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，則優化橡膠件靜撓度，并獲取優化后橡膠支撐座的支反力，直到滿足安裝要求。與現有技術相比，本發明具有原理明確、應用廣泛、速度快、精度高等優點。
【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，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 對整車系統振動的影響，這些大質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設計和強度設計的重要依據。
[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，最后輸出結果；但是，該方法計算時需要動力學參數較多，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 據，通過分析傳感器數據獲得支反力測試結果。該方法通過測試獲得支反力，其結果較為準 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，能夠實現 不同安裝數量、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、校核車下設備各支撐座內橡膠件靜撓度及驗證支撐座強度提供依據。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的就是為了克服上述現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] 本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[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，則優化橡膠件靜撓度，并獲取優化后橡膠支撐座的 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 和數量以及初始的支撐座橡膠件靜剛度；
[0013] 12)以車下設備質心為原點，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，Fi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Fi代入車下設備橡膠支撐座支反力力學方程，并 且根據初始的每個支撐座橡膠件靜剛度，求取參數Θ、#、Zl的值；
[0022] 22)將參數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，獲取優化后的支撐 座橡膠件靜燒度z/ :
[0030] 32)根據胡克定律建立每個橡膠支撐座優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個橡膠支撐座優化后的支反力，Θ'、#分別為優化后的車下設備繞 其質心的X軸方向和y軸方向的傾覆角，k/為第i個支撐座內優化后的橡膠件靜剛度，ζ/為 優化后的第i個支撐座橡膠件靜撓度；
[0033] 33)根據靜力學受力平衡原理，建立優化后的橡膠支撐座支反力力學方程：
[0035]其中，m為車下設備的質量，g為重力加速度；
[0036] 34)根據步驟21)-22)求解優化后的橡膠支撐座支反力力學方程，并獲得橡膠支撐 座優化后的支反力。
[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量不少于4個且為偶數個。
[0040] 與現有技術相比，本發明具有以下優點：
[0041] 一、速度快、精度高:本發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，模型建立繁瑣，求解時間長等缺點，克服傳統試驗方法的復雜步 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:橡膠支撐座的數量導致結構中存在多余約束，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成超靜定結 構，本發明依據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 車下設備的傾覆情況對支反力計算結果進行優化，直到滿足安裝要求，使用有關已知參數 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中橡膠支撐 座參數難以確定，設計復雜等問題。
【附圖說明】
[0043] 圖1為本發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為采用本發明計算的各橡膠支撐座支反力結果。
[0047]圖5為采用某商業軟件計算的各橡膠支撐座支反力結果。
【具體實施方式】
[0048] 下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[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:確定車下設備的質心位置及橡膠支撐座安裝位置參數，并建立車下設備橡膠 支撐座支反力力學方程。
[0052] S2:根據初始給定的支撐座內的橡膠件靜剛度，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、車下設備繞其質心的轉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。經過對比，兩者相對 誤差僅為〇. 1 %。
【主權項】
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，則優化橡膠件靜撓度，并獲取優化后橡膠支撐座的支反 力，直到滿足安裝要求。2. 根據權利要求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 量以及初始的支撐座橡膠件靜剛度； 12) 以車下設備質心為原點，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) 根據胡克定律對每個橡腔I撐座律立靜力學平衡方程：其中，Fi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為車下設備的質量，g為重力加速度。3. 根據權利要求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h代入車下設備橡膠支撐座支反力力學方程，并且根據 初始的每個支撐座橡膠件靜剛度，求取參數Θ、Zi的值； 22) 將參數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. 根據權利要求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或車下設備繞其質心的X軸方向和y軸方向的傾覆 角為準零傾覆角。5. 根據權利要求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，獲取優化后的支撐座橡 膠件靜撓度y :32) 根據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，Fi'為第i個橡膠支撐座優化后的支反力，θ'、<分別為優化后的車下設備繞其質 心的X軸方向和y軸方向的傾覆角，為第i個支撐座內優化后的橡膠件靜剛度，為優化 后的第i個支撐座橡膠件靜撓度； 33) 根據靜力學受力平衡原理，建立優化后的橡膠支撐座支反力力學方程：其中，m為車下設備的質量，g為重力加速度； 34) 根據步驟21)-22)求解優化后的橡膠支撐座支反力力學方程，并獲得橡膠支撐座優 化后的支反力。6. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求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量不少于4個且為偶數個。
【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