雷 洋 李越超

沈陽地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司

1.動力學(xué)性能評價指標(biāo)

1.1 車輛運(yùn)行穩(wěn)定性評價

當(dāng)車輛運(yùn)行速度達(dá)到一定限定值時，傳統(tǒng)輪對結(jié)構(gòu)的車輛在婦滑力的作用下會產(chǎn)生蛇形運(yùn)動發(fā)散的趨勢，即蛇行運(yùn)動呈現(xiàn)不收斂，車輛運(yùn)行失穩(wěn)。因此，在設(shè)計研究車輛懸掛系統(tǒng)參數(shù)時，要考慮車輛運(yùn)行的實際環(huán)境，選擇相對合理的橫、縱向車輪定位剛度，在確保車輛運(yùn)行穩(wěn)定性的同時，盡可能提高曲線通過性能。自20世紀(jì)早期，Carter開始研究輪軌間滑理論和蛇行運(yùn)動以來，車輛運(yùn)行穩(wěn)定性的研究就逐漸深入。目前，車輛運(yùn)行穩(wěn)定性研究的判定依據(jù)已多種多樣。國際鐵路聯(lián)盟UIC等研究機(jī)構(gòu)結(jié)合車輛實際運(yùn)行時的狀態(tài)，給出了適用于線路動力學(xué)試驗的穩(wěn)定性判據(jù)。

1.2 車輛運(yùn)行平穩(wěn)性評價

車輛運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)和舒適度指標(biāo)可以用來評定車輛運(yùn)行平穩(wěn)性，這些指標(biāo)不僅與車輛自身運(yùn)行性能息息相關(guān)，也與乘客對車輛運(yùn)行產(chǎn)生振動的反應(yīng)有關(guān)。

平穩(wěn)性指標(biāo)一般以Sperling指標(biāo)和ISO標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量，本文主要應(yīng)用Sperling平穩(wěn)性指標(biāo)和車體最大振動加速度來評定客車運(yùn)行平穩(wěn)性。

1.3 車輛運(yùn)行安全性評價

鐵路車輛在通過曲線線路時，車輪與軌道相互作用會使得輪軌間出現(xiàn)較大的橫向力，致使輪軌磨耗發(fā)生。在通過曲線時，在輪軌間會產(chǎn)生摩擦螺滑力和輪緣力這兩種力，車輛其他部件會產(chǎn)生離心力、制動力和牽引桿力在轉(zhuǎn)向架各輪之間均勾分布。

車輛具有良好的曲線通過性能則表明通過曲線時輪軌間作用力相對較小，輪軌磨耗較小。因此，車輛上各個部件間的相互作用力也大大降低；車輛在曲線上運(yùn)行阻力也會隨之下降，牽引力也會降低，能耗消耗降低，鐵道車輛曲線通過的計算可以確保列車安全進(jìn)行、降低輪軌之間作用力，并且制約懸掛系統(tǒng)的參數(shù)選擇。

2.車輪踏面形狀對車輛動力學(xué)性能的影響

2.1 地鐵車輛運(yùn)行穩(wěn)定性受到不同踏面的相應(yīng)影響

為了觀察地鐵車輛的穩(wěn)定運(yùn)行情況，我們通過地鐵蛇行運(yùn)動時的臨界速度來進(jìn)行考量。我們都知道車輛車輛蛇形運(yùn)動的時候，在車輪和軌道接觸的過程中會發(fā)生振動，因此速度并非線性的，我們要通過一個多極系統(tǒng)來對地鐵蛇形運(yùn)動時的速度進(jìn)行分析，通過查找資料我們找到了該運(yùn)動的微分方程組的矩陣方程，如下所示：

表1 兩種地鐵裝載不同踏面新輪空車時的蛇行失穩(wěn)臨界速度

通過上表我們可以看出，相同條件下，地鐵裝配了DIN5573型踏面的車輛臨界速度較高，也就是說該踏面形狀對于車輛的穩(wěn)定作用較好，這是因為不同踏面的車輪在幾何參數(shù)方面呈現(xiàn)不同的情況，也就影響了地鐵車輛蛇形運(yùn)動的臨界速度。

2.2 踏面形狀對運(yùn)行平穩(wěn)性的影響

在分析車輛運(yùn)行平穩(wěn)性時，線路激擾采用美國V級線路譜。采用2種不同踏面的車輛在40～90km/h間運(yùn)行時的平穩(wěn)性。

踏面形狀對橫向平穩(wěn)性指標(biāo)的影響比較明顯，采用LM磨耗型踏面的車輛，其橫向平穩(wěn)性相對較差，而采用DIN5573踏面時，橫向平穩(wěn)性則較好，其原因還是由于在相同的輪對橫移下DIN5573踏面的等效錐度比LM磨耗型踏面小，使得采用DIN5573踏面的車輛橫向穩(wěn)定性優(yōu)于采用LM磨耗型踏面的車輛，從而使得其橫向平穩(wěn)性相對較好。

2.3 地鐵車輛曲線通過安全性受到不同踏面的相應(yīng)影響

地鐵車輛曲線是車輛超高和定曲率半徑等共同決定的圓曲線構(gòu)成的，我們通過使車輛通過一定曲率的曲線，計算在通過曲線過程時輪軌所受到的作用力，并對這一作用力進(jìn)行各項性能指標(biāo)的轉(zhuǎn)化根系，并根據(jù)我國相關(guān)法規(guī)的定值來評定地鐵車輛曲線通過的安全性。車輛運(yùn)行速度的計算公式如下：

其中，V表示車輛運(yùn)行的速度，h為超高，hd則表示欠超高，而R為曲線半徑。根據(jù)試驗可知，由于裝配了不同的踏面形狀車輛，地鐵車輛在通過同一曲線時兩種車輛的各項指標(biāo)都在國家規(guī)定的范圍以內(nèi)。我們從相關(guān)實驗數(shù)據(jù)中可以得出結(jié)論，曲線軌道因為有超高存在，重力會產(chǎn)生分力現(xiàn)象，輪軌的橫向壓力和垂向壓力就產(chǎn)生。如果車輛的踏面形狀不同，那么輪軌的橫向壓力與脫軌系數(shù)就會由于重力分力不同而產(chǎn)生差距。

綜上所述，踏面形狀的不同，使得其與鋼軌匹配時的輪軌接觸幾何關(guān)系存在差異，從而影響車輛的動力學(xué)性能。因此，需要我們通過分析可以找到相關(guān)措施，延長地鐵軌道運(yùn)行壽命。

[1]李曉龍，馬衛(wèi)華，羅世輝.踏面下凹磨耗對地鐵車輛動力學(xué)性能的影響 [J].內(nèi)燃機(jī)車，2013，(01)：17-20.

[2]湯超.平縱斷面線型及軌道類型對地鐵軌道動力特性和鋼軌磨耗影響研究[D].北京交通大學(xué)，2012.