【正文】 下產(chǎn)生最大位移的條件確定 P2力 由于作用時間很短，可不考慮阻尼的作用。這種準靜態(tài)荷載不只是在接頭處存在，沿著線路延長方向是普通存在的 (量值是隨機的 )，對軌道結(jié)構(gòu)來說是主要荷載。在現(xiàn)時，對小半徑曲線鋼軌導(dǎo)向力的計算仍然適用。 （ 3）假設(shè)備車輪的輪重均相等，與軌頂面的摩擦系數(shù)亦均相同。它可以看成是兩種運動的合成：一種是轉(zhuǎn)向架沿切向的平動，另 — 鐘是繞轉(zhuǎn)動中心 (實為基點）的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動中心 c 位于曲線半徑與轉(zhuǎn)向架縱軸或其延長線的垂直交點上。 把轉(zhuǎn)向架作為剛體看待，它的平面運動應(yīng)有三個自由度，對它的平衡問題求解應(yīng)有三個靜力平衡條件。 (二 )問 題的求解 圖 3— 20所示為一個轉(zhuǎn)向架在曲線上作穩(wěn)態(tài)行駛時的受力情況。 因車軸移動，使車軸中點與軌道中點不重合所形成的偏 差很?。谟嬎阒泻雎云溆绊憽? 求得 x1后，代入 (3— 63)即可求得導(dǎo)向力 N。 由于歷史條件的限制，摩擦中心法也存在著明顯的不足之處。 蠕滑中心法，運用當(dāng)代機車車輛動力學(xué)的研究成果，對摩檫中心法 作了重要改進．即采用了錐形踏面，計人了輪對的偏載效應(yīng)，引用了蠕滑理論，并考慮了蠕滑系數(shù)的非線性。無因次的蠕滑率表示車輪實際滾動狀態(tài)相對純滾動狀態(tài)的偏離程度，實則為相對滑動率。 可以證明 yo＝ — 醬 ，如圖 3— 22所示。 對于一定的輪對踏面斜率 和一定半徑的曲線，純滾線的位置是確定的。 y是輪對中心相對線路中心線向外移動的距離，規(guī)定向外為負，向內(nèi)為正，如圖 3— 23所示。同理，當(dāng)輪對中心相對線路中心線向外移動的距離較小， y*為正時，就會出現(xiàn)與上述相反的情況。對 小半徑曲線來說，縱向儒滑力產(chǎn)生逆時針的力矩，導(dǎo)向力勢必增大才能轉(zhuǎn)向，因此導(dǎo)向力隨曲線半徑的增大而減小這是必然的。 應(yīng)有 則橫向蠕滑率 (366) 橫向蠕滑力 (367) 162。 假設(shè)車輪踏面為錐形，在輪軌接觸面 k作用著縱向和橫向的蠕滑力。 （三）計算方法 (1)以一個右曲線為例，規(guī)定坐標(biāo)系的正向如圖 3— 24所示。蠕滑力和蠕滑率非線性關(guān)系的近似計算、可采用Johnson 逼近公式，先確定縮減因子 c，然后確定縮減后的縱橫向 蠕滑力。 (一 )軌道狀態(tài) 1．外軌超高設(shè)置不當(dāng)，未被平衡的超高導(dǎo)致車輪輪重增減載。 2．不同的運行速度對車輛脫軌有不同影響．當(dāng)車輪通過曲線時。 至于車輛構(gòu)造參數(shù)的影響在此不再進行分析。在橫向力的作用下．前 輪對的外側(cè)輪緣緊靠鋼軌，并在導(dǎo)向力的作用下，引導(dǎo)著前輪對連同整個轉(zhuǎn)向架沿曲線方向運行。 在接觸點 E 處作切線 AB，它與水平面成的夾角為 ，這個角取用車輪輪緣工作邊與水平面的夾角 —— 輪緣角，一般為 68。 于是促使車輪下滑復(fù)原的力為： （ 372） 阻止車輪下滑的力為 ： （ 373） 式中 Pl、 P2為外內(nèi)輪輪載； H 為外輪作用于鋼軌上的橫向力； u 為滑動摩擦系數(shù)， u1=u2=0． 2— 0． 3； 為輪緣角。 脫軌安全性評定指標(biāo) (一 )脫軌系數(shù) 式 (3— 74)是一種最基本的脫軌安全條件．實際情況往往要復(fù)雜很多。 則等 就稱為爬軌側(cè)車輪的輪重減載率。 (二 )輪重減載率 產(chǎn)生脫軌的原因過去多半認為是由于橫向力增大的結(jié)果，但在實際運行中發(fā)現(xiàn)、有時在側(cè)向力不大的情況下，而輪重嚴重減載時，也會出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象，也就是說，當(dāng)左右輪的輪重偏載過大時，即便輪對橫向力很小，也省可能脫 軌。 將式 (3— 72)、 (3— 73)代入，經(jīng)整理后得 (374) 令 稱為車輪爬軌安全系 數(shù)，簡稱脫軌系數(shù)，它反映的是橫向力 Q與垂向力 P的相對大小比例關(guān)系。 。 在接觸點 E 處作用有輪載 Pl 和橫向水平力 H，此外內(nèi)輪在內(nèi)軌面上也有摩擦橫向力 uP2會對外輪爬軌產(chǎn)生不利影響。應(yīng)從這兩方面有針對性地采取相應(yīng)措施予以防止。 3．反向運行即為機車推進時，車 輛之間的車鉤作用是壓縮力，使前后轉(zhuǎn)向架側(cè)向力增大，同時有可能使車輛向上撅起，使其輪重減載。 3．軌道橫向不平順、小半徑曲線、道岔以及軌縫等局部不平順都可能引起較大的橫向力。 (3)用靜力平衡條件求轉(zhuǎn)動中心位置及導(dǎo)向力 (370) (371) 脫軌原因分析 通常，車輛脫軌不是由單一因素，而是由多種因素的、不利組合造成的。 蠕滑力由下列公式確定 (369) 式中 x， y—— 縱向和橫向； q —— 由未被平衡的超高引起的輪重變化率； 前軸橫移量 yl 為定值、即等于輪軌游間之半，而后軸橫移量 y2可 內(nèi)幾何關(guān)系求得 , 是 x1的函數(shù)。蠕滑力和蠕滑率的關(guān)系采用非線性模型，同時考慮因未被平衡超高造成 內(nèi)外輪輪載的不相等對蠕滑力的影響。 由于本方法應(yīng)用于從 小半徑到大半徑的所有曲線，故必須考慮蠕滑力的非線性特性，可以采用推理法非線性模型進行近似計算。 在縱向有 下角標(biāo) r、 L分別表示右輪和左輪 相應(yīng)的蠕滑率 (364) 縱向蠕滑力 (365) 輪對中心在外移的同時，輪對中軸線相對于徑向線偏轉(zhuǎn) 一 個微小的角度 162。對于大半徑曲線， y。相反，內(nèi)輪的滾動半徑則小于純滾動 時的半徑，滾動一周所走的距離相對于純滾動時的位置是滯后的。蠕滑力的大小及方向皆由相對位移 y*=yy。在曲線中心線外側(cè)。 蠕滑力 F和蠕滑率 之間的關(guān)系只行在較小的蠕滑率范圍內(nèi)，才是線性的：在線性范圍內(nèi)即小蠕滑的情況下，該直線的斜率叫做蠕滑系數(shù)，如圖 3 21所示： 蠕滑力 負號表示蠕滑力的方向和滑動的方向總是相反的。在輪軌之間接觸面上存在著切向力，這個切向力與輪軌的彈性變形有關(guān)，這就是所謂的蠕滑力。其次是假設(shè)各輪踏面與鋼軌接觸處的切向作用力都是摩擦力，即相當(dāng)于認為各車輪都是打滑的，這種情況只在小半徑曲線上才會發(fā)生。其它車輪對鋼軌作用的橫向水平力等于接觸面上的摩擦力的橫向分力，而符號與圖示方向相反。 由 得 （ 362） 由 得 （ 363） 式中 J—— 車輛分配到 — 個轉(zhuǎn)向架上的離心力 (N)，其值為 mv2/R。鋼軌頂面對各輪踏面的滑動阻力均為 uP。由于假設(shè)前軸外輪是貼靠外軌的，或者是轉(zhuǎn)向架是靠導(dǎo)向力使之轉(zhuǎn)向的，剩下的后軸外輪距外軌的距離這樣一個自由度可以用轉(zhuǎn)動中心 C 距前軸的距離 X1表不，亦即轉(zhuǎn)向架相對于曲線軌道的位置可由 — 個廣義坐標(biāo) X1來決定。 N 作用于導(dǎo)向輪輪軌側(cè)向接觸點 A處。 轉(zhuǎn)向架在曲線軌道上行駛，從運動學(xué)角度看。 （ 2）假設(shè)車輪踏面為圓柱 形。 摩擦中心法 古典曲線通過理論一摩擦中心法，是指南德國學(xué)者 Heumann 和英國學(xué)者Porter 分別于 1913年和 1934年完成的 ,以最小方法為原理的圖解法及以平衡人程為基礎(chǔ)的分析法。Vo，加上靜裁，井考慮到接頭處的軌 道剛度較低，應(yīng)乘以小于 l的系數(shù) 。 在鋼軌接頭處，車輪以速度 vo 沖擊鋼軌。 出 a的定義可知有 (352) 將式 (351)及 (3— 52)代入 (3— 50)得 注意此時巳將輪及軌的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相對位移坐標(biāo)、且小得為負值。對輪與軌分別取隔離體并列出相應(yīng)的動力平衡方程。這時鋼軌給車輪以沖擊反力． P 通過車輪質(zhì)心，對車輪來說成了對心正碰撞問題， P 力即為所求沖擊壓力，切向反力 PT 則阻止車輪滑動，如圖 3— 17所示。 ，產(chǎn)生沖擊的必要條件是在某一瞬間輪軌有兩點接觸、如圖 3— 16所示．鋼軌接頭處右側(cè)鋼軌沉陷角 248。 P1是高頻瞬時沖擊荷載，其作用很快被鋼軌及軌道的慣性反作用力所抵消。它表明輪軌力 P(t)隨時間而變化，并存在兩個峰值。. .相鄰道床頂面壓力 Rd應(yīng)相等、由此得出 考慮到道床頂面應(yīng)力的不均勻性，因此，此區(qū)域道床應(yīng)力為 (341) (342) (343) 路基面應(yīng)力