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    本書為高職高專鐵道機車專業教材,也可供中等職業學校及其他專業學校(院)電力機車或相近專業學生、電力機車檢修工廠和機務段的檢修和乘務人員參考。

圖書分類

Book classification
  1. 本書是高等教育鐵道機車車輛動力學方向教材。鐵道車輛系統動力學是高速鐵路、城軌列車、貨物列車設計、運營和維護的重要基礎,關系到運營安全性、乘坐舒適性。我國高速列車從引進技術到引領世界技術,積累了豐富的動力學成果,作者所在課題組是其中最核心的研究團隊,這為本書提供了先天條件。本書以鐵道車輛動力學理論為基礎,以我國高速列車引進消化吸收再創新為背景,以我國高速列車自主創新研發為目標,對鐵道車輛系統動力學理論體系進行了梳理和完善,將我國高速列車動力學工程具體問題作為案例,是我國高速列車動力學近十年來的總結。本書內容涵蓋了車輛動力學理論體系、邊界條件、仿真分析、臺架和線路試驗等。...查看更多
  2. 前言



    我國鐵路運輸在21世紀取得了突飛猛進的發展。最近十年來,我國高速列車經歷了一條從技術引進到消化吸收,最后自主創新的發展之路。最近具有自主知識產權的“復興號”中國標準動車組投入運營,標志著我國高速列車技術進入了新階段。近年來,城市軌道列車也取得了眾多進展,開發出了各種城際列車、市域列車、地鐵列車、低地板列車、跨座式列車和吊掛式列車。我國貨車技術也在不斷發展,包括各種穩定可靠的新型轉向架、重載列車和提速快捷貨車的深入研究和廣泛運用。
    車輛系統動力學是鐵道車輛的重要基礎理論,也是一門緊密結合工程實際的學科。我國在發展高速列車的過程中,車輛系統動力學發揮了重要作用,為高速列車懸掛參數優化、安全舒適地運行、減振降噪等相關動力學問題的解決提供了理論保障和研究平臺,在車輛系統動力學的支撐下,我國高速動車組技術不斷進步。不同形式的城軌列車補充了車輛系統動力學的研究內容,并且形成了具有特殊性的城軌車輛動力學評價體系、建模仿真方法和試驗方法。我國貨運列車除了向重載發展之外,近年來一直在研究高速快捷貨運列車,這也離不開車輛系統動力學的支撐。在我國鐵路運輸不斷發展的同時,車輛系統動力學也得到了大力發展,尤其是理論與工程結合,貫穿了每種車型的發展軌跡。我國鐵道車輛在大量運營實踐中發現了許多動力學現象和問題,為車輛系統動力學的研究提供了基礎,大大豐富了車輛系統動力學的研究內容。
    近年來,我國學者出版了多本關于軌道車輛系統動力學的書籍,包括很多專著和教材。在對我校研究生授課過程中,以及和工程技術人員交流過程中,發現大部分專著針對性太強,不太適合相關工程技術人員基礎知識學習和解決車輛工程實際問題,也不適合用于研究生課程“車輛系統動力學”的講授。現有的教材要么內容過于寬泛,鐵道車輛的專業知識篇幅較少;要么偏重于基礎理論,缺乏與我國工程實踐的結合,尤其是缺少我國高速列車領域最新的動力學研究成果和應用。在我國軌道交通快速發展的這十幾年中,本書作者及所在團隊有幸參與了這一過程并在車輛動力學領域做出了相應貢獻,主研或參與了絕大部分動車組及大量貨物列車、城軌列車的動力學研究,包括動力學仿真、臺架試驗和線路測試。為此,結合我們多年來在車輛系統動力學領域的部分研究進展和工程經驗編寫了這本書。本書既可用于研究生教學,也可以供相關工程技術人員參考。
    本書分為三個部分:第一部分是車輛系統動力學和相關學科的基礎知識,包括振動力學理論、輪軌接觸關系和蠕滑理論、車輛系統動力學研究概述以及車輛系統動力學邊界條件;第二部分是車輛系統動力學理論,包括蛇行運動穩定性理論、車輛系統隨機振動理論、車輛曲線通過理論、列車動力學等;第三部分是工程應用,包括動力學性能評價體系、動力學臺架和線路試驗、動力學仿真和控制等。很多工程應用實例分布在相關章節中,限于篇幅沒有深入探討,僅給出了基本過程和基本結論。本書注重基礎理論和工程應用的融會貫通,更注重基本概念和知識點的深入理解,力求做到深入淺出,適應不同層次讀者的需求。
    本書由羅仁編寫了除第10章以外的章節,并最終統稿;石懷龍編寫了第10章,并在后期對書稿進行了校正。本書部分內容引用了研究團隊碩士和博士研究生的學位論文,特別是高浩、郝建華、干鋒和李忠繼的學位論文;部分工程應用實例參考了牽引動力國家重點實驗室的相關報告,還有部分圖片和示例來源于網絡,在此一并致謝。
    感謝牽引動力國家重點實驗室曾京教授、鄔平波研究員、張衛華教授、戴煥云研究員、池茂儒研究員、王勇副研究員、王建斌博士及動強組各位老師的指導或幫助。特別感謝沈志云院士不辭辛勞為本書作序,并積極推動本書的修訂和出版,鞭策著我們不斷前進。感謝國家自然科學基金(51475388,U1334206,51005189)為本書的相關研究和出版提供的資助。
    限于作者水平,書中疏漏和不妥之處,敬請指正。

    羅 仁
    2017年9月 
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  1.  目錄
    基礎篇
    1  鐵道車輛系統動力學概述 2
    1.1  鐵道車輛的發展 2
    1.1.1  鐵路運輸的發展 2
    1.1.2  機車車輛的發展 3
    1.1.3  未來發展 5
    1.2  車輛系統動力學發展概述 6<br/>1.2.1  車輛系統動力學理論 6
    1.2.2  車輛系統動力學仿真 10
    1.2.3  車輛系統動力學試驗 12
    1.3  車輛系統動力學研究概述 13
    1.3.1  車輛系統動力學主要研究方法 13
    1.3.2  車輛系統動力學的重要應用 16
    1.3.3  車輛系統動力學的難點 18
    2  車輛系統動力學理論基礎 20
    2.1  多體系統動力學理論簡介 20
    2.1.1  多體系統簡介 20
    2.1.2  坐標系及姿態變換 22
    2.1.3  動力學模型 25
    2.1.4  數值積分 30
    2.2  振動理論簡介 31
    2.2.1  線性振動 31
    2.2.2  非線性振動 41
    2.2.3  運動穩定性基本概念 45
    2.2.4  常微分方程幾何分岔理論 49
    2.3  減振理論簡介 55
    2.3.1  基本概念和分類 55
    2.3.2  兩自由度系統 59
    2.3.3  動力吸振器理論 62
    2.3.4  RUZICKA隔振系統 66
    2.4  車輛運動姿態 70
    2.4.1  車輛運動姿態 70
    2.4.2  車輛懸掛模態 71
    2.4.3  輪軌約束 73
    3  輪軌接觸和蠕滑理論 74
    3.1  車輪與鋼軌型面 74
    3.1.1  車輪型面 74
    3.1.2  鋼軌型面 79
    3.2  輪軌幾何接觸理論 81
    3.2.1  輪軌接觸幾何關系的定義 82
    3.2.2  輪軌接觸幾何關系的計算 90
    3.2.3  HERTZ和非HERTZ接觸理論 101
    3.3  輪軌蠕滑率 111
    3.3.1  蠕滑率的定義 111
    3.3.2  簡化的蠕滑率公式 113
    3.3.3  更完整的蠕滑率表達式 115
    3.4  輪軌滾動接觸經典理論 116
    3.4.1  KALKER線性理論 118
    3.4.2  沈氏理論 120
    3.4.3  KALKER簡化理論(FASTSIM) 121
    3.4.4  POLACH滾動接觸理論 123
    3.4.5  輪軌法向力的求解 125
    3.4.6  各種蠕滑理論的比較和適用范圍 127
    4  車輛系統動力學邊界條件 130
    4.1  鐵路軌道與線路 131
    4.1.1  典型線路 131
    4.1.2  軌道空間坐標描述 136
    4.2  軌道不平順 140
    4.2.1  軌道不平順類型 140
    4.2.2  軌道不平順描述及常用軌道譜 146
    4.3  氣動載荷 154
    4.3.1  常用的風載荷獲取方法 154
    4.3.2  常用的風載荷類型 157
    理論篇
    5  車輛系統蛇行運動穩定性 162
    5.1  蛇行運動的基本概念 162
    5.2  輪對蛇行運動 164
    5.2.1  動力學方程 164
    5.2.2  蛇行運動規律及數值驗證 170
    5.3  轉向架蛇行運動 172
    5.3.1  剛性轉向架 172
    5.3.2  柔性定位轉向架 174
    5.3.3  轉向架蛇行運動特征 176
    5.4  整車蛇行運動 180
    5.4.1  車輛橫向模型 180
    5.4.2  車輛橫垂耦合模型 185
    5.4.3  車輛蛇行運動特征 189
    5.5  蛇行運動分岔 193
    5.5.1  分岔類型和特征 194
    5.5.2  蛇行運動分岔圖 198
    5.5.3  臨界速度 201
    5.6  蛇行穩定性的影響因素 205
    5.6.1  輪軌因素 205
    5.6.2  一系、二系懸掛參數 207
    5.6.3  車輛結構參數 210
    5.6.4  車輛質量參數 212
    5.6.5  車間減振器 214
    6  車輛系統隨機振動 216
    6.1  隨機振動簡介 216
    6.1.1  基本概念 216
    6.1.2  隨機變量 217
    6.1.3  隨機函數 219
    6.2  車輛系統垂向隨機振動 220
    6.2.1  車輛垂向隨機振動模型 220
    6.2.2  車輛系統垂向隨機振動規律 227
    6.3  車輛系統橫向隨機振動 234
    6.3.1  車輛橫向動力學模型 235
    6.3.2  輪軌蠕滑 235
    6.3.3  車輛橫向隨機振動規律 236
    6.4  乘坐性能的影響因素 238
    6.4.1  輪軌因素 238
    6.4.2  一系懸掛參數 239
    6.4.3  二系懸掛參數 240
    6.4.4  車輛結構參數 243
    7  車輛系統曲線通過性能 244
    7.1  蠕滑力導向機理 244
    7.1.1  純滾線 244
    7.1.2  蠕滑力 245
    7.1.3  蠕滑力導向 246
    7.2  車輛曲線通過模型及分析 250
    7.2.1  車輛曲線通過動力學方程 250
    7.2.2  車輛穩態曲線通過 253
    7.2.3  車輛動態曲線通過 255
    7.3  車輪磨耗和損傷 257
    7.3.1  車輪磨耗 257
    7.3.2  車輪損傷 261
    7.4  車輛曲線通過性能影響因素 263
    7.4.1  動力學指標 263
    7.4.2  車輛曲線通過影響因素 263
    8  列車系統動力學 268
    8.1  列車動力學因素 268
    8.1.1  車鉤緩沖裝置 268
    8.1.2  牽引制動 271
    8.1.3  線路條件 274
    8.2  列車動力學模型 276
    8.2.1  采用單自由度車輛的列車縱向動力學模型 276
    8.2.2  列車橫向動力學模型 277
    8.2.3  全自由度列車模型 278
    8.3  列車動力學應用 279
    8.3.1  列車連掛模擬 280
    8.3.2  司機駕駛模擬 281
    8.3.3  尾車晃動分析 284
    實踐篇
    9  車輛系統動力學評價方法和指標 290
    9.1  蛇行運動穩定性 290
    9.1.1  漸進穩定性判斷方法 290
    9.1.2  線路評判蛇行穩定性的方法 293
    9.2  運行平穩性 294
    9.2.1  SPERLING平穩性指標 295
    9.2.2  舒適度指標 296
    9.2.3  ISO?2631振動性能 299
    9.2.4  運行品質 299
    9.3  運行安全性 301
    9.3.1  常規指標 301
    9.3.2  扭曲線路通過 303
    9.3.3  轉向架轉動系數 304
    9.4  其余動力學指標 304
    9.4.1  柔度系數 304
    9.4.2  ?P1、P2力 306
    9.4.3  輪軌磨耗指標 308
    10  車輛系統動力學試驗 310
    10.1  比例模型及部件試驗 310
    10.1.1  輪對試驗 310
    10.1.2  懸掛元件試驗 313
    10.1.3  轉向架及車體試驗 319
    10.1.4  弓網關系試驗臺 325
    10.2  整車臺架試驗 325
    10.2.1  整車滾動試驗臺 325
    10.2.2  整車振動試驗臺 326
    10.2.3  機車車輛滾動振動試驗臺 326
    10.2.4  整車參數試驗臺 330
    10.3  線路試驗 332
    10.3.1  線路常規試驗 332
    10.3.2  線路跟蹤試驗 336
    10.3.3  線路研究性試驗 339
    11  車輛系統動力學仿真 340
    11.1  動力學仿真基本方法 340
    11.1.1  車輛動力學建模的基本方法 340
    11.1.2  動力學仿真常用軟件 349
    11.2  動力學現象分析 353
    11.2.1  常規動力學現象 353
    11.2.2  車輛異常振動問題 353
    11.2.3  車輛晃動 358
    11.3  動力學性能預測和參數優化 364
    11.3.1  車輛動力學性能預測 364
    11.3.2  車輛系統參數優化 377
    12  車輛系統動力學控制技術 380
    12.1  鐵道車輛半主動和主動控制 380
    12.1.1  半主動控制 381
    12.1.2  主動控制 384
    12.2  擺式列車 386
    12.2.1  擺式列車的基本原理 386
    12.2.2  擺式列車類型 388
    12.2.3  擺式列車工程應用 393
    12.3  徑向轉向架 394
    12.3.1  徑向轉向架的機理 394
    12.3.2  徑向轉向架的種類 395
    12.3.3  應用及效果 398
    參考文獻 400
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