一種鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力的獲取方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力的獲取方法，包括以下步驟：1)建立車下設備橡膠支撐座支反力力學方程；2)求解橡膠支撐座支反力力學方程，獲取每個橡膠支撐座的支反力；3)判斷車下設備的傾覆情況是否滿足車下設備的安裝要求，若是，則步驟2)中橡膠支撐座的支反力為最終支反力，若否，則優(yōu)化橡膠件靜撓度，并獲取優(yōu)化后橡膠支撐座的支反力，直到滿足安裝要求。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有原理明確、應用廣泛、速度快、精度高等優(yōu)點。
【專利說明】
一種鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力的獲取方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及鐵道車輛車下設備橡膠支撐座設計領域，尤其是涉及一種鐵道車輛車 下設備橡膠支撐座支反力的獲取方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，為提高鐵道車輛載客量，保證輪軌粘著狀態(tài)，改善制動性能，鐵道車輛特 別是高速動車組牽引動力大多采用動力分散的方式。采用動力分散式的鐵道車輛，其牽引 變流器、變壓器及輔助變流器等大質(zhì)量設備將布置于車體底架下方。為降低車下設備振動 對整車系統(tǒng)振動的影響，這些大質(zhì)量車下設備通常采用橡膠減振元件進行減振。而橡膠支 撐座支反力則是橡膠減振元件參數(shù)設計和強度設計的重要依據(jù)。
[0003] 目前，鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力的獲取主要有兩種途徑：1、利用動力 學軟件仿真分析;該方法需要建立車體和車下設備的動力學模型，添加力傳感器進行仿真 計算，最后輸出結(jié)果；但是，該方法計算時需要動力學參數(shù)較多，模型建立繁瑣，求解時間 長，實際應用不便，2、通過測試得到，在橡膠支撐座實體上布置力傳感器，采集力傳感器數(shù) 據(jù)，通過分析傳感器數(shù)據(jù)獲得支反力測試結(jié)果。該方法通過測試獲得支反力，其結(jié)果較為準 確，但是需要有相應的橡膠支撐座實體，且成本高、不便于執(zhí)行，特別是在設計初級階段，往 往缺少成型的橡膠支撐座實體。
[0004] 本發(fā)明技術公開了一種鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力獲取方法，能夠?qū)崿F(xiàn) 不同安裝數(shù)量、安裝位置時車下設備橡膠支撐座支反力的快速計算，可以為設計橡膠減振 元件參數(shù)、校核車下設備各支撐座內(nèi)橡膠件靜撓度及驗證支撐座強度提供依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種原理明確、應用 廣泛、速度快、精度高的速度快、精度高、計算簡單、應用廣泛的鐵道車輛車下設備橡膠支撐 座支反力的獲取方法。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：
[0007] -種鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力的獲取方法，包括以下步驟：
[0008] 1)建立車下設備橡膠支撐座支反力力學方程；
[0009] 2)求解橡膠支撐座支反力力學方程，獲取每個橡膠支撐座的支反力；
[0010] 3)判斷車下設備的傾覆情況是否滿足車下設備的安裝要求，若是，則步驟2)中橡 膠支撐座的支反力為最終支反力，若否，則優(yōu)化橡膠件靜撓度，并獲取優(yōu)化后橡膠支撐座的 支反力，直到滿足安裝要求。
[0011] 所述的步驟1)具體包括以下步驟：
[0012] 11)獲取鐵道車輛車下設備與車體的連接方式、車下設備采用橡膠支撐座的類型 和數(shù)量以及初始的支撐座橡膠件靜剛度；
[0013] 12)以車下設備質(zhì)心為原點，以車輛走行方向為X軸正方向、車輛走行方向水平向 左為y軸正方向、豎直向上為z軸正方向建立局部坐標系，并獲取車下設備每個橡膠支撐座 在局部坐標系中的坐標位置；
[0014] 13)根據(jù)胡克定律對每個橡膠支撐座建立靜力學平衡方程：
[0015] - (9+/,. · (p) ki
[0016] 其中，F(xiàn)i為車下設備第i個橡膠支撐座的支反力，Zl為第i個支撐座橡膠件靜撓度， bi為第i個支撐座在局部坐標系中的X軸坐標，li為第i個支撐座在局部坐標系中的y軸坐標， Θ、夢分別為車下設備繞其質(zhì)心的X軸方向和y軸方向的傾覆角，ki為初始的第i個支撐座橡膠 件靜剛度；
[0017] 14)根據(jù)靜力學受力平衡原理，建立車下設備橡膠支撐座支反力力學方程：
[0019]其中，m為車下設備的質(zhì)量，g為重力加速度。
[0020]所述的步驟2)具體包括以下步驟：
[0021] 21)將靜力學平衡方程中的參數(shù)Fi代入車下設備橡膠支撐座支反力力學方程，并 且根據(jù)初始的每個支撐座橡膠件靜剛度，求取參數(shù)Θ、#、Zl的值；
[0022] 22)將參數(shù)Θ、Ρ、Zl的值代入靜力學平衡方程中，獲得每個橡膠支撐座的支反力。
[0023]所述的步驟3)中，
[0024]所述的傾覆情況包括車下設備繞其質(zhì)心的X軸方向和y軸方向的傾覆角或車下設 備支撐座橡膠件靜撓度；
[0025]所述的車下設備的安裝要求為：
[0026] 靜置狀況下，車下設備每個支撐座橡膠件靜撓度在許用靜撓度范圍內(nèi)或車下設備 任意兩個支撐座橡膠件靜燒度的偏差小于2mm或車下設備繞其質(zhì)心的X軸方向和y軸方向的 傾覆角為準零傾覆角。
[0027] 所述的步驟3)中重新獲取橡膠支撐座的支反力具體包括以下步驟：
[0028] 31)依據(jù)車下設備固有頻率f和支撐座橡膠件的動靜剛度比d，獲取優(yōu)化后的支撐 座橡膠件靜燒度z/ :
[0030] 32)根據(jù)胡克定律建立每個橡膠支撐座優(yōu)化后的靜力學平衡方程：
[0031 ] F;'={z'+b. Θ'+Ι, φ ) k]
[0032]其中，h'為第i個橡膠支撐座優(yōu)化后的支反力，Θ'、#分別為優(yōu)化后的車下設備繞 其質(zhì)心的X軸方向和y軸方向的傾覆角，k/為第i個支撐座內(nèi)優(yōu)化后的橡膠件靜剛度，ζ/為 優(yōu)化后的第i個支撐座橡膠件靜撓度；
[0033] 33)根據(jù)靜力學受力平衡原理，建立優(yōu)化后的橡膠支撐座支反力力學方程：
[0035]其中，m為車下設備的質(zhì)量，g為重力加速度；
[0036] 34)根據(jù)步驟21)-22)求解優(yōu)化后的橡膠支撐座支反力力學方程，并獲得橡膠支撐 座優(yōu)化后的支反力。
[0037]所述的許用靜撓度范圍為0-15mm。
[0038] 所述的步驟31)中，車下設備固有頻率f的范圍為6~10Hz，支撐座橡膠件的動靜剛 度比d的取值范圍為1.2-4.0。
[0039] 所述的車下設備橡膠支撐座的數(shù)量不少于4個且為偶數(shù)個。
[0040] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0041] 一、速度快、精度高:本發(fā)明的橡膠支撐座支反力獲取方法避免了動力學軟件仿真 中需要多個動力學參數(shù)，模型建立繁瑣，求解時間長等缺點，克服傳統(tǒng)試驗方法的復雜步 驟，不需要使用傳感器等試驗裝置，成本低、便于執(zhí)行求解速度快，計算精度高。
[0042]二、原理明確、應用廣泛:橡膠支撐座的數(shù)量導致結(jié)構(gòu)中存在多余約束，當部分橡 膠支撐座失效后其余橡膠支撐座仍可承擔載荷，此時車下設備與橡膠支撐座構(gòu)成超靜定結(jié) 構(gòu)，本發(fā)明依據(jù)胡克定律建立車下設備橡膠支撐座支反力平衡方程，利用平衡方程對橡膠 支撐座支反力方程，即超靜定方程，進行求解，直接獲取每個橡膠支撐座的支反力，并根據(jù) 車下設備的傾覆情況對支反力計算結(jié)果進行優(yōu)化，直到滿足安裝要求，使用有關已知參數(shù) 即可得到橡膠支撐坐支反力，計算方法具有通用性，其原理明確，計算結(jié)果準確可靠，可廣 泛用于鐵道車輛各種類型車下設備的橡膠支撐座的設計，解決了鐵道車輛生產(chǎn)中橡膠支撐 座參數(shù)難以確定，設計復雜等問題。
【附圖說明】
[0043] 圖1為本發(fā)明鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力獲取方法流程示意圖。
[0044] 圖2為鐵道車輛與車下設備示意圖，其中，圖（2a)為主視圖，圖（2b)為仰視圖。
[0045] 圖3為車下設備采用6個橡膠支撐座吊掛時的局部坐標系示意圖。
[0046] 圖4為采用本發(fā)明計算的各橡膠支撐座支反力結(jié)果。
[0047]圖5為采用某商業(yè)軟件計算的各橡膠支撐座支反力結(jié)果。
【具體實施方式】
[0048] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0049] 實施例：
[0050] 如圖1所示，一種鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力獲取方法，具體實施步驟如 下：
[0051] S1:確定車下設備的質(zhì)心位置及橡膠支撐座安裝位置參數(shù)，并建立車下設備橡膠 支撐座支反力力學方程。
[0052] S2:根據(jù)初始給定的支撐座內(nèi)的橡膠件靜剛度，求解橡膠支撐座支反力力學方程， 得到各支撐座橡膠件靜撓度、車下設備繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動角度以及車下設備各橡膠支撐座支 反力。
[0053] S3:評估車下設備傾覆情況，若傾覆量滿足車下設備安裝要求，則所述步驟S2支反 力即為最終支反力;若不滿足，則需要修正車下設備傾覆量，進一步優(yōu)化橡膠件靜剛度，并 重新計算車下設備各橡膠支撐座支反力。
[0054] 采用圖2所示的國內(nèi)某高速動車組的車下變壓器設備2進行計算，變壓器該設備 (車下設備2)重800kg，采用6個橡膠支撐座進行吊掛，各橡膠支撐座在圖3所示的局部坐標 系中的坐標分別為(單位mm):橡膠支撐座1 (-400，700)、橡膠支撐座2(-400，-500)、橡膠支 撐座3(700，700)、橡膠支撐座4(700，-500)、橡膠支撐座5(900，700)、橡膠支撐座6(900，-500);靜剛度依次分別為400N/mm、300N/mm、500N/mm、700N/mm、600N/mm、400N/mm。
[0055] 分別采用本發(fā)明提供的車下設備橡膠支撐座支反力獲取方法和某動力學軟件仿 真計算得到各橡膠支撐座支反力，并進行對比。圖4所示為使用本發(fā)明得到的各橡膠支撐座 支反力。圖5是使用動力學軟件仿真計算得到的各橡膠支撐座支反力。經(jīng)過對比，兩者相對 誤差僅為〇. 1 %。
【主權(quán)項】
1. 一種鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力的獲取方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 建立車下設備橡膠支撐座支反力力學方程； 2) 求解橡膠支撐座支反力力學方程，獲取每個橡膠支撐座的支反力； 3) 判斷車下設備的傾覆情況是否滿足車下設備的安裝要求，若是，則步驟2)中橡膠支 撐座的支反力為最終支反力，若否，則優(yōu)化橡膠件靜撓度，并獲取優(yōu)化后橡膠支撐座的支反 力，直到滿足安裝要求。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力的獲取方法，其特 征在于，所述的步驟1)具體包括以下步驟： 11) 獲取鐵道車輛車下設備與車體的連接方式、車下設備采用橡膠支撐座的類型和數(shù) 量以及初始的支撐座橡膠件靜剛度； 12) 以車下設備質(zhì)心為原點，以車輛走行方向為X軸正方向、車輛走行方向水平向左為y 軸正方向、豎直向上為z軸正方向建立局部坐標系，并獲取車下設備每個橡膠支撐座在局部 坐標系中的坐標位置； 13) 根據(jù)胡克定律對每個橡腔I撐座律立靜力學平衡方程：其中，F(xiàn)i為車下設備第i個橡膠支撐座的支反力，Zl為第i個支撐座橡膠件靜撓度，1^為 第i個支撐座在局部坐標系中的X軸坐標，li為第i個支撐座在局部坐標系中的y軸坐標，Θ、 爐分別為車下設備繞其質(zhì)心的X軸方向和y軸方向的傾覆角，h為初始的第i個支撐座橡膠 件靜剛度； 14) 根據(jù)靜力學等力平衡原理，律立車下設備橡腔I撐座力力學方程： i Z I 3 ^ Xt-n t I! L 其中，m為車下設備的質(zhì)量，g為重力加速度。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力的獲取方法，其特 征在于，所述的步驟2)具體包括以下步驟： 21) 將靜力學平衡方程中的參數(shù)h代入車下設備橡膠支撐座支反力力學方程，并且根據(jù) 初始的每個支撐座橡膠件靜剛度，求取參數(shù)Θ、Zi的值； 22) 將參數(shù)Θ、Ρ、Zl的值代入靜力學平衡方程中，獲得每個橡膠支撐座的支反力。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力的獲取方法，其特 征在于，所述的步驟3)中， 所述的傾覆情況包括車下設備繞其質(zhì)心的X軸方向和y軸方向的傾覆角或車下設備支 撐座橡膠件靜燒度； 所述的車下設備的安裝要求為： 靜置狀況下，車下設備每個支撐座橡膠件靜撓度在許用靜撓度范圍內(nèi)或車下設備任意 兩個支撐座橡膠件靜燒度的偏差小于2mm或車下設備繞其質(zhì)心的X軸方向和y軸方向的傾覆 角為準零傾覆角。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力的獲取方法，其特 征在于，所述的步驟3)中重新獲取橡膠支撐座的支反力具體包括以下步驟： 31) 依據(jù)車下設備固有頻率f和支撐座橡膠件的動靜剛度比d，獲取優(yōu)化后的支撐座橡 膠件靜撓度y :32) 根據(jù)胡克定律建立每個檢防方樘座恍仆辰的靜士受平衡方程：其中，F(xiàn)i'為第i個橡膠支撐座優(yōu)化后的支反力，θ'、<分別為優(yōu)化后的車下設備繞其質(zhì) 心的X軸方向和y軸方向的傾覆角，為第i個支撐座內(nèi)優(yōu)化后的橡膠件靜剛度，為優(yōu)化 后的第i個支撐座橡膠件靜撓度； 33) 根據(jù)靜力學受力平衡原理，建立優(yōu)化后的橡膠支撐座支反力力學方程：其中，m為車下設備的質(zhì)量，g為重力加速度； 34) 根據(jù)步驟21)-22)求解優(yōu)化后的橡膠支撐座支反力力學方程，并獲得橡膠支撐座優(yōu) 化后的支反力。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力的獲取方法，其特 征在于，所述的許用靜撓度范圍為〇-15mm。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力的獲取方法，其特 征在于，所述的步驟31)中，車下設備固有頻率f的范圍為6~10Hz，支撐座橡膠件的動靜剛 度比d的取值范圍為1.2-4.0。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵道車輛車下設備橡膠支撐座支反力的獲取方法，其特 征在于，所述的車下設備橡膠支撐座的數(shù)量不少于4個且為偶數(shù)個。
【文檔編號】G06F17/50GK105868453SQ201610177092
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】宮島, 周勁松, 尤泰文, 季元進, 夏張輝, 孫煜
【申請人】同濟大學