头侧面的圆弧部分接触,出现爬轨趋势，如图（）所示。.如果轮缘与轨头接触点达到轮缘圆弧面上拐点（即轮缘根部圆弧与顶部圆弧半径方向改变的那点时），就出现了临界状态如图（）所示。.如此时轮重还不够大，则在侧向力Q作用下，车轮在转动的同时继续往上爬，超过临界状态后，轮缘顶部的圆弧部分和轨头顶面接触，直至车轮完全爬上钢轨，如图（）所示，并使车轮落出轨外，形成轮缘在轨枕上滚切的脱轨现象脱轨现象。1 爬上钢轨爬上钢轨:随着车轮的转动使轮缘逐渐爬上轨头而

3、引起的脱轨，称为爬上钢轨。爬上钢轨多数发生于低速通过小半径曲线时。2 跳上钢轨跳上钢轨:当车轮承受过大的冲击载荷时,使车轮跳离钢轨而引起脱轨，称为跳上钢轨。跳上钢轨则多数发生于高速运行时。3 车轮掉入轨道内侧车轮掉入轨道内侧:车辆在线路上运行时，如果它对钢轨的侧向力过大，可能是使钢轨横向移动，引起轨距扩大，从而使车轮掉入轨道内侧、造成车辆脱轨事故。特别是车辆在不良线路上高速运行通过曲线时，会有这种情况发生。二脱轨条件与评定指标二脱轨条件与评定指标 为了鉴别车辆脱轨情况，就要分析车辆脱轨时的受力情况，并找出其临界条件。评定脱轨的指标很多，目前我国车辆部门主要采用脱轨系脱轨系数数和轮重减载率轮重减

4、载率两项指标。脱轨系数与轮对脱轨条件脱轨系数与轮对脱轨条件1）车轮在脱轨临界状态时的受力情况（）车轮在脱轨临界状态时的受力情况（如图如图所所示示）当车轮在侧向力Q作用下，在转动的同时还沿着轨头侧面往上爬，踏面抬起，而在轮重等诸力的作用下达到平衡状态，即车轮处于企图向下滑而滑不下来的状态。若将各力分别向轮轨接触点的切线方向和法线方向投影，则得脱轨的临界条件：（51）求解联立方程式（51）得 这是轮缘与轨头接触时的力的平衡方程式，它标志车辆脱轨的临界状态。如果实际的Q1/P1 值大于上式右侧的计算值，车轮就向上爬；反之车轮就向下滑。要使车轮脱轨，即车轮爬上钢轨，则必须符合下列条车轮爬上钢轨，则必须

5、符合下列条件件：（52）（53）2）脱轨系数及其影响因素）脱轨系数及其影响因素 比值比值Q1/P1 即称为脱轨系数即称为脱轨系数，其值仅取决于轮缘角1和轮轨间的摩擦系数1。必须指出，式（）是一种最基本的脱轨条件，实际情形往往比式（）要复杂得多。脱轨系数不仅与1、1有关，而且还与轮轨冲角、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有关。实用的Q1/P1 值的允许限度常常是通过试验而不是通过计算确定的。作为实际应用，一般仍采用式（一）这个基本关系式。3)轮对脱轨的条件轮对脱轨的条件图图中假定左侧车轮达到脱轨的临界状态，即左侧车轮企图下滑而滑不下来的状态中假定左侧车轮达到脱轨的临界状态，

6、即左侧车轮企图下滑而滑不下来的状态，由图根据平衡条件可得下列关系式：（54）由式（）和1=十2关系，可得轮对脱轨的条件轮对脱轨的条件：（55）因tga2很小可以略去不计，则式（一）可简化得：(56)比较式（一）和式（）可见，车轮与轮对脱轨系数公式的形式是相同的，即式（）中的（2P2）与式（）中的侧向力相当。关于摩擦系数1、2 的取值，一般来说，轮缘上1=680700的一点是不常和钢轨侧面接触的，表面光洁度较差，而且常有锈污，而踏面和钢轨顶面的接触点是经常滚压的，光洁度较高，所以12，通常取，通常取1=1.22。根据理论分析和试验研究，目前我国车辆科研部门建议我国车辆科研部门建议采用的脱轨系数安

7、全指标采用的脱轨系数安全指标为：Q1/P1=1.2 危险限度 （57）Q1/P1=1.0 允许限度 脱轨系数不超过“危险限度”是安全的，不超过“允许限度”是希望达到的。对于新设计的车辆来说，希望不超过“允许限度”。由于轮重减载引起脱轨的条件由于轮重减载引起脱轨的条件从上述分析可见，影响脱轨的主要参数为作用于车轮的垂直力P和侧向力Q，并且这两个力是同时存在的。产生脱轨的原因多半是由于侧向力增大的结果产生脱轨的原因多半是由于侧向力增大的结果。当左右侧轮重偏载过大时，即使轮对侧向力极小，也有当左右侧轮重偏载过大时，即使轮对侧向力极小，也有可能脱轨可能脱轨。在图中，若若 21，当，当=时时，由于右侧车

8、轮踏面的摩擦力仍可使左侧轮缘爬上钢轨。下面就讨论由于轮重减载引起脱轨的情况。（510）（511）（512）0.32时，P/P的允许限度为0.6。根据理论分析与试验研究，目前我国车辆研究部门建议我国车辆研究部门建议采用的轮重减载率安全指标采用的轮重减载率安全指标为：(513)3 脱轨系数与轮重减载率的关系脱轨系数与轮重减载率的关系 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。在一般情况下，应以脱轨系数Q1/P1 作为衡量防止脱轨安全的指标。我国车辆科研部门的试验研究表明，货物列车的运行速度在 公里时范围内，曲线半径小于米时，容易发生因轮重减载而脱轨的事故。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。