CN113190922B - 一种用于轨道交通车辆装配车体的车体挠度调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轨道交通车辆装配车体的车体挠度调整方法，包括对装配车体各点挠度测量数据进行处理，求解装配车体各点挠度真实值ω'_li和ω'_ri；对装配车体挠度调整过程进行模拟仿真，求解装配车体各调整点作用力下车体挠度边梁变形情况；对仿真结果中车体边梁上挠度变形数据进行处理，对挠度变形数据进行曲线拟合得到仿真挠度变形函数S_lj(x)和S_rj(x)，推导装配车体各挠度调整点调整力作用下各调整位置挠度调整量γ_li和γ_ri；根据装配车体挠度合格范围，求解各调整点调整力及预期调整挠度，给出装配车体挠度调整方案；根据装配车体挠度调整方案，分别对装配车体各调整点挠度调整装置进行设置，对装配车体挠度进行调整。

Description

一种用于轨道交通车辆装配车体的车体挠度调整方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道交通车辆装配车体的车体挠度调整方法。

背景技术

随着我国经济的发展，城市规模不断扩大，城市轨道交通发展已成为我国缓解交通拥堵的必然选择。城市轨道交通快速发展带动轨道交通车辆制造技术飞跃发展。其中挠度是轨道交通车辆在强度、刚度、稳定性三大关键问题上的重要参数。轨道交通车体在制造过程中预制向上凸起的挠度，使交通车辆在承载运行过程中受重力作用恢复水平状态，防止装配车体承载运行过程中受到重力影响车体下榻。

目前装配车体制造过程中常采用反变形法对车体挠度进行预制，采用机械支撑装置和液压拉紧装置对装配车体进行调整。但装置在各调整点处需要施加的调整力大小常需要依据技术工人经验给出，装配车体挠度调整效率较低，且装配车体挠度调整效果较差。

在本发明以前的轨道交通车辆装配车体挠度调整方法现有技术中，有如下几篇对比专利和文献：

1)“一种城轨车辆车体挠度预置装置及其方法”，专利申请号201610780793.2。该发明公开了一种城轨车辆车体挠度预置装置及其方法，装置包括基座、多个支撑单元和多个压紧机构；调整方法根据车型得出相应的车体底架挠度计算公式得出各位置处支撑单元的理论高度，利用压紧机构令车体底架与支撑单元接触使车体底架完全紧靠在支撑单元，但未给出车体底架挠度计算公式，且未给出压紧机构需要施加的压力，挠度预制会出现效果不佳的情况。

2)“一种100％低地板现代有轨电车铝合金车体变形控制方法”，专利申请号201911099239.8。该发明公开了一种100％低地板现代有轨电车铝合金车体变形控制方法，包括确定车体的底架的反变形参数和拉紧位置；吊运使底架中心与所述车体组焊工装的中心基准对正；利用水准仪对所述底架反变形高度差进行校验,使所述车体的枕梁中心及车轮罩外侧边梁四点较所述车体的端部下挠3mm并进行拉紧固定；配装两个侧墙、配装车顶、装配端角柱、端墙、进行车体焊接、进行端墙及端角柱焊接后进行调修。该方法在理论上能实现车体调整，但车体端部下挠固定变形值大小为经验给定，且焊接后调修容易对车体强度造成影响。

3)“车体组装用特定轨迹转臂式液压拉紧装置”，专利申请号201610099043.9。该发明公开了一种特定轨迹转臂式液压拉紧装置，装置安装在通长方向布置的高精T型槽板上，通过纵向调节机构和横向调节机构实现沿车体纵向及车体宽度方向的柔性调节，通过液压驱动机构安装在支撑座下端设计可沿特定轨迹运动的滑槽和转臂沿特定轨迹运动，保证拉紧转臂到达拉紧位置，然后通过液压系统驱动拉紧臂实现自动、精确的拉紧，保证底架自动组装到位。该方法设计了一种可在车体纵向及车体宽度方向的柔性调节的液压拉紧装置，理论上能实现车体挠度调整控制，但是未给出液压拉紧装置调整过程中调整力数值，车体挠度调整效果不好。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种轨道交通车辆装配车体的车体挠度调整方法。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

一种轨道交通车辆装配车体的车体挠度调整方法，包括：

步骤A对装配车体各点挠度测量数据进行处理，求解装配车体各点挠度真实值ω'_li和ω'_ri；

步骤B对装配车体挠度调整过程进行模拟仿真，求解装配车体各调整点作用力下车体挠度边梁变形情况；

步骤C对仿真结果中车体边梁上挠度变形数据进行处理，对挠度变形数据进行曲线拟合得到仿真挠度变形函数S_lj(x)和S_rj(x)，推导装配车体各挠度调整点调整力作用下各调整位置挠度调整量γ_li和γ_ri；

步骤D根据装配车体挠度合格范围，求解各调整点调整力及预期调整挠度，给出装配车体挠度调整方案；

步骤E根据装配车体挠度调整方案，分别对装配车体各调整点挠度调整装置进行设置，对装配车体挠度进行调整。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

本方法通过对装配车体挠度调整过程中车体变形进行仿真模拟，推导装配车体各挠度调整点调整力与车体变形之间关系，求解装配车体调整过程中各调整点施加力大小，在保证装配车体各调整点能够调整到合格范围的同时，缩短装配车体调整时间，提高装配车体调整效率。

附图说明

图1是用于轨道交通车辆装配车体的车体挠度调整方法流程图；

图2是装配车体挠度测量调整点布置情况示意图；

图3是实际状况下装配车体挠度测量情况坐标系图；

图4是装配车体有限元模型图；

图5是装配车体第3点测量调整位置单位作用力下有限元计算得到的装配车体左右侧边梁挠度变形图；

图6是装配车体第3点测量调整位置单位作用力下车体左侧边梁挠度变形三次样条插值函数图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，轨道交通车辆装配车体的车体挠度调整方法流程，包括以下步骤：

步骤10、对装配车体各点挠度测量数据进行处理，求解装配车体各点挠度真实值ω'_li和ω'_ri；

步骤20、对装配车体挠度调整过程进行模拟仿真，求解装配车体各调整点作用力下车体挠度边梁变形情况；

步骤30、对仿真结果中车体边梁上挠度变形数据进行处理，对挠度变形数据进行曲线拟合得到仿真挠度变形函数S_lj(x)和S_rj(x)，推导装配车体各挠度调整点调整力作用下各调整位置挠度调整量γ_li和γ_ri；

步骤40、根据装配车体挠度合格范围，求解各调整点调整力及预期调整挠度，给出装配车体挠度调整方案；

步骤50、根据装配车体挠度调整方案，分别对装配车体各调整点挠度调整装置进行设置，对装配车体挠度进行调整。

步骤10中，具体步骤包括：

如图2所示，所述装配车体挠度测量调整位置包括装配车体左右侧边梁的端部、中部、支撑点共十点测量调整位置，分别给左右侧边梁上挠度测量调整位置设置上标号1～10，所述装配车体各点挠度测量数据通过激光位移传感器进行测量，并通过ZigBee模块使各点挠度测量数据传输到上位机中；

如图3所示，装配车体两侧边梁两点支撑点对应位置挠度大小存在不同的情况，以装配车体左侧边梁为例，以装配车体长度方向作为x轴，装配车体挠度值作为y轴，建立坐标系。设边梁第一点支撑点对应位置A的挠度测量值大小为ω_lA，边梁第二点支撑点对应位置B的挠度测量值大小为ω_lB，边梁上各挠度调整点到A点的距离为x_liA，A点与B点两点位置之间距离为x_lAB，A点与B点两点位置之间夹角大小α_l计算公式为：

边梁上第i个挠度调整点挠度测量值大小为ω_li(i＝1,2,3,4,5)，则边梁上各点挠度真实值ω'_li计算公式为：

ω'_li＝(ω_li-ω_lA)+x_liA tanα_l

对于装配车体右侧边梁，设边梁第一点支撑点对应位置A的挠度测量值大小为ω_rA，边梁第二点支撑点对应位置B的挠度测量值大小为ω_rB，边梁上各挠度调整点到A点的距离为x_riA，A点与B点两点位置之间距离为x_rAB，A点与B点两点位置之间夹角大小α_r计算公式为：

边梁上第i个挠度调整点挠度测量值大小为ω_ri，则边梁上各点挠度真实值ω'_ri计算公式为：

ω'_ri＝(ω_ri-ω_rA)+x_riAtanα_r

步骤20中，具体步骤包括：

如图4所示，装配车体模拟仿真方法通过有限元模拟仿真实现，根据装配车体重要参数建立装配车体有限元模型，装配车体重要结构参数主要包括装配车体长度L＝24500mm、装配车体最大宽度W_max＝3278mm、装配车体最大高度H_max＝2620mm、装配车体定距L_d＝17300mm、装配车体结构材料特性、装配车体有限元模型网格单元属性。

装配车体各调整点作用力下车体挠度边梁变形情况通过有限元仿真进行求解，通过在装配车体支撑点位置处施加垂向位移约束，在装配车体对角线撑杆拉顶装置处施加纵向位移约束，在各车门车窗相应位置处施加横向位移约束，分别在各挠度调整点位置施加挠度调整力模仿车体调整过程，施加压强大小为1MPa，即大小为88.6N的压力，通过有限元计算得到装配车体整体及左右侧边梁挠度变形情况如图5所示；

步骤30中，具体步骤包括：

如图6所示，仿真结果中装配车体边梁上挠度变形数据由装配车体边梁处网格单元节点获取，车体单侧边梁处网格单元节点数为491个，以边梁上节点位置为横轴，边梁上挠度测量数据为纵轴，通过三次样条曲线拟合得到仿真挠度变形方程。

以车体左侧边梁仿真挠度变形方程为例，设边梁长度为L_b，边梁上共有个K_n单元节点，第k个单元节点处节点位置为x_k(x_k∈[0,L_b])，y_jk定义为第j(j∈1,2,…,10)个测量调整位置单位作用力下第k个单元节点处节点位置挠度变形大小，S_l(x)定义为第j个测量调整位置单位作用力下车体左侧边梁挠度变形三次样条插值函数，

定义为三次样条插值函数S_lj(x)中[x_k,x_k+1]范围内的车体左侧边梁挠度变形函数，则对于车体左侧边梁挠度变形三次样条插值函数S_lj(x)，需满足方程组：

给定初始位置及终端位置的一阶导数、二阶导数值，结合上述方程组，可求得车体左侧边梁挠度变形三次样条插值函数，其在[x_k,x_k+1]范围内的挠度变形函数

具有如下形式：

其中，a_lk、b_lk、c_lk、d_lk分别为挠度变形函数S_lj(x)的三次项系数、二次项系数、一次项系数、常数系数。

对于车体右侧边梁挠度三次样条插值函数S_rj(x)及[x_k,x_k+1]范围内的车体右侧边梁挠度变形函数

求解方法与上述类似。

装配车体挠度调整过程中车体变形是弹性变形，各挠度调整点调整力对车体变形的影响互相独立。

设实际调整过程中第j个测量调整位置机械支撑装置提供支撑力及液压拉紧装置提供拉紧力大小分别为N_j和T_j，对于车体左侧边梁，设在装配车体各挠度调整点调整力作用下第i个调整位置挠度调整量γ_li计算公式为：

对于车体右侧边梁，设在装配车体各挠度调整点调整力作用下第i个调整位置挠度调整量γ_ri计算公式为：

所述步骤40具体包括：

对于装配车体左侧及右侧边梁上各点挠度调整点，都需要调整到挠度合格范围，设装配车体左侧边梁第i个挠度调整点最小合格值为ω'_lmin[i]，挠度调整点最大合格值为ω'_lmax[i]；装配车体右侧边梁第i个挠度调整点最小合格值为ω'_rmin[i]，挠度调整点最大合格值为ω'_rmax[i]，则挠度调整过程中需要满足以下方程组：

为防止装配车体调整过程中底架边梁出现拉断等现象，应减小装配车体调整过程中各挠度调整点调整力数值，规划目标函数为

约束方程为：

求解上述约束方程，得到装配车体各调整点调整力F_j＝N_j-T_j及预期调整挠度

和

所述步骤50具体包括：通过步骤40中求解出来的各调整点调整力F_j，在装配车体各对应调整点位置施加，对装配车体挠度进行调整，可使装配车体整体处于合格范围内。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种用于轨道交通车辆装配车体的车体挠度调整方法，其特征在于，所述装配车体的车体挠度调整方法包括以下步骤：

步骤A，对装配车体各点挠度测量数据进行处理，求解装配车体各点挠度真实值ω'_li和ω'_ri，其中，ω'_li为装配车体左侧各点挠度真实值，ω'_ri为装配车体右侧各点挠度真实值；

步骤B，对装配车体挠度调整过程进行模拟仿真，求解装配车体各调整点作用力下车体边梁挠度变形情况；

步骤C，对仿真结果中车体边梁挠度变形数据进行处理，对挠度变形数据进行曲线拟合得到仿真挠度变形函数S_lj(x)和S_rj(x)，推导装配车体各挠度调整点调整力作用下各调整位置挠度调整量γ_li和γ_ri；其中，S_lj(x)为第j个测量调整位置单位作用力下车体左侧边梁挠度变形三次样条插值函数，S_rj(x)为车体右侧边梁挠度三次样条插值函数，γ_li为装配车体左侧各挠度调整点调整力作用下第i个调整位置挠度调整量，γ_ri为装配车体右侧各挠度调整点调整力作用下第i个调整位置挠度调整量；

步骤D，根据装配车体挠度合格范围，求解各调整点调整力及预期调整挠度，给出装配车体挠度调整方案；

步骤E，根据装配车体挠度调整方案，分别对装配车体各调整点挠度调整装置进行设置，对装配车体挠度进行调整；

所述步骤C仿真结果中车体边梁上挠度变形数据由装配车体边梁处网格单元节点获取，以边梁上节点位置为横轴，边梁上挠度测量数据为纵轴，通过三次样条曲线拟合得到仿真挠度变形方程；

对于车体左侧边梁仿真挠度变形方程，设边梁长度为L_b，边梁上共有K_n个单元节点，第k个单元节点处节点位置为x_k(x_k∈[0,L_b])，y_jk定义为第j(j∈1,2,…,10)个测量调整位置单位作用力下第k个单元节点处节点位置挠度变形大小，

定义为三次样条插值函数S_lj(x)中[x_k,x_k+1]范围内的车体左侧边梁挠度变形函数，则对于车体左侧边梁挠度变形三次样条插值函数S_lj(x)，需满足方程组：

给定初始位置及终端位置的一阶导数、二阶导数值，结合上述方程组，求得车体左侧边梁挠度变形三次样条插值函数，其在[x_k,x_k+1]范围内的挠度变形函数

具有如下形式：

其中，a_lk、b_lk、c_lk、d_lk分别为挠度变形函数S_lj(x)的三次项系数、二次项系数、一次项系数、常数系数；

对于车体右侧边梁挠度三次样条插值函数S_rj(x)及[x_k,x_k+1]范围内的车体右侧边梁挠度变形函数

求解方法与上述左侧边梁挠度变形函数

雷同；

装配车体挠度调整过程中车体变形是弹性变形，各挠度调整点调整力对车体变形的影响互相独立；

设实际调整过程中第j个测量调整位置机械支撑装置提供支撑力及液压拉紧装置提供拉紧力大小分别为N_j和T_j，对于车体左侧边梁，设在装配车体各挠度调整点调整力作用下第i个调整位置挠度调整量γ_li计算公式为：

对于车体右侧边梁，设在装配车体各挠度调整点调整力作用下第i个调整位置挠度调整量γ_ri计算公式为：

所述步骤D具体包括：

对于装配车体左侧及右侧边梁上各点挠度调整点，都需要调整到挠度合格范围，设装配车体左侧边梁第i个挠度调整点最小合格值为ω'_lmin[i]，挠度调整点最大合格值为ω'_lmax[i]；装配车体右侧边梁第i个挠度调整点最小合格值为ω'_rmin[i]，挠度调整点最大合格值为ω'_rmax[i]，则挠度调整过程中需要满足以下方程组：

减小装配车体调整过程中各挠度调整点调整力数值，规划目标函数为

约束方程为：

求解上述约束方程，得到装配车体各调整点调整力F_j＝N_j-T_j及预期调整挠度

和

2.如权利要求1所述的用于轨道交通车辆装配车体的车体挠度调整方法，其特征在于，装配车体挠度调整位置包括装配车体左右侧边梁的端部、中部、支撑点共十点测量调整位置，分别给左右侧边梁上挠度测量调整位置设置上标号1～10，所述装配车体各点挠度测量数据通过激光位移传感器进行测量，并通过ZigBee模块使各点挠度测量数据传输到上位机中；

所述步骤A中装配车体两侧边梁两点支撑点对应位置挠度大小存在不同的情况，对于装配车体左侧边梁，以装配车体长度方向作为x轴，装配车体挠度值作为y轴，建立坐标系；设边梁第一点支撑点对应位置A的挠度测量值大小为ω_lA，边梁第二点支撑点对应位置B的挠度测量值大小为ω_lB，边梁上各挠度调整点到A点的距离为x_liA，A点与B点两点位置之间距离为x_lAB，A点与B点两点位置之间夹角大小α_l计算公式为：

边梁上第i个挠度调整点挠度测量值大小为ω_li(i＝1,2,3,4,5)，则边梁上各点挠度真实值ω'_li计算公式为：

ω'_li＝(ω_li-ω_lA)+x_liA tanα_l

对于装配车体右侧边梁，设边梁第一点支撑点对应位置A的挠度测量值大小为ω_rA，边梁第二点支撑点对应位置B的挠度测量值大小为ω_rB，边梁上各挠度调整点到A点的距离为x_riA，A点与B点两点位置之间距离为x_rAB，A点与B点两点位置之间夹角大小α_r计算公式为：

边梁上第i个挠度调整点挠度测量值大小为ω_ri，则边梁上各点挠度真实值ω'_ri计算公式为：

ω'_ri＝(ω_ri-ω_rA)+x_riAtanα_r。

3.如权利要求1所述的用于轨道交通车辆装配车体的车体挠度调整方法，其特征在于，所述步骤B中模拟仿真方法通过有限元模拟仿真实现，根据装配车体重要参数建立装配车体有限元模型，装配车体重要结构参数包括装配车体长度L、装配车体最大宽度W_max、装配车体最大高度H_max、装配车体定距L_d、装配车体结构材料特性、装配车体有限元模型网格单元属性。

4.如权利要求1所述的用于轨道交通车辆装配车体的车体挠度调整方法，其特征在于，所述步骤B中装配车体各调整点作用力下车体边梁挠度变形情况通过有限元仿真进行求解，通过在装配车体支撑点位置处施加垂向位移约束，在装配车体对角线撑杆拉顶装置处施加纵向位移约束，在各车门车窗相应位置处施加横向位移约束，分别在各挠度调整点位置施加挠度调整力模仿车体调整过程，通过有限元计算得到装配车体整体及左右侧边梁挠度变形情况。

5.如权利要求1所述的用于轨道交通车辆装配车体的车体挠度调整方法，其特征在于，所述步骤E具体包括：通过步骤D中求解出来的各调整点调整力F_j，在装配车体各调整点位置施加调整力，对装配车体挠度进行调整，使装配车体整体处于合格范围内。

Images