專利名稱：鐵道車輛抗大風(fēng)傾覆能力測試方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于模擬并驗(yàn)證鐵路車輛在大風(fēng)工況下發(fā)生傾覆可能的測試方法及其裝置，屬于軌道交通技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國內(nèi)城市軌道交通的迅速普及與車輛行駛速度的大幅提升，對于高速行駛過程中安全性能的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)難證提出了更高的要求。鐵道車輛抗大風(fēng)傾覆能力是指在特定的環(huán)境風(fēng)速和線路狀態(tài)下，車輛運(yùn)行的運(yùn)行限速曲線，即反映某個(gè)傾覆系數(shù)限值下運(yùn)行限速(X軸)_風(fēng)速級別(y軸)對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)GB_5599_85鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，傾覆系數(shù)用于鑒定試驗(yàn)車輛在側(cè)向風(fēng)力、離心力、振動慣性力、線路激擾等因素共同作用下是否會導(dǎo)致車輛傾覆D，計(jì)算公式為:其中，Pd為同一側(cè)車輪的動載荷，Pst為車輪的靜載荷；影響鐵道車輛傾覆狀態(tài)的相關(guān)要素主要包括有作用在車體上的氣動力，即由風(fēng)載荷作用在車體上形成的氣動升力、橫向力、傾覆力矩等。當(dāng)然也包括有車輛運(yùn)行狀態(tài)下車體自身重力、離心力、振動慣性力等、以及作用在車輪上的軌道激勵，轉(zhuǎn)向架的簧間質(zhì)量分布和懸掛系統(tǒng)特性等等因素。`在鐵道車輛線路試驗(yàn)時(shí)，由于傾覆臨界工況的危險(xiǎn)性，外界風(fēng)載荷的不可控和隨機(jī)性，以及軌道狀態(tài)的不確定性等，僅能測定車輪靜載荷和動載荷，無法得出某個(gè)傾覆系數(shù)限值下運(yùn)行限速-風(fēng)速級別的曲線圖。因此通過線路試驗(yàn)，不足以全面測試評估鐵道車輛的抗大風(fēng)傾覆性能。無法在可控狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)影響鐵道車輛傾覆狀態(tài)相關(guān)要素的再現(xiàn)與具體測定。有鑒于此，特提出本專利申請。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述的鐵道車輛抗大風(fēng)傾覆能力測試方法及其裝置，其目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而在實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)可控地測量抗大風(fēng)傾覆能力，通過模擬車體加載平臺向車輪施加的變量力與力矩，實(shí)現(xiàn)具體的試驗(yàn)規(guī)范與流程以期提高驗(yàn)證車體受力是否會形成傾覆可能性的準(zhǔn)確性，為后續(xù)有針對性地實(shí)施車輛抗傾覆能力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、效果評估奠定試驗(yàn)基礎(chǔ)，并提供校驗(yàn)車輛仿真計(jì)算模型的正確性和可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，所述鐵道車輛抗大風(fēng)傾覆能力測試方法如下:在設(shè)定車輛運(yùn)行速度、風(fēng)速、風(fēng)與車體之間迎風(fēng)夾角的基礎(chǔ)上，進(jìn)行車輛空氣動力學(xué)測算以得出車體質(zhì)量中心受到的氣動橫向力Fy、氣動垂向力Fz和氣動力矩Mx。在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上的改進(jìn)方案是，采用包括有加載橫梁、模擬車體加載平臺和模擬軌道平臺的測試裝置，在模擬軌道平臺與車輪之間安裝有多自由度力傳感器；設(shè)定多組Fy(n)，F(xiàn)z(n)和Μχ(η) (η是整數(shù))，是通過模擬車體加載平臺施加于車輪的橫向力、垂向力和力矩；由多自由度力傳感器測定車輪受到的靜載荷Pst、動載荷Pd ；通過測定動載荷Pd，以驗(yàn)證在某一組Fy(n)，F(xiàn)z(n)和Mx(n)的情況下，是否達(dá)到或超過所設(shè)定傾覆系數(shù)D的限值，從而驗(yàn)證鐵道車輛是否會發(fā)生傾覆；Fy(n), Fz(n)和Mx(n)符合下述表達(dá)式，
權(quán)利要求
1.一種鐵道車輛抗大風(fēng)傾覆能力測試方法，在設(shè)定車輛運(yùn)行速度、風(fēng)速、風(fēng)與車體之間迎風(fēng)夾角的基礎(chǔ)上，進(jìn)行車輛空氣動力學(xué)測算以得出車體質(zhì)量中心受到的氣動橫向力Fy、氣動垂向力Fz和氣動力矩Mx，其特征在于:采用包括有加載橫梁(10)、模擬車體加載平臺(I)和模擬軌道平臺(3)的測試裝置，在模擬軌道平臺(3)與車輪(4)之間安裝有多自由度力傳感器(6)； 設(shè)定多組Fy(n)，F(xiàn)z(n)和Μχω(η是整數(shù))，是通過模擬車體加載平臺(I)施加于車輪(4)的橫向力、垂向力和力矩； 由多自由度力傳感器(6)測定車輪⑷受到的靜載荷Pst、動載荷Pd ； 通過測定動載荷Pd，以驗(yàn)證在某一組Fy(n)，F(xiàn)z(n)和Mx(n)的情況下，是否達(dá)到或超過所設(shè)定傾覆系數(shù)D的限值，從而驗(yàn)證鐵道車輛是否會發(fā)生傾覆； 傾覆系數(shù)D符合下述表達(dá)式，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵道車輛抗大風(fēng)傾覆能力測試方法，其特征在于:將模擬車體加載平臺(I)分別地連接第一垂向作動器(11)、第二垂向作動器(12)和第一橫向作動器(13)； 模擬車體加載平臺(I)通過中央牽引裝置和二系懸掛裝置承載于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架(2)，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架(2)通過一系懸掛裝置和軸箱承載于車輪(4)，車輪(4)承載于設(shè)置在模擬軌道平臺(3)上的軌道工裝(5)，在模擬軌道平臺(3)與軌道工裝(5)之間安裝有多自由度力傳感器(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵道車輛抗大風(fēng)傾覆能力測試方法，其特征在于:將模擬軌道平臺⑶分別連接一組垂向作動器(14)、橫向作動器(15)和縱向作動器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的鐵道車輛抗大風(fēng)傾覆能力測試方法，其特征在于:包括有以下實(shí)施步驟， 第一步，安裝被試工件， 在模擬車體加載平臺(I)上安裝用于連接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架(2)的連接工件， 在模擬軌道平臺(3)上、對應(yīng)車輪(4)的位置安裝多自由度力傳感器(6)，將模擬車體加載平臺(I)固定連接垂向作動器和橫向作動器； 第二步，測定靜載荷Pst、設(shè)定模擬車體加載平臺(I)的初始平衡位置； 第三步，按設(shè)定的力與力矩進(jìn)行加載與測算； 測得模擬車體加載平臺(I)的初始質(zhì)量中心的坐標(biāo)(％，&)，旋轉(zhuǎn)角度Gtl為O; 在執(zhí)行第η個(gè)加載時(shí)間段時(shí)，確定模擬車體加載平臺(I)上各個(gè)作動器當(dāng)前輸出的加載力F1(n)，Κω和F3(n)，以實(shí)現(xiàn)模擬車輪⑷受到的Fy(n)，F(xiàn)z(n)和力矩Mx(n)； 第四步，根據(jù)測得的動載荷Pd計(jì)算傾覆系數(shù)， 若達(dá)到限值，則鎖定各個(gè)作動器的長度，終止以上步驟的迭代； 若未達(dá)到限值，判斷作動器長度是否有變化，若無變化，則表明模擬車體加載平臺(I)進(jìn)入另一個(gè)平衡狀態(tài)，說明在某一組Fy(n)，F(xiàn)z(n)和Mx(n)情況下，鐵路車輛是不會發(fā)生傾覆的，終止迭代；若作動器長度有變化，則進(jìn)入第(n+1)步迭代； 在終止迭代的情況下，重復(fù)上述第三步至第四步的測算與迭代，以驗(yàn)證下一組Fy(n)，F(xiàn)z (n)和 Mx (n)。
5.實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至4所述鐵道車輛抗大風(fēng)傾覆能力測試方法的測試裝置，其特征在于:包括有加載橫梁(10)、模擬車體加載平臺(I)和模擬軌道平臺(3)； 在加載橫梁(10)與模擬車體加載平臺(I)之間，連接第一垂向作動器(11)、第二垂向作動器(12)和第一橫 向作動器(13)； 模擬車體加載平臺(I)通過中央牽引裝置和二系懸掛裝置承載于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架(2)，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架(2)通過一系懸掛裝置和軸箱承載于車輪(4)，車輪(4)承載于設(shè)置在模擬軌道平臺(3)上的軌道工裝(5)，在模擬軌道平臺(3)與軌道工裝(5)之間安裝有多自由度力傳感器(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵道車輛抗大風(fēng)傾覆能力測試裝置，其特征在于:模擬軌道平臺(3)分別連接一組垂向作動器(14)、兩組相對方向安裝的橫向作動器(15)和兩組相對方向安裝的縱向作動器。
全文摘要
本發(fā)明所述的鐵道車輛抗大風(fēng)傾覆能力測試方法及其裝置，在實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)可控地測量抗大風(fēng)傾覆能力，通過模擬車體加載平臺向車輪施加的變量力與力矩，實(shí)現(xiàn)具體的試驗(yàn)規(guī)范與流程以期提高驗(yàn)證車體受力是否會形成傾覆可能性的準(zhǔn)確性，為后續(xù)有針對性地實(shí)施車輛抗傾覆能力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、效果評估奠定試驗(yàn)基礎(chǔ)，并提供校驗(yàn)車輛仿真計(jì)算模型的正確性和可靠性。測試方法是在測算得出車體質(zhì)量中心受到的氣動橫向力Fy、氣動垂向力Fz和氣動力矩Mx基礎(chǔ)上，設(shè)定多組Fy(n)，F(xiàn)z(n)和Mx(n)(n是整數(shù))，是通過模擬車體加載平臺施加于車輪的橫向力、垂向力和力矩；測定動載荷Pd以驗(yàn)證是否達(dá)到或超過所設(shè)定傾覆系數(shù)D的限值，從而驗(yàn)證鐵道車輛是否會發(fā)生傾覆。
文檔編號G01M17/08GK103175698SQ201110428848
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者李海濤, 張洪, 宋曉文, 虞大聯(lián), 張志強(qiáng), 陳大偉, 王斌, 趙長龍, 王曉軍, 徐冠基, 斯蒂文海格 申請人:南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司