CN104361256A

CN104361256A - 一种机车车体垂向刚度估算方法

Info

Publication number: CN104361256A
Application number: CN201410720345.4A
Authority: CN
Inventors: 王毅; 杨毓康; 李静; 隆孝军; 江太宏
Original assignee: CSR Ziyang Locomotive Co Ltd
Current assignee: CRRC Ziyang Co Ltd
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: CN104361256B

Abstract

本发明公开了一种机车车体垂向刚度估算方法，包括如下步骤：步骤一、确定机车总体设计方案；步骤二、确定包括边梁长度、边梁形式、梁截面参数、车体截面和设备布置的车体方案及设计车型的前后旁承中心距L1、车体及上部载荷F1、截面惯性矩I1、机车中部挠度Y1；步骤三、从现有机车车型数据库中选取与设计车型相似的机车车型，并从该相似车型中获得前后旁承中心距L2、车体及上部载荷F2、截面惯性矩I2、机车中部挠度Y2；步骤四、计算车型比较系数；步骤五、计算机车中部挠度；步骤六、刚度评定等。本发明的估算结果具有较高的精确度，并且估算速度快，在数据齐备情况下，只需要几分钟。

Description

一种机车车体垂向刚度估算方法

技术领域

本发明涉及一种机车车体垂向刚度估算方法。

背景技术

在机车设计过程中，方案设计期间由于机车设计方案变化频繁，方案多，因此要求快速得到各项设计数据，机车车架垂向刚度是一项关键数据，如果机车方案在最初就有很好的垂向刚度，那么机车设计过程中就可以提高设计效率。

现在，国内外对机车车体垂向刚度的计算主要是靠对车体进行仿真分析得到，其分析过程需要较长的时间，一般在10天以上，不适合在方案设计期间使用，因此，在方案设计期间没有明确的估算机车垂向刚度的计算方法，对垂向刚度的估算则是依靠设计师的设计经验进行简单估算，没有明确的方法，计算精度不高。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种机车车体垂向刚度估算方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种机车车体垂向刚度估算方法，包括如下步骤：

步骤一、确定机车总体设计方案；

步骤二、确定包括边梁长度、边梁形式、梁截面参数、车体截面和设备布置的车体方案及设计车型的前后旁承中心距L1、车体及上部载荷F1、截面惯性矩I1、机车中部挠度Y1；

步骤三、从现有机车车型数据库中选取与设计车型相似的机车车型，并从该相似车型中获得前后旁承中心距L2、车体及上部载荷F2、截面惯性矩I2、机车中部挠度Y2；

步骤四、计算车型比较系数：

(1)前后旁承中心距比较系数P：

P＝L1/L2

(2)比较系数F：

F＝F1/F2

(3)比较系数I：

I＝I1/I2

步骤五、计算机车中部挠度：

(1)计算机车中部挠度比较系数Y：

Y = \frac{F \times P^{3}}{I}

(2)计算机车中部挠度Y1：

Y1＝Y×Y2

步骤六、刚度评定：

(1)计算机车挠跨比Y1/L，其中：L为车辆定距；

(2)判断挠跨比是否小于等于设定的评定标准：如果是则判定车体垂向刚度满足设计要求，估算结束；如果否，则返回步骤一。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明方法是将设计车型和类似的已有车型进行对比，分析结构数据和垂向刚度数据的关系，依靠力学公式进行推导，得到计算公式，在已有设计类似机车车体数据及垂向刚度数据的情况下，根据公式对比估算机车车体垂向刚度，其结果具有较高的精确度，并且估算速度快，在数据齐备情况下，只需要几分钟。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明方法的流程原理图。

具体实施方式

一种机车车体垂向刚度估算方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一、机车设计方案

根据机车研究项目要求或机车产品合同要求，对机车进行初步的设计，确定机车总体设计方案，方案数据为刚度估算的基础。

步骤二、车体方案

根据机车总体设计方案，确定车体方案，车体方案包括：边梁长度、边梁形式、梁截面参数、车体截面、设备布置等，然后确定设计车型的以下主要参数具体数据：前后旁承中心距L1、车体及上部载荷F1、截面惯性矩I1等参数。

机车设计中，对机车刚度影响因素很多，影响大小不一，上述只考虑了影响最大的几个参数，能以最快速度得到方案刚度计算数据，为方案设计提供参考。为了得到更精确的估算结果，还应确定设计车型的更多的参数，如：载荷向中部集中，旁承刚度变化等。(注意：计算的影响因素越多时，将需要更多的参数，花费的时间也越多，估算的实效性也越差。)

步骤三、寻找类似车型

从现有机车车型数据库中选取与设计车型相似(包括机车结构型式、使用类型、设备布置等相似)的机车车型，并从该相似车型中获得以下数据：前后旁承中心距L2、车体及上部载荷F2、截面惯性矩I2、机车中部挠度Y2等参数。

为了得到更精确的估算结果，还应从该相似车型中获得更多的参数，如：载荷向中部集中，旁承刚度变化等。这些参数应与设计机车方案有明确的可对比性。

步骤四、计算车型比较系数：

(1)前后旁承中心距比较系数P：

P＝L1/L2

(2)比较系数F：

F＝F1/F2

(3)比较系数I：

I＝I1/I2

(4)其它因素影响系数X：

由于机车设计比较复杂，方案设计时机车方案均比较粗略，在估算过程中，一般只考虑主要因素，当方案数据比较明确且其它因素影响较大时，也应考虑。应当注意：其它因素不是影响机车挠度的主要因素，各因素的影响系数X计算方式是不同的。在此处仅以载荷向中部集中和旁承刚度影响为例，确定因素影响系数X。

1)载荷向中部集中的影响

在机车设计中，整车的质心一般在机车中心，但是设备布置不同，载荷在车架上的分布就不同，导致车架的挠度就不同，因此在本方法中，需要考虑载荷向中部集中的影响前提：比较中的两个车型大部分载荷分布比较均匀，具有可比性，只有某个设备位置具有较大变化，该设备具有特点：质量较大(在整车中的比重越大，影响越大)、位置变动较大(位置变动越大，影响越大)、其位置在机车前后旁承之间。(方法中认为，小质量设备小范围变动位置对机车挠度的影响可以忽略不计，且机车大质量设备不会分布在机车两端。)

假设：

两车型比较中发现设计车型中只有某设备位置有较大变化，其位置均在前后旁承之间，设备质量占设计机车上部总质量的百分比m基本一致，该设备在方法中的类似车型里，质心距近端旁承中心与旁承中心距比值为a1(0.1<a1<0.5)，在设计车型里，质心距近端旁承中心与旁承中心距比值为a2(0.1<a2<0.5)。

则有X估算公式：

X = 1 + (\frac{a_{2}^{3} - a_{2}^{3}_{4}}{a_{1}^{3} - a_{1}^{3}_{4}} - 1) m

对有多个质量变动时，上式中的m、a1、a2变化为mi、a1i、a2i，其中i＝1,2......n，估算公式变化为：

应当注意，考虑载荷集中因素影响的载荷越多，其余载荷在两个比较车型中的分布将趋于不一致，直到所有载荷单独考虑，那将不是这个公式可以进行的，而应该建立机车方案模型，进行详细计算。

2)旁承刚度影响确定：

经对同一车架结构进行分析，发现旁承刚度变化对车架挠度具有一定影响，不同车架的影响又有不同，为估算方便，可以简化为：旁承刚度变大(小)10倍，车架中部挠度值变小(大)约4％，其变化可以用线性简化。即：旁承刚度变大(小)a倍，车架中部挠度值变小(大)约a*0.4％，确定影响系数X计算为：X＝1-a*0.4％，其中：旁承刚度变大a为正值，变小为负值。

3)对有多个其它因素共同考虑时，最终的影响系数X为各因素确定的系数之积。

步骤五、计算机车中部挠度：

(1)计算机车中部挠度比较系数Y：

Y = \frac{F \times P^{3}}{I}

(2)计算机车中部挠度Y1：

Y1＝Y×Y2

(3)最终Y1值应与其它因素影响系数X相乘，得到最终机车中部挠度。

步骤六、刚度评定：

(1)计算机车垂向刚度：

机车垂向刚度，即挠跨比Y1/L，其中：Y1为机车中部挠度，L为车辆定距(在本处可使用设计车型前后旁承中心距L1)。

(2)判断挠跨比是否小于等于设定的评定标准：如果是则判定车体垂向刚度满足设计要求，估算结束；如果否，则根据步骤一和步骤二确定的各参数、设计经验、设计中可用空间等综合考虑，对机车车体方案的改进给出建议，返回步骤一。

评定标准按照TB/T 1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》的要求进行选取。

Claims

1.一种机车车体垂向刚度估算方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、确定机车总体设计方案；

步骤四、计算车型比较系数：

(1)前后旁承中心距比较系数P：

P＝L1/L2

(2)比较系数F：

F＝F1/F2

(3)比较系数I：

I＝I1/I2

步骤五、计算机车中部挠度：

(1)计算机车中部挠度比较系数Y：

Y = \frac{F \times P^{3}}{I}

(2)计算机车中部挠度Y1：

Y1＝Y×Y2

步骤六、刚度评定：

(1)计算机车挠跨比Y1/L，其中：L为车辆定距；

2.根据权利要求1所述的一种机车车体垂向刚度估算方法，其特征在于：步骤五所述计算机车中部挠度Y1的公式为：Y1＝Y×Y2×X，其中X为其它因素影响系数。

3.根据权利要求2所述的一种机车车体垂向刚度估算方法，其特征在于：所述其它因素影响系数X包括载荷向中部集中的影响系数和旁承刚度的影响系数。

4.根据权利要求3所述的一种机车车体垂向刚度估算方法，其特征在于：当设计车型与从现有机车车型数据库中选取的与设计车型相似的机车车型的大部分载荷分布比较均匀、只有某个设备位置具有较大变化，且该设备质量较大、位置在机车前后旁承之间时，载荷向中部集中的影响系数X的计算方法为：

设位置具有较大变化的设备质量占设计机车上部总质量的百分比为m，该设备在相似的机车车型中质心距近端旁承中心与旁承中心距比值为a1，且满足0.1<a1<0.5，在设计车型中质心距近端旁承中心与旁承中心距比值为a2，且满足0.1<a2<0.5，

则

X = 1 + (\frac{3 a_{2} - 4 a_{2}^{3}}{3 a_{1} - 4 a_{1}^{3}} - 1) m;

对有多个质量变动时，上式中的m、a1、a2变化为mi、a1i、a2i，其中i＝1,2......n，则

X = 1 + Σ_{i = 1}^{n} (\frac{3 a_{2 i} - 4 a_{2 i}^{3}}{3 a_{1 i^{'}} - 4 a_{1 i}^{3}} - 1) m_{i} .

5.根据权利要求3所述的一种机车车体垂向刚度估算方法，其特征在于：所述旁承刚度的影响系数X的计算方法为：X＝1-a*0.4％，其中：a为旁承刚度变化的倍数，其中变大为正值，变小为负值。