一种铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法技术

本发明专利技术提供了一种铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法，获取目标车辆的结构参数、质量参数以及悬挂参数；计算得到车体悬挂系统的横向当量刚度；计算得到车体悬挂系统的垂向当量刚度；获取车体横向自由振动的微分方程；分别计算得到车体的下心滚摆和上心滚摆的圆频率及其摆心距离车体质心的距离，从而完成装配抗侧滚扭杆的铁道客车车体滚摆频率和摆心位置的计算。本发明专利技术考虑了车体的下心滚摆模态以及上心滚摆模态两个模态的频率及其摆心距离车体质心的距离与抗侧滚扭杆的刚度的关系，能够精准地计算滚摆模态的频率和摆心位置，为车辆动力学性能及限界做出了的重要参考意义。

A calculation method of rolling frequency and center position of railway passenger car body

【技术实现步骤摘要】
一种铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法
本专利技术属于铁道客车动力学及限界
，尤其涉及一种铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法。
技术介绍
铁道客车在设计阶段需要考虑车辆动力学性能和限界问题，与其结构参数、质量参数和悬挂参数直接相关。铁道客车一般采用两级悬挂，即一系悬挂和二系悬挂，以保证车辆具有充足的直线运动稳定性、曲线通过安全性和乘坐品质，并满足车辆动态限界的要求。其中，二系悬挂主要有空气弹簧、减振器和抗侧滚扭杆等组成，而抗侧滚扭杆主要是用于提高车辆的抗倾覆稳定性和满足车辆限界的要求。当整车的空气弹簧采用两点控制方案时，即一个转向架的左右侧空簧是连通的，需要增加抗侧滚扭杆以提高车辆的抗倾覆稳定性和满足车辆限界。抗侧滚扭杆所提供的扭转刚度将影响车体的下心滚摆模态和上心滚摆模态，即两个模态的频率及其摆心距离车体质心的距离与抗侧滚扭杆的刚度直接相关，而目前计算方法并未考虑这一因素，而精准计算滚摆模态的频率和摆心位置对车辆动力学性能及限界具有重要参考意义。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法，本专利技术考虑了车体的下心滚摆模态以及上心滚摆模态两个模态的频率和摆心距离车体质心的距离与抗侧滚扭杆的刚度的关系，能够精准地计算滚摆模态的频率和摆心位置，为车辆动力学性能及限界做出了的重要参考意义。为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：本方案提供一种铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法，包括以下步骤：>S1、获取目标车辆的结构参数、质量参数以及悬挂参数；S2、根据车辆的悬挂参数计算得到车体悬挂系统的横向当量刚度；S3、根据车辆的结构参数以及悬挂参数计算得到车体悬挂系统的垂向当量刚度；S4、根据车体悬挂系统的质量参数、横向当量刚度以及垂向当量刚度，获取车体横向自由振动的微分方程；S5、根据所述车体横向自由振动的微分方程，分别计算得到车体的下心滚摆和上心滚摆的圆频率和摆心距离车体质心的距离，从而完成装配抗侧滚扭杆的铁道客车车体滚摆频率和摆心位置的计算。进一步地，所述步骤S2中车体悬挂系统的横向当量刚度ky的表达式如下：其中，kpy表示一系悬挂的横向刚度，ksy表示二系悬挂的横向刚度。再进一步地，所述步骤S3中车体悬挂系统的垂向当量刚度kz的表达式如下：其中，kpz表示一系悬挂的垂向刚度，表示一系悬挂的横向跨距之半的平方，ksz表示二系悬挂的垂向刚度，表示二系悬挂的横向跨距之半的平方，kARB表示抗侧滚扭杆的等效扭转刚度。再进一步地，所述步骤S4中车体横向自由振动的微分方程的表达式如下：其中，a1、a2、a3和a4均表示中间变量，yc表示车体的横移运动位移，表示车体横移加速度，θc表示车体的侧滚运动角度，表示侧滚运动加速度，ψc表示车体的摇头运动角度，表示车体摇头运动加速度，ky表示车体悬挂系统的横向当量刚度，kz表示车体悬挂系统的垂向当量刚度，表示车辆定距之半的平方，表示二系悬挂的横向跨距之半的平方，A和B均表示振幅，β表示相位，p表示圆频率，t表示时间，hc表示车体质心距离二系悬挂等效作用点的高度，mc表示车体质量，Jcx表示车体的侧滚转动惯量，Jcz表示车体的摇头转动惯量，g表示重力加速度。再进一步地，所述步骤S5中车体的下心滚摆和上心滚摆的圆频率的表达式如下：其中，a1、a2、a3和a4均表示中间变量，p1和p2分别表示下心滚摆和上心滚摆的圆频率。再进一步地，所述步骤S5中车体的下心滚摆和上心滚摆的距离车体质心的距离的表达式如下：其中，a1、a2、a3和a4均表示中间变量，h1和h2分别表示下心滚摆和上心滚摆的摆心距离车体质心的距离。本专利技术的有益效果：本专利技术一种铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法，获取目标车辆的结构参数、质量参数以及悬挂参数；计算得到车体悬挂系统的横向当量刚度；计算得到车体悬挂系统的垂向当量刚度；获取车体横向自由振动的微分方程；分别计算得到车体的下心滚摆和上心滚摆的圆频率及其摆心距离车体质心的距离，从而完成装配抗侧滚扭杆的铁道客车车体滚摆频率和摆心位置的计算。本专利技术考虑了车体的下心滚摆模态以及上心滚摆模态两个模态的频率和摆心距离车体质心的距离与抗侧滚扭杆的刚度的关系，能够精准地计算滚摆模态的频率和摆心位置，为车辆动力学性能及限界做出了的重要参考意义。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。图2为铁道客车结构示意图。图3为铁道客车的横向振动模型。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，本专利技术提供了一种铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法，包括以下步骤：S1、获取目标车辆的结构参数、质量参数以及悬挂参数。本实施例中，一般铁道客车在车体前后端都装配了同样的两轴转向架，每转向架一系由4个轴箱(一系)悬挂组成，每轴箱的垂向刚度kpz和横向刚度kpy，每转向架单侧的二系悬挂的垂向刚度ksz和横向刚度ksy。对二系悬挂装配抗侧滚扭杆的车辆，抗侧滚扭杆不阻止车体的浮沉和点头运动，但当车体侧滚时可产生较大的复原力矩，提高了车体抗倾覆稳定性，特别是二系悬挂中空簧采用两点控制的车辆，设每转向架抗侧滚扭杆刚度为kARB。设车体质量为Mc和侧滚转动惯量为Jcx，设一系悬挂的横向跨距之半为wp，二系悬挂的横向跨距之半为ws和车体质心距离二系悬挂等效作用点的hc，如图2-图3所示的车辆结构图和横向振动模型，车体运动自由度包括：横向运动yc、侧滚运动θc和摇头运动ψc。S2、根据车辆的悬挂参数计算得到车体悬挂系统的横向当量刚度。本实施例中，由于构架质量远小于车体质量，在计算车体悬挂系统的横向当量刚度时，忽略构架质量的影响，车体悬挂视为一系和二系悬挂的串联，并将车体简化为四点支撑，则单个悬挂点的横向当量刚度为：其中，kpy表示一系悬挂的横向刚度，ksy表示二系悬挂的横向刚度。S3、根据车辆的结构参数以及悬挂参数计算得到车体悬挂系统的垂向当量刚度。本实施例中，当车体上有侧滚力矩Tc作用时，车体相对构架的侧滚角为θ2，构架相对轮对的侧滚角为θ1，则车体相对轮对的侧滚角θc表示为：θc＝θ1+θ2一系悬挂的侧滚力矩T1表示为：二系悬挂的侧滚力矩T2表示为：根据一系悬挂、二系悬挂和车体上外载荷力矩之间的平衡关系T1＝T2＝Tc，可得：假设车体每端单侧的垂向当量刚度为kz本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、获取目标车辆的结构参数、质量参数以及悬挂参数；/nS2、根据车辆的悬挂参数计算得到车体悬挂系统的横向当量刚度；/nS3、根据车辆的结构参数以及悬挂参数计算得到车体悬挂系统的垂向当量刚度；/nS4、根据车体悬挂系统的质量参数、横向当量刚度以及垂向当量刚度，获取车体横向自由振动的微分方程；/nS5、根据所述车体横向自由振动的微分方程，分别计算得到车体的下心滚摆和上心滚摆的圆频率及其摆心距离车体质心的距离，从而完成装配抗侧滚扭杆的铁道客车车体滚摆频率和摆心位置的计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取目标车辆的结构参数、质量参数以及悬挂参数；
S2、根据车辆的悬挂参数计算得到车体悬挂系统的横向当量刚度；
S3、根据车辆的结构参数以及悬挂参数计算得到车体悬挂系统的垂向当量刚度；
S4、根据车体悬挂系统的质量参数、横向当量刚度以及垂向当量刚度，获取车体横向自由振动的微分方程；
S5、根据所述车体横向自由振动的微分方程，分别计算得到车体的下心滚摆和上心滚摆的圆频率及其摆心距离车体质心的距离，从而完成装配抗侧滚扭杆的铁道客车车体滚摆频率和摆心位置的计算。


2.根据权利要求1所述的铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法，其特征在于，所述步骤S2中车体悬挂系统的横向当量刚度ky的表达式如下：



其中，kpy表示一系悬挂的横向刚度，ksy表示二系悬挂的横向刚度。


3.根据权利要求1所述的铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法，其特征在于，所述步骤S3中车体悬挂系统的垂向当量刚度kz的表达式如下：



其中，kpz表示一系悬挂的垂向刚度，表示一系悬挂的横向跨距之半的平方，ksz表示二系悬挂的垂向刚度，表示二系悬挂的横向跨距之半的平方，kARB表示抗侧滚扭杆的等效扭转刚度。


4.根据权利要求1所述的铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法，其特征在于，所述步骤S4中车体横向自由...

【专利技术属性】
技术研发人员：石怀龙，罗仁，王勇，郭金莹，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51