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1、第三章 車體在橫向平面內(nèi)的振動,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,車體通過搖動臺裝置懸掛在轉(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)。搖動臺是一種彈性復(fù)原裝置。車輛在線路上運(yùn)行時,在軌道橫向不平順和輪對蛇行運(yùn)動的激擾下,車體就連同彈性復(fù)原裝置一起產(chǎn)生橫向自由振動和強(qiáng)迫振動。 當(dāng)車體重心位于縱向和橫向的對稱位置時,車體搖頭振動可獨(dú)立出現(xiàn),但橫擺和側(cè)滾則是同時發(fā)生的。這是因
2、為橫擺振動時.車體重心的偏移將引起側(cè)滾振動;而側(cè)滾振動時,車體重心的位移又將引起橫擺振動。,第一節(jié) 車體的橫向自由振動,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,車體就產(chǎn)生橫向自由振動。由于車體作橫向自由振動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)以搖動臺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,可不計轉(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 算(1) 當(dāng)量垂直剛度Kz計算原則: 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)滾振動具有等效作用。,計算:
4、先看圖3—1的原系統(tǒng),在外力矩M0的作用下,假定車體相對于構(gòu)架轉(zhuǎn)動一角度θ1 ,構(gòu)架相對于輪對轉(zhuǎn)動一角度θ2 ,所以車體相對于輪對的轉(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,對計算結(jié)果影響不大,認(rèn)為 Ky = Kl。,3) 車體在橫向平面內(nèi)的運(yùn)動方
5、程(1) 運(yùn)動方程 車體由于橫向力的作用引起的在橫向平面內(nèi)的運(yùn)動,可視為由橫向平行移動y與繞重心O轉(zhuǎn)動θ兩者所合成(圖3—4),這兩種運(yùn)動是同時產(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)滾振動時,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)滾兩種振動的合成即相當(dāng)于車體繞o1點(diǎn)的轉(zhuǎn)動〔見圖3一5(a)〕,稱為
6、下心滾擺振動(又稱一次滾擺); 車體以P2作橫擺和側(cè)滾振動時,由于y2與θ2反相,故o2點(diǎn)位于車體重心的上方,兩種振動合成的結(jié)果相當(dāng)于車體繞o2點(diǎn)的轉(zhuǎn)動[見圖3—5(b)],稱為上心滾擺振動(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軸。,(3) 車體搖頭振動 實(shí)際運(yùn)行中的車輛在產(chǎn)生上述滾擺振動的同時,車體還往往伴隨有搖頭振動,其
7、振動軸為通過車體重心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)力求降低橫向振動的各個自振頻率。,第二節(jié) 車體的橫向強(qiáng)迫振動,前言: 現(xiàn)代客車轉(zhuǎn)向架的輪對與構(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、與輪對間的橫向位移小到可以忽略不計。 因此,可直接以輪對的橫擺蛇行運(yùn)動來取代構(gòu)架的橫擺運(yùn)動,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)動同一頻率的橫向滾擺強(qiáng)迫振動。,在討論車體的強(qiáng)迫振動時,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)滾和橫擺振動在該點(diǎn)引起的加速
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