一城軌車輛轉向架執行效能
(1)城軌車輛振動形式及原因
1城軌車輛振動形式
具有彈性懸掛裝置的城市軌道車輛是乙個多自由度的振動系統，車輛在執行中產生複雜的振動現象，這種複雜的振動是由若干的基本形式組合的結果。若將車體視為支撐在彈簧上的剛體，此缸體就稱為簧上質量，這通常指車體。彈簧以下質量稱為簧下質量。
這通常指的是輪對軸向裝置的質量。，研究車輛振動時可以通過車體重心o點引3 個互相垂直的座標x、y、z，此時車體運動有6個獨立的運動形式，即沿x、y、z軸三個方向直線運動，車體在空間位置及以θ、φ、ψ表示繞x、y、z軸的三個迴轉運動，車體在空間的位置由6個座標來確定所以車體是乙個6個自由度的運動系統。
浮沉振動 — 即車體沿z軸方向所做的鉛垂振動，在某一瞬間，車體各點在鉛垂位移相等。車體平行於原有的平衡位置。
橫擺振動 —即車體沿y軸方向所做的橫向振動，在某一瞬間，車體各點在橫向位移相等。車體平行於原有的平衡位置。
伸縮振動 —即車體沿x軸方向所做的縱向振動，在某一瞬間，車體各點在縱向位移相等。車體平行於原有的平衡位置。
搖頭振動 — 即車體繞z軸作幅角為±ψ的迴轉運動。
點頭振動 — 即車體繞y軸作幅角為±φ的迴轉運動。
側滾振動 — 即車體繞x軸作幅角為±θ的迴轉運動。
2城軌車輛振動原因
2.1車輛執行時產生的振動形式對其走行不和其他的重要零部件的強度、執行平穩性和穩定性有著重要的和決定性的影響。要研究車輛在執行中的振動特性，就需要
對引起車輛振動的原因即激振源進行分析，車輛輪對沿鋼軌執行時呈現的複雜運動，這種偏離直線的輪對運動就是引起車輛振動的主要激振源。由於輪軌之間相互作用力大小、輪對運動和車輛振動特性都有直接的關係，因此，首先要了解軌道構造特性。
鐵路的構造基本特性
鐵路由鋼軌、軌枕、連線零件、道床及道岔等組成。軌道的作用是引導列車執行，同時直接承受由車輪傳來的機車車輛的重量並把它傳遞給路基或橋隧建築物。鐵路軌道可以分為直線軌道和曲線軌道，又可分為木枕軌道和混泥土軌道，並且有普通軌道和無縫軌道之分，不同的軌道有其不同的構造特點，以適應列車正常執行要求，城市軌道中均採用混凝土軌枕及無縫軌道。
鋼軌的橫斷面為工字型，它由軌頭、軌腰和軌底三部分組成，為改善輪軌之間的接觸條件、減小滾動阻力即提高鋼軌抗壓陷合耐磨能力，軌頭部分大而厚，軌面平滑，並具有和輪箍斷面相適應的輪廓，由於車輪踏面具有，斜度，因此鋼軌不應垂直鋪設而應使軌底由一向傾斜的坡度，城市軌道軌底鋪設斜率使1:40軌底坡可用楔形墊板來使之形成，或在混凝土軌枕上，將軌底坡直接坐在承軌台上。鋼軌通過中間連線零件—墊板及道釘與軌枕連線，以固定其位置，防止兩者在縱橫向相對運動。
軌枕承受來自鋼軌的各項壓力，並將其傳布於道床，同時有效的保持軌道的規距，方向和位置。每公里配置的軌枕的根數，隨線路等級水平，縱橫斷面的條件差異，一般線路每公里鋪設軌枕的根數是：混凝土軌枕分1760、1680、1600三檔，**路的加強段例如在半徑的曲線上，按每公里標準數可適當增加。
道床是軌枕的基礎，其作用是傳布軌枕載荷到面積較大的路基面上，阻止軌枕移動及排除地表水。有軌枕傳遞給到床的靜動載荷相當大，因此，道床將產生永久變形，同時在不同的軌枕下面，其永久變形程度也不同，從而在鋼軌、軌枕河道床之間形成間隙，由於在各個軌枕處的間隙時不等的，因而在軌道的不同作用點同一輪重時其下沉量是不同的，這就形成了軌道的彈性不均。
2.2二、城市軌道車輛振動的原因
車輛執行時產生的振動對其走行部分和其他重要零部件的強度、執行平穩性和穩定性有
著重要的和決定性的影響，要研究車輛在執行中的振動特性，就需要對引起車輛激振動原因（即激振源)進行分析。車輛輪對沿鋼軌執行時呈現出複雜的運動，這種偏離了直線的輪對運動就是引起車輛振動的主要激振源。由於輪軌間相互作用力的大小、輪對運動和車輛振動特性都與軌道特性直接有關，因此，首先需要了解軌道的構造特性。
(一)鐵路軌道構造的基本特性
鐵路軌道由鋼軌、軌枕、聯結零件、道床及道岔等組成。軌道的作用是引導列車執行，同時直接承受由車輪傳來的機車車輛的重量並把它傳遞給路基或橋隧建築物。鐵路軌道的一般橫斷面如圖5一3所示。
鐵路軌道可以分為直線軌道和曲線軌道，又可分為木枕軌道和混凝土軌道，並且有普通軌道和無縫軌道之分。不同軌道有其不同的構造特點，以適應列車正常執行的要求。左城市軌道中均採用混泥土軌枕及無縫軌道。
鋼軌的橫斷面為工字形。它由軌頭、軌腰和軌底三部分組成。為改善輪軌的接觸條件、減小滾動阻力及提高鋼軌抗壓陷和耐磨能力，軌頭部分大而厚，軌面平滑，並具有和輪箍斷面相適應的輪廓。
由於車輪踏面具有斜度，因此鋼軌不應垂直鋪設，而應使軌底有一向內傾斜的坡度。城市軌道線路軌底坡斜率為1:40。
軌底坡可用楔形墊板來使之形成，或在混凝土軌枕上，將軌底兩者在縱橫向作相對移動。
軌枕承受來自鋼軌的各向壓力，並將其傳布於道床，同時有效地保持軌道的軌距、方向和位置。每公里線路配置的軌枕根數，隨線路等級及平、縱斷面條件而異，一般線路上每公里鋪設的軌枕根數是:混凝土軌枕分1 760,1 680,1600三檔。
**路的加強地段例如在半徑較小的曲線上，按每公里的標準數可適當增加。為保證道床搗固方便，每公里鋪設的軌枕不得超過限度。道床是軌枕的基礎，其作用是傳布軌枕載荷到面積較大的路基面上，阻止軌枕移動及排除地表水。
由軌枕傳給道床的靜、動載荷相當大，因此道床將產生永久變形。同時在不同的軌枕下面，其永久變形的程度也不同，從而在鋼軌、軌枕和道床之間形成了間隙。由於在各個軌枕處的間隙是不等的，因而在軌道的不同點作用同一輪重時其下沉量是不同的，這就形成了軌道的彈性不均。
2.3引起車輛垂直振動激振源
引起車輛在垂直方向振動的原因有很多，按激振源的性質可分個別突出性的、週期性的、隨機性的三類。
個別突然性的激振源：線路建築長度方向的物理性質不固定會產生，區域性病害，如線路在冬季是凍漲的、道床質量不均勻和路基鬆緊程度不一產生的凹陷等，車輪通過曲線的這些個別偶然性的病害時會產生突然起伏。車輪通過道岔時的運**況，在轍叉部分，為避免車輪撞擊轍叉心，叉心尖端頂面低於軌翼頂面從翼軌彎折處至叉心尖端有一段軌線中斷的空隙，稱為道岔的有害空間，當車輪經過轍叉部分時，由於車輪踏面具有一定的斜度二使其以不同的半徑和軌面接觸，是車輪先下沉而在上公升起，軌心軌跡垂直方向的這種突然變化如圖5-4
車輪經過上述線路區域性短促不平時將激起車輛自由振動，雖然這種線路不平是個別出現的，但遇到大的不平度時會激起車輛大振幅垂直和橫向自由振動，影響列車的平穩執行，此外由於列車突然的啟動和制動也會引起車輛的縱向和橫向垂直自由運動。
週期性的激振源：鋼軌接頭處的下沉車輪踏面的擦傷，輪重不均衡和輪軸偏心，車中裝有發動機，這都屬於週期性激振源在有縫鋼軌上，接頭部分時薄弱環節，由於鋼軌接頭部分的抗彎剛度不夠，致使輪對經過接頭區域，不僅彈性下沉量大，而且當車輪從一根鋼軌端部滾之另一鋼軌端部，車輪瞬間轉動中心產生突變，從a點變至b點，此時，車輪前進的速度從va變至vb速度方向的改變產生了垂直速度的分量△v這是由於受到接頭處衝量s作用結果有
s=m△v
△v=△vaθ，
θ角的大小與軌端的永久變形量？彈性變形量，軌面磨耗量等因素有關，這些量越大，衝量s也越大，車輪質量m就越大，s就越大。衝量傳至，車輛彈簧上部分激起其振動，軌端在衝量的作用下增加其永久變形，衝量對車輛振動系統和輪軌間的相互作用都是不利的，減小輪重可減小s，此即採用彈性車輪和輕型輪對的原因。
隨機性振動源:無列車通過軌頂面的不平，稱為軌道的幾何不順，表示列車通過時軌頂面的不平，稱為軌道的動力不順，造成軌道的幾何不平順的主要原因，是由於鋼軌頂面的不均勻磨耗及道床和路基的永久變形，造成軌道動力不平順的主要原因是鋼軌基礎沿長度方向的彈性不均勻，線路每一段的實際垂直剛度具有不同的數值，它和軌枕狀態特別是近墊板處得狀態、鋼軌和墊板的扣緊程度、墊板和歸真的扣緊程度、道床密度及軌枕底部有無暗坑等因素有關。所有這些因素的出現及其組合都是隨機性的，對於有縫鋼軌，雖然鋼軌接頭部分的動力不平順具有週期性，但非接頭部分動力不平順性則是隨機性的，由於鋼軌街頭的存在，使得輪軌間地作用力增大，加劇鋼軌和連線零件的磨耗和損傷，影響車輛平穩執行，為了消除鋼軌接頭，就出現了將普通鋼軌連續焊接起來的無縫軌道，而無縫軌道的動力不平順則完全是隨機性的，它沒有確定的形狀和規律，無縫軌道上的動力不平順明顯小於有縫軌道。
軌道動力不平順具有波狀特徵，其波長值在1m左右到數十公尺之間變化，其波幅值也可在幾公釐到十幾公釐甚至更大數值之間變化，其變化範圍很廣，通常長波的複製大，短波的幅值小，由於軌道動力不平順，是隨機性的，它不可能用乙個確定的函式來表示也不能用簡單的用表達簡諧振動的幅值和頻率來描述，而只能用表徵隨機過程統計特性術語來描述。軌道動力不平順時激起車輛垂直振動主要原因。
引起車輛橫向振動的激振原因:引起車輛橫向振動的激振源也可分為個別突出的、週期性的、隨機性的三類，下面著重介紹其主要作用的週期性激振源。車輛沿著直線軌道執行時，車體和轉向架在橫向水平面內的執行軌跡，也不是直線，而是某一段波狀曲線，它們一邊橫擺運動，一面又做搖頭運動，車輛的這種運動即為橫向運動，這是由於車輪踏面具有一定的斜度和輪軌間存在複雜的動力作用而引起的。
輪對沿著鋼軌頂面的運動可分為兩種情況來研究，第一種情況是車輪沿著鋼軌頂面做純滾動而無滑動：第二種情況是車輪滾動時還伴隨著路面與軌頂面間的滑動，這種稱之為蠕滑現象，蠕滑是乙個複雜的動力過程，由於車輪踏面具有斜率，輪緣與鋼軌側面之間有間隙，因此，壓裝與同一車軸上的左右兩個車輪就會以不同的滾動直徑與軌面接觸和滾動，由於滾動兩輪行程而使輪對軸線偏移，這樣又改變車輪的滾動直徑，是車輪偏向另一側，於是，輪對在前進的同時還做週期性的左右運動，輪軸中心運動軌跡成為一條週期為lw的波形曲線，圖5-6，這這就稱為蛇形運動。除了輪對蛇形運動引起車輛橫向週期性振動之外。
軌道的水平不平順和方向不平順。也會引起車輛橫向振動。由於軌道左右輪軌接觸點的高度差形成的軌面不平順稱之為水平不平順。
軌道在在軌頂橫向平面內的左右波狀不平稱之為方向不平順。軌道的水平不平順會引起車輛左右晃動即滾動振動，軌道的方向不平順會引起車輛的搖擺振動，軌道這兩種不平順的幅值和波長及出現也都是隨機的。
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