【導(dǎo)讀】膆蒀蝿腿蒄葿袁莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂薆螅膅肈薅袇羈莇薄薇膄芃薄蝿羇艿薃袂節(jié)膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肅芆蠆袈袆膁蚈薈肁肇蚈蝕襖蒆蚇袃肀莂蚆羅羃羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒃蚃衿膆荿螂羈罿芅螂蟻膅膁莈螃羇肇莇羆膃蒅莆蚅肆莁莆螈芁芇蒞袀肄膃莄袇蒂莃螞肂莈蒂螄裊芄蒁袇肁膀蒀蚆袃膆蒀蝿腿蒄葿袁莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂薆螅膅肈薅袇羈莇薄薇膄芃薄蝿羇艿薃袂節(jié)膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肅芆蠆袈袆膁蚈薈肁肇蚈蝕襖蒆蚇袃肀莂蚆羅羃羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒃蚃衿膆荿螂羈罿芅螂蟻膅膁莈螃羇肇莇羆膃蒅莆蚅肆莁莆螈芁芇蒞袀肄膃莄袇蒂莃螞肂莈蒂螄裊芄蒁袇肁膀蒀蚆袃膆蒀蝿腿蒄葿袁莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂薆螅膅肈薅袇羈莇薄薇膄芃薄蝿羇艿薃袂節(jié)膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肅芆蠆袈袆膁蚈薈肁肇蚈蝕襖蒆蚇袃肀莂蚆羅羃羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒃蚃衿膆荿螂羈罿芅螂蟻膅膁莈螃羇肇莇羆膃蒅莆蚅肆莁莆螈芁芇蒞袀肄膃莄袇蒂莃螞肂莈蒂螄裊芄蒁袇肁膀蒀蚆袃膆蒀蝿腿蒄葿袁莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂薆螅膅肈薅袇

　　

【正文】 —— 曲線半徑。 對(duì)于一定的輪對(duì)踏面斜率 和一定半徑的曲線，純滾線的位置是確定的。 如轉(zhuǎn)向架的輪對(duì)中心不在純滾動(dòng)線上，輪軌之間必有滑動(dòng)，從而產(chǎn)生縱向蠕滑力。蠕滑力的大小及方向皆由相對(duì)位移 y*=yy。決定。 y是輪對(duì)中心相對(duì)線路中心線向外移動(dòng)的距離，規(guī)定向外為負(fù)，向內(nèi)為正，如圖 3— 23所示。也就是說(shuō)當(dāng)輪對(duì)中心移向純滾線之外時(shí)， y*為負(fù)，此時(shí)外輪滾動(dòng)半徑大于純滾動(dòng)所需的半徑，滾動(dòng)一周所走距離相對(duì)于純滾動(dòng)時(shí)的位置是超前的。相反，內(nèi)輪的滾動(dòng)半徑則小于純滾動(dòng) 時(shí)的半徑，滾動(dòng)一周所走的距離相對(duì)于純滾動(dòng)時(shí)的位置是滯后的。由于車輪踏面的錐形效應(yīng)，此時(shí)外輪必將向后滑動(dòng)．內(nèi)輪必將向前滑動(dòng)，因此，外輪所受的縱向蠕滑力與滑動(dòng)方向相反，是向前的，內(nèi)輪的縱向蠕滑力是向后的。同理，當(dāng)輪對(duì)中心相對(duì)線路中心線向外移動(dòng)的距離較小， y*為正時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)與上述相反的情況。不論怎樣，外輪與內(nèi)輪上的縱向蠕滑力方向總是相反的，在小蠕滑情況下大小近似相等，形成一個(gè)蠕滑力偶。對(duì)于大半徑曲線， y。量值很小，這就有可能形成一個(gè)順時(shí)針?lè)较虻牧?，有利于轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向，必減小導(dǎo)向力的作用，甚至完全實(shí)現(xiàn)儒滑導(dǎo)向。對(duì) 小半徑曲線來(lái)說(shuō)，縱向儒滑力產(chǎn)生逆時(shí)針的力矩，導(dǎo)向力勢(shì)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。 根據(jù)定義，蠕滑速度 Av =實(shí)際的速度 純滾動(dòng)的速度 。 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(duì)中心在外移的同時(shí)，輪對(duì)中軸線相對(duì)于徑向線偏轉(zhuǎn) 一 個(gè)微小的角度 162?？蓪⑶斑M(jìn)的速度 V分解為一個(gè)垂直于輪對(duì)中軸線力方向的分速度 Vl和 一個(gè)與中軸線方向相同的分速度 V2。 應(yīng)有 則橫向蠕滑率 (366) 橫向蠕滑力 (367) 162。角規(guī)定順時(shí)針轉(zhuǎn)為正．逆時(shí)針轉(zhuǎn)為負(fù)。 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(jìn)行近似計(jì)算。 （二）計(jì)算模型 蠕滑中心法仍采用剛性轉(zhuǎn)向架和一個(gè)自由度的力學(xué)模型，轉(zhuǎn)向架相對(duì)曲線規(guī)道的位置可由一個(gè)廣義坐標(biāo)來(lái)決定，也就是說(shuō)一旦轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置確定了，整個(gè)輪軌間的相對(duì)位置也就因之而定。 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。蠕滑力由蠕滑率決定，而蠕滑率在一定的軸載和輪軌踏面形狀的條件下，則可由輪對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)條件和偏載值決定。蠕滑力和蠕滑率的關(guān)系采用非線性模型，同時(shí)考慮因未被平衡超高造成 內(nèi)外輪輪載的不相等對(duì)蠕滑力的影響。 其他力學(xué)條件與摩檫中心法相同。 （三）計(jì)算方法 (1)以一個(gè)右曲線為例，規(guī)定坐標(biāo)系的正向如圖 3— 24所示。 由 Kalker 公式確定蠕滑系數(shù) f11(縱向 )=E().C11 f22(橫向 )=E().C22 式中 a 和 b—— 接觸橢圓的長(zhǎng)短半軸； E— — 材料的抗拉彈性模量； Cij無(wú)量綱的 Kalker 系數(shù) ,(i 為坐標(biāo)方向 j為滑動(dòng)方向， 1為縱向 v,2為橫向 ) 與泊桑比及 a／ b有關(guān)，可從 Cij 的數(shù)值計(jì)算表中查得。 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)。前軸偏轉(zhuǎn)角亦即沖角． ，總為負(fù)值，后軸偏轉(zhuǎn)角，可正可負(fù)．由轉(zhuǎn)動(dòng)中心位置 r1而定 以以上可知，作用在各輪上的蠕滑力均可唯一地確定。蠕滑力和蠕滑率非線性關(guān)系的近似計(jì)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。 (2)計(jì)算末被平衡離心力 式中 W—— 輪重； —— 末被平衡超高。 (3)用靜力平衡條件求轉(zhuǎn)動(dòng)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。綜合起來(lái)、 有以下幾方面。 (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．軌道順坡、三角坑、不均勻支承等會(huì)使車體產(chǎn)生扭曲，從而引起各車輪輪重的增減載和加劇橫向搖擺。 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。 (二 )車輛狀態(tài) ，貨物偏載影響到各車輪輪重的分配，空車比重車容易脫軌。 2．不同的運(yùn)行速度對(duì)車輛脫軌有不同影響．當(dāng)車輪通過(guò)曲線時(shí)。低速運(yùn)行比高速運(yùn)行容易發(fā)生脫軌。 3．反向運(yùn)行即為機(jī)車推進(jìn)時(shí)，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(shí)有可能使車輛向上撅起，使其輪重減載。 4．風(fēng)力對(duì)脫軌安全性也是不利的。 至于車輛構(gòu)造參數(shù)的影響在此不再進(jìn)行分析。 綜上所述，引起車輛脫軌的原因很多，而從脫軌時(shí)受力分析的角度來(lái)看，影響車輛脫軌的因素可分為兩大類：一類是使輪重減小的；一類是使輪軌之間的橫向力加大的。應(yīng)從這兩方面有針對(duì)性地采取相應(yīng)措施予以防止。 車輪爬軌臨界條件 車輛通過(guò)曲線時(shí)，輪對(duì)將承受著車體傳來(lái)的橫向力．它是由于離心力、側(cè)向風(fēng)力及橫向振動(dòng)慣性力等引起的。在橫向力的作用下．前 輪對(duì)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(duì)連同整個(gè)轉(zhuǎn)向架沿曲線方向運(yùn)行。這時(shí)，導(dǎo)向輪在橫向力作用下，可能由于某種因素使車輪浮起離開軌面，形成輪緣的根部與軌頭側(cè)面的圓弧部分接觸，出現(xiàn)爬軌趨勢(shì)．如圖 3— 25所示。 在接觸點(diǎn) 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(huì)對(duì)外輪爬軌產(chǎn)生不利影響。如果促使車輪下滑的 力大于阻止車輪下滑的力則車輪下降回原來(lái)位置，反之可能爬上鋼軌，造成脫軌。 在接觸點(diǎn) E 處作切線 AB，它與水平面成的夾角為 ，這個(gè)角取用車輪輪緣工作邊與水平面的夾角 —— 輪緣角，一般為 68。 一 70。 。過(guò) E 點(diǎn)做 AB 的法線 CD，把 PH及 u2P2諸力分解為平行和垂直于 AB 的兩個(gè)分力。 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(dòng)摩擦系數(shù)， u1=u2=0． 2— 0． 3； 為輪緣角。 要使車輪不爬上鋼軌，應(yīng)有 。 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(jiǎn)稱脫軌系數(shù)，它反映的是橫向力 Q與垂向力 P的相對(duì)大小比例關(guān)系。 K 值愈大，即允許 再大一點(diǎn)也不會(huì)脫軌。 脫軌安全性評(píng)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(shí)際情況往往要復(fù)雜很多。脫軌系數(shù)不僅與 u、有關(guān)，而且還與輪軌沖角、曲線半徑、運(yùn)行速度以及輪軌之間的蠕滑力等因素有關(guān)，且摩擦系數(shù)又是一個(gè)變化甚大的參數(shù)，因此很難得到脫軌系數(shù)允許限 度的精確計(jì)算值，所以以實(shí)用的 Q／ P 值的允許限度常常是通過(guò)試驗(yàn)而不是通過(guò)計(jì)算確定的根據(jù)理論分析和試驗(yàn)研究．目前建議采用的脫軌系數(shù)安全指標(biāo)為： Q／ P＝ 危險(xiǎn)限度 Q／ P＝ 允許限度 (375) 上式的限度指標(biāo)適用于低速脫軌的情況，至于高速脫軌問(wèn)題還有待今后試驗(yàn)研究。 (二 )輪重減載率 產(chǎn)生脫軌的原因過(guò)去多半認(rèn)為是由于橫向力增大的結(jié)果，但在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)、有時(shí)在側(cè)向力不大的情況下，而輪重嚴(yán)重減載時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象，也就是說(shuō)，當(dāng)左右輪的輪重偏載過(guò)大時(shí)，即便輪對(duì)橫向力很小，也省可能脫 軌。在圖3— 25中若 P2P當(dāng) H＝ 0時(shí)、由于右側(cè)車輪轉(zhuǎn)向的摩擦力，仍可使左側(cè)輪緣爬上鋼軌。 則等 就稱為爬軌側(cè)車輪的輪重減載率。 理論分析和試驗(yàn)研究，目前建議采用的輪重減載率安全指標(biāo)為 (376) 對(duì)于小半徑曲線低速運(yùn)行的狀況，采用輪重減載率作為衡量防止脫軌安全的標(biāo)準(zhǔn)，具有一定實(shí)際意義。