CN111914342A - 机车轴重调整方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种机车轴重调整方法，涉及机车检修与调试技术领域。该机车轴重调整方法包括建立机车的力学模型；基于所述力学模型，根据机车转向架的垂向受力信息确定机车转向架中目标轴的实际轴重；将所述实际轴重和目标轴重进行对比，并根据对比结果确定轴重调整参数；根据所述轴重调整参数对所述目标轴的轴重进行调整。本公开的机车轴重调整方法可提高机车轴重的调整效率。

Description

机车轴重调整方法

技术领域

本公开涉及机车检修与调试技术领域，具体而言，涉及一种机车轴重调整方法。

背景技术

机车轴重、轮重和允差是机车的重要参数，直接影响机车的粘着性，通常在机车设计时，会对机车轴重预分配，但由于机车各部件实际轴重与设计轴重存在偏差，各部件加工误差等原因，导致轴重分配超差等问题。其中机车的轴重偏差过大将导致机车牵引时的粘着力降低，易发生空转，影响机车制动效果，易造成轮轨擦伤等。因此，进行机车轴重调整对于机车粘着重量和运行安全等具有不可小觑的作用。

在相关技术中，通过一系、二系加垫的方法进行轴重调节，例如使用线性规划算法、多目标遗传算法和使用MATLAB(Matrix Laboratory，矩阵工厂数学软件)自带极小化极大值函数等实现加垫优化。然而，相关技术中的加垫算法计算过程复杂、耗时耗力，因而机车的轴重调整效率不高。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种机车轴重调整方法，进而至少在一定程度上避免了机车的轴重调节效率低等问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一个方面，提供一种机车轴重调整方法，包括：

建立机车的力学模型；基于所述力学模型，根据机车转向架的垂向受力信息确定机车转向架中目标轴的实际轴重；将所述实际轴重和目标轴重进行对比，并根据对比结果确定轴重调整参数；根据所述轴重调整参数对所述目标轴的轴重进行调整。

在本公开的一种示例性实施例中，单节所述机车包括一个车体、两个所述机车转向架以及八个支承模块。

在本公开的一种示例性实施例中，所述基于所述力学模型，根据机车转向架的垂向受力信息确定机车转向架中目标轴的实际轴重，包括：根据所述机车转向架的垂向受力信息，建立所述机车转向架的力矩平衡关系和所述机车转向架的力系平衡关系；根据所述力系平衡关系和所述力矩平衡关系，确定所述目标轴的实际轴重。

在本公开的一种示例性实施例中，所述根据所述机车转向架的垂向受力信息，建立所述机车转向架的力矩平衡关系和所述机车转向架的力系平衡关系，包括：获取所述机车转向架的重心与机车中心之间的距离；根据机车各部件的预设重量、机车尺寸参数以及所述重心与机车中心之间的距离，建立所述机车转向架的力矩平衡关系；根据所述机车各部件的预设重量，建立所述机车转向架的力系平衡关系。

在本公开的一种示例性实施例中，所述机车转向架包括两个所述目标轴；所述根据机车各部件的预设重量、机车尺寸参数以及所述重心与机车中心之间的距离，建立所述机车转向架的力矩平衡关系，其中，通过第一公式确定所述机车转向架的力矩平衡关系，所述第一公式为：

其中，G为所述机车转向架的重力，L_G为所述重心与机车中心之间的距离，F_Rm为车体对所述机车转向架的垂向压力，其中x＝2，L_Rm为所述垂向压力的作用点与所述机车中心之间的距离，F_Nn为作用于所述目标轴的垂向支持力，L_Nn为所述垂向支持力的作用点与所述机车中心之间的距离，其中y＝2。

在本公开的一种示例性实施例中，所述机车转向架包括两个所述目标轴；所述根据所述机车各部件的预设重量，建立所述机车转向架的力系平衡关系，其中，通过第二公式确定所述机车转向架的力系平衡关系，所述第二公式为：

其中，G为所述机车转向架的重力，F_Rm为车体对所述机车转向架的垂向压力，其中x＝2，F_Nn为作用于所述目标轴的垂向支持力，其中y＝2。

在本公开的一种示例性实施例中，所述根据所述力系平衡关系和所述力矩平衡关系，确定所述机车转向架中目标轴的实际轴重，包括：根据所述力系平衡关系和所述力矩平衡关系，获取作用于所述目标轴的垂向支持力，并将所述垂向支持力的数值确定为所述目标轴的实际轴重。

在本公开的一种示例性实施例中，所述将所述实际轴重和目标轴重进行对比，并根据对比结果确定轴重调整参数，包括：求取所述目标轴重与所述实际轴重之间的轴重差值；根据预设转换方式将所述轴重差值转换为形变值，并将所述形变值确定为所述目标轴的轴重调整参数。

在本公开的一种示例性实施例中，所述根据预设转换方式将所述轴重差值转换为形变值，并将所述形变值确定为所述目标轴的轴重调整参数，包括：根据胡克定律和所述目标轴对应的支承模块的刚度值，将所述轴重差值转换为形变值，并将所述形变值确定为所述目标轴的轴重调整参数。

在本公开的一种示例性实施例中，所述根据所述轴重调整参数对所述机车目标轴的轴重进行调整，包括：根据所述形变值调整所述目标轴对应的支承模块的加垫厚度。

本公开的机车轴重调整方法，以机车的力学模型为基础，以机车转向架为受力分析对象确定目标轴的实际轴重，并根据实际轴重和目标轴重的对比结果，确定轴重调整参数，以实现对目标轴的轴重调整。在此过程中，在机车的力学模型下，仅考虑转向架重心偏移对轴重不均的影响，降低了后续轴重的计算复杂程度；通过将目标轴的实际轴重与目标轴重的对比确定出轴重调整参数，以根据轴重调整参数对目标轴的轴重进行调整，是一种更直观的轴重调整方式，且无需复杂的求解过程，节省调整试验的时间，进而提高了机车轴重的调整效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出了本公开的示例性实施方式的机车轴重调整方法的流程图；

图2示意性示出了本公开的示例性实施方式的一种四轴机车力学模型示意图；

图3示意性示出了本公开的示例性实施方式的确定机车转向架中目标轴的实际轴重的流程图；

图4示意性示出了本公开的示例性实施方式的建立机车转向架的力矩平衡关系和机车转向架的力系平衡关系的流程图。

具体实施方式

现在将标准附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。用语“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。用语“第一”、“第二”仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

在本领域的相关技术中，为保证机车的轴重均衡，采用机车调簧技术来保证机车的装配精度要求。其中机车调簧是指通过改变轮对与车体之间的支承模块的压缩量来调整各个支承点的受力，进而改变机车各轴的轴重。例如，相关技术中通过使用线性规划算法、MATLAB软件极限函数算法，多目标遗传算法等等计算支承模块的加垫量，但该些方法计算量大、计算复杂、机车调整试验耗费时间，机车轴重调整效率低，浪费成本。

基于此，本公开提供一种可快速计算轴重调整参数，并基于获得的轴重调整参数调整机车轴重的方法。

图1示出了本公开实施方式的一种机车轴重调整方法，如图1所示，该机车轴重调整方法可以包括：

步骤S110，建立机车的力学模型；

步骤S120，基于所述力学模型，根据机车转向架的垂向受力信息确定机车转向架中目标轴的实际轴重；

步骤S130，将所述实际轴重和目标轴重进行对比，并根据对比结果确定轴重调整参数；

步骤S140，根据所述轴重调整参数对所述目标轴的轴重进行调整。

根据本公开的机车轴重调整方法，在机车的力学模型下，仅考虑转向架重心偏移对轴重不均的影响，降低了轴重的计算复杂程度；通过将目标轴的实际轴重与目标轴重的对比确定出轴重调整参数，以根据轴重调整参数对目标轴的轴重进行调整，是一种更直观的轴重调整方式，且无需复杂的求解过程，节省调整试验的时间，进而提高了机车轴重的调整效率。

下面结合图1对本公开实施方式提供的机车轴重调整方法进行详细阐述：

在步骤S110中，建立机车的力学模型。

本公开的示例性实施方式是通过对支承模块高度的调整，以实现对机车轴重的调整，下面以对机车的二系支承结构高度的调整为例，对机车轴重的调整进行说明。其中，机车的二系支承结构为车体与转向架上多个支承结构构成的超静定空间弹性力学系统。在对机车轴重调整前，首先建立机车的力学模型，并进行如下规定：1)车体和转向架均为刚体结构，各相同部件的支撑面均处于同一平面；2)忽略加垫引起的车体和转向架重心高度的变化；3)忽略加垫引起的车体倾斜导致的位移与转角；4)只考虑二系支承模块的垂向载荷。基于上述规定建立机车的力学模型，提高了本公开实施方式轴重调整的可行性。

其中，本公开实施方式中的机车可以为四轴机车、八轴机车等，图2示出了基于上述规定建立的四轴机车力学模型。如图2所示，该四轴机车包括一个车体21，两个机车转向架22(BO型，包括两个轴24)，以及8个支承模块23。以第一机车转向架22为例对机车转向架的受力情况进行说明，除自身重力外，该第一机车转向架22还受到车体21通过支承模块23施加的垂向压力、车轨作用于第一机车转向架22中各轴的垂向支持力。相应的，对于八轴机车等类型的机车，与四轴机车的建模方式类似，本公开对此不再赘述。

在步骤S120中，基于力学模型，根据机车转向架的垂向受力信息确定机车转向架中目标轴的实际轴重。

在本公开的示例性实施方式中，目标轴的实际轴重为根据机车的设计数据确定的机车轴重。图3示出了确定机车转向架中目标轴的实际轴重的流程图，如图3所示，该过程包括如下步骤：

在步骤S310中，根据机车转向架的垂向受力信息，建立机车转向架的力矩平衡关系和机车转向架的力系平衡关系。

在本公开的示例性实施方式中，力矩为改变转动物体运动状态的物理量，若物体所受力的合力矩的代数和为零，则该物体处于力矩平衡状态；当力系中各力的矢量和为零时，则该物体处于力系平衡状态。下面结合图4对建立机车转向架的力矩平衡关系和机车转向架的力系平衡关系进行说明，由图4可知，该过程包括如下步骤：

在步骤S410中，获取机车转向架的重心与机车中心之间的距离。

在本公开的示例性实施方式中，继续参考图2所示的四轴机车力学模型，基于上述建立的四轴机车力学模型，车体21作用于每一支承模块23的力是相同的，因而车体21不会导致轴重分配不均；各支承模块23为完全对称分布，也不会导致轴重分配不均；机车转向架22由于牵引杆的牵引作用导致其重心偏移，进而引起轴重的分配不均。因此需要首先确定机车转向架22的重心位置，例如可以通过三维建模软件(例如Creo2.0软件)利用力矩平衡方程计算重心的位置，又如通过将机车转向架22的材料属性输入至三维建模软件中进行处理，以输出相应的重心位置，等等，本公开对确定重心位置的方式不做具体限定。

进一步的，可以根据重心位置和机车尺寸参数获取机车转向架的重心与机车中心之间的距离。

在步骤S420中，根据机车各部件的预设重量、机车尺寸参数以及重心与机车中心之间的距离，建立机车转向架的力矩平衡关系。

在本公开的示例性实施方式中，机车各部件的预设重量包括车体的重量、机车转向架的重量，等等；机车尺寸参数包括机车转向架的尺寸、机车转向架中心距离机车中心的距离尺寸，支承模块与机车中心的距离尺寸等等，该些尺寸均为机车的设计尺寸。那么，以机车转向架为研究对象，通过机车各部件的预设重量、机车尺寸参数以及重心与机车中心之间的距离等，可确定相应的力矩平衡关系。继续参考图2所示的四轴机车力学模型，任一机车转向架22包括两个目标轴24，可通过第一公式确定机车转向架22的力矩平衡关系，该第一公式为：

其中，G为机车转向架22的重力，L_G为重心与机车中心之间的距离，F_Rm为车体21对机车转向架22的垂向压力，其中x＝2，L_Rm为垂向压力的作用点与机车中心之间的距离，F_Nn为作用于目标轴的垂向支持力，L_Nn为垂向支持力的作用点与机车中心之间的距离，其中y＝2。

需要说明的是，由于牵引杆可以位于机车的中部，也可以位于机车的两端，因而两个机车转向架的的重心可以同时向机车中心偏移，也可以同时向机车两端偏移，因此，上述公式中的机车转向架重心与机车中心之间的距离还可以根据实际牵引杆的位置改变，不公开对此不再一一列举。

此外，上述公式为基于四轴机车力学模型，根据机车各部件的预设重量、机车尺寸参数以及重心与机车中心之间的距离，建立机车转向架的力矩平衡关系的示例性说明，还可以根据实际需求对该公式进行相应的变形，本公开包括但不限于上述的第一公式。

在步骤S430中，根据机车各部件的预设重量，建立机车转向架的力系平衡关系。

在本公开的示例性实施方式中，同样继续参考图2所示的四轴机车力学模型，以第一机车转向架22为例，可以通过第二公式确定机车转向架22的力系平衡关系，第二公式为：

其中，G为第一机车转向架22的重力，F_Rm为车体21对机车转向架22的垂向压力，其中x＝2，F_Nn为作用于目标轴24的垂向支持力，y＝2。其中，车体21对机车转向架22的垂向压力F_Rm是通过支承模块23施加的，支承模块23与机车转向架的目标轴24为一一对应关系，作用于目标轴24的垂向支持力为该目标轴的实际轴重的支反力。

需要说明的是，步骤S410至步骤S430是以机车中任一机车转向架为例，对建立力学平衡关系的示例性说明，对于四轴机车的其它机车转向架，或者包括两节四轴机车的八轴机车等的力学平衡关系的建立方式类似，对此不再赘述。

此外，对于其它类型的机车，例如六轴机车(BO-BO-BO型或CO-CO型)、十二轴机车(2(CO-CO)或2(BO-BO-BO)型)等还可以根据实际需求，根据机车各部件的预设重量、机车尺寸参数以及重心与机车中心之间的距离，建立机车转向架的力学平衡关系，本公开对此不再一一列举，其中BO标识2轴机车转向架，CO标识3轴机车转向架。

在步骤S320中，根据力系平衡关系和力矩平衡关系，确定目标轴的实际轴重。

在本公开的示例性实施方式中，根据力系平衡关系和力矩平衡关系，可获取作用于目标轴的垂向支持力，并将该垂向支持力的数值确定为目标轴的实际轴重。在此过程中，仅需处理简单的力学平衡关系，无需复杂的计算即可确定目标轴的实际轴承，提高了计算效率，进而提高后续轴重的调整效率。

在步骤S130中，将实际轴重和目标轴重进行对比，并根据对比结果确定轴重调整参数。

在本公开的示例性实施方式中，轴重调整参数包括轴重差值、加垫量值(厚度值)，等等，对于不同的调整方式还可以确定其他的参数作为轴重调整参数，本公开对此不再一一列举。具体的，首先求取目标轴重与实际轴重之间的轴重差值；然后，根据预设转换方式将轴重差值转换为形变值，并将形变值确定为目标轴的轴重调整参数。

在可选的实施例中，可以根据胡克定律(F＝-ks或△F＝-k△s)和目标轴对应的支承模块的刚度值，将轴重差值转换为形变值，并将该形变值确定为目标轴的轴重调整参数。其中，胡克定律为材料中的应力(F或△F)与应变(s或△s)之间的线性关系，刚度值(k)为材料或结构在受力时抵抗弹性形变的能力。举例而言，对于作用于机车转向架中一目标轴的垂直支持力与目标轴重之间的轴重差值为4.202kN，目标轴对应的支承模块的刚度值为0.576kN/mm，则根据胡克定律，确定的形变值为7.295mm。需要说明的是，还可以根据实际需求选择其它公式作为将轴重差值转换为形变值的转换公式，本公开对预设转化方式不做特殊限定。

在步骤S140中，根据所述轴重调整参数对所述目标轴的轴重进行调整。

在本公开的示例性实施方式中，通过对支承模块高度的调整实现对目标轴的轴重调整，因此根据获得的形变值调整目标轴对应的支承模块的加垫厚度，以使各支承模块的支承反力之间的差值最小，进而实现对目标轴的轴重调整。

综上所述，通过建立机车的力学模型，并以机车转向架为目标对象进行力学分析，以建立力矩平衡关系和力学平衡关系；进而根据建立的力矩平衡关系和力学平衡关系确定机车转向架中目标轴的实际轴重；最后，通过目标轴的实际轴重与目标轴重的比较结果确定轴重调整参数，以通过轴重调整参数实现对目标轴的轴重调整，是一种可实际应用的简单易行的轴重调整方法；同时，该方法可实现在机车设计过程中，通过轴重调整参数对机车轴重的调整，避免了实际机车工作中对轴重的反复调整，不仅提高轴重调整效率，也缩短了工作时间，节省了人力、物力及时间成本。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种机车轴重调整方法，其特征在于，包括：

建立机车的力学模型；

基于所述力学模型，根据机车转向架的垂向受力信息确定机车转向架中目标轴的实际轴重；

将所述实际轴重和目标轴重进行对比，并根据对比结果确定轴重调整参数；

根据所述轴重调整参数对所述目标轴的轴重进行调整。

2.根据权利要求1所述的机车轴重调整方法，其特征在于，单节所述机车包括一个车体、两个所述机车转向架以及八个支承模块。

3.根据权利要求1所述的机车轴重调整方法，其特征在于，所述基于所述力学模型，根据机车转向架的垂向受力信息确定机车转向架中目标轴的实际轴重，包括：

根据所述机车转向架的垂向受力信息，建立所述机车转向架的力矩平衡关系和所述机车转向架的力系平衡关系；

根据所述力系平衡关系和所述力矩平衡关系，确定所述目标轴的实际轴重。

4.根据权利要求3所述的机车轴重调整方法，其特征在于，所述根据所述机车转向架的垂向受力信息，建立所述机车转向架的力矩平衡关系和所述机车转向架的力系平衡关系，包括：

获取所述机车转向架的重心与机车中心之间的距离；

根据机车各部件的预设重量、机车尺寸参数以及所述重心与机车中心之间的距离，建立所述机车转向架的力矩平衡关系；

根据所述机车各部件的预设重量，建立所述机车转向架的力系平衡关系。

5.根据权利要求4所述的机车轴重调整方法，其特征在于，所述机车转向架包括两个所述目标轴；

所述根据机车各部件的预设重量、机车尺寸参数以及所述重心与机车中心之间的距离，建立所述机车转向架的力矩平衡关系，其中，通过第一公式确定所述机车转向架的力矩平衡关系，所述第一公式为：

其中，G为所述机车转向架的重力，L_G为所述重心与机车中心之间的距离，F_Rm为车体对所述机车转向架的垂向压力，其中x＝2，L_Rm为所述垂向压力的作用点与所述机车中心之间的距离，F_Nn为作用于所述目标轴的垂向支持力，L_Nn为所述垂向支持力的作用点与所述机车中心之间的距离，其中y＝2。

6.根据权利要求4所述的机车轴重调整方法，其特征在于，所述机车转向架包括两个所述目标轴；

所述根据所述机车各部件的预设重量，建立所述机车转向架的力系平衡关系，其中，通过第二公式确定所述机车转向架的力系平衡关系，所述第二公式为：

其中，G为所述机车转向架的重力，F_Rm为车体对所述机车转向架的垂向压力，其中x＝2，F_Nn为作用于所述目标轴的垂向支持力，其中y＝2。

7.根据权利要求3至6任一项所述的机车轴重调整方法，其特征在于，所述根据所述力系平衡关系和所述力矩平衡关系，确定所述机车转向架中目标轴的实际轴重，包括：

根据所述力系平衡关系和所述力矩平衡关系，获取作用于所述目标轴的垂向支持力，并将所述垂向支持力的数值确定为所述目标轴的实际轴重。

8.根据权利要求1所述的机车轴重调整方法，其特征在于，所述将所述实际轴重和目标轴重进行对比，并根据对比结果确定轴重调整参数，包括：

求取所述目标轴重与所述实际轴重之间的轴重差值；

根据预设转换方式将所述轴重差值转换为形变值，并将所述形变值确定为所述目标轴的轴重调整参数。

9.根据权利要求8所述的机车轴重调整方法，其特征在于，所述根据预设转换方式将所述轴重差值转换为形变值，并将所述形变值确定为所述目标轴的轴重调整参数，包括：

根据胡克定律和所述目标轴对应的支承模块的刚度值，将所述轴重差值转换为形变值，并将所述形变值确定为所述目标轴的轴重调整参数。

10.根据权利要求8所述的机车轴重调整方法，其特征在于，所述根据所述轴重调整参数对所述机车目标轴的轴重进行调整，包括：

根据所述形变值调整所述目标轴对应的支承模块的加垫厚度。

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