高速軌道車輛座椅懸置最佳阻尼比的解析計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高速軌道車輛懸置，特別是高速軌道車輛座椅懸置最佳阻尼比的解析 計算方法。
【背景技術】
[0002] 座椅懸置系統阻尼比對高速軌道車輛的乘坐舒適性具有重要的影響，其設計或選 取，是設計座椅懸置系統減振器閥系參數所依據的重要參數。然而，據所查閱資料可知，由 于軌道車輛屬于多自由度振動系統，對其進行動力學分析計算非常困難，目前國內外對于 座椅懸置最佳阻尼比的設計，一直沒有給出系統的解析計算方法，大都是借助計算機技術， 利用多體動力學仿真軟件SIMPACK或ADAMS/Rail，通過實體建模來優化和確定其大小，盡 管該方法可以得到比較可靠的仿真數值，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，人們對座椅懸置阻尼比的設計提出了更高的要求，目前座椅懸置阻 尼比設計的方法不能給出具有指導意義的創新理論，不能滿足軌道車輛不斷提速情況下對 減振器設計要求的發展。因此，必須建立一種準確、可靠的高速軌道車輛座椅懸置最佳阻 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計的要求，提高高速軌道 車輛懸置系統的設計水平及產品質量，提高車輛乘坐舒適性；同時，降低產品設計及試驗費 用，縮短產品設計周期，增強我國軌道車輛的國際市場競爭力。
【發明內容】
[0003] 針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種準確、 可靠的高速軌道車輛座椅懸置最佳阻尼比的解析計算方法，其計算流程圖如圖1所示；1/4 車體-座椅行駛垂向振動模型圖如圖2所示。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明所提供的高速軌道車輛座椅懸置最佳阻尼比的解析 計算方法，其特征在于采用以下設計步驟：
[0005] (1)確定座椅垂向振動位移頻率響應函數〃(少)_; Zt ;
[0006] 根據軌道車輛的1/4單節車體的空載質量m2，單個轉向架構架質量的一半nv 1/4 單節車廂乘坐人員質量之和m3;-系懸架的垂向等效剛度K i、垂向等效阻尼C1;一系垂向減 振器的端部連接等效剛度Kdl;二系懸置的垂向剛度K 2、垂向阻尼C2;二系垂向減振器的端 部連接剛度Kd2;座椅懸置的垂向等效剛度K 3;待設計座椅懸置的阻尼比ξ，其中，座椅懸置 減振器的等效阻尼系數6 = 2$/^ ;利用1/4車體-座椅行駛垂向振動模型，以軌道高低 不平順隨機輸入Zv為輸入激勵；以一系垂向減振器活塞桿的垂向位移ζ dl，轉向架構架質心 的垂向位移Z1，二系垂向減振器活塞桿的垂向位移zd2，車體質心的垂向位移Z2及座椅面的 垂向位移2 3為輸出；確定座椅垂向振動位移z 3對軌道高低不平順隨機輸入z v的頻率響應 函數//(jw)_ :，.即： CN 105138784 A 說明書 2/9 頁
[0025] (2)建立座椅懸置最佳阻尼比的目標函數J( ξ ):
[0026] 根據車輛行駛速度V，軌道高低不平順大小幅值參數G，及步驟（1)中所確定的 座椅垂向振動位移頻率響應函數. v，建立座椅懸置最佳阻尼比的目標函數J( ξ )， 即：
[0027]
[0028] (3)建立座椅懸置最佳阻尼比目標函數J ( ξ )的解析表達式：
[0029] 根據步驟（2)中所建立的目標函數Κξ)，通過積分運算，建立座椅懸置最佳阻尼 比目標函數J(I)的解析表達式，即：
[0030]
[0031] 式中， CN 105138784 A h/l 3/y 貝
[0034]其中， CN 105138784 A ^ 4/y 貝
[0052] (4)座椅懸置最佳阻尼比ξ。的解析計算：
[0053] 根據車輛參數，及步驟（3)中所建立的座椅懸置最佳阻尼比目標函數J( ξ )的解 CN 105138784 A 兄明書 5/9 頁 析表達式，利用MATLAB，求解
的正實數根，便可得到座椅懸置系統的最佳阻尼比 ^ 〇°
[0054] 本發明比現有技術具有的優點：
[0055] 由于軌道車輛屬于多自由度振動系統，對其進行動力學分析計算非常困難，目前 國內外對于座椅懸置最佳阻尼比的設計，一直沒有給出系統的解析計算方法，大都是借助 計算機技術，利用多體動力學仿真軟件SMPACK或ADAMS/Rail，通過實體建模來優化和確 定其大小，盡管該方法可以得到比較可靠的仿真數值，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，人們對座椅懸置阻尼比的設計提出了更高的要求，目 前座椅懸置阻尼比設計的方法不能給出具有指導意義的創新理論，不能滿足軌道車輛不斷 提速情況下對減振器設計要求的發展。
[0056] 本發明通過建立軌道車輛1/4車體-座椅行駛垂向振動模型，利用隨機振動理論 建立了座椅懸置最佳阻尼比的目標函數，并通過解析計算，得到座椅懸置系統的最佳阻尼 比。通過設計實例及SMPACK仿真驗證可知，該方法可得到準確可靠的座椅懸置系統的最 佳阻尼比值，為高速軌道車輛座椅懸置阻尼比的設計提供了可靠的設計方法。利用該方法， 不僅可提高高速軌道車輛懸置系統的設計水平及產品質量，提高車輛乘坐舒適性；同時，還 可降低產品設計及試驗費用，縮短產品設計周期，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明下面結合附圖做進一步的說明。
[0058] 圖1是高速軌道車輛座椅懸置最佳阻尼比解析計算方法的計算流程圖；
[0059] 圖2是1/4車體-座椅彳丁駛垂向振動模型圖；
[0060] 圖3是實施例的σ；2 /(O)隨座椅懸置系統阻尼比ξ變化的曲線。 具體實施方案
[0061] 下面通過一實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0062] 某高速軌道車輛的1/4單節車體的空載質量m2= 14398kg，單個轉向架構架質 量的一半Hi1= 1379kg，1/4單節車廂乘坐人員質量之和m 3= 1593. 8kg ; -系懸架的垂向 等效剛度K1= 2. 74X 10 6N/m、垂向等效阻尼C1= 28. 3kN. s/m ; -系垂向減振器的端部 連接等效剛度Kdl= 40X 10 6N/m;二系懸置的垂向剛度K2