CN110580364B

CN110580364B - 多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法

Info

Publication number: CN110580364B
Application number: CN201810582071.5A
Authority: CN
Inventors: 原志强; 聂敏; 王宇; 姚苏明
Original assignee: CRRC Datong Co Ltd
Current assignee: CRRC Datong Co Ltd
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2038-06-07
Also published as: CN110580364A

Abstract

本发明提供一种多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法，所述计算方法包括：第一步骤，确定极限工况；第二步骤，在所述极限工况下，计算运行在曲线轨道上的所述车辆的最大横向偏移量，所述最大横向偏移量包括曲线外侧偏移量和曲线内侧偏移量。所述车辆具有动力车模块、浮车模块和拖车模块，并按照动力车模块、浮车模块、拖车模块的顺序进行排列。在所述极限工况下，所述车辆的相邻两个转向架均为外端轴贴靠外轨、内端轴贴靠内轨的状态，并且所述转向架与所述车辆的车体偏斜方向相同。

Description

多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法

技术领域

本发明涉及城轨车辆领域，特别是涉及一种多模块铰接式城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法。

背景技术

随着社会工业化的不断进步，各大中型城市的人口出现了迅速增长，这就导致了城市交通拥挤的问题，地面公路交通已经不能满足城市人口流动的巨大需求。因此，城轨交通以其高速、大运量、环保、经济等优点，逐渐成为解决城市交通拥堵问题的重要途径。

城轨车辆是城市轨道车辆和城际轨道车辆的总称，包括轻轨、低地板现代有轨电车、跨坐式单轨车辆等，这些城轨车辆为建造遍布城市地上、地下、地面空间的轨道交通立体网络提供了丰富多样而又经济适用的车辆选择，将更多的居民更快捷、更方便地连接在一起。近年来，例如低地板城轨车辆以其价廉、环保、快捷、舒适的特性，受到了许多城市的青睐，发展迅速。

为了保证城轨车辆在铁路线路上的安全运输，防止车身撞击邻近线路的设备或建筑物，需要对城轨车辆和邻近线路的设备或建筑物规定一种不许超越的轮廓尺寸，即，设备限界和建筑限界。城轨车辆的设备限界和建筑限界关系到隧道、高架桥等各种建筑物的轮廓尺寸，对轨道交通工程的建设规模有着重大影响。因此，计算城轨车辆的设备限界和建筑限界是一个重要的课题。

然而，目前国内的相关标准及规范却明显落后于市场的发展，例如，目前并没有专门的、统一的国家标准来规定低地板城轨车辆的限界。特别是，当低地板城轨车辆在曲线轨道上运行并处于极限工况时，车身偏移量对于限界的确定尤为重要。

因此，急需一种准确可行的计算方法，用于确定在曲线轨道上运行的低地板城轨车辆的车身偏移量，进而确定该低地板城轨车辆的设备限界和建筑限界在曲线路段的加宽量，从而保证城轨车辆运行的安全性。

发明内容

发明所要解决的问题

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种准确可行的多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法，从而为低地板城轨车辆的设备限界和建筑限界的计算提供参考。通过该简便的偏移量计算方法，确保了限界的准确性和可靠性，保证了城轨车辆运行的安全性，使城轨车辆能够稳定地运行，从而确保乘客的安全。

解决问题的技术方案

根据本发明的一个实施方式，提供了一种多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法，所述计算方法包括：

第一步骤，确定极限工况；

第二步骤，在所述极限工况下，计算运行在曲线轨道上的所述车辆的最大横向偏移量，所述最大横向偏移量包括曲线外侧偏移量和曲线内侧偏移量，

所述车辆具有动力车模块、浮车模块和拖车模块，并按照动力车模块、浮车模块、拖车模块的顺序进行排列，

在所述极限工况下，所述车辆的相邻两个转向架均为外端轴贴靠外轨、内端轴贴靠内轨的状态，并且所述转向架与所述车辆的车体偏斜方向相同。

可选的，在所述多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法中，所述车辆是奇数模块铰接式低地板城轨车辆。

可选的，在所述多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法中，所述车辆是五模块铰接式低地板城轨车辆。

可选的，在所述多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法中，所述第二步骤包括，根据以下公式计算所述最大横向偏移量：

其中，δ₁为所述曲线外侧偏移量，R为所述曲线的半径，L₁为所述动力车模块的前端与所述转向架的中心点的距离，α为所述转向架的中心线与所述曲线轨道的切线的夹角，β为所述转向架对所述车辆的车体的转角，σ+Δ为所述曲线轨道的全间隙，l为所述转向架的轴距，δ₂为所述曲线内侧偏移量，L_f为铰接装置的中心点与所述曲线轨道所在的圆的圆心的距离，L₃为所述浮车模块的长度的一半，L₂为所述铰接装置的中心点与所述转向架的中心点的距离。

可选的，在所述多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法中，所述曲线半径为25000mm以上。

可选的，在所述多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法中，所述曲线半径为25000mm、50000mm、100000mm、200000mm、300000mm或400000mm。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种多模块铰接式低地板城轨车辆的曲线设备限界或曲线建筑限界的计算方法，所述计算方法包括：

所述第一步骤和所述第二步骤；

第三步骤，将直线设备限界或直线建筑限界与上述最大横向偏移量相加，得到所述曲线设备限界或所述曲线建筑限界。

根据本发明的又一实施方式，提供了一种多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算装置，所述计算装置具有：

输入部，用于输入所述车辆的参数；

计算部，实现所述计算方法；

输出部，用于输出所述计算部的计算结果。

发明效果

根据上述实施方式，提供了多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量、设备限界和建筑限界的计算方法，为低地板城轨车辆的限界提供了可供参考的行业标准。

此外，根据上述实施方式，该多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量、设备限界和建筑限界的计算方法确保了限界的准确性和可靠性，保证了城轨车辆运行的安全性。

附图说明

图1是一种五模块铰接式低地板城轨车辆的结构示意图。

图2是一种五模块铰接式低地板城轨在曲线轨道上的横向偏移的示意图。

图3是多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算装置的示意图。

图4是一个实施方式的多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

1 动力车模块

2 浮车模块

3 拖车模块

4 转向架

5 铰接装置

具体实施方式

下面，将结合附图，对本发明的实施方式进行清楚完整的描述。需要说明的是，本实施方式所述的结构要素仅为例示，并不意图将本发明的范围仅限于这些例示。此外，为了便于理解，附图中，有时根据需要会以简化的方式来表示各部的大小或数量。

(实施例)

首先，参照图1说明一种五模块铰接式低地板城轨车辆的概略结构。

图1是一种五模块铰接式低地板城轨车辆的示意图。如图1所示，该五模块铰接式低地板城轨车辆具有动力车模块1、浮车模块2和拖车模块3。

动力车模块1位于该五模块铰接式低地板城轨车辆的两端部；拖车模块3位于车辆的中央，即第三模块；浮车模块2位于动力车模块1与拖车模块3之间，将动力车模块1与拖车模块3隔开；各模块之间通过铰接装置5相连，铰接装置5允许模块之间的摇头运动。

动力车模块1是具有动力源的模块，具体而言，动力车模块1具有如下所述的动力转向架。对此相对，拖车模块3是不具有动力源的模块，具体而言，拖车模块3具有如下所述的非动力转向架。而浮车模块2下部未设置转向架，即，浮车模块2不被转向架支承。

转向架是城轨车辆最重要的组成部件之一，是车辆的一个独立部件。转向架由轮对、轴箱、一系悬挂、构架、二系悬挂、驱动装置以及基础致动装置组成。转向架安装在车体与轨道之间，保证车辆顺利通过曲线。转向架支承整个车体，引导其沿线路运行；承受并传递车体与轨道之间的各载荷；缓和车体与轨道之间的各作用力；将车轮对的滚动转化为车体的平东；并且提高车辆通过曲线的能力。

一般的，城轨车辆中采用的转向架按照有无动力装置，即是否装有牵引电机及齿轮变速装置，可分为动车转向架和拖车转向架两种。转向架分为动力转向架和非动力转向架。在本实施方式中，动力车模块1的车体安装有动力转向架，而拖车模块3的车体安装有非动力转向架。本发明中，将动力转向架与非动力转向架统称为转向架4。

由图1可知，由于浮动车模块2设置在动力车模块1与拖车模块3之间，因此安装在动力车模块1的转向架4与安装在拖车模块3的转向架4不相邻，因此，本实施方式中的转向架4的运动是独立的、互不干涉的。

下面，参照图4说明上述五模块铰接式低地板城轨车辆在曲线轨道上的几何偏移量的计算方法。图4是该实施方式的五模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法的流程图。

第一步骤：确定极限工况。

车辆在曲线轨道上行驶时，由于离心力的作用，轮对偏向外轨，外轨车轮与钢轨接触的直径大，内轨接触的直径小，大直径路程长，小直径路程短。

本发明中，将城轨车辆的车体处在最大横向偏移的状态称为极限工况。下面说明极限工况。如上所述，安装在动力车模块1的转向架4与安装在拖车模块3的转向架4的运动是独立的、互不干涉的。在车辆通过曲线轨道时，具有转向架4的车体在曲线轨道上的位置仅取决于其下部的转向架4的位置。具体而言，本实施方式中的动力车模块1和拖车模块3的位置仅由其各自的转向架4决定。此外，浮动模块的车体的位置仅由其相邻的车体的位置决定。

由此可知，当车辆处于极限工况时，即，车体在曲线轨道上的横向偏移量最大时，车辆的相邻两个转向架4均为外端轴贴靠外轨、内端轴贴靠内轨的状态，并且转向架4与车辆的车体偏斜方向相同。

对于曲线轨道而言，车辆处于极限工况时的曲线轨道的位置是在轨道施工时决定的，即，车辆处于极限工况的位置是固定不变的。每当车辆行驶至曲线轨道的该极限工况位置时，车辆就处于可以进行如下所述的第二步骤的极限工况，即，在该极限工况位置上，车辆的相邻两个转向架4均为外端轴贴靠外轨、内端轴贴靠内轨的状态，并且转向架4与车辆的车体偏斜方向相同。

第二步骤：在上述极限工况下，计算运行在曲线轨道上的车辆的最大横向偏移量，该最大横向偏移量包括曲线外侧偏移量和曲线内侧偏移量。

对极限工况下的曲线轨道和城轨车辆进行建模。图2是本实施方式的一种五模块铰接式低地板城轨在曲线轨道上的横向偏移的示意图。图2中，将曲线轨道部分设为圆形的一部分，用点划线表示。沿水平方向延伸的实线表示五模块铰接式低地板城轨车辆的车体的一部分。将图2的左侧部分的模块设为车辆的第一模块，即动力车模块1，并且将该左侧设为车辆的前进方向。此时，动力车模块的前端部位于曲线轨道的外侧，动力车模块的转向架的中心点位于曲线轨道上，相邻的浮车模块位于曲线轨道的内侧。

图2中，在曲线轨道的外侧，车体的最大偏移量发生在车体的端部，即，动力车模块1的前端。此处，将曲线轨道外侧的最大偏移量定义为曲线外侧偏移量，并标注符号δ₁。将动力车模块1的前端与曲线轨道的圆心连接一条辅助线，并由虚线表示。根据几何关系余弦定理，曲线外侧偏移量δ₁可由如下的式(1)表示：

其中，R为曲线轨道的半径(R≥25000mm)，L₁为动力车模块的前端与转向架中心点的距离，β为转向架对车辆的车体的转角，而α是转向架的中心线与曲线轨道的切线的夹角，可以表示为如下的式(2)：

其中，σ+Δ为轮轨的全间隙，是指轨道内侧距减去轮缘外侧距加上轮缘磨耗以及曲线地段加宽量的总和。l为转向架的轴距。

在曲线轨道的内侧，车体的最大偏移量发生在浮车模块2的中央部。此处，将曲线轨道内侧的最大偏移量定义为曲线内侧偏移量，并标注符号δ₂。在图2中，曲线内侧偏移量δ₂是车体的中央部在曲线轨道的径向上与曲线轨道的距离。根据数学模型所示的几何关系，曲线内侧偏移量δ₂可由如下的式(3)表示：

其中，L_f为铰接装置的中心点与曲线轨道所在的圆的圆心的距离，L₃为浮车模块的长度的一半。进而，根据余弦定理，L_f可以通过如下的式(4)来求出：

其中，L₂为铰接装置的中心点与转向架的中心点的距离。

下面，说明五模块铰接式低地板城轨车辆的曲线设备限界或曲线建筑限界的计算方法。

第三步骤：将直线设备限界或直线建筑限界与计算出的最大横向偏移量相加，得到曲线设备限界或曲线建筑限界。

设备限界是位于车辆限界以外的一个轮廓线，是用以限制设备安装的控制线。设备限界包括直线设备限界和曲线设备限界。曲线设备限界等于直线设备限界加曲线轨道上的最大横向偏移量。

建筑限界是位于设备限界以外的一个轮廓线，是在设备限界的基础上，满足设备和管线安装尺寸后的最小有效断面。建筑限界包括直线建筑限界和曲线建筑限界。曲线建筑限界等于直线建筑限界加曲线轨道上的最大横向偏移量。

具体而言，在图4所示的第二步骤中，计算出了车体的最大横向偏移量，包括曲线外侧偏移量和曲线内侧偏移量。接着，在第三步骤中，将得到的最大横向偏移量与直线设备限界或直线建筑限界相加，得到上述曲线设备限界或曲线建筑限界。

由此，能够准确地计算出五模块铰接式低地板城轨车辆的曲线设备限界或曲线建筑限界。

(变形例)

以上，以五模块铰接式低地板城轨车辆为例说明了在曲线轨道上的几何偏移量的计算方法，然而本发明不限于此。在交通高峰期，例如早晚高峰期时，城轨车辆的客流量明显增加。此时，为了满足客运需求，缓解城市交通压力，可以使用五模块以上的多模块铰接式低地板城轨车辆。具体而言，对于图1所示的五模块铰接式低地板城轨车辆，例如，可以在动力车模块1与浮车模块2间加挂浮车模块2和拖车模块3，成为一种七模块铰接式低地板城轨车辆。

因此，在确保了低地板城轨车辆按照浮车模块2位于动力车模块1与拖车模块3之间、并且动力车模块1与拖车模块3具有转向架而浮车模块2不具有转向架的条件下，上述计算方法适用于多模块铰接式低地板城轨车辆。即，上述计算方法适用于具有动力车模块1、浮车模块2和拖车模块3，并按照动力车模块1、浮车模块2、拖车模块3的顺序进行排列的铰接式低地板城轨车辆。优选，上述计算方法适用于按照上述方式排列的奇数模块铰接式低地板城轨车辆，包括但不限于五模块铰接式低地板城轨车辆、七模块铰接式低地板城轨车辆或九模块铰接式低地板城轨车辆。

此外，上述实施例中，曲线轨道的半径R的范围是25000mm以上，例如，可以是25000mm、50000mm、100000mm、200000mm、300000mm或400000mm。

此外，上述实施例中，说明了多模块铰接式低地板城轨车辆在水平地面上进行转弯时的情况，然而本发明不限于此，上述计算方法也适用于多模块铰接式低地板城轨车辆在上坡或下坡时进行转弯的情况，因此能够更好地适应城市复杂多变的地形。

以上说明了多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法的各变形例。下面，参照图3说明一种多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算装置。

图3是多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算装置的示意图。需要说明的是，图3中例示的项目和数值等均为示例，本发明并不限定于此，在不改变其主旨的范围内可以进行适当变更。如图3所示，该计算装置具有输入部、计算部和输出部。

输入部用于输入车辆的多种参数，该参数例如包括曲线轨道的半径、动力车模块的前端与转向架的中心点的距离、铰接装置的中心点与曲线的线路中心点的距离、浮车模块的长度、曲线轨道的全间隙、转向架对车辆的车体的转角等。输入的参数显示在图3的表格中的参数输入区中。

计算部用于实现权利要求1所述的计算方法。计算部利用上述公式(1)～(4)和输入部中的参数进行计算。

输出部用于输出计算部的计算结果。该计算结果例如包括曲线外侧偏移量、曲线内侧偏移量等。计算结果显示在图3的表格中的计算区中。

尽管已经详细说明了本发明，但上述说明在所有方面都是例示性的，本发明不限于此。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想未示出的其他变形例。此外，只要不相互矛盾，可以适当地组合或者省略上述各实施例及各变形例中说明的各结构。

Claims

1.一种多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：

第一步骤，确定极限工况；

在所述极限工况下，所述车辆的相邻两个转向架均为外端轴贴靠外轨、内端轴贴靠内轨的状态，并且所述转向架与所述车辆的车体偏斜方向相同，

所述第二步骤包括，根据以下公式计算所述最大横向偏移量：

2.根据权利要求1所述的多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法，其特征在于，

所述车辆是奇数模块铰接式低地板城轨车辆。

3.根据权利要求2所述的多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法，其特征在于，

所述车辆是五模块铰接式低地板城轨车辆。

4.根据权利要求1所述的多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法，其特征在于，

所述曲线半径为25000mm以上。

5.根据权利要求1或4所述的多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算方法，其特征在于，

所述曲线半径为25000mm、50000mm、100000mm、200000mm、300000mm或400000mm。

6.一种多模块铰接式低地板城轨车辆的曲线设备限界或曲线建筑限界的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：

权利要求1所述的第一步骤和第二步骤；

第三步骤，将直线设备限界或直线建筑限界与权利要求1所述的最大横向偏移量相加，得到所述曲线设备限界或所述曲线建筑限界。

7.一种多模块铰接式低地板城轨车辆曲线几何偏移量的计算装置，其特征在于，所述计算装置具有：

输入部，用于输入所述车辆的参数；

计算部，用于实现权利要求1所述的计算方法；

输出部，用于输出所述计算部的计算结果。