1、第五章第五章 車輛運行安全性車輛運行安全性前言前言: 車輛運行安全性只有在輪軌處于正常接觸狀態時才能得到保證。由于車輛在線路上運行時受到各種力的作用，在最不利的組合情況下，可能破壞車輛正常運行的條件，使輪軌分離，從而造成車輛脫軌或傾覆事故，這就稱為車輛失去車輛失去運行安全性運行安全性。 本章就是研究車輛安全運行的條件及其評定指標，分析其影響因素，提出改善的措施，以確保車輛運行安全 1;.第一節第一節 輪對脫軌條件與評定指標輪對脫軌條件與評定指標 一、脫軌的過程及其分類一、脫軌的過程及其分類 在通常情況下，當車輛在直線上運行時，車輪的踏面和鋼軌頂面相接觸。 當車輛通過曲線時，輪對將承受著車體傳來

2、的側向力(它是由于離心力、側向風力及橫向振動慣性力等引起的)。在側向力作用下，前輪對的外側車輪輪緣緊靠鋼軌。2;. 前輪對的外側車輪在側向力Q作用下，可能形成輪緣根部的圓弧與軌頭側面的圓弧部分接觸, 出現爬軌趨勢，如圖（）所示。. 如果輪緣與軌頭接觸點達到輪緣圓弧面上拐點（即輪緣根部圓弧與頂部圓弧半徑方向改變的那點時），就出現了臨界狀態如圖（）所示。. 如此時輪重還不夠大，則在側向力Q作用下，車輪在轉動的同時繼續往上爬，超過臨界狀態后，輪緣頂部的圓弧部分和軌頭頂面接觸，直至車輪完全爬上鋼軌，如圖（）所示，并使車輪落出軌外，形成輪緣在軌枕上滾切的脫軌現象脫軌現象。 3;.1 爬上鋼軌爬上鋼軌:

3、隨著車輪的轉動使輪緣逐漸爬上軌頭而引起的脫軌，稱為爬上鋼軌。爬上鋼軌多數發生于低速通過小半徑曲線時。 2 跳上鋼軌跳上鋼軌: 當車輪承受過大的沖擊載荷時, 使車輪跳離鋼軌而引起脫軌，稱為跳上鋼軌。跳上鋼軌則多數發生于高速運行時。3 車輪掉入軌道內側車輪掉入軌道內側: 車輛在線路上運行時，如果它對鋼軌的側向力過大，可能是使鋼軌橫向移動，引起軌距擴大，從而使車輪掉入軌道內側、造成車輛脫軌事故。特別是車輛在不良線路上高速運行通過曲線時，會有這種情況發生。4;.二脫軌條件與評定指標二脫軌條件與評定指標 為了鑒別車輛脫軌情況，就要分析車輛脫軌時的受力情況，并找出其臨界條件。評定脫軌的指標很多，目前我國車

4、輛部門主要采用脫軌系數脫軌系數和輪重減載率輪重減載率兩項指標。脫軌系數與輪對脫軌條件脫軌系數與輪對脫軌條件1）車輪在脫軌臨界狀態時的受力情況（）車輪在脫軌臨界狀態時的受力情況（ 如圖如圖所示所示 ） 5;. 當車輪在側向力Q作用下，在轉動的同時還沿著軌頭側面往上爬，踏面抬起，而在輪重等諸力的作用下達到平衡狀態，即車輪處于企圖向下滑而滑不下來的狀態。若將各力分別向輪軌接觸點的切線方向和法線方向投影，則得脫軌的臨界條件： （51） 6;.求解聯立方程式（51）得 這是輪緣與軌頭接觸時的力的平衡方程式，它標志車輛脫軌的臨界狀態。如果實際的Q1/ P1 值大于上式右側的計算值，車輪就向上爬；反之車輪就

5、向下滑。 要使車輪脫軌，即車輪爬上鋼軌，則必須符合下列條件車輪爬上鋼軌，則必須符合下列條件： （52） （53） 7;.2）脫軌系數及其影響因素）脫軌系數及其影響因素 比值比值Q1/ P1 即稱為脫軌系數即稱為脫軌系數，其值僅取決于輪緣角1和輪軌間的摩擦系數1。 必須指出，式（）是一種最基本的脫軌條件，實際情形往往比式（）要復雜得多。脫軌系數不僅與1、1有關，而且還與輪軌沖角、曲線半徑、車輪直徑、運行速度以及輪軌之間的蠕滑力等因素有關。實用的Q1/ P1 值的允許限度常常是通過試驗而不是通過計算確定的。作為實際應用，一般仍采用式（一）這個基本關系式。8;.9;.3) 輪對脫軌的條件輪對脫軌的條

6、件圖圖中假定左側車輪達到脫軌的臨界狀態，即左側車輪企圖下滑而滑不下來的狀態中假定左側車輪達到脫軌的臨界狀態，即左側車輪企圖下滑而滑不下來的狀態， 10;. 由圖根據平衡條件可得下列關系式： （54） 11;.由式（）和1=十2關系，可得輪對脫軌的條件輪對脫軌的條件：（55） 因tga2很小可以略去不計，則式（一）可簡化得：(56) 比較式（一）和式（）可見，車輪與輪對脫軌系數公式的形式是相同的，即式（）中的（2P2 ）與式（）中的側向力相當。 12;. 關于摩擦系數1、2 的取值，一般來說，輪緣上1=680700的一點是不常和鋼軌側面接觸的，表面光潔度較差，而且常有銹污，而踏面和鋼軌頂面的接觸

7、點是經常滾壓的，光潔度較高，所以12 ，通常取，通常取1=1.22。 根據理論分析和試驗研究，目前我國車輛科研部門建議采用的脫軌系數安全指標我國車輛科研部門建議采用的脫軌系數安全指標為： Q1/ P1=1.2 危險限度 （57） Q1/ P1=1.0 允許限度 脫軌系數不超過“危險限度”是安全的，不超過“允許限度”是希望達到的。對于新設計的車輛來說，希望不超過“允許限度”。13;.由于輪重減載引起脫軌的條件由于輪重減載引起脫軌的條件從上述分析可見，影響脫軌的主要參數為作用于車輪的垂直力P和側向力Q，并且這兩個力是同時存在的。產生脫軌的原因多半是由于側向力增大的結果產生脫軌的原因多半是由于側向力

8、增大的結果。當左右側輪重偏載過大時，即使輪對側向力極小，也有可能脫軌當左右側輪重偏載過大時，即使輪對側向力極小，也有可能脫軌。 14;.在圖中，若若 21 ，當，當 =時時，由于右側車輪踏面的摩擦力仍可使左側輪緣爬上鋼軌。下面就討論由于輪重減載引起脫軌的情況。15;.（510） （511） （512） 16;.0.32時，P/P的允許限度為0.6。17;. 根據理論分析與試驗研究，目前我國車輛研究部門建議采用的輪重減載率安全指標我國車輛研究部門建議采用的輪重減載率安全指標為： (513) 18;.3 脫軌系數與輪重減載率的關系脫軌系數與輪重減載率的關系 脫軌系數與輪重減載率是在兩種不同情況下評價車輪脫軌 的指標；輪重減載率是脫軌系數的一種特殊工況，即是輪對側向力為零時的脫軌系數的另一種表達形式。 在一般情況下，應以脫軌系數Q1/ P1