高速轨道车辆车体端部横向减振器阻尼系数的设计方法
专利汇可以提供高速轨道车辆车体端部横向减振器阻尼系数的设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及高速轨道车辆车体端部横向 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17 自由度 横向振动优化设计仿真模型，以轨道方向不平顺和 水 平不平顺为输入激励，以车体侧滚运动的振动 加速 度均方根值最小为设计目标，优化设计得到车体端部横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横向减振器的阻尼系数值，为高速轨道车辆车体端部横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 。，下面是高速轨道车辆车体端部横向减振器阻尼系数的设计方法专利的具体信息内容。
1.高速轨道车辆车体端部横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17自由度行驶横向振动微分方程：
根据轨道车辆的单节车体的质量m3、摇头转动惯量 侧滚转动惯量J3θ；每台转向架构架的质量m2、摇头转动惯量 侧滚转动惯量J2θ；每一轮对的质量m1、摇头转动惯量每一轮轴重W；每一轮对的横向蠕滑系数f1、纵向蠕滑系数f2；每一轮对的纵向定位刚度K1x、横向定位刚度K1y；每台转向架单侧一系悬架的垂向等效刚度K1z、垂向等效阻尼Cd1；每台转向架中央弹簧的纵向刚度K2x、横向定位刚度K2y；每台转向架二系悬置的垂向等效刚度K2z、垂向等效阻尼Cd2；单个抗侧滚扭杆的扭转刚度Kθ；一对抗蛇行减振器的阻尼系数Cs；
一对二系横向减振器的阻尼系数C2；车体端部纵向减振器的等效阻尼系数C3；待设计车体端部横向减振器的等效阻尼系数Cr；车轮滚动半径r、车轮踏面斜度λ；车辆行驶速度v；车轮和钢轨接触点横向间距的一半b，轮轴定位弹簧横向安装间距的一半b1，转向架中央弹簧横向安装间距的一半b2，抗蛇行减振器横向安装间距的一半b3，车体纵向减振器横向安装间距的一半b4，车辆定距的一半a，转向架轴距的一半a0，车体横向减振器纵向安装间距的一半l，车轴中心线到轨道平面的高度h0，车体质心到中央弹簧上平面的高度h1，车体质心到二系横向减振器的高度h2，中央弹簧上平面到构架质心的高度h3，转向架构架质心到车轴中心线的高度h4，二系横向减振器到构架质心的高度h5，车体端部横向减振器到车体质心的高度h6；分别以前转向架轮对的质心O1ff、O1fr，后转向架轮对的质心O1rf、O1rr，前、后转向架构架的质心O2f、O2r及车体的质心O3为坐标原点；以前转向架前轮对的横摆位移y1ff、摇头位移 前转向架后轮对的横摆位移y1fr、摇头位移 后转向架前轮对的横摆位移y1rf、摇头位移 后转向架后轮对的横摆位移y1rr、摇头位移 前转向架构架的横摆位移y2f、摇头位移 侧滚位移θ2f，后转向架构架的横摆位移y2r、摇头位移 侧滚位移θ2r，及车体的横摆位移y3、摇头位移 侧滚位移θ3为坐标；以前转向架前、后车轮及后转向架前、后车轮处的轨道方向不平顺输入ya1(t)、ya2(t)、ya3(t)、ya4(t)和水平不平顺输入zθ1(t)、zθ2(t)、zθ3(t)、zθ4(t)为输入激励，其中，t为时间变量；建立轨道车辆整车17自由度行驶横向振动微分方程，即：
①前转向架前轮对的横摆振动方程：
②前转向架前轮对的摇头振动方程：
③前转向架后轮对的横摆振动方程：
④前转向架后轮对的摇头振动方程：
⑤后转向架前轮对的横摆振动方程：
⑥后转向架前轮对的摇头振动方程：
⑦后转向架后轮对的横摆振动方程：
⑧后转向架后轮对的摇头振动方程：
⑨前转向架构架的横摆振动方程：
⑩前转向架构架的侧滚振动方程：
前转向架构架的摇头振动方程：
后转向架构架的横摆振动方程：
后转向架构架的侧滚振动方程：
后转向架构架的摇头振动方程：
车体的横摆振动方程：
车体的侧滚振动方程：
其中，h＝h0+h1+h3+h4；
车体的摇头振动方程：
(2)构建轨道车辆整车17自由度横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17自由度行驶横向振动微分方程，利用
Matlab/Simulink仿真软件，构建轨道车辆整车17自由度横向振动优化设计仿真模型；
(3)建立车体端部横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17自由度横向振动优化设计仿真模型，以车体端部横向减振器的等效阻尼系数为设计变量，以各轮对处的轨道方向不平顺随机输入和水平不平顺随机输入为输入激励，利用仿真所得到的车体侧滚运动的振动加速度均方根值建立车体端部横向减振器的阻尼优化设计目标函数J，即：
(4)车体端部横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17自由度横向振动优化设计仿真模型，以各轮对处的轨道方向不平顺随机输入ya1(t)、ya2(t)、ya3(t)、ya4(t)和水平不平顺随机输入zθ1(t)、zθ2(t)、zθ3(t)、zθ4(t)为输入激励，利用优化算法求步骤(3)中所建立车体端部横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横向减振器的最佳等效阻尼系数Cr；
其中，轨道方向不平顺随机输入之间的关系为：
水平不平顺随机输入之间的关系为：
②根据车体端部横向减振器的安装支数n，及步骤(4)中①步骤优化设计所得到的车体端部横向减振器的最佳等效阻尼系数Cr，计算得到单支车体端部横向减振器的最佳阻尼系数C，即：C＝Cr/n。
高速轨道车辆车体端部横向减振器阻尼系数的设计方法
技术领域
背景技术
发明内容
侧滚转动惯量J3θ＝77200kg.m ；每台转向架构架的质量m2＝2758kg、摇头转动惯量
2
侧滚转动惯量J2θ＝2212kg.m ；每一轮对的质量m1＝1721kg、摇头转动惯
量 每一轮轴重W＝150000N；每一轮对的横向蠕滑系数f1＝16990000N、纵向
6
蠕滑系数f2＝16990000N；每一轮对的纵向定位刚度K1x＝13.739×10 N/m、横向定位刚度
6 6
K1y＝4.892×10 N/m；每台转向架单侧一系悬架的垂向等效刚度K1z＝2.74×10 N/m、垂向
6
等效阻尼Cd1＝28.3kN.s/m；每台转向架中央弹簧的纵向刚度K2x＝0.18×10 N/m、横向定
6 6
位刚度K2y＝0.18×10 N/m；每台转向架二系悬置的垂向等效刚度K2z＝1.1368×10 N/m、垂
6
向等效阻尼Cd2＝118.7kN.s/m；单个抗侧滚扭杆的扭转刚度Kθ＝2.5×10 N.m/rad；一对抗蛇行减振器的阻尼系数Cs＝1027kN.s/m；一对二系横向减振器的阻尼系数C2＝90kN.s/m；车体端部纵向减振器的等效阻尼系数C3＝2897.6kN.s/m；车轮滚动半径r＝0.445m、车轮踏面斜度λ＝0.15；车轮和钢轨接触点横向间距的一半b＝0.7465m，轮轴定位弹簧横向安装间距的一半b1＝1.15m，转向架中央弹簧横向安装间距的一半b2＝1.3m，抗蛇行减振器横向安装间距的一半b3＝1.4m，车体纵向减振器横向安装间距的一半b4＝1.2m，车辆定距的一半a＝9.5m，转向架轴距的一半a0＝1.35m，车体横向减振器纵向安装间距的一半l＝13.3m，车轴中心线到轨道平面的高度h0＝0.347m，车体质心到中央弹簧上平面的高度h1＝0.8m，车体质心到二系横向减振器的高度h2＝0.616m，中央弹簧上平面到构架质心的高度h3＝0.416m，转向架构架质心到车轴中心线的高度h4＝0.137m，二系横向减振器到构架质心的高度h5＝0.6m，车体端部横向减振器到车体质心的高度h6＝0.5m；待设计车体端部横向减振器的等效阻尼系数为Cr。该高速轨道车辆车体端部横向减振器阻尼系数设计所要求的车辆行驶速度v＝300km/h，对该高速轨道车辆车体端部横向减振器的最佳阻尼系数进行设计。
侧滚转动惯量J3θ＝77200kg.m ；每台转向架构架的质量m2＝2758kg、摇头转动惯量
2
侧滚转动惯量J2θ＝2212kg.m ；每一轮对的质量m1＝1721kg、摇头转动惯
量 每一轮轴重W＝150000N；每一轮对的横向蠕滑系数f1＝16990000N、纵向
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蠕滑系数f2＝16990000N；每一轮对的纵向定位刚度K1x＝13.739×10 N/m、横向定位刚度
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K1y＝4.892×10 N/m；每台转向架单侧一系悬架的垂向等效刚度K1z＝2.74×10 N/m、垂向
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等效阻尼Cd1＝28.3kN.s/m；每台转向架中央弹簧的纵向刚度K2x＝0.18×10 N/m、横向定
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位刚度K2y＝0.18×10 N/m；每台转向架二系悬置的垂向等效刚度K2z＝1.1368×10 N/m、
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垂向等效阻尼Cd2＝118.7kN.s/m；单个抗侧滚扭杆的扭转刚度Kθ＝2.5×10 N.m/rad；一对抗蛇行减振器的阻尼系数Cs＝1027kN.s/m；一对二系横向减振器的阻尼系数C2＝90kN.s/m；车体端部纵向减振器的等效阻尼系数C3＝2897.6kN.s/m；待设计车体端部横向减振器的等效阻尼系数Cr；车轮滚动半径r＝0.445m、车轮踏面斜度λ＝0.15；车辆行驶速度v＝300km/h；车轮和钢轨接触点横向间距的一半b＝0.7465m，轮轴定位弹簧横向安装间距的一半b1＝1.15m，转向架中央弹簧横向安装间距的一半b2＝1.3m，抗蛇行减振器横向安装间距的一半b3＝1.4m，车体纵向减振器横向安装间距的一半b4＝1.2m，车辆定距的一半a＝9.5m，转向架轴距的一半a0＝1.35m，车体横向减振器纵向安装间距的一半l＝
13.3m，车轴中心线到轨道平面的高度h0＝0.347m，车体质心到中央弹簧上平面的高度h1＝
0.8m，车体质心到二系横向减振器的高度h2＝0.616m，中央弹簧上平面到构架质心的高度h3＝0.416m，转向架构架质心到车轴中心线的高度h4＝0.137m，二系横向减振器到构架质心的高度h5＝0.6m，车体端部横向减振器到车体质心的高度h6＝0.5m；分别以前转向架轮对的质心O1ff、O1fr，后转向架轮对的质心O1rf、O1rr，前、后转向架构架的质心O2f、O2r及车体的质心O3为坐标原点；以前转向架前轮对的横摆位移y1ff、摇头位移 前转向架后轮对的横摆位移y1fr、摇头位移 后转向架前轮对的横摆位移y1rf、摇头位移 后转向架后轮对的横摆位移y1rr、摇头位移 前转向架构架的横摆位移y2f、摇头位移 侧滚位移θ2f，后转向架构架的横摆位移y2r、摇头位移 侧滚位移θ2r，及车体的横摆位移y3、摇头位移侧滚位移θ3为坐标；以前转向架前、后车轮及后转向架前、后车轮处的轨道方向不平顺输入ya1(t)、ya2(t)、ya3(t)、ya4(t)和水平不平顺输入zθ1(t)、zθ2(t)、zθ3(t)、zθ4(t)为输入激励，其中，t为时间变量；建立轨道车辆整车17自由度行驶横向振动微分方程，即：
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