考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法及系统，通过分析考虑纵向加载附加弯矩的车钩的受力情况，并根据分析结果构建车钩的表面应变与车钩力之间的解算模型；测量待测车钩的表面应变，将待测车钩的表面应变输入到所述解算模型中，得到待测车钩力。相比现有技术，本发明专利技术考虑纵向偏心加载附加弯矩对车钩力的影响，并基于此构建解算模型，使得构建出的解算模型能更加准确的解算出车钩力，此外，本发明专利技术适用范围广，能为动力学的设计、评估与优化提供数据支撑。与优化提供数据支撑。与优化提供数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及轨道车辆车钩的力学研究领域，尤其考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法及系统。

技术介绍

[0002]随着现代化水平的发展，特别是轨道交通、电力、钢铁及化学工业的发展，越来越多的交通出行及重型货物需要通过轨道车辆来运输，轨道车辆是输送人以及特殊重型货物的首要选项之一。
[0003]目前，针对轨道车辆及特殊的重载列车运输任务的安全监测对象主要包括列车纵向动力学性能参数以及车钩纵向力的测量，而缺少对轨道车辆及特殊的重载列车车钩的横向力、垂向力的测量与分析，而车钩的横向力、垂向力分析对重载列车的运输安全同样具有影响，如若不监测车钩的横向力、垂向力同样会对重载列车运输造成安全隐患。
[0004]此外，现有技术中，在计算车钩纵向力时，并未考虑纵向加载附加弯矩对其的影响，导致测量出的车钩纵向力并不十分准确，进而影响安全监测的效果。
[0005]因此，现有技术中缺少对轨道车辆及特殊的重载列车车钩的横向力及垂向力的测量与分析，且纵向力测量不够准确已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法及系统，用于解决目前缺少对轨道车辆及特殊的重载列车车钩的横向力及垂向力的测量与分析、且纵向力测量不够准确的技术问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0008]一种考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法，包括以下步骤：r/>[0009]分析考虑纵向加载附加弯矩的车钩的受力情况，并根据分析结果构建车钩的表面应变与车钩力之间的解算模型；
[0010]测量待测车钩的表面应变，将待测车钩的表面应变输入到所述解算模型中，得到待测车钩力。
[0011]优选的，所述车钩力包括：车钩的钩舌纵向力、钩舌横向力以及钩舌垂向力中一种或任意几种的组合；
[0012]当测量车钩力包括钩舌纵向力时，所述解算模型包括：
[0013][0014]其中，F
L
为钩舌纵向力；C
(FL)
为车钩纵向载荷与对心纵向加载应变的关系系数，通过数值仿真进行标定；ε
R
为车钩左面测得的纵向应变；ε
L
为车钩右面测得的纵向应变；ε
B
为车钩底面测得的纵向应变；ε
T
为车钩顶面测得的纵向应变；
[0015]当测量车钩力包括钩舌横向力时，所述解算模型包括：
[0016][0017]其中，F
H
为钩舌横向力；C
(FH)
为车钩横向载荷与右侧面纵向应变的关系系数，通过数值仿真进行标定；C
(ML)
为车钩纵向载荷与附加弯矩加载应变的关系系数，通过数值仿真进行标定；
[0018]当测量车钩力包括钩舌垂向力时，所述解算模型包括：
[0019][0020]其中，F
v
为钩舌垂向力；C
(FV)
为车钩垂向载荷与底面纵向应变的关系系数，通过数值仿真进行标定。
[0021]优选的，所述车钩力包括车钩的三向力，所述三向力包括钩舌纵向力、钩舌横向力以及钩舌垂向力；分析考虑纵向加载附加弯矩的车钩的受力情况，并根据分析结果构建车钩的表面应变与车钩力之间的解算模型，包括以下步骤：
[0022]分析车钩纵向偏心加载、横向加载和垂向加载的应变
‑
载荷关系；
[0023]综合纵向偏心加载、横向加载和垂向加载的应变
‑
载荷关系，基于车钩各表面实际纵向应变是由三类载荷组合作用的原则，构建车钩各面的实际应变公式；联立车钩各面的实际应变公式求解所述车钩的表面应变与车钩的三向力之间的解算模型。
[0024]优选的，分析车钩纵向偏心加载、横向加载和垂向加载的应变
‑
载荷关系，包括以下步骤：
[0025]构建以车钩钩舌中心为坐标原点，以钩舌垂向方向为y轴，以钩舌横向方向为x轴，以钩舌纵向方向为z轴的坐标系，设偏心钩舌纵向力为F
L
，钩舌横向力为F
H
，钩舌垂向力为F
V
，由于纵向力F
L
与车钩中心线的横向偏心Δx，会产生一个绕y轴的正向附加弯矩M
L(y)
，该附加弯矩与横向力F
H
作用的摇头弯矩M
H(y)
耦合在同一平面；垂向力F
V
作用下，绕x轴的作用点头弯矩记为M
V(x)
；定义车钩各表面中：面法向为x轴的ABCD面为右面R面，EFGH面为左面L面；定义面法向为y轴的BCGF面为顶面T面，ADHE面为底面B面，2W为关注车钩截面宽度、2H为关注车钩截面高度；
[0026]分析钩舌纵向加载时，车钩的应变一载荷关系：
[0027]钩舌纵向加载时，纵向力可解耦为对心纵向加载及附加弯矩加载；
[0028]在纵向加载FL作用下，各面沿车钩长度z轴方向的应变满足：
[0029]ε
R(FL)
＝ε
L(FL)
＝ε
T(FL)
＝ε
B(FL)
＝ε
(FL)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0030]偏心纵向加载的附加弯矩M
L(y)
作用下，R面受拉、L面受压，车钩上下面沿x轴的z向应变应满足在左右面应变区间连续，且中间存在中性层，因此各面沿车钩长度z轴方向的应变满足：
[0031]ε
T(ML)
＝ε
B(ML)
＝
‑
x
·
ε
R(ML
)/W＝x
·
ε
L(ML)
/W
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0032]式中，2W为车钩沿x轴的宽度尺寸，x为车钩上下面(T面、B面)沿x轴位置坐标，x∈[
‑
W，W]，当x＝0时，为中性层位置，此处，记ε
R(ML)
＝ε
(ML)
；
[0033]综上，纵向力引起的两种应变为ε
(FL)
和ε
(ML)
，由于偏心纵向载荷的作用位置固定，即弯矩的力臂不变，则等效附加弯矩的大小与纵向载荷大小成正比，因此有：
[0034][0035]式中，C
(FL)
和C
(ML)
分别为车钩纵向载荷与对心纵向加载应变、附加弯矩加载应变的关系系数，可通过数值仿真进行标定。
[0036]分析钩舌横向加载时，车钩的应变
‑
载荷关系：
[0037]水平横向力F
H
等效为绕y轴的摇头弯矩M
H(y)
作用，L面受拉、R面受压，车钩上下面沿x轴的z向应变应满足在左右面应变区间连续本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：分析考虑纵向加载附加弯矩的车钩的受力情况，并根据分析结果构建车钩的表面应变与车钩力之间的解算模型；测量待测车钩的表面应变，将待测车钩的表面应变输入到所述解算模型中，得到待测车钩力。2.根据权利要求1所述的考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法，其特征在于，所述车钩力包括：车钩的钩舌纵向力、钩舌横向力以及钩舌垂向力中一种或任意几种的组合；当测量车钩力包括钩舌纵向力时，所述解算模型包括：其中，F
L
为钩舌纵向力；C
(FL)
为车钩纵向载荷与对心纵向加载应变的关系系数，通过数值仿真进行标定；ε
R
为车钩左面测得的纵向应变；ε
L
为车钩右面测得的纵向应变；ε
B
为车钩底面测得的纵向应变；ε
T
为车钩顶面测得的纵向应变；当测量车钩力包括钩舌横向力时，所述解算模型包括：其中，F
H
为钩舌横向力；C
(FH)
为车钩横向载荷与右侧面纵向应变的关系系数，通过数值仿真进行标定；C
(ML)
为车钩纵向载荷与附加弯矩加载应变的关系系数，通过数值仿真进行标定；当测量车钩力包括钩舌垂向力时，所述解算模型包括：其中，F
V
为钩舌垂向力；C
(FV)
为车钩垂向载荷与底面纵向应变的关系系数，通过数值仿真进行标定。3.根据权利要求1所述的考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法，其特征在于，所述车钩力包括车钩的三向力，所述三向力包括钩舌纵向力、钩舌横向力以及钩舌垂向力；分析考虑纵向加载附加弯矩的车钩的受力情况，并根据分析结果构建车钩的表面应变与车钩力之间的解算模型，包括以下步骤：分析车钩纵向偏心加载、横向加载和垂向加载的应变—载荷关系；综合纵向偏心加载、横向加载和垂向加载的应变—载荷关系，基于车钩各表面实际纵向应变是由三类载荷组合作用的原则，构建车钩各面的实际应变公式；联立车钩各面的实际应变公式求解所述车钩的表面应变与车钩的三向力之间的解算模型。4.根据权利要求3所述的考虑纵向加载附加弯矩的车钩力测量方法，其特征在于，分析车钩纵向偏心加载、横向加载和垂向加载的应变—载荷关系，包括以下步骤：构建以车钩钩舌中心为坐标原点，以钩舌垂向方向为y轴，以钩舌横向方向为x轴，以钩舌纵向方向为z轴的坐标系，设偏心钩舌纵向力为F
L
，钩舌横向力为F
H
，钩舌垂向力为F
V
，由于纵向力F
L
与车钩中心线的横向偏心Δx，会产生一个绕y轴的正向附加弯矩M
L(y)
，该附加弯矩与横向力F
H
作用的摇头弯矩M
H(y)
耦合在同一平面；垂向力F
V
作用下，绕x轴的作用点头弯矩记为M
V(x)
；定义车钩各表面中：面法向为x轴的ABCD面为右面R面，EFGH面为左面L面；定义
面法向为y轴的BCGF面为顶面T面，ADHE面为底面B面，2W为关注车钩截面宽度、2H为关注车钩截面高度；分析钩舌纵向加载时，车钩的应变—载荷关系：钩舌纵向加载时，纵向力可解耦为对心纵向加载及附加弯矩加载；在纵向加载FL作用下，各面沿车钩长度z轴方向的应变满足：ε
R(FL)
＝ε
L(FL)
＝ε
T(FL)
＝ε
B(FL)
＝ε
(FL)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)偏心纵向加载的附加弯矩M
L(y)
作用下，R面受拉、L面受压，车钩上下面沿x轴的z向应变应满足在左右面应变区间连续，且中间存在中性层，因此各面沿车钩长度z轴方向的应变满足：ε
T(ML)
＝ε
B(ML)
＝
‑
x
·
ε
R(ML)
/W＝x
·
ε
L(ML)
/W
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，2W为车钩沿x轴的宽度尺寸，x为车钩上下面沿x轴位置坐标，x∈[
‑
W,W]，当x＝0时，为中性层位置，此处，记ε
R(ML)
＝ε
(ML)
；综上，纵向力引起的两种应变为ε
(FL)
和ε
(ML)
，由于偏心纵向载荷的作用位置固定，即弯矩的力臂不变，则等效附加弯矩的大小与纵向载荷大小成正比，因此有：式中，C
(FL)
和C
(ML)
分别为车钩纵向载荷与对心纵向加载应变、附加弯矩加载应变的关系系数，可通过数值仿真进行标定；分析钩舌横向加载时，车钩的应变—载荷关系：水平横向力F
H
等效为绕y轴的摇头弯矩M
H(y)
作用，L面受拉、R面受压，车钩上下面沿x轴的z向应变应满足在左右面应变区间连续，且中间存在中性层，因此，各面沿车钩长度z轴方向的应变满足：ε
T(FH)
＝ε
B(FH)
＝
‑
x
·
ε
R(FH)
/W＝x
·
ε
L(FH)
/W
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)此处，记ε
R(FH)
＝ε
(FH)
，该应变与横向载荷成正比关系，有：ε
(FH)
＝C
(FH)
·
F
H
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式中，C
(FH)
为车钩横向载荷与右侧面纵向应变的关系系数，可通过数值仿真标定获取；分析钩舌垂向加载时，车钩的应变—载荷关系：垂向载荷F
V
等效为绕x轴的弯矩M
V(x)
作用，若垂向力沿正z轴竖直朝上，则B面受拉、T面受压，车钩左右面沿y轴的z向应变应满足在上下面应变区间连续，且中间存在中性层；因此各面沿车钩长度z轴方向的应变满足：ε
R(FV)
＝ε
L(FV)
＝
...

【专利技术属性】
技术研发人员：白付维，周伟，周康，梁习锋，王雅昭，张勐轶，刘杨，郭文兰，王祉歆，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：