低速軌道車輛二系垂向懸置最佳阻尼比的解析計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及低速軌道車輛懸置，特別是低速軌道車輛二系垂向懸置最佳阻尼比的 解析計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二系垂向懸置系統(tǒng)阻尼比對(duì)低速軌道車輛的乘坐舒適性和安全性具有重要的影 響，其設(shè)計(jì)或選取，是設(shè)計(jì)二系垂向減振器閥系參數(shù)所依據(jù)的重要參數(shù)。然而，據(jù)所查閱資 料可知，由于軌道車輛屬于多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算非常困難，目前國 內(nèi)外對(duì)于低速軌道車輛二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)，一直沒有給出系統(tǒng)的解析計(jì)算方法， 大都是按經(jīng)驗(yàn)選取一定的阻尼比值（通常經(jīng)驗(yàn)阻尼比為0. 2~0. 45)，然后，借助計(jì)算機(jī)技 術(shù)，利用多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件SMPACK或ADAMS/Rail，通過實(shí)體建模來優(yōu)化和確定其大小， 盡管該方法可以得到比較可靠的仿真數(shù)值，使車輛具有較好的動(dòng)力性能，然而，隨著軌道車 輛行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，目前二系垂向 懸置阻尼比設(shè)計(jì)的方法不能給出具有指導(dǎo)意義的創(chuàng)新理論，不能滿足軌道車輛快速發(fā)展情 況下對(duì)減振器設(shè)計(jì)要求的發(fā)展。因此，必須建立一種準(zhǔn)確、可靠的低速軌道車輛二系垂向懸 置最佳阻尼比的解析計(jì)算方法，滿足軌道車輛快速發(fā)展情況下對(duì)減振器設(shè)計(jì)的要求，提高 低速軌道車輛懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平及產(chǎn)品質(zhì)量，提高車輛乘坐舒適性和安全性；同時(shí)，降低 產(chǎn)品設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)我國軌道車輛的國際市場競爭力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種準(zhǔn)確、 可靠的低速軌道車輛二系垂向懸置最佳阻尼比的解析計(jì)算方法，其計(jì)算流程圖如圖1所 示；低速軌道車輛1/4車體四自由度行駛垂向振動(dòng)模型圖如圖2所示。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的低速軌道車輛二系垂向懸置最佳阻尼比的 解析計(jì)算方法，其特征在于采用以下設(shè)計(jì)步驟：
[0005] (1)確定車體垂向振動(dòng)位移頻率響應(yīng)函數(shù)
[0006] 根據(jù)軌道車輛的1/4單節(jié)車體的滿載質(zhì)量m2，單個(gè)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)量的一半m1;每 軸箱定位裝置的垂向等效剛度K1;二系垂向懸置的剛度K2;待設(shè)計(jì)二系垂向懸置的阻尼比
剛度Kd2;利用低速軌道車輛1/4車體四自由度行駛垂向振動(dòng)模型，以軌道高低不平順隨機(jī) 輸入zv為輸入激勵(lì)；以轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)心的垂向位移zi，二系垂向減振器活塞桿的垂向位移 zd2及車體質(zhì)心的垂向位移z2為輸出；確定車體垂向振動(dòng)位移z2對(duì)軌道高低不平順隨機(jī)輸 入％的頻率響應(yīng)函數(shù)_，即：
[0013] (2)建立二系垂向懸置最佳阻尼比的目標(biāo)函數(shù)JU):
[0014] 根據(jù)車輛行駛速度V，軌道高低不平順大小幅值參數(shù)G，及步驟（1)中所確定的 車體垂向振動(dòng)位移頻率響應(yīng)函數(shù)〃(j~建立二系垂向懸置最佳阻尼比的目標(biāo)函數(shù) J(U，即：
[0016] (3)建立二系垂向懸置最佳阻尼比目標(biāo)函數(shù)JU)的解析表達(dá)式：
[0017] 根據(jù)步驟（2)中所建立的目標(biāo)函數(shù)JU)，通過積分運(yùn)算，建立二系垂向懸置最佳 阻尼比目標(biāo)函數(shù)JU)的解析表達(dá)式，即：
[0019]式中，
[0027] (4)低速軌道車輛二系垂向懸置最佳阻尼比I。的解析計(jì)算：
[0028] 根據(jù)車輛參數(shù)，及步驟（3)中所建立的二系垂向懸置最佳阻尼比目標(biāo)函數(shù)JU)
懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比I。。
[0029] 本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)：
[0030] 由于軌道車輛屬于多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算非常困難，目前 國內(nèi)外對(duì)于低速軌道車輛二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)，一直沒有給出系統(tǒng)的解析計(jì)算方 法，大都是按經(jīng)驗(yàn)選取一定的阻尼比值（通常經(jīng)驗(yàn)阻尼比為〇. 2~0. 45)，然后，借助計(jì)算機(jī) 技術(shù)，利用多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件SniPACK或ADAMS/Rail，通過實(shí)體建模來優(yōu)化和確定其大 小，盡管該方法可以得到比較可靠的仿真數(shù)值，使車輛具有較好的動(dòng)力性能，然而，隨著軌 道車輛行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，目前二系 垂向懸置阻尼比設(shè)計(jì)的方法不能給出具有指導(dǎo)意義的創(chuàng)新理論，不能滿足軌道車輛快速發(fā) 展情況下對(duì)減振器設(shè)計(jì)要求的發(fā)展。
[0031] 本發(fā)明通過建立低速軌道車輛1/4車體四自由度行駛垂向振動(dòng)模型，利用隨機(jī)振 動(dòng)理論建立了二系垂向懸置最佳阻尼比的目標(biāo)函數(shù)，并通過解析計(jì)算，得到低速軌道車輛 二系垂向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比。通過設(shè)計(jì)實(shí)例及SMPACK仿真驗(yàn)證可知，該方法可得到 準(zhǔn)確可靠的二系垂向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比值，為低速軌道車輛二系垂向懸置阻尼比的設(shè) 計(jì)提供了可靠的設(shè)計(jì)方法。利用該方法，不僅可提高低速軌道車輛懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平及 產(chǎn)品質(zhì)量，提高車輛乘坐舒適性；同時(shí)，還可降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期， 增強(qiáng)我國軌道車輛的國際市場競爭力。
【附圖說明】
[0032] 為了更好地理解本發(fā)明下面結(jié)合附圖做進(jìn)一步的說明。
[0033] 圖1是低速軌道車輛二系垂向懸置最佳阻尼比解析計(jì)算方法的計(jì)算流程圖；
[0034] 圖2是低速軌道車輛1/4車體四自由度行駛垂向振動(dòng)模型圖；
[0035] 圖3是實(shí)施例的《/(VC)隨二系垂向懸置系統(tǒng)阻尼比I變化的曲線。 具體實(shí)施方案
[0036] 下面通過一實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0037] 某低速軌道車輛的1/4單節(jié)車體的滿載質(zhì)量m2= 14228kg，單個(gè)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)量 的一半Hi1= 1155kg;每軸箱定位裝置的垂向等效剛度K1= 1.48X106N/m;二系垂向懸置的 剛度K2= 561. 68kN/m;二系垂向減振器的端部連接剛度Kd2= 20X10 6N/m;待設(shè)計(jì)二系垂
車輛二系垂向懸置的最佳阻尼比進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0038] 本發(fā)明實(shí)例所提供的低速軌道車輛二系垂向懸置最佳阻尼比的解析計(jì)算方法，其 計(jì)算流程圖如圖1所示，低速軌道車輛1/4車體四自由度行駛垂向振動(dòng)模型圖如圖2所示， 具體步驟如下：
[0039] (1)確定車體垂向振動(dòng)位移頻率響應(yīng)函數(shù)〃(X. :
[0040] 根據(jù)軌道車輛的1/4單節(jié)車體的滿載質(zhì)量m2= 14228kg，單個(gè)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)量的 一半Hi1= 1155kg;每軸箱定位裝置的垂向等效剛度K1= 1.48X106N/m;二系垂向懸置的剛 度K2= 561. 68kN/m;待設(shè)計(jì)二系垂向懸置的阻尼比I，其中，二系垂向減振器的等效阻尼
車輛1/4車體四自由度行駛垂向振動(dòng)模型，以軌道高低不平順隨機(jī)輸入Zv為輸入激勵(lì)；以 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)心的垂向位移Z1，二系垂向減振器活塞桿的垂向位移zd2及車體質(zhì)心的垂向 位移4為輸出；確定車體垂向振動(dòng)位移z2對(duì)軌道高低不平順隨機(jī)輸入z￥的頻率響應(yīng)函數(shù)
[0047] (2)建立二系垂向懸置最佳阻尼比的目標(biāo)函數(shù)JU):
[0048] 根據(jù)車輛行駛速度V，軌道高低不平順大小幅值參數(shù)G，及步驟（1)中所確定的 車體垂向振動(dòng)位移頻率響應(yīng)函數(shù)〃 建立二系垂向懸置最佳阻尼比的目標(biāo)函數(shù) J(U，即：
[0050] (3)建立二系垂向懸置最佳阻尼比目標(biāo)函數(shù)JU)的解析表達(dá)式：
[0051] 根據(jù)步驟（2)中所建立的目標(biāo)函數(shù)JU)，通過積分運(yùn)算，建立二系垂向懸置最佳 阻尼比目標(biāo)函數(shù)JU)的解析表達(dá)式，即：
[0053]式中，
[0061] (4)低速軌道車輛二系垂向懸置最佳阻尼比I。的解析計(jì)算：
[0062] 根據(jù)車輛參數(shù)，及步驟（3)中所建立的二系垂向懸置最佳阻尼比目標(biāo)函數(shù)JU) 的解析表達(dá)式，利用MATLAB，求得低速軌道車輛二系垂向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比Ic = 0. 3115 ；
[0063] 其中，< 隨二系垂向懸置系統(tǒng)阻尼比I變化的曲線，如圖3所示。
[0064] 根據(jù)實(shí)施例所提供的車輛參數(shù)，利用軌道車輛專用軟件SMPACK，通過實(shí)體建模 仿真驗(yàn)證可得，該低速軌道車輛二系垂向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比I。= 0.3101 ;可知，解 析計(jì)算所得到的低速軌道車輛二系垂向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比C。= 0. 3115,與SniPACK仿真驗(yàn)證所得到的最佳阻尼比I 0. 3101相吻合，兩者偏差僅為0. 0014,相對(duì)偏差僅為 0.45%，表明所建立的低速軌道車輛二系垂向懸置最佳阻尼比的解析計(jì)算方法是正確的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.低速軌道車輛二系垂向懸置最佳阻尼比的解析計(jì)算方法，其具體設(shè)計(jì)步驟如下： (1) 確定車體垂向振動(dòng)位移頻率響應(yīng)函數(shù)7/(.i~; 根據(jù)軌道車輛的1/4單節(jié)車體的滿載質(zhì)量m2，單個(gè)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)量的一半m1;每軸箱 定位裝置的垂向等效剛度K1;二系垂向懸置的剛度K2;待設(shè)計(jì)二系垂向懸置的阻尼比ξ，其 中，二系垂向減振器的等效阻尼系數(shù)C2 ;二系垂向減振器的端部連接等效剛度 Kd2;利用低速軌道車輛1/4車體四自由度行駛垂向振動(dòng)模型，以軌道高低不平順隨機(jī)輸入 zv為輸入激勵(lì)；以轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)心的垂向位移z i，二系垂向減振器活塞桿的垂向位移Zd2及 車體質(zhì)心的垂向位移22為輸出；確定車體垂向振動(dòng)位移z 2對(duì)軌道高低不平順隨機(jī)輸入z v 的頻率響應(yīng)函數(shù)〃 ，即：(2) 建立二系垂向懸置最佳阻尼比的目標(biāo)函數(shù)Κξ): 根據(jù)車輛行駛速度V，軌道高低不平順大小幅值參數(shù)G，及步驟（1)中所確定的車體 垂向振動(dòng)位移頻率響應(yīng)函數(shù)〃，建立二系垂向懸置最佳阻尼比的目標(biāo)函數(shù)J( ξ )， 即：(3) 建立二系垂向懸置最佳阻尼比目標(biāo)函數(shù)Κξ)的解析表達(dá)式： 根據(jù)步驟（2)中所建立的目標(biāo)函數(shù)Κξ)，通過積分運(yùn)算，建立二系垂向懸置最佳阻尼 比目標(biāo)函數(shù)J(I)的解析表達(dá)式，即：(4)低速軌道車輛二系垂向懸置最佳阻尼比Ici的解析計(jì)算： 根據(jù)車輛參數(shù)，及步驟（3)中所建立的二系垂向懸置最佳阻尼比目標(biāo)函數(shù)J(I)的解( 析表達(dá)式，利用MATLAB，求解- 1的正實(shí)數(shù)根，便可得到低速軌道車輛二系垂向懸置 系統(tǒng)的最佳阻尼比ξ。。
【專利摘要】本發(fā)明涉及低速軌道車輛二系垂向懸置最佳阻尼比的解析計(jì)算方法，屬于低速軌道車輛懸置技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過建立低速軌道車輛1/4車體四自由度行駛垂向振動(dòng)模型，利用隨機(jī)振動(dòng)理論建立了二系垂向懸置最佳阻尼比的目標(biāo)函數(shù)，并通過解析計(jì)算，得到低速軌道車輛二系垂向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比。通過設(shè)計(jì)實(shí)例及SIMPACK仿真驗(yàn)證可知，該方法可得到準(zhǔn)確可靠的二系垂向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比值，為低速軌道車輛二系垂向懸置阻尼比的設(shè)計(jì)提供了可靠的設(shè)計(jì)方法。利用該方法，不僅可提高低速軌道車輛懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平及產(chǎn)品質(zhì)量，提高車輛乘坐舒適性；同時(shí)，還可降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)我國軌道車輛的國際市場競爭力。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105069259
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510557946
【發(fā)明人】周長城, 于曰偉, 趙雷雷
【申請(qǐng)人】山東理工大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年9月6日