发动机性能改进展望

第一篇：发动机性能改进展望

发动机性能改进展望

不拆卸发动机就可以极大地改善发动机性能?下述的升级改动不仅不需要到维修点，在私家车库就能完成，而且花费也不大。

每一个车主都希望自己拥有一辆动力超群的汽车。如果想让自己的爱车在公路上表现得更为出色，通常会拆下发动机或对发动机进行改进，或者干脆更换一台马力更大的发动机。

业务繁忙的维修店一般不愿接受拆卸及重新改造发动机的业务，因为在此过程中，解体后的“死车”需要占用较大的空间。因为大多数的车主不想把爱车放在改装厂由别人任意改造，本文重点介绍的就是如何在不到维修点的情况下，只在私家车库内就可以完成对汽车性能的改进。

凸轮轴升级

由于气门的开启和关闭、升程及开启的时间均受凸轮轴控制，因此凸轮轴的选择对发动机的马力和扭矩影响极大。选择凸轮轴时，不要被市面上各种各样合格的凸轮轴弄得六神无主，而要根据生产厂家／型号／年月，以及任何已有的或计划中的凸轮轴改进方案，结合顾客想获得的诸如低速和高速时更高的功率要求、对更大牵引力的需求等，遵照凸轮轴制造商的建议来决定改进方案。

在决定用平底挺柱还是滚子挺柱时，应参考凸轮轴制造商的意见。滚子挺柱(用滚子轴承做挺柱)可提高发动机的反应灵敏度和转速，并增大功率和扭矩。但滚子挺柱并不能保证满足顾客所有的期望。因此，有必要花一些时间阅读一下凸轮轴制造商提供的技术资料。合格的制造商通常会提供一条人工技术服务热线，只需打个电话即可得到相应的服务和技术建议。在当今数码相机普及的情况下，最好在拆卸发动机之前对现场拍几张照片，以作为在装配时的参考手册，尤其是对那些结构和样式都不熟悉的发动机。

因为篇幅有限，不可能在这里详述对每款发动机性能的改进，我们只给出一些一般性的改进指导措施，即主要针对顶置气门、侧置凸轮轴的机型(OHV)：

在拆除摇臂、推杆和挺柱时，要按顺序摆放所有零件。注意：更换凸轮轴时一般也会将挺柱更换。保持原零件按顺序摆放的目就是便于观测(检查每个挺柱和相应凸轮型线的磨损、损伤程度等)，并便于保险核算，同时以防万一顾客要求装回原先的凸轮轴。

为避免凸轮轴承受到损伤，拆除凸轮轴时一定要特别小心。需要用拆卸凸轮轴的特定扳手或采用5in的螺栓旋入凸轮的一端作支点。保证凸轮轴轴颈不要拖拉过凸轮轴轴承，因为在凸轮轴轴承上造成很小的擦伤和划痕，也会使油压大幅降低。

对所有新挺柱必须测试挺柱与挺柱孔的配合情况。一个表面光滑并用润滑油涂抹的挺柱会毫无阻碍地滑进挺柱孔。如有疑问，请参照发动机维修手册中有关挺柱孔公差的介绍。

当选用新的凸轮轴(无论你处还是顾客自己提供的)，最好在同一个供应商处成套采购凸轮轴和挺柱，这样能确保在工艺上挺柱接触面与凸轮型线相配合。

在安装新凸轮前，必须用凸轮轴制造商指定的磨合润滑油仔细涂抹凸轮型线。通常凸轮轴工具箱中会提供此种润滑油。凸轮轴颈上需涂上相同种类的磨合润滑油或同等质量的发动机润滑油(通常选择30W)，这时要避免采用合成油。所有挺柱面都必须同时涂上磨合润滑油，尤其是对平底类型的挺柱。如果是滚子型的挺柱，可以使用发动机润滑油，但必须严格按照凸轮轴制造商的要求在安装时对所有零件进行润滑。

如果您有时间或者用户坚持要最大程度开发出凸轮轴的潜能，可以考虑凸轮轴与曲轴的正时。通过调整凸轮型线与曲轴位置的角度关系，改变凸轮轴与曲轴的正时。完成这项工作需要一套齿轮正时调整工具。

特别注意当新凸轮轴挺柱布置的位置相对原凸轮轴挺柱位置高时，需要测量推杆长度。可在任何一家汽车零部件店中买到推杆检测工具，以方便检测其长度。检测的目的是防止推杆过长而无法在发动机上使用。

以下措施可用在顶置气门、顶置凸轮轴(OHC)的机型上：

如果装有凸轮轴盖，需要注意轴承座孔和凸轮轴盖。一些凸轮轴采用的是可更换轴承，而其他采用的是不可更换轴承。不论哪种情况，一定要仔细检查轴瓦。如果轴瓦有磨损或损伤，一定要将其更换。如果使用的是不可更换轴承且轴承座孔已被磨损，气缸盖应拿到有加工能力的工厂对轴承座孔进行修复。

发动机的结构和型号不同气门间隙存在的位置也不同，可能存在间隙的位置有气门与气门座之间、挺柱与凸轮的之间、挺柱与摇臂的之间。需要检查所有零件是否已有磨损或损伤，如果有必要马上对其进行修理。

无论发动机的类型如何，均应按凸轮轴制造商的要求使用润滑剂。

如果凸轮轴需要用正时调整来优化发动机性能(这种建议应该由凸轮制造商提出)，通过配件供应商购买可调链轮齿凸轮轴，则可以使你很容易进行凸轮正时的提前或延后调整，从而使发动机性能达到最佳。

气门弹簧

在某些情况下，您可避免重新使用原气门弹簧。在另外一些情况下，凸轮轴制造商会建议采用某种特定的气门弹簧，这类弹簧必须与凸轮轴一起安装。根据凸轮侧面轮廓和特定发动机需要，可能需要预紧力更高的弹簧与曲轴匹配。

需要注意的是，如果弹簧必须被更换。要保证和原气缸盖严格配合。然而，如果所用弹簧比原机弹簧的直径更大时，弹簧座就需要相应加工以适应新的弹簧。在这种情况下，气缸盖也必须重新加工。

在发动机启动前，要按发动机制造商提供的规范调整所有气门。供油、点火、排放

通常，任何原机燃油系统都可以通过升级提高发动机性能，但是改动时需要将进气、点火和排气作为一个整体来考虑。例如，在避免冷却水过热的前提下，越多的燃油和空气进入汽缸就需要越高的点火能量和越低的排气背压。

对于使用化油器的发动机，自然可以通过更换化油器来提高动力性。但许多发烧车友们并不知道所需化油器的规格。而且，化油器并不是越大越好，特别是对常在城市道路上行驶的车辆。化油器流量(L/s)大小要与发动机排量匹配，并且要与其他与供油供气相关的部件如凸轮轴、进气管、排气管配合，才能工作在最高工作效率处。顾客最常犯的错误是选择一个相对他们机器过大的化油器。

实际上，化油器生产商的建议并非想象中那样保守，因此最好根据其建议选择化油器的大小和型号。如果一个Holley、BG、Edelbrock或其他制造商的技术顾问对装有整体式气缸盖，双通道进气管、中速凸轮、普通排气总管的小型Chevy发动机建议采用30.67L／s的化油器。他的建议应该是对的。如果无视他的建议，而采用37.75L/s的化油器看似很酷，但可能导致排气管放炮、发动机颤抖、过浓的混合气以及糟糕的操纵性。

如果该发动机原机装备电控燃油喷射系统，不要以为在改进发动机性能方面

无事可做。如果对喷油器油路限制不大，可采用喷射量更大的喷油器。为了充分利用电控高流量喷油器的优点，配件市场提供大量、范围更宽的控制元件供选择。根据应用要求，发动机性能改进可能包括原机ECU的升级或者更换(它们中的大部分是可编程的)。ECU升级的目的是为了提供一个合适的喷油持续期和优化点火控制。

没有经过调整的原ECU将根据原有的数据对现在的喷油持续期和点火时刻进行限制，因此，如果不对其进行调整，只对发动机凸轮轴、配气和供油系统等进行改进无法真正提高发动机的性能。一般即使只对某一方面的改进，也必须相应改动ECU程序。否则，升级后的性能潜力无法体现。

常用并且安装较为容易的升级是对进气管的改进。对一个从未经过改动的发动机，进气系统阻力的些微减少都可以激活发动机的性能，并且可使顾客感觉到(或至少能听到)这种改变。如果对发动机进行了增加燃油供给、凸轮轴升级以及降低排放阻力等方面的改进，那么必须对进气系统进行改进。

显然，化油器同时控制进气和燃油供给，而电控喷射系统通过节气门调整进气。因此，为实现提高进气效率可增大节气门的直径。需要再一次说明，单独只对某个器件的改动无法最终提高性能。明智的做法就是在改进进气系统(采用大口径的空气滤清器和进气效率高、阻力小的进气道)的同时增大节气门。

高效率的点火系统是十分必要的。一般来说，目前新型发动机已经装备了点火能量更大、耐久性更好的点火系统(尽管配件商店中也提供热值更高的火花塞)c装有老式化油器的发动机采用高效分电器和更大点火能量的火花塞将获得显著的性能改善。明智的升级策略就是在改进过程中充分考虑分电器的性能、高压线圈、高效火花塞线以及点火控制模块。

不要忽视排气系统。记住，无论什么进入发动机汽缸(以空气／燃油形式进入)最终总要排出去。排放阻力过大会阻碍功率上升并造成高燃油消耗率。根据车辆类型。对排气系统的改进可包括采用管状调谐式支气管、高性能(排气背压较小)消声器、比原机排气管直径更大的排气管。对于电喷时代的发动机，这种升级受到cat―back式排放系统的限制(更换排气管和消声器但保留催化转换器)。因为某些原因，在新型发动机上使用调谐式支气管比较困难，目前这类车还不能使用这种支气管。不过，汽车制造商在原机设计阶段通过采用更先进的方案。已经针对排气效率的提高做了些工作。

不论计划何种排气改进措施，经过实践检验的好方法就是选用不锈钢或覆盖特殊材料的排气管，既改善了外观，又延长了寿命。一般的驾驶者可能不愿付这笔附加的费用，但对于发烧车友们来说。对某些特殊元件使用防腐蚀材料还是很合算的。

(编辑 张 兵)

第二篇：汽车安全性能改进新方向

汽车安全性能改进新方向

摘要：当今世界汽车保有量和交通运输量的急剧增长，交通事故发生率的不断上升，汽车“公害”问题也日益突出，带来了巨大的人员伤亡和物质损失。严峻的形势要求各国采取相应的措施，制定短期、中长期计划，来改善交通安全状况。在中国，每年因车祸死亡的总人数有了小幅度的下降，但是其基数依旧比较大。以2011年的数据看来，中国以6.2万的交通事故死亡人数排在世界第二名的位置。造成这样大的死亡人数，不仅是有驾驶人员自身的原因，还有交通监管力度以及汽车方面的客观因素。所以，从安全性能方面对于车辆进行改进，可以有效的减少发生交通事故的可能性，从而减少因交通事故造成的死亡人数。

关键词：安全性能 刹车 限速 独立式

1、概述

通过从发生事故前的预防，发生事故时的调整，以及发生事故后的补救对行车安全性能方面进行改进与创新，旨在减少交通事故的发生以及因交通事故造成的人员伤亡。其改进与创新内容有：

1、行车习惯记录系统。

2、障碍速度限制系统。

3、独立式驾驶室。、正文

2001年至2011年间，由公安系统交警部门发表的数据来看，我国因交通事故造成的死亡人数正在以每年3-5%左右的水平减少，在2011年减少到了6.2万人。但由交警部门发布的数据显然不能让民众信服，因为由中国卫生部门提出的交通死亡数字比公安部门的数字高了将近一倍。越来越多的消费者在购车时将注意力放在了安全性能方面，对于汽车而言，安全性成为一个至关重要的方面。

在现在已有的民用车中，安全性能仅仅依靠安全带、安全气囊以及其他电子设备例如ABS等提供保障，这些设备仅在车辆发生事故之中和之后起到一定作用，对于一些重大事故来说，几乎起不到任何作用。

首先，我们对他们做一些大概的了解。（1）安全带

汽车安全带就是在汽车上用于保证乘客以及驾驶员在车身受到猛烈打击时防止乘客被安全气囊弹出时伤害的装置。现代汽车的速度很快，一旦发生碰撞，车身 停止运动，而乘客身体由于惯性会继续向前运动，在车内与车身撞击，严重时可能把挡风玻璃撞碎而向前飞出窗外。为防止撞车时发生类似的伤害，公安部门要求小型的客车驾驶员和前排的乘

客必须使用安全带，以便发生交通事故时，安全带对人起到缓冲的作用，防止出现二次伤害。在高档轿车上，除了前，后排座位都有安全带外，还安装着安全气囊系统，一旦发生车祸，气囊就会自动充气弹出，使人不撞到车身上。

（2）安全气囊

安全气囊是安全气囊系统一个辅助保护设备，它是用带橡胶衬里的特种织物尼龙制成，工作时用无害的氦气填充。在发生碰撞时，安全气囊充气大约需要0.03秒。非常快的充气速度对确保当乘客的身体被安全带束缚不动而头部仍然向前行进时，安全气囊能及时到位。在头部碰到安全气囊时，安全气囊通过气囊表面的气孔开始排气。气体的排出有一定的速率，确保让人的身体部位缓慢地减速。由于安全气囊弹开充气的速度可高达320公里/小时，碰撞时如果人的乘坐姿势不正确，将给人带来严重的伤害。

（3）ABS防抱死制动系统

ABS全称是Anti-lock Braking System，即ABS，可安装在任何带液压刹车的汽车上。它是利用阀体内的一个橡胶气囊，在踩下刹车时，给予刹车油压力，充斥到ABS的阀体中，此时气囊利用中间的空气隔层将压力返回，使车轮避过锁死点。

ABS（Anti-lock Braking System）防抱死制动系统，通过安装在车轮上的传感器发出车轮将被抱死的信号，控制器指令调节器降低该车轮制动缸的油压，减小制动力矩，经一定时间后，再恢复原有的油压，不断的这样循环（每秒可达5~10次），始终使车轮处于转动状态而又有最大的制动力矩。

由上述资料看来，安全带与安全气囊都是在发生交通事故之后进行的补救措施，防止车内人员受到二次伤害。而ABS防抱死制动系统则是在发生交通事故之中进行的调整措施。不管是哪种措施，都不能从根本上解决交通问题。想要从根本上解决交通问题，必须使用其他方式来解决。所以，我有了以下几个创新的设想。分别从发生事故前的预防，发生事故时的调整，以及发生事故后的补救对行车安全性能方面进行提高。

（1）行车习惯记录系统 此系统可记录日常行车的数据，如方向掌握力度，换挡时间，最高车速等一系列的信息进行记录，并进行统计分析，近似模仿出驾驶者的行车习惯，当发生异常的行车行为，例如超速、行车方向左右不定、急刹次数超常等状况，汽车进行语音提示，如果在数秒之内没有进行改善，则自动降低车速，并且一段时间内限制车速的提高。

在第一次启用此系统时，必须为系统设置不少于4位的密码进行保护。在设置完成之后，可以驾驶车辆进行数据采集，数据采集的任务不要特殊化，在日常的上班、出游、购物等需要驾车到达目的地时采集数据即可，数据采集里程最低要求100公里，达到有效目的应不得低于1000公里。

在使用此系统的过程中，如果车辆的驾驶人员进行了更换，应该要更新系统数据，通过系统面板操纵系统，增加一位驾驶人员，并且输入密码进行确定，确定后系统会重新记录新的驾驶人员的驾驶数据，并且会保留原有数据，方便驾驶人员的更换。更换驾驶人员务必要进行密码确认，否则系统将自动认定驾驶人员为同一个人，此时，如果行车习惯与数据不符，则触发警告。

如果驾驶人员在驾驶之前酗酒或者长时间处于疲劳状态，其驾车习惯会与平常有着明显的不同，表现在于刹车迟缓、超速、行车方向摇摆不定等，驾驶人员因为处于醉酒或者疲劳当中，驾车之前一般不会进行系统数据更新，在驾驶过程中很容易触发警告，强行使汽车停在低速状态或者停止状态，保证驾驶人员的安全。这个系统还增加某些附加功能，例如此系统可以作为车辆防盗装置，盗窃份子获取车辆驾驶权后驾驶车辆逃窜现场，因为不知道系统的原有密码，无法更新系统数据，在驾车逃窜的过程中很容易触发警告，在警告触发后的一段时间内如果不输入密码进行认定，则由系统自动发送报告给车主或者公安部门，报告车辆的位置状态等信息，方便抓获盗窃份子。

（2）障碍速度限制系统 该系统通过红外或激光传感器测量车辆四周最远端与该方向上障碍物的距离，并与当前车速进行比较，调节车辆的行驶状态。

在汽车的前行与后退方向上，将车辆与障碍物的距离同车辆的即时速度进行数据分析，与系统自身存储的数据进行对比，如果在该距离段，车速高于理论车速，则系统自动提示驾驶人员并在驾驶人员无行为情况下一定小时间内触发刹车行为，使汽车限定在安全的车速内。

（3）此为超级跑车兰博基尼的驾驶室，它也同样是独立式的，与整个车身分离开。

如果现在的民用车将车体结构进行改造，空出驾驶室位置，在该位置安装由复合材料构成的独立式驾驶室，整个车辆的安全性能则会提高许多。虽然这个做法会稍稍提高整个车身的重量以及建造成本，但是它带来的安全效益明显要大得多。5 结论 以上三点内容就是从发生事故前的预防，发生事故时的调整，以及发生事故后的补救三个方面进行了一些小小的创新和改进。通过个人分析以上几条完全可行，只是需要进行大量的实验，将所有数据进行全面的测定和优化，才能发挥出本来应该具有的功能。减少交通事故的发生应当从根源抓起，不酒驾，不疲劳驾驶，驾车时遵守交通规则，才是最根本的有效方法。

第三篇：发动机配气装置改进研究

发动机配气装置改进研究

【摘 要】配气装置不但是研究发动机的基础，也是判断发动机优劣的依据，更是发动机改进的基础，本文从发动机配气机构工作原理出发进行阐述，从进、排气道的抛光、气门打磨、凸轮轴改进等方面提出改进思路。

【关键词】发动机；配气装置；改进

文章编号：ISSN1006―656X（2014）02-0116-01

一、发动机配气机构的工作原理

动作精确的气门是高性能发动机的基本要求，专业改进厂通常会提供不同的气门组合供消费者选择，发动机的盖章项目越多气门机构的精确度的要求就越严格，所以设定气门时必须要同时考虑与凸轮及气门摇臂的配合。

最基本的气门机构由凸轮轴、气门摇臂、气门弹簧、气门导管、气门及气门座组成。气门机构运作的动力来源是发动机曲轴，由连接于气缸曲轴上的正时齿轮以正时链条来带动连接于凸轮轴末端的另一个正时齿轮，两个齿轮的齿数比是1：2。也就是说，经过四个行程后曲轴转了720°，而凸轮轴只转了360°。有了这些驱动装置，凸轮轴便能随着发动机运转而转动，而气门平时在气门弹簧的弹力作用下关闭。当凸轮轴上的凸轮转到凸面时，由凸轮推动气门摇臂，气门便被打开，之后当凸面离开时，气门又在气门弹簧的作用下关闭。凸轮轴转速时发动机转速的1/2。而进、排气门也就因固定的凸轮角度而顺序工作。

（一）气门正时

进气门从打开到进气之前会有延迟，若能让机气门在活塞向下运动之前先打开，则可充分利用整个的进气行程。同时由于气流惯性，在吸气行程结束时继续保持进气门打开一段时间，可以吸入更多的混合气，从而增加容积效率。

如果排气门在排气行程尚未开始时限打开，可以减少活塞上升时的阻力，此外活塞由下而上到达上止点时，气缸内的废气并未能完全的排出，这是若将排气门的关闭时间延后，便可利用由进气门引入的新鲜混合气，将参与的废气挤出去，尽量减少因废气的残留影响发动机的动力输出。气门与活塞间的相对关系若以具体的图形来表示，就是配齐相位。而早开的进气门和晚关的排气门会造成进、排气门同时打开的重叠情况，称为气门重叠。

发动机高转速运转时若能增加气门重叠角度，可抵消因高速运转而凸显的进气延迟现象（其实高、低转速时进气延迟的时间是大致相同的，只是高转速时进气时间缩短，进气延迟所占的时间比例便相对提高。）但在低转速运转时，会因为气缸真空度不组及吸入混合气的流逝而造成溶剂效率低，导致低运转速动力不足、怠速运转不稳。

（二）凸轮的特性

气门机构的设计目标就是要让进气越多、排气排气彻底。除了气门正时外，气门尺寸扬程、加速曲线都会影响进、排气效率，而这些因素是由凸轮轴的凸轮形状及凸轮轴与曲轴的相对位置决定的。凸轮的形状是以一圆为基础（称为基圆），并由气门的开度角及关闭角度的1/2，决定开启及关闭点（凸轮的转速时发动机曲轴转速的1/2）。气门全开时与关闭时的高度差就成为扬程，是凸轮的基圆的中心到凸峰的距离减掉基圆的半径所得的值。在决定扬程之后，凸轮的基本雏形就已出现，最后还要根据气门加速曲线的需求修正凸轮的轮廓。

气门开始动作到完全打开或关闭所需的时间长短与凸轮轴角度的关系称为气门扬程与凸轮角所构成的曲线图来判断（曲线下所围成的面积越大容积效率越高）。当气门尺寸及气门的正时不变时，气门急开、急闭可得到最佳的容积效率（也就是提高气门的加速度），单受气到的冲击力及传统的限制（必须以圆弧面接触以维持机构运转的顺畅）。此外适度的提高气门扬程也可提高容积效率。

二、发动机配气机构的改进

（一）进、排气道的抛光

进排气道的抛光可较少气道表面的粗糙度，其效果可分为二方面：一是抛光后平滑的表面可有效降低进、排气阻力、减少空气气流经气道时在气道表面产生的停滞现象；二是抛光后可适度的加大气道口径，这加大的幅度并不很大，可视为抛光带来的附加效益。抛光后可加快进气或排气的速度，可在有限的开启时间内，使进气量多、残余废气排的更干净，从而提高发动机的进气效率及减少残留废气使混合气变稀的现象。

（二）气门打磨

气门的打磨可分为两个部分，一是进气门头的打磨，二是排气门背面头的打磨。进气门头的打磨使气门头部部分凹的弧度更大。在进气门打开，空气进入气缸时，由于门头的弧度使其产生涡流，加速油气混合。气门头背面的适度打磨则可造成排气时排气门附近产生涡流，造成排气回压，也就可再进一步加大排气管的口径。

（三）凸轮轴改进

凸轮轴可视为气门机构的核心部件，因为气门的启闭正时角度、气门重叠、扬程都是由凸轮轴的形成决定的。从凸轮的外形轮廓可以判断其性能特征：

第一，基圆打、扬程短的凸轮

其特性的是低速转矩良好，工作平顺，但高速运转时则较差，适合需要平顺转矩的RAL-LY赛车。

第二，基圆小、扬程长的凸轮

其特性是高转速时良好、低转速时良好、低转速软弱无力、动力衔接性不良、尤其怠速时可能抖动严重，动力要到高转速才会产生。

第三，基圆大、扬程长和基圆小、扬程短的凸轮

一般量产型车辆都使用这种凸轮，其性能表现是比较普通的。道路用汽车的改进凸轮轴应该是普通但稍偏高转速型的、而偏多少则由供油电脑及气门弹簧的设计匹配程度决定。

参考文献：

[1]施劲.汽车改进ABC[M].安徽：江苏科学技术出版社，2012：84-97.[2]邵恩坡.汽车改进一本通[M].北京：中国电力出版社，2012：171-197

第四篇：试论影响旅客列车运行性能原因分析及改进方案探讨

毕业设计（论文）

中文题目： 影响旅客列车运行性能原因分析

及改进方案

学

院： 专

业：

姓

名：

学

号：

指导教师：

2011年

7月 29日

中 文 摘 要

随着旅客列车速度的不断提高，提速客车逐渐暴露出纵向冲动加剧、舒适度下降、车钩磨耗加快等间题。由于提速客车批量较少，车辆配件的检修规程还没有形成，只是按有关厂段修规程进行列检，发现超限者则予以更换。但随着提速客车的迅速增加，提速客车的维修量、维修费用亦迅速增加，客车生产厂、车辆运用维修部门对此反映强烈。因此，如何解决提速客车纵向冲动加剧、车钩磨耗加快等间题已成为当务之急。

我通过对上述问题的研究, 根据国内外列车纵向动力学分析的结论.找出影响旅客列车纵向冲动的原因，并通过25K型提速列车使用密贴式车钩这一典型实例，对问题进行了详尽具体的阐述。

通过对国外在减少列车纵向冲动方面的经验介绍，并结合我国已有的成功经验提出，并以SW一160型转向架横向晃动改进措施与CW一2型转向架横向晃动改进措施为例，逐步提出我对于改善列车运行过程中的各种振动的改进建议。

关键词：运行性能；纵向冲动；横向晃动；改进措施

目

录

正

文········································13 第一章 列车纵向冲动的原因·····················13

1.1 影响旅客列车纵向冲动的原因。······················13 1.2 25K型车纵向冲动问题····························14 1.3影晌列车纵向冲动的主要因素·······················15 1.4 影响运行性能的其他问题··························17

第二章 国外在减少列车纵向冲动方面的经验介绍··19

2.1 确定列车合理的编组数···························19 2.2 采用性能.为先进的制动机系统······················19 2.3 采用性能先进的缓冲器···························19 2.4 编小车钧连挂系统的纵向间隙······················20 2,5 提高列车的操纵控制设备水平······················20

第三章 我国解决提速客车纵向冲动问题的经验介绍·21

3.1 钩缓装置改进后的计算和试验结果···················21 3.2 新型制动机及电空制动技术的应用···················21 3.3 提高运行性能的其他措施建议······················23 3.4 SW一160型转向架横向晃动改进措施·················23 3.5 CW一2型转向架横向晃动改进措施··················26

结束语········································31

正

文

随着旅客列车速度的不断提高，提速客车逐渐暴露出纵向冲动加剧、舒适度下降、车钩磨耗加快等间题。由于提速客车批量较少，车辆配件的检修规程还没有形成，只是按有关厂段修规程进行列检，发现超限者则予以更换。但随着提速客车的迅速增加，提速客车的维修量、维修费用亦迅速增加，客车生产厂、车辆运用维修部门对此反映强烈。因此，如何解决提速客车纵向冲动加剧、车钩磨耗加快等间题已成为当务之急。

我通过对上述问题的研究和改进实践，并结合国外研究的成功经验提出了以下分析、建议。供有关部门参考。

第一章 列车纵向冲动的原因

1.1 影响旅客列车纵向冲动的原因。

根据国内外列车纵向动力学分析的结论.影响旅客列车纵向冲动的原因可以归纳为以下几个方面: 1.1.1 列车牵引定数或编组辆数(以下简称为编组辆数)。列车编组辆数的多少不仅影响列车的稳态力，结合车辆特性、线路条件还会影响列车的动态力。一般来说，编组辆数愈多，列车的纵向冲动愈大。

1.1.2 客车制动系统的性能。旅客列车调速、停车均需要有制动系统来完成，由于制动系统的不同制动工况的制动波速不同，基础制动装置动作的不一致性，闸瓦牵擦因数的不稳定性会造成列车中车辆产生相对的速度，在列车运行过程中产生纵向冲动。

1.1.3 缓冲器的特性。对于提速客车，在编组14辆--} 2。辆的条件下。缓冲器的特性对缓解列车纵向冲动的作用也是非常重要的。缓冲器性能设

计适当，可以大幅度地降低列车的纵向冲动水平。

1.1.4 飞车钩连挂系统的纵向间隙的大小。车钩连挂系统的纵向间隙的大小是造成列车纵向冲动的条件因素，车钩纵向间隙的存在为车辆间产生纵向冲动提供了环境条件，车钩间隙越大，纵向冲动越大。

1.1.5 线路的特性，线路的水平曲线是影响列车调速的主要原因之一，在竖曲线上列车在过变坡时同样会造成列车中车辆的相对速差，引起纵向冲动。

1.1.6 列车的操作。司机操作不当也会造成列车的纵向冲动。在影响列车纵向冲动的六大因素中，两项是无法更改的。列车的编组数量是增加列车载客量的需要.为减少纵向冲动而减少载客量是非常不经济的.为部分提速客车对线路进行大面积的改造同样是不经济的。而第6项列车操作水平的提高受到司机的经验、身体健康情况及情绪的影响，是难以稳定的因素。

剩余的个因素中，以客车制动系统性能的改善最为困难，技术、经济难度最大，就我国制动系统而言，在采用了电空制动后，技术上已很难再取得更大的突破。个因素的改善在我国相对于其他几个因素而言，从技术储备、实践经验、经济效益上来讲是最为可行的。实践证明，以上几个因素的改善可以大幅度地降低提速客车的纵向冲动.使我国的提速客车的纵向冲动水平不大于提速前的水平。

特别是自25K型提速列车自运行以来，普遍反映良好，但仍存在一些问题，其中，旅客对车辆动力学性能方面的意见较多，特别是列车纵向冲动问题。为此，铁道部运输局等有关部门专门立项进行研究，找出了影响旅客列车运行性能的原因，并研究了部分解决方案。其中，密接式车钩替代15号车钩的方案已应用于第5次提速用25T型客车上。通过几个月的运用考验证明，25T型提速列车的纵向冲动要比25K型提速列车小得多。

1.2 25K型车纵向冲动问题

1.2.1 25K型车纵向冲动现状

铁路经过几次提速，提速客车的一些关键部件都有了很大的发展，但车钩缓冲装置直到2001年都变化不大。25K型列车仍然采用15号车钩加G1型缓冲器的钩缓装置。15号车钩连挂间隙较大，由于列车中各个断面的间隙累积效应，使25K型列车在运行过程中发生纵向冲动;G1型缓冲器的性能不能完全适应提速要求，在正常运行过程中基本不吸收能量，导致车钩之间发生刚性碰撞，造成列车纵向冲动加剧。在这种情况下，纵向冲动问题成为影响提速旅客列车运行平稳性的一个重要因素。

1.2.2 对不同车辆装备、不同运行条件下的25K型列车运行品质数据进行实时检测记录，发现25K型列车纵向冲动的发生概率相对其他25型车要小，但列车在加速、制动停车、运行调速或过道岔、过长大坡道时仍有发生冲动的可能，有时甚至在几分钟的时间内连续发生几次或十几次较大的冲动。例如，25K型列车在山地运行下长大坡道时，发生纵向冲动的纵向加速度峰值很高，19以上的冲动时有发生，测试到的最大冲动加速度为1.55 g,瞬时加速度变化率高达200 g/s ^-500 g/s，冲击能量主要集中在10Hz以下的低频段。

1.3影晌列车纵向冲动的主要因素

1.3.1车钩纵向连挂间隙

纵向连挂间隙是影响列车纵向运行品质的一个重要因素。减小列车车钩纵向连挂间隙，不但可以降低列车在不同速度级下平稳运行、启动、制动和运行调速等不同工况下的纵向振动水平，而且可以减小纵向冲动发生的概率，甚至消除冲动现象。根据装有密接式车钩、15号小间隙车钩和普通15号车钩的列车在京沪线北京一天津间平稳运行一定时间段内纵向加速度的分布情况。可以看出，在同样的线路条件下，装备密接式车钩的列车纵向加速度最小，最大加速度的期望值在0.05 g左右;装备小间隙车钩的列车纵向加速度次之，最大

加速度的期望值为0.068 g;装备普通15号车钩的列车在3列车中纵向运行品质最差，最大加速度的期望值为0.081 g。可以看出，装备密接式车钩的列车纵向加速度基本上是对称分布，也就是说没有明显的冲动发生;装备小间隙车钩的列车因为有一些较小的冲动，纵向加速度呈明显的偏态分布;而装备普通15号车钩的列车冲动最为严重。

例如： 柳州铁路分局北京一南宁一同登K51&次提速客车共用不到80套车钩。一年下来，磨耗到限的钩舌达42个，其他路局也有类似的问题。铁路检修工厂也有同样的反应，沈阳铁路局沈阳客车厂1999年检修车钩报废率高达10.53，比1994年一1998年各年分别高出8.96%,8.46%,8.41%,7.5%,6.25%。分析原因有以下几个方面：

1.3.2 G 1号级冲器性能较差

我国的提速车普遍采用了G1号缓冲器，该缓冲器初压力、阻抗力太高，吸收率太小，除造成列车的频繁冲动外还使车钩平均力提高，因此，造成车钩磨耗加剧。在四方机车车辆厂为南昌铁路局研制的两动四拖内徽动车组上，装用了15号小间隙车钩和G1号缓冲器，同样造成了车钩的异常磨耗，在更换车钩时发现.2列动车组所用的20套缓冲器中，没有一套缓冲器起缓冲作用。

1.3.3 从列车遥度提离通成车钩间的相对运动加快车钩磨耗这一现象可以看出，在车辆的运行速度由70 krnlh提高到1$0 krn/h的过程中，车辆的点头振动加速度，主频率，车体的端部垂向加速度(即浮沉运动加速度)、垂向加速度主频率、垂向位移都有明显的增加，甚至增加几倍。提速客车的车钩安装形式又造成车钩随车体同步运动。表中的参数是针对一个车的，对于编组成列的车辆，经过我们随车检查发现，相邻两车的振动多数情况是相位相反，也就是说，相邻的车辆的车钩运动基本是反方向，这样，列车速度提高后，车

钩的接触面的摩擦运动有了较大幅度的增加提速后，车辆的牵引力虽有一定程度的增加，但摩擦副的接触压力增加、运动速度加快，摩擦频率增加必然造成车钩的磨耗加剧。

1.3.4 客车制动系

旅客列车调速、停车均需要由制动系统来完成，由于制动系统的不同、制动工况的制动波速不同、基础制动装置动作的不一致性、闸瓦摩擦因数的不稳定性等会造成列车中车辆间产生相对的速度，从而在列车运行过程中产生纵向冲动。

1.3.5 车端阻尼

按新造客车进行了动力学计算，通过比较单辆车的动力学计算结果、具有不同车端阻尼的编组列车的动力学计算结果，可得出如下结论:车端纵向阻尼对降低车辆纵向冲动非常有效，增大车端纵向阻尼，车辆纵向冲动将会减少。

1.3.6 缓冲器性能

现在提速车普遍采用的G1型缓冲器由于初压力大、阻抗力高、吸收率小，在正常运行过程中，由于车钩的作用力达不到缓冲器的初压力，缓冲器不动作，基本不吸收能量。当列车运行过程中纵向力发生变化时，车钩之间就会发生刚性碰撞，造成列车纵向冲动加剧，还使列车平均车钩力提高，引起车钩异常磨耗。尤其在目前不断采用新型车钩，车钩的连挂间隙和车钩作用力减小的情况下，G1型缓冲器的性能没有得到同步改善，问题更加突出。

1.4 影响运行性能的其他问题

1.4.1 转向架

从调查中发现，车辆走行部分暴露出的问题比较严重，主要有:(1)车轮的擦伤、剥离;(2)抗侧滚扭杆橡胶节点老化或破损;(3)各部件磨耗比较严重。

1.4.2制动系统

列车提速后，制动变得尤为重要，现车辆制动系统存在的问题主要有:

(1)制动同步性能差，成为列车纵向冲动大的主要原因;(2)客车双管供风与机车的配置协调问题没有解决;(3)制动缸快装管漏气。1.4.3 车上电气装置

(1)电子整流器电压不稳定，适应的电压范围较窄;(2)电瓶性能不稳定。1.4.4 车钩缓冲系统

(1)旅客列车提速后，列车车钩钩头下垂、钩尾框上偏的问题较为严重，车钩尾部上跳，冲击车体底部防跳板，甚至引起钩尾框断裂;(2)车钩的磨耗速度加快，磨耗程度严重。1.4.5 其他

(1)空调系统风道设计不太合理，卧铺车上铺旅客感觉冷，下铺旅客感觉热，出风口噪声大;(2)活窗不密封，车内端部噪声尤其大;(3)中空玻璃漏气、漏水问题较难解决。

第二章 国外在减少列车纵向冲动方面的经验介绍

2.1 确定列车合理的编组数

列车的编组数量需要与采用的客车设备的水平相匹配，在保证列车运行速度、安全、舒适性的条件下，尽可能地扩大列车编组数量。牺牲舒适性扩大编组数量只能作为扩能的临时措施。

2.2 采用性能.为先进的制动机系统

客车技术较为发达的国家在客车上均装备较为先进的电空制动机系统、在高速列车上又发展了计算机控制的电空制动机系统。美国在运输小汽车的双层平车专列上同祥装用了电空制动机系统。

2.3 采用性能先进的级冲器

铁路运输较为发达的国家均很重视客货车缓冲器的开发和运用。货运方面，以美国、前苏联为代表，分别研制了不同形式、容量从35 kJ-12o kJ的多个AP种、型号的缓冲器，用于不同形式的货运列车上。从20年代初，他们又研制成功并迅速投入运用了具有容量大、质量轻、检修周期长的弹性胶泥缓冲器，为世界缓冲器技术的再发展奠定了技术基础，客车方面，以美国、日本及欧洲国家为代表。他们对缓冲器的研究投入了很大的人力、物力，取得了国际上领先的位置，他们除对传统的环簧、橡胶、液压、液压空气缓冲器进行持久的性能改进外，还对缓冲器的结构形式、初压力、阻抗力、行程、容量几个主要参数之间及缓冲器与列车之间的参数匹配关系进行了调整，以达到列车的最佳纵向舒适度。为进一步提高列车的缓冲器性能。保证列车的连挂速度等技术要求，so年代初，以波兰、法国为代表，又成功开发了具有大容量、低阻抗、质量轻、检修周期长的弹性胶泥缓冲器，这种缓冲器由于具有其他传统缓冲器不可比拟的高技术性能，迅速得到了推广，在世界上十几个国家得到应用，现在仍保持着强劲的发展势头，UIC标准已做出规定，参加国际联运的欧洲国家的客车需要装用弹性胶泥缓冲器。法国TGV高速列车为将机车与拖车的连挂速度由2.6 km/h提高到已将传统的缓冲器更换为弹性胶泥缓冲器。

2.4 编小车钧连挂系统的纵向间隙

车钩连挂系统的纵向间隙对列车的冲动起着相当大的作用。美国的有关技术资料称其为间隙作用（cslack action）。美国的研究结果为:采用无间隙的连挂装置与采用普通车钩的万吨列车相比，在相同条件下，因间隙作用造成的纵向冲击力可减少8000(4 : 1)，加速度可减少9500(19，1)。前苏联对重载列车的研究结果为:在车钩连挂装置纵向间隙为40 mm-8D mm时，列车车辆间全部纵向自由间隙为最大时的制动纵向冲击力是全部自由间隙为零时制动纵向冲击力的2倍~3倍。综合以上2个国家的研究成果，我们可以得出结论:缩小车钩连挂系统的纵向间隙是降低列车纵向冲动的最为有效的措施之一。

为提高客车的纵向舒适度，美国于1947年将H型密接式车钩确定为客车的标准车钩。欧洲尤其在德国于19世纪初即采用了密接式车钩。欧洲国家采用的链子钩加两侧缓冲饼的办法也成功地解决了列车的间隙作用。法国的TGV高速列车采用密接式车钩系统，其结构模式是无列车间隙作用的成功范例。

2,5 提高列车的操纵控制设备水平

为减少列车的纵向冲动，发达国家采用了计算机控制的列车操作系统。他们的具体做法是:首先对线路进行分析，找出列车需进行调速和冲动较为严重的地点，然后输入列车控制计算机程序或司机操作规程。研究出最大限度地降低列车冲动的措施，结合列车控制系统使列车在整个运行区段纵向冲动维持在最低水平。

第三章 我国解决提速客车纵向冲动问题的经验介绍

我国在改善车辆特性方面重点作了两大方面的工作，一是对钩缓系统装置进行了可能的改进和改型，二是对车辆制动系统装置进行了改进。

3.1 钩缓装置改进后的计算和试验结果

3.1.1 客车15号小间隙车钩研制成功并装车运用考验3年多来，运用状态良好。无不良反映根据西南交通大学等单位的理论计算结果，对于列车。采用15号小间隙车钩在牵引工况、常用制动工况、紧急制动工况、常用制动缓解工况下，最大车钩力幅值相对于15号车钩可减少31.3﹪，车辆最大加速度幅值减少。

3.1.2 客车用小间隙自动车钩及大容量缓冲器研制成功并装车运用考验。根据西南交大等单位的理论计算结果，采用巧号小间隙车钩和新型弹性胶泥缓冲器的20辆编组的提速列车，在牵引工况、常用制动工况、紧急制动工况、常用制动缓解工况下，最大车钩力幅值相对于15号车钩和Gl号缓冲器可减少37.%，车辆最大加速度幅值减少4%。目前，装用小间隙车钩的提速车(K21,F}22)已运行4个多月，从整列车的纵向冲动水平来看，优于同样编组数量的非提速列车。经过检查，车钩运用状态正常。

3.1.3 200 km/h电动车组、180 km/h内燃动车组用密接式车钩缓冲装置研制成功井投入运用。从列车运行的纵向加速度来看，列车基本没冲动，纵向加速度要小于横向加速度。

3.2 新型制动机及电空制动技术的应用

F8型空气制动机及提速车上电空制动技术在部分提速车上成功应用。从

试验结果来看，采用Fa型空气制动机及电空制动技术的列车，纵向冲动得到了较好的改善。

3.2.1 采用性能良好的制动系统

制动系统应具有较高的制动及缓解波速、较好的制动缸升压及缓解特性、良好的紧急制动性能，这将有效地减小列车在调速或紧急制动时产生的纵向冲动。

3.2.2 采用小间隙车钩或密接式车钩加弹性胶尼缓冲器

缩小车钩连挂系统的纵向间隙是降低列车纵向冲动的最为有效的措施之一。客车用小间隙自动车钩及大容量缓冲器已在我国研制成功并装车运用考验。根据西南交通大学等单位的理论计算结果，采用15号小间隙车钩和新型弹性胶泥缓冲器的20辆编组提速列车在牵引工况、常用制动工况、紧急制动工况及常用制动缓解工况下，最大车钩力幅值相对于15号车钩加G1型缓冲器可减少37.6%，车辆最大加速度幅度值减少45.2-79。从装有小间隙车钩的提速列车运用情况来看，整列车的纵向冲动水平优于同样编组数量的非提速列车，车钩运用状态正常。

密接式车钩加弹性胶泥缓冲器已在第5次提速用25T型客车上批量运用。对南车四方机车车辆股份有限公司生产的25T型客车所做的运行试验表明:运行过程中最大纵向加速度为。.15 g，发生在40 km/h初速度紧急制动过程中的制动开始瞬间;列车在常用制动和紧急制动开始时都出现了纵向冲动，但由于密接式车钩的使用，纵向冲动对列车纵向加速度的影响被大大减小;不同速度级稳态运行和启动加速工况纵向加速度都在0.02 g以下，运行过程中不同速度级调速过程也没有出现纵向冲动，人体基本没有调速的感觉。

运用结果表明:密接式车钩加弹性胶泥缓冲器用于25K型提速客车能明显改善纵向动力学性能。

3.2.3 采用有一定阻尼的风档

虽然风挡设备对列车纵向运行性能的影响不明显，但可以改善部分横向性能，因此，选择有一定阻尼的风挡对改善列车的运行性能有一定的作用。

3.3 提高运行性能的其他措施建议

3.3.1 减少车轮擦伤、磨损。采用技术参数合理的高性能电子防滑器;研制性能好、擦伤剥离少的新型车轮。

3.3.2 提高空调系统性能。对风道进行改进，确定具有优良性能的风道结构。

3.3.3 降低噪声及列车对环境的影响。采用水封装置;采用集便装置;选择好的端部结构。

从25T型客车的售后服务中可以看出，使用集便装置后，客车底部、端部等原来污染比较严重的部位没有污染现象发生，大大提高了乘车及车辆维修的环境质量。端部结构的改进，电动及手动塞拉门的使用，使客室尤其是端部客室的噪声明显降低。其中以25T型车广泛应用的sw-160型以及cw-2型转向架对于列车振动所做的改进措施最为成功，下面我们就以sw-160型以及cw-2型转向架的改进为例，进行深入讨论。

3.4 SW一160型转向架横向晃动改进措施

SW--160型转向架是无摇动台结构的新型转向架，在25K型车辆上得到了全面推广应用。但是，在线路等级较低及线路不平顺较大的情形下，有的装用SW--160型转向架的25K型车辆，与装用209T型转向架的25G型车辆进行比较，车辆的横向晃动频率和加速度相对较大，横向平稳性不很理想，乘坐舒适度较低。为此，我们认为很有必要对此现象进行调查分析，找出原因，提出对策，以提高车辆运行的横向平稳性，提高车辆的乘坐舒适度。

3.4.1 SW--160型转向架构造及分析

SW--160型客车转向架是从206KP型转向架发展而来的，它的中央悬挂装置采用全旁承支重、空气弹簧装置、抗侧滚装置、横向缓冲器、横向油压减振

器及纵向牵引拉杆等零部件。它在一系悬挂上，采用了单转臂式弹性定位，轴箱弹簧支承面在轴箱顶部。二系为无摇动台悬挂结构，采用了SYS550D型空气弹簧，空气弹簧内设有可变阻尼节流阀。

对于SW--160型转向架在个别区段横向晃动较大的现象，认为主要是由车辆检修时更换配件后技术性能没有达到设计要求，转向架构造特点和线路技术等级较低所决定的。

3.4.2 SW--160型客车转向架主要构造特点及存在的主要问题如下：(1)无摇动台结构横向刚度较大、横向振动性能较差。

SW--160型转向架为无摇动台结构，采用空气弹簧和旁承承重，并在其下部加装了圆形叠层橡胶弹簧。理论上，把空气弹簧设计成有较小的横向刚度，以替代摇动台装置，实现转向架中央悬挂装置在横向有较柔软的刚度性能，以保证车辆有良好的横向平稳性。但是，实际上，现有空气弹簧没有达到柔软的横向刚度性能的设计要求。

(2)在摇枕与构架侧梁之间安装有抗侧滚扭杆装置，对线路响应大.CW--

2、209HS等型客车转向架是将抗侧滚扭杆装置安装在摇枕与弹簧托板(梁)之间，尽管它们的结构有不同，但均安装在摇动台装置之中，可随摇动台摆动，所以两种抗侧滚扭杆装置只要能适应摇枕与托梁(托板)之间相对的较小横移量即可，故该装置的工作条件较好。

SW--160型转向架将抗侧滚扭杆装置安装在摇枕与构架侧梁之间，因为没有摇动台装置，所以要求该装置在横向应能适应车体(摇枕)相对构架的较大横向位移量，故该装置的工作条件较差。另一方面，也增大了二系悬挂的横向刚度，不利于车辆具有良好的横向平稳性。

3.4.3.成功改进措施

(1)减少空气弹簧的垂向和横向刚度

空气弹簧是转向架最为关键的零部件之一，直接影响和决定转向架的动力

学性能和安全性能。SW--160型转向架采用的SYS640D型空气弹簧构造如图1所示。该空气弹簧为自由模式，自重时空气弹簧工作压力为450kPa，工作高度为200nllll±5mm。

1—橡胶囊；2—上盖组成；3—下座组成；4—橡胶堆；5—节流阀；6—O型密封圈；7—O型密封圈。

图1 SYS640型空气弹簧组成简图

理论和实践证明，要保证车辆具有良好的运行品质，必须首先考虑弹簧悬挂装置能使车辆簧上质量的自振频率足够低，也就是说，改善车辆运行平稳性的最重要措施是尽可能增加弹簧悬挂装置的静挠度。

理论上，空气弹簧具有非线性，可以将它的载荷一挠度特性曲线设计成为理想的形状。最理想的形状是S形，即在曲线的中间区段具有比较低的刚度，而 在拉伸和压缩行程的边缘区段则刚度逐渐增加。这样，可以保证车辆在正常行车范围时运行性能很柔软，而在通过曲线和道岔等场合空气弹簧被大幅度拉伸和压缩时，它逐渐坚硬，从而能限制车体的振幅不致太大。

对于有效直径和曲率相同的空气弹簧，高度愈高，横向刚度愈小，其横向负载特性的线性度愈好；空气弹簧的有效直径愈大，其横向刚度愈大。为此，建议适当提高空气弹簧的高度，科学增加空气弹簧的有效直径，降低空气弹簧

内的空气压力，使在自重下。为400kPa以下，以保证空气弹簧有良好的运行性能。

(2)在有条件的情况下，增加旁承间距SW--160型转向架的空气弹簧间距为2300mm，而旁承间距为1850mm。在有条件的情况下，应尽量增加旁承间距，以减少车体侧滚振幅。

(3)在定期检修时，要保证抗侧滚扭杆装置技术性能

由于抗侧滚扭杆装置安装在摇枕与构架侧梁之间，如果抗侧滚扭杆装置技术性能不能满足设计要求，那么线路缺陷往往会直接传递到车体，使车体产生较高频率的振动。

(4)在定期检修时，加强对空气弹簧的性能检测目前，在对快速客车车辆进行A，、A2、A3修程

时，只对空气弹簧的气密性进行检测，没有对空气弹簧的横向、垂向刚度进行检测，不利于保证空气弹簧的装车性能。(5)提高差压阀的性能

由于SW--160型客车转向架采用全旁承支重的结构特点，如果差压阀性能不良，那么，车体容易发生较大侧滚振动，为此，尽量保证差压阀动作压差在120kPa±lOkPa；流量在lOdm3／s以下，从500kPa降到400kPa的时间不大于14s。

3.5 CW一2型转向架横向晃动改进措施

2005年5月，天津、石家庄车辆段先后发生了CW系列转向架因振动失稳造成甩车的事故。为此，天津、石家庄车辆段会同长春客车厂对故障转向架进行了反复分析，认为：天津段的甩车主要由于横向振动所致，因而对影响横向振动的关键配件进行了更换；石家庄段的甩车主要由于垂向振动引起，因而对影响垂向振动的关键配件进行了更换，最终消除了故障。

3.5.1 故障情况

(1)石家庄段故障车为KD25K 998297号发电车，编组于石家庄一广州的89/90次列车上。长客厂于2004年3月进行了A4级检修，6月上线运行；2005年2月石家庄段进行了A2级检修，3月发现3位轴箱簧折断，进行了更换，4月末，1位转向架由于振动大而甩车，更换了轴箱节点与横向控制杆，5月1日试运于石家庄一北京西，由于振动大在保定甩车。5月4日更换1位转向架，5月7日再次试运无问题，随后编组于石家庄一广州的89/90次列车上。至5月21日运行了4个往返，21日乘务员提出该车2位转向架垂向振动大，甩车待查。

经检查，1位转向架的1位、2位二系垂向油压减振器漏油严重，2位轴箱有甩油现象，3位轴箱弹簧圈间有磨痕，3位构架控制杆橡胶套有裂损。经测量，1位、2位转向架构架与摇枕垂向间隙不符合A4修要求((29±3)mm)，减振器安装垂直距离过小，仅比减振器最小行程369 mm长不足10 mm。

(2)2005年5月1日，天津段的T253次列车的 YW25K 671829号硬卧车转向架振动大，运行至长沙站时发现3位横向控制杆橡胶套窜出，5位轴箱簧折断，5位轴箱油压减振器下部折断，6位轴箱油压减振器螺母松动。长沙车辆段立即组织处理，更换了5位轴箱弹簧、3位横向控制杆组成及5位、6位轴箱油压减振器。运行中，5位轴温始终比其他轴高10℃。列车到达广州后，再次对该车进行检查，发现3位横向控制杆橡胶套开裂并熔化、5位轴箱油压减振器发热漏油，5位、6位轴箱节点橡胶套熔化，甩车处理。

该车为1999年12月新造，2005年1月6日在广州发现2位转向架5位轴箱构架定位转臂定位座发生断裂，为此更换了2位构架和5位、6位轴箱油压减振器。返回天津后，5位、6位轴箱油压减振器继续漏油，随后停运。2005年3月初返长客厂更换1位转向架，3月末返天津段，4月30日乃是返厂后第1次运行。处理结果及原因分析

(1)对石家庄段甩车故障(装CW—1B型转向架)的分析中，起先认为是由于横向振动引起，放更换了1位转向架横向控制杆和定位

转臂橡胶节点，但振动异常并没有消失，后又更换了1位转向架，再次出现垂向振动异常、2位二系垂向油压减振器漏油情况，说明问题发生在垂向。经测量，减振器座安装距离分别为395 mm、376 mm、385 mm、378 mm，认为故障是由于转向架有一侧减振器座安装距离小(376 mm、378mm)，减振器压缩行程不足所致。这是因为，减振器最小行程为369 mm，当摇枕振幅达到或超过20 mm时，减振器会被压缩到极限位置，使构架与摇枕之间变成刚性接触，同时损坏减振器节流阀等零件，造成漏油。

为此，更换了有故障的4个二系垂向油压减振器，在垂向油压减振器与座之间加25 mm～30 mm的垫，使减振器的拉伸与压缩行程均衡。经调整后，5月29日，再次试运于石家庄一北京西的T511/512次列车上，刚性大振幅已消失，运行良好，但高频小振幅依然存在，并在130 km/h左右时出现共振现象。值得提出的是，该车在保定甩车时，发现1位横向控制杆装反。

(2)对天津段甩车故障(装CW一2型转向架)的判断和处理则较为困难，但大家一致认为是横向振动引起的，并将注意力集中于定位转臂的弹性定位套。初步认为：

①该车2位转向架5位轴箱定位转臂座曾发生过断裂，而正是这一部位发生轴箱弹簧折断、一系油压减振器下部杆折断、横向控制杆橡胶套窜出。可以说，在轴箱定位转臂座断裂后，该轴箱定位转臂橡胶套已经失效。更换构架后，该轮对并未更换，即已损坏的定位转臂橡胶套未更换。所以，在长沙更换该位弹簧、油压减振器、横向控制杆后，到广州仍出现了该位横向控制杆橡胶套熔化、油压减振器高温并漏油、轴箱橡胶节点继续熔化到内外圈合并的程度。

②该轴箱橡胶节点的特点是除了承受横向和纵向载荷外，还承受较大的垂向载荷，即与弹簧共同承载垂向载荷，其分配比例为1：2，轴箱橡胶节点承受的垂直载荷为2 t～3 t。经检查，轴箱节点橡胶套的损坏也主要是从垂向开始，然后逐步开裂、脱胶、挤出，从而影响车辆的横向性能。旧型轴箱橡胶

节点纵向、横向、垂向刚度比为9：3：9，经改进的新型轴箱橡胶节点纵向、横向、垂向刚度比为9：3：20。就车辆的横向性能来说，如轴箱橡胶节点损坏，不会因更换新横向控制杆而得到改善。

③经对从广州(经换轮)返回天津的2位转向架的分解检查，发现3位横向控制杆的轴箱控制杆难以分解，构架控制杆橡胶套变形，4位横向控制杆反位，弹簧旋向不一，车轮内侧面与构架定位块的距离超限。

基于对上述原因的分析结果，天津车辆段开始了对配属的CW一2型转向架的大规模轴箱定位橡胶套的检查和更换活动。经开底盖检查，发现轴箱定位橡胶套失效、振动大而甩车的3辆，2005年5月共更换状态不良橡胶套157个。

3.5.2 改善措施

自1997年25K型客车投入运用以来，已运行了8年，转向架进入故障高发期，构架腐蚀、断裂、橡胶件老化、减振器漏油现象时有发生。为此，建议采取以下措施：

(1)更换构架。入厂更换构架时，应按厂修标准对转向架兼做厂修，并更换所有橡胶件。同时，换装时，要严格按原位组装，原配件仍归原位。出厂后，要严格监视更换构架客车的运行状态，新构架与旧配件之间也有个磨合过程，直到40万km之后。

(2)段修A3级检修时更新定位转臂弹性定位套和横向控制杆橡胶套，运用中更换时必须左右侧同时进行，以保证轮对左右横向定位刚度的一致性。更换时应使用新型定位转臂弹性定位套。

(3)A3级检修后，应追加个别厂修限度。转向架组装应注意以下部位：

①防止横向控制杆的构架控制杆反装。反装的构架控制杆使其与轴箱控制杆的横向自由间隙(5 mm)消失，造成与轴箱横向控制杆座卡死、别劲，还会损坏轴箱控制杆座。轴箱上的轴箱控制杆座工作环境恶劣，A3级检修时，对轴箱上的轴箱控制杆座要进行探伤检查，裂纹、腐蚀磨耗过限的一律更换。另外，由

于控制杆如发生折断弯曲等问题也应一律更换，不允许焊修或锻修。

②转向架弹簧旋向应一致。

③摇枕上平面与构架侧梁下平面的垂直距离(45±2)mm(CW-2型)、(29±3)mm(CW-1型)。同时，要严格控制各型减振器座安装距离。

④测量车轮内侧面与构架定位块的距离，两侧之差不大于1.5mm。

(4)其他各型25K型客车转向架也要比照CW系列处理。

结束语

提高旅客列车运行性能是一项长期的艰巨的任务，因为随着我国铁路日新月异的发展，高速、舒适、快捷成为今后客车相当长的时间内需要急切解决的问题，因为列车的舒适程度与车辆振动有着密切的关系，而车辆振动关系着高速列车的安全，所以，要想实现高速列车的安全、舒适，首先要解决的问题就是减小列车在高速运行情况的各种振动，虽然在上文中，我通过近几年的学习以及在现场工作中积累的经验，特别是在借鉴国内外已有经验的基础上，大胆提出减小车辆在运行过程中减小振动的建议，但是我自认为，所提出的建议还是在已有成功经验的基础上衍生的，还不具备突破性，况且一味的借鉴，往往与实际情况还是有一定差距的，所以，只能是最为一种理论上的设想。但是，我所提出的减小车辆振动这一主题，确实是当今客车急需解决的问题之一，只有通过不断的试验研究，才能综合提高列车乘坐舒适度，保持铁路的市场竞争力。

参考文献

1.虞大联．《SW--160型转向架的研制》[J]．《铁道车辆》，37，1999(9)：4—9．

2.柯林斯．《机械设计中的材料失效分析、预测、预防》[M)．北京：机械工业出版社，1984．

3.赵少汴，等．《抗疲劳设计方法与数据》[M]．北京：机械工业出版社，1995． 4.四方车辆研究所．《关于钩尾销断裂问题的报告材料》[R]．2004． 5.《铁路技术管理规程》：铁道出版社 6.《铁路行车组织规则》：铁道出版社 7.《铁路货物运输规程》：铁道出版社 8.《铁路车辆构造丛书》：铁道出版社

9.卢大勇.《铁路机车车辆运用、检修、维护、保养与标准规范全书》：兰州铁道学院出版社 1997 10.钱俊良.《国外铁路车辆先进经验谈》[R]成都：西南交大网络教育学院出版社。1998

第五篇：材料性能学教学大纲

《材料性能学》课程教学大纲

一、课程基本信息 课程编码： 课程类别：必修课 适用专业：材料化学

总 学 时：48 学 分：3 课程简介：本课程是材料化学专业主干课程之一，属专业基础课。本课程主要内容为材料物理性能，以材料通用性物理性能及共同性的内容为主。通过本课程的教学，使学生获得关于材料物理性能包括材料力学性能（受力形变、断裂与强度）、热学、光学、导电、磁学等性能及其发展和应用，重点掌握各种重要性能的原理及微观机制，性能的测定方法以及控制和改善性能的措施，各种材料结构与性能的关系，各性能之间的相互制约与变化规律。

授课教材：《材料物理性能》，吴其胜、蔡安兰、杨亚群，华东理工大学出版社，2006，10。

2、参考书目: 1.《材料性能学》，北京工业大学出版社，王从曾，2007.1 2.《材料的物理性能》，哈尔滨工业大学出版社，邱成军等，2009.1

二、课程教育目标

通过学习材料的各种物理性能，使学生掌握以下内容：各种材料性能的各类本征参数的物理意义和单位以及这些参数在解决实际问题中所处的地位；弄清各材料性能和材料的组成、结构和构造之间的关系；掌握这些性能参数的物质规律，从而为判断材料优劣、正确选择和使用材料、改变材料性能、探索新材料、新性能、新工艺打下理论基础；为全面掌握材料的结构，对材料的原料和工艺也应有所认识，以取得分析性能的正确依据。

三、教学内容与要求 第一章：材料的力学性能 重点与难点：

重点：应力、应变、弹性变形行为、Griffith微裂纹理论，应力场强度因子和平面应变断裂韧性，提高无机材料强度改进材料韧性的途径。难点：位错运动理论、应力场强度因子和平面应变断裂韧性。教学时数：10学时 教学内容：

1.1 应力及应变：应力、应变；

1.2 弹性形变：Hooke定律；弹性模量的影响因素、无机材料的弹性模量、复相的弹性模量、弹性形变的机理；

1.3 材料的塑性形变：晶体滑移、塑性形变的位错运动理论；

1.4 滞弹性和内耗：粘弹性和滞弹性、应变松弛和应力松弛、松弛时间、无弛豫模量与弛豫模量、模量亏损、材料的内耗；

1.5 材料的高温蠕变：蠕变曲线、蠕变机理、影响蠕变的因素；

1.6 材料的断裂强度：理论断裂强度、Inglis 理论、Griffith微裂纹理论、、Orowan理论；

1.7 材料的断裂韧性：裂纹扩展方式、裂纹尖端应力场分析、几何形状因子、断裂韧性、裂纹扩展的动力与阻力；

1.8 裂纹的起源与扩展：裂纹的起源、裂纹的快速扩展、影响裂纹扩展的因素、材料的疲劳、应力腐蚀理论、高温下裂纹尖端的应力空腔作用、亚临界裂纹生长速率与应力场强度因子的关系、根据亚临界裂纹扩展预测材料寿命、蠕变断裂； 1.10 显微结构对材料脆性断裂的影响：晶粒尺寸、气孔的影响；

1.11 提高材料强度及改善脆性的途径：金属材料的强化、陶瓷材料的强化； 1.12 复合材料：复合材料的分类、连续纤维单向强化复合材料的强度、短纤维单向强化复合材料；

1.13 材料的硬度：硬度的表示方法、硬度的测量。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。

教学要求：掌握材料的弹性变形、塑性变形、高温蠕变及其它力学性能的理论描述、产生的原因、影响因素。掌握断裂的现象和产生、断裂力学的原理出发，通过理论结合强度、应力场的分析，断裂的判据，应力场强度因子、平面应变断裂韧性、延性断裂、脆性断裂、沿晶断裂、静态疲劳的概念，并根据此判据来分析提高材料强度及改进材料韧性的途径。了解断裂的现象，弄清产生断裂的原理（断裂理论），通过应力场的分析。要求掌握断裂的判据，并根据此判据来分析提高材料强度及改进材料韧性的途径。

第二章：材料的热学性能 重点与难点： 重点：材料的热膨胀，材料的热稳定性。难点：材料的热传导，材料的热稳定性。教学时数：6学时 教学内容：

2.1 热学性能的物理基础；

2.2 材料的热容：晶体固体热容的经验定律和经典理论，晶体固体热容的量子理论回顾，无机材料的热容；

2.3 材料的热膨胀：热膨胀系数、热膨胀机理、热膨胀和其他性能的关系、多晶体和复合材料的热膨胀；

2.4 材料的热传导：固体材料热传导的宏观规律，固体材料热传导的微观机理、影响热传导的因素、某些无机材料的热传导；

2.5 材料的热稳定性：热稳定性的表示方法、热应力、抗热冲击断裂性能，抗热冲击损伤性、提高抗热冲击断裂性能的措施。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。

教学要求：掌握材料热容的各种理论及其比较，热膨胀的定义及其基本机理，热传导的宏观规律和微观机理，热稳定性的表示和抗热冲击断裂性能。要求掌握各种热应力断裂抵抗因子。总结出提高抗热冲击断裂性能的措施。第三章 材料的光学性能 重点与难点：

重点：光的反射和折射、材料对光的吸收和色散、光的散射 难点：光的散射、电-光效应、光折变效应、非线性光学效应 教学时数：8学时 教学内容：

3.1 光传播的基本性质：光的波粒二象性、光的干涉和衍射、光通过固体现象；

3.2 光的反射和折射：反射定律和折射定律、折射率的影响因素、晶体的双折射、材料的反射系数及其影响因素；

3.3 材料对光的吸收和色散：吸收系数与吸收率、光的吸收与波长的关系、光的色散；

3.4 光的散射：散射的一般规律、弹性散射、非弹性散射；

3.5 材料的不透明性与半透明性：材料的不透明性、材料的乳浊、半透明性、透明材料的颜色、材料的着色； 3.6 电-光效应、光折变效应、非线性光学效应：电光效应及电光晶体、光折变效应、非线性光学效应；

3.7光的传输与光纤材料：光纤发展概况和基本特征、光纤材料的制备、光纤的应用；

3.8 特种光学材料及其应用：固体激光器材料及其应用、光存储材料。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。

教学要求：掌握金属、半导体、绝缘体的电子能带结构，光传播电磁理论、反射、光的吸收和色散、晶体的双折射、介质的光散射等各种光现象的物理本质。了解影响材料光学性能的各种因素。简要了解光纤材料、激光晶体材料及光存储材料等光学材料。

第四章：材料的电导性能 重点与难点：

重点：离子电导，电子电导。

难点：无机材料的电导，半导体陶瓷的物理效应。教学时数：8学时 教学内容：

4.1 电导的物理现象：电导率与电阻率、电导的物理特性；

4.2 离子电导：载流子浓度、离子迁移率、离子电导率、离子电导率的影响因素、固体电解质ZrO2；

4.3 电子电导：电子迁移率、载流子浓度、电子电导率、电子电导率的影响因素 4.4 金属材料的电导：金属电导率、电阻率与温度的关系、电阻率与压力的关系、冷加工和缺陷对电阻率的影响、电阻率的各向异性、固溶体的电阻率； 4.5 固体材料的电导：玻璃态电导、多晶多相固体材料的电导、次级现象、固体材料电导混合法则；

4.6 半导体陶瓷的物理效应：晶界效应、表面效应、西贝克效应、p-n结； 4.7 超导体：超导体的概念、约瑟夫逊效应、超导体的应用。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。

教学要求：掌握各种电导的宏观参数和物理量及电导的主要基本公式；围绕此公式来讨论各种电导的电导率（离子电导率、电子电导率）及其影响因素，材料的电导混合法则和半导体陶瓷的物理效应。第五章 材料的磁学性能 重点与难点：

重点：抗磁性和顺磁性、铁磁性与反铁磁性 难点：铁磁性与反铁磁性 教学时数：8学时 教学内容：

5.1 基本磁学性能：磁学基本量、物质的磁性分类；

5.2 抗磁性和顺磁性：原子本征磁矩、抗磁性、物质的顺磁性、金属的抗磁性与顺磁性、影响金属抗、顺磁性的因素；

5.3 铁磁性与反铁磁性：铁磁质的自发磁化、反铁磁性和亚铁磁性、磁畴、磁化曲线和磁滞回线；

5.4 磁性材料的动态特性：交流磁化过程与交流回线、磁滞损耗和趋肤效应、磁后效应和复数磁导率、磁导率减落及磁共振损耗；

5.5 磁性材料及其应用：软磁材料、硬磁材料、磁信息存储材料、纳米磁性材料。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。

教学要求：掌握固体物质的各种磁性(抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性)的形成机理及宏观表现；重点掌握磁性表征参量、各类磁性物质的内部相互作用；磁性材料在交变磁场中的磁化过程及宏观磁性；了解磁性材料及其应用。

第六章 材料的功能转换性能 重点与难点：

重点：介质的极化与损耗、介电强度、压电性能、铁电性 难点：压电性能、铁电性 教学时数：8学时 教学内容：

6.1 介质的极化与损耗：介质极化相关物理量、极化类型、宏观极化强度与微观极化率的关系、介质损耗分析、材料的介质损耗、降低材料介质损耗的方法； 6.2 介电强度：介电强度、固体电介质的击穿、影响材料击穿强度的因素； 6.3 压电性能：压电效应及其逆效应、压电材料的研究进程、压电材料主要表征参数、压电陶瓷的预极化、压电陶瓷的稳定性、压电材料及其应用；

6.4 铁电性：铁电性的概念、铁电体的分类、铁电体的起源、铁电体的性能及其应用、反铁电体； 6.5 热电性能：热电效应、热电材料、热电材料的应用； 6.6 光电性能：光电效应、光电材料及其应用；

6.7 热释电性能：热释电效应及其逆效应、热释电材料、热释电材料的应用； 6.8 智能材料：智能材料的特征与构成、智能材料的分类、智能金属材料、智能无机非金属材料、智能高分子材料。教学方式：课堂讲授与多媒体教学相结合。

教学要求：掌握电介质的介电性能，包括介电常数、介电损耗、介电强度及其随环境(温度、湿度、辐射等)的变化规律。了解极化的微观机制、电介质的压电性、铁电性、热电性能、光电性能和热释电性的性能、常用材料及其应用、智能材料的特征、分类及应用。

四、作业：

每章根据学生学习情况，选择布置教材中部分习题促进学生课后复习、巩固课堂教学内容，并进行讲评。

五、考核与评定

以期末考试(闭卷)成绩为主，参考课堂提问、讨论课发言情况以及平时作业和考勤等，综合评定后，给出结业成绩。

期末考试占70％，平时成绩占30％。