[发明专利]高速轨道车辆车体端部纵向减振器阻尼系数的设计方法

摘要

本发明涉及高速轨道车辆车体端部纵向减振器阻尼系数的设计方法，属于高速轨道车辆悬置技术领域。本发明通过建立轨道车辆整车6自由度垂向振动优化设计仿真模型，以轨道高低不平顺为输入激励，以车体点头运动的振动加速度均方根值最小为设计目标，优化设计得到车体端部纵向减振器的最佳阻尼系数。通过设计实例及SIMPACK仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的车体端部纵向减振器的阻尼系数值，为高速轨道车辆车体端部纵向减振器阻尼系数的设计提供了可靠的设计方法。利用该方法，不仅可提高高速轨道车辆悬置系统的设计水平，提高车辆行驶安全性和平稳性；同时，还可降低产品设计及试验费用，增强我国轨道车辆的国际市场竞争力。

主权项

高速轨道车辆车体端部纵向减振器阻尼系数的设计方法，其具体设计步骤如下：(1)建立轨道车辆整车6自由度行驶垂向振动微分方程：根据轨道车辆的单节车体的质量m2、点头转动惯量J2φ；每台转向架构架的质量m1、点头转动惯量J1φ；前转向架一系前悬架的垂向等效刚度K1zff、垂向等效阻尼系数Cd1ff，前转向架一系后悬架的垂向等效刚度K1zfr、垂向等效阻尼系数Cd1fr；后转向架一系前悬架的垂向等效刚度K1zrf、垂向等效阻尼系数Cd1rf，后转向架一系后悬架的垂向等效刚度K1zrr、垂向等效阻尼系数Cd1rr；前转向架二系悬置的垂向等效刚度K2zf、垂向等效阻尼系数Cd2f；后转向架二系悬置的垂向等效刚度K2zr、垂向等效阻尼系数Cd2r；待设计车体端部纵向减振器的等效阻尼系数C3；车体上端端部纵向减振器到车体质心的高度h1，车体下端端部纵向减振器到车体质心的高度h2，车辆定距的一半a，转向架轴距的一半a0；分别以前、后转向架构架及车体的质心O1、O2、O3为坐标原点；以前转向架构架的浮沉位移z1f、点头位移φ1f，后转向架构架的浮沉位移z1r、点头位移φ1r及车体的浮沉位移z2、点头位移φ2为坐标；以前转向架前、后车轮及后转向架前、后车轮处的轨道高低不平顺输入z01(t)、z02(t)、z03(t)、z04(t)为输入激励，其中，t为时间变量；建立轨道车辆整车6自由度行驶垂向振动微分方程，即：m2z··2+Cd2f(z·2-z·1f-aφ·2)+Cd2r(z·2-z·1r+aφ·2)+K2zf(z2-z1f-aφ2)+K2zr(z2-z1r+aφ2)=0J2φφ··2-Cd2fa(z·2-z·1f-aφ·2)+Cd2ra(z·2-z·1r+aφ·2)-K2zfa(z2-z1f-aφ2)+C3h1φ·2+C3h2φ·2+K2zra(z2-z1r+aφ2)=0m1z··1f-Cd2f(z·2-z·1f-aφ·2)-K2zf(z2-z1f-aφ2)+Cd1ff[z·1f-z·01(t)-a0φ·1f]+Cd1fr[z·1f-z·02(t)+a0φ·1f]+K1zff[z1f-z01(t)-a0φ1f]+K1zfr[z1f-z02(t)+a0φ1f]=0J1φφ··1f-Cd1ffa0[z·1f-z·01(t)-a0φ·1f]+Cd1fra0[z·1f-z·02(t)+a0φ·1f]-K1zffa0[z1f-z01(t)-a0φ1f]+K1zfra0[z1f-z02(t)+a0φ1f]=0m1z··1r-Cd2r(z·2-z·1r+a0φ·2)-K2zr(z2-z1r+aφ2)+Cd1rf[z·1r-z·03(t)-a0φ·1r]+Cd1rr[z·1r-z·04(t)+a0φ·1r]+K1zrf[z1r-z03(t)-a0φ1r]+K1zrr[z1r-z04(t)+a0φ1r]=0J1φφ··1r-Cd1rfa0[z·1r-z·03(t)-a0φ·1r]+Cd1rra0[z·1r-z·04(t)+a0φ·1r]-K1zrfa0[z1r-z03(t)-a0φ1r]+K1zrra0[z1r-z04(t)+a0φ1r]=0;]]>(2)构建轨道车辆整车6自由度垂向振动优化设计仿真模型：根据步骤(1)中所建立的轨道车辆整车6自由度行驶垂向振动微分方程，利用Matlab/Simulink仿真软件，构建轨道车辆整车6自由度垂向振动优化设计仿真模型；(3)建立车体端部纵向减振器的阻尼优化设计目标函数J：根据步骤(2)中所建立的轨道车辆整车6自由度垂向振动优化设计仿真模型，以车体端部纵向减振器的等效阻尼系数为设计变量，以各轮对处的轨道高低不平顺随机输入为输入激励，利用仿真所得到的车体点头运动的振动加速度均方根值建立车体端部纵向减振器的阻尼优化设计目标函数J，即：J=σφ··2;]]>(4)车体端部纵向减振器最佳阻尼系数C的优化设计：①根据车辆定距的一半a，转向架轴距的一半a0，车辆行驶速度v，及步骤(2)中所建立的轨道车辆整车6自由度垂向振动优化设计仿真模型，以各轮对处的轨道高低不平顺随机输入z01(t)、z02(t)、z03(t)、z04(t)为输入激励，利用优化算法求步骤(3)中所建立车体端部纵向减振器的阻尼优化设计目标函数J的最小值，所对应的设计变量即为车体端部纵向减振器的最佳等效阻尼系数C3；其中，轨道高低不平顺随机输入之间的关系为：②根据车体端部纵向减振器的安装支数n，及①步骤中优化设计所得到的车体端部纵向减振器的最佳等效阻尼系数C3，计算得到单支车体端部纵向减振器的最佳阻尼系数C，即：C＝C3/n。