高速軌道車輛二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比的解析計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高速軌道車輛懸置，特別是高速軌道車輛二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比的 解析計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二系橫向懸置系統(tǒng)阻尼比對高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)計或選取，是設(shè)計二系橫向懸置系統(tǒng)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系統(tǒng)，對其進行動力學(xué)分析計算非常困 難，目前國內(nèi)外對于高速軌道車輛二系橫向懸置阻尼比的設(shè)計，一直沒有給出系統(tǒng)的解析 計算方法，大都是按經(jīng)驗選取一定的阻尼比值（通常經(jīng)驗阻尼比為0. 2~0. 4)，然后，借助 計算機技術(shù)，利用多體動力學(xué)仿真軟件SMPACK或ADAMS/Rail，通過實體建模來優(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力性能，然而， 隨著軌道車輛行駛速度的不斷提高，人們對二系橫向懸置阻尼比的設(shè)計提出了更高的要 求，目前二系橫向懸置阻尼比設(shè)計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 道車輛不斷提速情況下對減振器設(shè)計要求的發(fā)展。因此，必須建立一種準確、可靠的高速軌 道車輛二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比的解析計算方法，滿足軌道車輛不斷提速情況下對減振器 設(shè)計的要求，提高高速軌道車輛懸置系統(tǒng)的設(shè)計水平及產(chǎn)品質(zhì)量，提高車輛乘坐舒適性和 安全性；同時，降低產(chǎn)品設(shè)計及試驗費用，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，增強我國軌道車輛的國際市 場競爭力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種準確、 可靠的高速軌道車輛二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比的解析計算方法，其計算流程圖如圖1所 示；1/2車體行駛橫擺振動模型圖如圖2所示。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的高速軌道車輛二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比的 解析計算方法，其特征在于采用以下設(shè)計步驟：
[0005] (1)確定車體及輪對橫擺振動的位移頻率響應(yīng)函數(shù)〃(X... ,,、"(M,.:
[0006] 根據(jù)軌道車輛的1/2單節(jié)車體的滿載質(zhì)量m3，單個轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的質(zhì)量m2，輪對的 等效質(zhì)量Hi 1，每一輪軸重W ;-系輪對橫向定位彈簧的等效剛度Kly，中央簧的等效剛度K2y; 待設(shè)計二系橫向懸置的阻尼比ξ，其中，二系橫向減振器的安裝支數(shù)為η、等效阻尼系數(shù)
;車輪和鋼軌接觸點橫向間距的一半b，車輪踏面等效斜度λ，車輪的橫 向蠕滑系數(shù)A，車輛行駛速度V ;利用1/2車體行駛橫擺振動模型，以軌道方向不平順隨機 輸入ya為輸入激勵；以輪對質(zhì)心的橫擺位移y 1，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)心的橫擺位移y2,車體質(zhì)心的 橫擺位移73為輸出；確定車體橫擺振動位移y 3對軌道方向不平順隨機輸入y a的位移頻率 響應(yīng)函數(shù)"(風;及輪對橫擺振動位移軌道方向不平順隨機輸入y J勺位移頻率響 應(yīng)函數(shù)// (j w) i, .. ·分別為：
[0019] (2)建立基于舒適性和基于安全性的二系橫向懸置最佳阻尼比的目標函數(shù)
[0020] 根據(jù)車輛行駛速度V，軌道方向不平順大小幅值參數(shù)G，及步驟（1)中所確定的位 移頻率響應(yīng)函數(shù)//(.i~：),；，，、//(Χ? ，建立基于舒適性的二系橫向懸置最佳阻尼比的 目標函數(shù)L( U和基于安全性的二系橫向懸置最佳阻尼比的目標函數(shù)Js( U，分別為：
[0021]
[0022]
[0023] (3)建立基于舒適性和基于安全性的二系橫向懸置最佳阻尼比目標函數(shù)丄（ξ )、 Js( ξ )的解析表達式：
[0024] 根據(jù)步驟（2)中所建立的目標函數(shù)^(ξ)、JsU )，通過積分運算，建立基于舒適 性和基于安全性的二系橫向懸置最佳阻尼比目標函數(shù)丄（ξ )、Js( ξ )的解析表達式，分別 為：
[0025]
[0026]
[0027]
[0028]
[0029] LlN 丄UOlbU丄/y A yJ^ rVJ ?V /
[0047] (4)基于舒適性的二系橫向懸置最佳阻尼比ξ ^。的解析計算：
[0048] 根據(jù)車輛參數(shù)，及步驟（3)中所建立的基于舒適性的二系橫向懸置最佳阻尼比目 標函數(shù)J。（ ξ )的解析表達式，利用MATLAB，求解
的正實數(shù)根，便可得到基于舒適 性的二系橫向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比ξ。。；
[0049] (5)基于安全性的二系橫向懸置最佳阻尼比ξ Μ的解析計算：
[0050] 根據(jù)車輛參數(shù)，及步驟（3)中所建立的基于安全性的二系橫向懸置最佳阻尼比目 標函數(shù)Js( ξ )的解析表達式，利用MATLAB，求解
的正實數(shù)根，便可得到基于安全 性的二系橫向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比Icis;
[0051] (6)二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比ξ。的解析計算：
[0052] 根據(jù)步驟（4)中所求得的基于舒適性的二系橫向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比Ici。，及 步驟（5)中求得的基于安全性的二系橫向懸置系統(tǒng)的最佳阻尼比，利用黃金分割原理， 計算得到偏舒適性的二系橫向懸置系統(tǒng)的最優(yōu)阻尼比ξ。，即：
[0053]
,
[0054] 本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點：
[0055] 由于軌道車輛屬于多自由度振動系統(tǒng)，對其進行動力學(xué)分析計算非常困難，目前 國內(nèi)外對于高速軌道車輛二系橫向懸置阻尼比的設(shè)計，一直沒有給出系統(tǒng)的解析計算方 法，大都是按經(jīng)驗選取一定的阻尼比值（通常經(jīng)驗阻尼比為〇. 2~0. 4)，然后，借助計算機 技術(shù)，利用多體動力學(xué)仿真軟件SniPACK或ADAMS/Rail，通過實體建模來優(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力性能，然而，隨著軌 道車輛行駛速度的不斷提高，人們對二系橫向懸置阻尼比的設(shè)計提出了更高的要求，目前 二系橫向懸置阻尼比設(shè)計的方法不能給出具有指導(dǎo)意義的創(chuàng)新理論，不能滿足軌道車輛不 斷提速情況下對減振器設(shè)計要求的發(fā)展。
[0056] 本發(fā)明通過建立1/2車體行駛橫擺振動模型，分別以人體乘坐舒適性最佳和輪對 及輪軸受橫向力最小為設(shè)計目標，計算得到基于舒適性和安全性的二系橫向懸置系統(tǒng)的最 佳阻尼比，并利用黃金分割原理，計算得到二系橫向懸置系統(tǒng)的最優(yōu)阻尼比。通過設(shè)計實例 及SMPACK仿真驗證可知，該方法可得到準確可靠的二系橫向懸置系統(tǒng)的最優(yōu)阻尼比值， 為高速軌道車輛二系橫向懸置阻尼比的設(shè)計提供了可靠的設(shè)計方法。利用該方法，不僅可 提高高速軌道車輛懸置系統(tǒng)的設(shè)計水平及產(chǎn)品質(zhì)量，提高車輛乘坐舒適性和安全性；同時， 還可降低產(chǎn)品設(shè)計及試驗費用，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，增強我國軌道車輛的國際市場競爭力。
【附圖說明】
[0057] 為了更好地理解本發(fā)明下面結(jié)合附圖做進一步的說明。
[0058] 圖1是高速軌道車輛二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比解析計算方法的計算流程圖；
[0059] 圖2是1/2車體行駛橫擺振動模型圖；
[0060] 圖3是實施例的隨二系橫向懸置系統(tǒng)阻尼比ξ變化的曲線；
[0061] 圖4是實施例的σ;；/G隨二系橫向懸置系統(tǒng)阻尼比ξ變化的曲線。 具體實施方案
[0062] 下面通過一實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0063] 某高速軌道車輛的每臺轉(zhuǎn)向架上安裝有兩支橫向減振器，即η = 2 ;其1/2單節(jié) 車體的滿載質(zhì)量m3= 31983kg，單個轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的質(zhì)量1112= 2758kg，輪對的等效質(zhì)量Iii1 = 3442kg，每一輪軸重W = 150000N ;-系輪對橫向定位彈簧的等效剛度Kly= 9784000N/m，中 央簧的等效剛度K2y= 180000N/m ;車輪和鋼軌接觸點橫向間距的一半b = 0. 7465m，車輪踏 面等效斜度λ = 0. 15,車輪的橫向蠕滑系數(shù)f1= 16990000N ;待設(shè)計二系橫向懸置的阻尼 比為ξ，其中，二系橫向減振器的等效阻尼系數(shù)
。該高速軌道車輛二系橫 向懸置阻尼比設(shè)計所要求的車輛行駛速度V = 300km/h，對該高速軌道車輛的二系橫向懸 置阻尼比進行設(shè)計。
[0064] 本發(fā)明實例所提供的高速軌道車輛二系橫向懸置最優(yōu)阻尼比的解析計算方法，其 計算流程圖如圖1所示，1/2車體行駛橫擺振動模型圖如圖2所示，具體步驟如下：
[0065] (1)確定車體及輪對橫擺振動的位移頻率響應(yīng)函數(shù)〃(X; :
[0066] 根據(jù)軌道車輛的1/2單節(jié)車體的滿載質(zhì)量m3= 31983kg，單個轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的質(zhì)量 m2= 2758kg，輪對的等效質(zhì)量!!^= 3442kg，每一輪軸重W = 150000N ;-系輪對橫向定位彈 簧的等效剛度Kly= 9784000N/m，中央簧的等效剛度K2y= 180000N/m ;待設(shè)計二系橫向懸置 的阻尼比ξ，其中，二系橫向減振器的安裝支數(shù)為2、等效阻尼系數(shù)
；車 輪和