CN113946786A - 一种轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道车辆用齿轮箱吊杆的运动分析领域，具体涉及一种轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，包括步骤：S1、设定坐标系；S2、通过T点的坐标值、T点与B点的距离以及B点与O点的距离，计算B点的坐标值；S3、计算吊杆的摆动角度α；S4、在摆动角度中筛选出α的最小值α₀，并追溯出此状态下的T点的坐标以及B点的坐标；S5、计算出摆动角度为α₀时，吊杆距离制动缸的距离L，则L为车辆运行状态下吊杆距离制动缸的最近距离。本发明能够预判吊杆是否与相邻零部件发生干涉，有效减少吊杆失效事故的发生，并且能够预判联轴节的径向变位需求，进而能够预先判断联轴节是否满足车辆运行要求，有效减少联轴节失效事故的发生。

Description

一种轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆用齿轮箱吊杆的运动分析技术领域，具体涉及一种轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法。

背景技术

轨道车辆是一种快速、高效的交通工具，随着轨道车辆的高速发展，其载客量和运行速度均不断提高，进而对轨道车辆的安全性和可靠性提出了更高的要求。轨道车辆的动力来源于牵引电机，牵引电机通过齿轮箱将扭矩和车速传递至车轴，驱动轮对滚动，从而驱动车辆前行。齿轮箱一端的出轴连接车轴，用于驱动车轴旋转，齿轮箱另一端的出轴连接牵引电机，用于接收牵引电机传递的扭矩。齿轮箱与牵引电机之间的连接机构为联轴节，当车辆在满载乘客的状态时，车体状态相对于空车状态下沉，齿轮箱中心、联轴节中心和牵引电机中心不在同一直线上。因此，需要利用联轴节的变形以缓冲牵引电机和齿轮箱中心之间的不同轴，保证联轴节、牵引电机和齿轮箱齿轮的高速运转。

齿轮箱通过吊杆悬挂在构架上，因此，吊杆承受着齿轮箱的重力载荷以及车辆运行过程中齿轮箱的震动冲击或扭矩载荷，包括牵引时的惯性载荷、制动时的冲击载荷以及牵引电机短路引起的载荷等。因此，车辆运行过程中吊杆的相对位置并不是固定不变的，而是随着载荷的变化相对于齿轮箱发生一定的相对移动，进而吊杆较易出现断裂事故，严重影响轨道车辆的安全运行。因此，有必要对吊杆的运动轨迹进行分析，对吊杆在车辆运行过程中的变位进行计算，核对吊杆的变位是否满足车辆运行要求以及吊杆是否与其他零部件发生干涉。

对于吊杆的失效分析，目前的研究较多，如专利CN203543993U公开了一种轨道交通车辆用齿轮箱防脱落装置，它包括齿轮箱箱体、盖板、螺栓、齿轮箱吊杆、构架吊挂座、吊挂座止挡，所述的齿轮箱箱体上安装有盖板，由螺栓紧固，与齿轮箱箱体形成一个止挡空间，构架吊挂座端部设置相应尺寸止挡，伸入盖板与齿轮箱形成的止挡空间，并与齿轮箱和盖板有一定间隙，使齿轮箱与构架发生相对位移及偏转时，吊挂座与齿轮箱和盖板不会发生干涉，在吊杆失效时，吊挂座止挡在齿轮箱旋转方向，阻止齿轮箱旋转。本实用新型能有效消除齿轮箱吊杆失效带来的安全隐患，具有较高安全性和可靠性。但是该装置仅是在吊杆失效后的补救措施，并没有对吊杆在使用之前进行变位校核，不利于设计的改进。

因此，亟需设计一种轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，对吊杆的运动轨迹进行分析，进而预判车辆运行中吊杆是否与其他零部件发生干涉，为后续吊杆的设计提供有利数据。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，计算吊杆的端点位置及角度变化，进而计算出吊杆与相邻零部件的距离。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，包括如下步骤：

S1、将齿轮箱上的车轴轴心设定为O点，以0点为坐标原点，以与车轴的轴线垂直的平面为XY面，设定XY二维坐标系；将吊杆的上吊点的圆心沿Z向投影到XY面上的点设定为T点，将吊杆的下吊点的圆心沿Z向投影到XY面上的点设定为B点；

S2、通过T点的坐标值、T点与B点的距离以及B点与O点的距离，计算B点的坐标值；

S3、通过T点的坐标值以及步骤S2中得出的B点的坐标值，计算出吊杆的摆动角度α；

S4、在摆动角度中筛选出α的最小值α₀，并追溯出此状态下的T点的坐标以及B点的坐标；

S5、计算出摆动角度为α₀时，吊杆距离制动缸的距离L，则L为车辆运行状态下吊杆距离制动缸的最近距离。

进一步地，设定在空载状态下T点的坐标值为(X_t0，Y_t0)，则车辆运行过程中T点坐标值为(X_t，Y_t)，X_t0-8≤X_t≤X_t0+5，Y_t0-17≤Y_t≤Y_t0+9。

进一步地，所述吊杆的下吊点与齿轮箱连接。

更进一步地，步骤S2中计算B点坐标值的具体方法为：

设定R_tb为T点至B点的直线距离，R_bo为B点至O点的直线距离，B点的坐标值为(X_b，Y_b)，则B点的坐标值满足以下公式：

(X_b-X_t)²+(Y_b-Y_t)²＝R_tb ²

(X_b)²+(Y_b)²＝R_bo ²

则，

设定

则，X_b＝K₁Y_b+K₂

根据X_b与Y_b的关系式得出Y_b值：

再计算X_b值：

进一步地，所述摆动角度α为TB线段与坐标系Y方向的夹角，步骤S3中计算摆动角度α的具体方法为：

进一步地，将齿轮箱与牵引电机连接的小齿轮轴的轴心沿Z向投影到XY面上的点设定为P点，通过B点坐标值、B点至P点的直线距离以及P点至O点的直线距离，计算P点的坐标值；

根据P点坐标值，结合电机出轴的坐标值，计算电机出轴与小齿轮轴的径向变位。

进一步地，所述小齿轮轴轴心位于所述下吊点的上方。

更进一步地，设定P点的坐标值为(X_p，Y_p)，设定B点至P点的直线距离为R_bp，P点至O点的直线距离为R_po，P点坐标值的计算方法为：

其中，

进一步地，设定在空载状态下电机出轴的坐标为(X_d0，Y_d0)，则电机出轴的坐标值(X_d，Y_d)为：

X_d＝X_d0+X_t-X_t0

Y_d＝Y_d0+Y_t-Y_t0

则电机出轴的坐标与P点坐标建立了一一对应关系，进而计算出电机出轴与小齿轮轴的径向变位：

根据计算出的径向变位，选取满足需求的联轴节。

进一步地，步骤S5中计算距离L的具体方法为，利用作图法，依据摆动角度最小时T点和B点的坐标值，将吊杆的位置固定好，测量吊杆距离制动缸的最小距离L。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明通过对吊杆在使用前预先进行运动轨迹分析，利用变位校核方法计算出吊杆下吊点的坐标变化以及吊杆摆动角度的变化，从而计算出车辆运行过程中吊杆的运动轨迹，能够预先判断吊杆是否与相邻零部件发生干涉，有效减少吊杆失效事故的发生，为后续吊杆的优化设计提供有利数据。

2.本发明利用吊杆下吊点的坐标变化，通过变位校核方法计算出小齿轮轴轴心的坐标变化，从而计算出车辆运行状态下联轴节的径向变位需求，进而能够预先判断联轴节是否满足车辆运行要求，有效减少联轴节失效事故的发生。

附图说明

图1为本发明中齿轮箱吊杆的结构示意图。

图2为本发明中坐标系的简化示意图。

图3为本发明中计算B点坐标值时的辅助圆的示意图。

图4为本发明中计算P点坐标值时的辅助圆的示意图。

图5为本发明中摆动角度α的示意图。

附图标记说明：

1-齿轮箱，2-吊杆，3-制动缸，4-车轴轴心，5-小齿轮轴轴心，6-上吊点，7-下吊点。

具体实施方式

下面将结合附图说明对本发明的技术方案进行清楚的描述，显然，所描述的实施例并不是本发明的全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

另外需要说明的是，本发明中所述的坐标值均是以毫米为单位。

如图1所示，本发明提供一种轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，齿轮箱1上具有两个出轴，右侧的出轴为车轴，用于连接轮对；左侧的出轴为小齿轮轴，用于连接牵引电机，齿轮箱1与牵引电机通过联轴节连接。齿轮箱1的左侧设置吊杆2，吊杆2具有上吊点和下吊点，上吊点为吊杆2与构架的连接点，下吊点为吊杆2与齿轮箱1的连接点。小齿轮轴的轴心位于下吊点的上方。吊杆2的左侧设置制动缸3。

一种轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法包括以下步骤：

S1、设定坐标系

如图2所示，将齿轮箱上的车轴轴心设定为O点，以0点为坐标原点，以与车轴的轴线垂直的平面为XY面，设定XY二维坐标系；将吊杆的上吊点的圆心沿Z向投影到XY面上的点设定为T点，将吊杆的下吊点的圆心沿Z向投影到XY面上的点设定为B点；

S2、通过T点的坐标值、T点与B点的距离以及B点与O点的距离，计算B点的坐标值；

设定在空载状态下T点的坐标值为(X_t0，Y_t0)，根据车辆运行过程中，构架向下的最大压缩变形为17mm，构架最大弹起高度为9mm，则T点的Y坐标的变化范围为Y_t0-17≤Y_t≤Y_t0+9；根据车辆运行过程中，考虑车辆运动位移以及制造和安装误差，T点的X坐标的变化范围为X_t0-8≤X_t≤X_t0+5。

设定R_tb为T点至B点的直线距离，R_bo为B点至O点的直线距离，B点的坐标值为(X_b，Y_b)，则B点的坐标值满足以下公式：

(X_b-X_t)²+(Y_b-Y_t)²＝R_tb ²

(X_b)²+(Y_b)²＝R_bo ²

将上述两个公式结合相减，得出：

设定

则得出：

X_b＝K₁Y_b+K₂

根据X_b与Y_b的关系式得出Y_b值：

再计算X_b值：

最终得出两组坐标值，这两组坐标值即为：以O为圆心以BO线段为半径的圆，和以T为圆心以TB为半径的圆，两个圆相交的交点的坐标值，如图3所示，B点坐标值为Y坐标较小的一组坐标值。

S3、通过T点的坐标值以及步骤S2中得出的B点的坐标值，计算出吊杆的摆动角度α；

如图5所示，所述摆动角度α为TB线段与坐标系Y方向的夹角，步骤S3中计算摆动角度α的具体方法为：

S4、在摆动角度中筛选出α的最小值α₀，并追溯出此状态下的T点的坐标以及B点的坐标；

S5、计算出摆动角度为α₀时，吊杆2距离制动缸3的距离L，则L为车辆运行状态下吊杆2距离制动缸3的最近距离。利用作图法，依据摆动角度最小时T点和B点的坐标值，将吊杆2的位置固定好，测量吊杆2距离制动缸3的最小距离L。

优选地，根据计算出的B点的坐标值，计算小齿轮轴轴心的径向变位；

将齿轮箱与牵引电机连接的小齿轮轴的轴心沿Z向投影到XY面上的点设定为P点，通过B点坐标值、B点至P点的直线距离以及P点至O点的直线距离，计算P点的坐标值。

设定P点的坐标值为(X_p，Y_p)，设定B点至P点的直线距离为R_bp，P点至O点的直线距离为R_po，则P点的坐标值满足以下公式：

(X_p-X_b)²+(Y_p-Y_b)²＝R_bp ²

(X_p)²+(Y_p)²＝R_po ²

将上述两个公式结合相减，得出：

设定

则得出：

X_p＝K₃Y_p+K₄

根据X_p与Y_p的关系式得出Y_p值：

在计算X_p值：

最终得出两组坐标值，这两组坐标值即为：以O为圆心以PO线段为半径的圆，和以B为圆心以BP为半径的圆，两个圆相交的交点的坐标值，如图4所示，P点坐标值为Y坐标较大的一组坐标值。

依据计算出的P点的坐标值变化，结合牵引电机的电机出轴的坐标变化，计算出小齿轮轴相对于牵引电机的电机出轴的径向变位，进而能够计算出联轴节的径向变位需求。牵引电机的电机出轴的坐标变化与上吊点的坐标变化相同，即设定在空载状态下电机出轴的坐标为(X_d0，Y_d0)，则电机出轴的坐标值(X_d，Y_d)为：

X_d＝X_d0+X_t-X_t0

Y_d＝Y_d0+Y_t-Y_t0

则电机出轴的坐标与P点坐标建立了一一对应关系，进而计算出电机出轴与小齿轮轴的径向变位：

根据计算出的径向变位，选取满足需求的联轴节，有效避免联轴节的失效事故。

以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将齿轮箱上的车轴轴心设定为O点，以0点为坐标原点，以与车轴的轴线垂直的平面为XY面，设定XY二维坐标系；将吊杆的上吊点的圆心沿Z向投影到XY面上的点设定为T点，将吊杆的下吊点的圆心沿Z向投影到XY面上的点设定为B点；

S2、通过T点的坐标值、T点与B点的距离以及B点与O点的距离，计算B点的坐标值；

S3、通过T点的坐标值以及步骤S2中得出的B点的坐标值，计算出吊杆的摆动角度α；

S4、在摆动角度中筛选出α的最小值α₀，并追溯出此状态下的T点的坐标以及B点的坐标；

S5、计算出摆动角度为α₀时，吊杆距离制动缸的距离L，则L为车辆运行状态下吊杆距离制动缸的最近距离。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，其特征在于，设定在空载状态下T点的坐标值为(X_t0，Y_t0)，则车辆运行过程中T点坐标值为(X_t，Y_t)，X_t0-8≤X_t≤X_t0+5，Y_t0-17≤Y_t≤Y_t0+9。

3.根据权利要求2所述的轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，其特征在于，所述吊杆的下吊点与齿轮箱连接。

4.根据权利要求3所述的轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，其特征在于，步骤S2中计算B点坐标值的具体方法为：

设定R_tb为T点至B点的直线距离，R_bo为B点至O点的直线距离，B点的坐标值为(X_b，Y_b)，则B点的坐标值满足以下公式：

(X_b-X_t)²+(Y_b-Y_t)²＝R_tb ²

(X_b)²+(Y_b)²＝R_bo ²

则，

设定

则，X_b＝K₁Y_b+K₂

根据X_b与Y_b的关系式得出Y_b值：

再计算X_b值：

5.根据权利要求4所述的轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，其特征在于，所述摆动角度α为TB线段与坐标系Y方向的夹角，步骤S3中计算摆动角度α的具体方法为：

6.根据权利要求2所述的轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，其特征在于，将齿轮箱与牵引电机连接的小齿轮轴的轴心沿Z向投影到XY面上的点设定为P点，通过B点坐标值、B点至P点的直线距离以及P点至O点的直线距离，计算P点的坐标值；

根据P点坐标值，结合电机出轴的坐标值，计算电机出轴与小齿轮轴的径向变位。

7.根据权利要求6所述的轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，其特征在于，所述小齿轮轴轴心位于所述下吊点的上方。

8.根据权利要求6所述的轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，其特征在于，设定P点的坐标值为(X_p，Y_p)，设定B点至P点的直线距离为R_bp，P点至O点的直线距离为R_po，P点坐标值的计算方法为：

其中，

9.根据权利要求8所述的轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，其特征在于，设定在空载状态下电机出轴的坐标为(X_d0，Y_d0)，则电机出轴的坐标值(X_d，Y_d)为：

X_d＝X_d0+X_t-X_t0

Y_d＝Y_d0+Y_t-Y_t0

其中，X_t为T点在车辆运行时的X坐标，Y_t为T点在车辆运行时的Y坐标，X_t0为T点在空载状态下的X坐标，Y_t0为T点在空载状态下的Y坐标；

进而计算出电机出轴与小齿轮轴的径向变位：

根据计算出的径向变位，选取满足需求的联轴节。

10.根据权利要求1所述的轨道车辆用齿轮箱吊杆的变位校核方法，其特征在于，步骤S5中计算距离L的具体方法为，利用作图法，依据摆动角度最小时T点和B点的坐标值，将吊杆的位置固定好，测量吊杆距离制动缸的最小距离L。

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