车辆参数测定方法的研究

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 文章编号: 100227602 (2000) 1220001204 车辆参数测定方法的研究 张卫华, 陈良麒, 黄丽湘 (西南交通大学 牵引动力国家重点实验室, 四川 成都 610031) 摘　要: 研究了车辆转向架和车体的参数测定方法, 包括车体的重心、重量及惯性矩, 转向架的一系、二系悬挂参数, 货车的相对摩擦因数和抗菱刚度等。对测量 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 和具体的计算方法进行了研究。 关键词: 货车; 转向架; 车体; 参数 中图分类号: U 270. 1　　　文献标识码: A 　　车辆的动力学性能, 即动力学性能三要素——运 动稳定性、运行平稳性和曲线通过安全性, 完全是由车 辆自身的动力参数所决定的。随着列车运行速度的提 高, 机车车辆性能对参数的依赖性就更强。大量机车车 辆滚动、振动试验台试验和线路试验证明, 在不同速度 和线路等级条件下, 参数的大小和匹配要求是不一样 的。在我国, 人们对机车车辆动力参数的认识已达到很 高的境界, 具体 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现在, 车辆生产厂家在进行新型机车 车辆设计时, 不仅要进行大量的参数优化分析, 依此来 确定参数进行设计的同时, 样车还要在滚动、振动试验 台上进行以最优性能为目标的参数优化。更有甚者, 有 些车辆厂建立了自己的参数测试台。实践证明, 这对认 识参数和掌握参数十分有效。 在车辆研制过程中, 参数测定对车辆性能研究有 着十分重要的作用, 其重要性体现在: (1) 可以检验车 辆的实际参数是否达到设计值的要求; (2)利用实际测 定参数可进一步进行理论计算, 以确定实际车辆参数 下的理论动力学性能; (3) 测定参数是试验台试验、分 析优化车辆性能的根据。本文介绍了有关车体重心、重 量、惯性矩, 转向架一系、二系悬挂参数, 以及货车转向 架所特有的相对摩擦因数、抗菱刚度、回转摩擦力矩等 参数特性测定方法。 1　车体参数测定 1. 1　车体重心、重量测定 车体重心和重量测定一般采用支撑法和吊悬法, 如图 1 所示。这 2 种方法基本原理是一样的, 都是通过 力传感器测量前后左右 4 个支撑点的力, 计算得到车 体重心在车体平面内的位置和重心高, 以及车体的重 收稿日期: 2000208215 基金项目: 教育部“跨世纪优秀人才培养计划”基金 作者简介: 张卫华 (1961—) , 男, 教授。 量。测定车体重量和重心的平面位置时, 车体为水平状 态, 如图 2 所示。 图 1　车体重心和重量测定方法原理图 图 2　车体平面重心位置测量 　　4 个角的 力传感器测得 力 FL 1、FL 2、 F R1、F R2, 这时 的车体重量为 w = ∑ 2 i = 1 FL i+ F R i (1) 车体重心 C 的平面坐标为 　　　　X C0= (FL 2+ F R 2)L w (2) 　　　　 　Y C0= ∑ 2 i = 1 F R i l w (3) 测量车体重心高, 要利用车体的倾斜 (如图 3 所 示) , 使重心在 Y 方向发生偏移, 造成左右侧的测量力 发生变化, 从而得到重心高 h。由图 3 知, 当吊悬车体 的作动器使吊杆有一高度差 ∃ 时, 车体随托梁倾斜了 一个 Α角, 左右吊杆也出现了倾斜角 ΒL、ΒR , 托梁重量 为w 0, 托梁重心距托梁上平面距离为 h 0, 距左侧吊悬 ·1· 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 选载 铁道车辆　第 38 卷第 12 期 2000 年 12 月 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 点距离为 y 0。设 2FL = FL 1+ FL 2, 2F R = F R 1+ F R 2, 又: A = 4F 2R + (w 0+ w ) 2- 4F 2L 4F R (w 0+ w ) B = (FL - F R ) [ (FL + F R ) 2- (w 0+ w ) 2 4 ]S F R FL (w + w 0) l + ∃ l 则车体重心距托梁上平面高为 h= w 0y 0 1- B 2 + w 0h0B + w Y C0 1- B 2 - 2FR lA 1- B 2 w B (4) 这样, 就可利用左右侧的吊悬力和作动器产生的 高度差, 计算得到车体重心高。 表 1　3 种车体转动惯量测量方法比较 x 方向 y 方向 z 方向 自　振　法 好 好 激　振　法 好 好 悬吊摆动法 好 图 3　吊悬法车体重心高测量计算简图 1. 2　车体转 动惯量测定 　　在机车车 辆设计时, 车 体转动惯量测 量一般都是估 计的。由于车 体太大, 所以 车体的转动惯 量在工厂很难 测定, 需要有 一定的测量手 段。车体的转动惯量测定方法基本上分 3 种: 自振法、 激振法和悬吊摆动法。自振法是把车体放置在刚度已 知的弹簧上, 通过对车体进行定向扰动, 使车体绕某一 轴自振, 利用自振频率计算得到某一方向的转动惯量; 激振法是对车体在某一方向进行主动激振, 通过测定 激振点的力的变化, 来计算得到相应方向的转动惯量; 悬吊摆动法是把车体两端用长柔索吊起, 并进行摆动, 通过测定摆动频率和柔索长度来计算得到车体某一方 向的转动惯量。这 3 种方法各有优缺点, 而且 3 种方法 均很难对车体 3 个方向的转动惯量都很好进行测量。 所以, 我们采用的是激振法和摆动法相结合, 以保证车 体在 3 个方向的转动惯量测量精度。以下为具体测量 计算方法。 1. 2. 1　自振法 如图 4 所示, 试验时车体由 4 个弹簧支撑, 刚度分 别为 K 1、K 2、K 3、K 4, 车体质量为m , 重心距支撑平面 距离为 h。在不考虑横向运动时, 车体的沉浮 (Z )、侧滚 (Η)和点头 (Υ) 可自由振动, 当分别对车体的侧滚和点 头进行扰动, 测定其自振频率 ΞΗ和 ΞΥ, 便可计算得到 车体绕 x、y 方向的转动惯量为: 　　J x = 4K a 2Ξ2Η - m h 2, J y = 4K b2Ξ2Υ - m h 2 (5) 图 4　自振法测定车体转动惯量 图 5　激振法测定车体转动惯量 1. 2. 2　激振 法 采用激振 法时, 可在车 体下方四角直 接装激振器, 但这种方法安 全性差, 且干 涉车体运动。 故建议用吊悬 安装方法, 如 图 5 所示 ( x 方向)。与图 1 比较, 吊杆短 了, 而在托梁 上加了个过渡 支撑, 目的是 使激振时车体 的旋转中心和 车体重心接 近, 以提高转 动惯量的测定精度。m 0、m 分别为托梁和车体的重心, 为方便讨论, 设两重心在横向重合; 托梁和车体的转动 惯量分别为 J 0 和 J x。 试验时, 左右作动器按同样的正弦波反向激振 S L = sL sin (Ξt+ Π) , S R = sR sin (Ξt) (6) 这时, 力传感器测出 2FL = p L sin (Ξt) , 2F R = p R sin (Ξt+ Π) (7) 从而可求的车体绕X 轴的转动惯量 J x = p L l1+ p R l2Ξ2 (S L + S R ) ( l1+ l2) - J 0- m h 2- m 0h 20 (8) 同理, 可求出车体绕 y 轴的转动惯量 J y。由于这 样的测定装置无法对车体绕 z 轴的转动惯量 J z 进行 测定, 故还要用悬吊摆动法来测定 J z。 1. 2. 3　悬吊摆动法 图 6 为悬吊法计算模型, 车体重m g , A 、B、C、D 为 4 个吊悬点, l1、l2、L 1、L 2 分别为各吊悬点到车体重 心的距离, S 为吊杆长度。 ·2· 铁道车辆　第 38 卷第 12 期 2000 年 12 月 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 当车体绕 z 轴微摆动 Α转角, 实测到车体扭摆的 自振频率 Ξ 后, 便可计算出车体绕 z 轴的转动惯量: 　　　　J z = l1 l2+ L 1L 2S Ξ2 m g (9) 图 6　悬吊法计算模型 图 7　轴箱定位刚度测试示意图 2　转向架悬挂参数测定 机车车辆作为一个多刚体动力学系统, 它的特性 是由车体、构架质量和一系、二系悬挂刚度及阻尼所决 定的。因此, 除对车体、构架的重量、重心进行测定外, 还应对一系和二系的悬挂参数进行测定, 悬挂参数包 括悬挂刚度值、阻尼值和干摩擦因数。对于装有转 8A 型转向架的货车, 除进行悬挂刚度的测定外, 还应进行 相对摩擦因数的测定, 包括相对摩擦因数、回转摩擦力 矩等。尽管机车车辆的悬挂元件是由螺旋钢圆簧、橡胶 等弹性元件和液压阻尼器、干摩擦副等减振元件组成, 但装车状态的一系、二系悬挂刚度、阻尼值与独立的悬 挂元件本身的参数并不完全一致, 特别是刚度参数。所 以一系、二系的刚度值必须在 装车状态下进行测定, 至少是 在模拟装车状况下进行悬挂刚 度的测定。对于悬挂的阻尼值, 则可把液压减振器拆下, 对减 振器直接进行阻尼值的测定。 本文不作介绍。 随着机车车辆运行速度的 提高, 机车车辆各部件的振动加 剧, 悬挂参数的概念已扩充到动态。所以, 机车车辆的参 数测定除了测定静态参数外, 还应进行参数的动态测定, 即动刚度、动相对摩擦因数等参数的测定。 2. 1　轴箱定位刚度测定 轴箱定位刚度测试方案很多, 但基本的原理是一 致的, 即在轮对和构架之间施加作动力, 测定力和位移 的关系, 便可得到轴箱的定位刚度。具体所采用的方法 一般有 3 种: (1)轮对固定, 在构架上施加力, 使构架与 轮对之间产生相对位移; (2) 构架固定, 在轮对上施加 力, 实现轮对相对构架的移动, 用这种方法, 轮对必须 在一个活动的平台上; (3)直接在构架和轮对间施加作 动力, 这是最直接的方法, 但往往受到空间的限制而无 法进行。图 7 为 3 种轴箱定位刚度的测定方法示意图, 其中图 7 (a) 为轴箱横向定位刚度测试, 这时前后 2 个 轮对固定不动, 用作动器对构架施力。通过传感器测得 施加于构架上的力和轴箱与构架间的相对位移, 从而 得到整个转向架 4 个轴箱的横向定位刚度之和。图 7 (b)为构架固定不动, 用作动器对轮对加载。通过传感 器测得施加于轮对上的力和轴箱与构架间的相对位 移, 从而得到 1 个轮对 2 个轴箱的横向定位刚度之和。 图 7 (c) 为轴箱纵向定位刚度测试, 这时在构架横梁和 轮对间施加力, 轮对和构架作相对位移, 同时测定力和 位移, 处理得到 1 个轮对 2 个轴箱的纵向定位刚度之 和。 2. 2　二系悬挂刚度的测定 对车辆二系定位刚度的测定, 一般只测定其横向 和垂向刚度, 测试方法一般采用直接法和间接法。所谓 直接法, 是直接测定出二系的定位刚度, 测量方法是构 架固定, 对车体加载, 测得加载力和构架相对车体的位 移, 从而直接得到二系刚度值; 采用间接法测定二系定 位刚度时, 是在已知一系定位刚度的情况下, 测定一 系、二系的综合刚度, 再减去一系刚度, 间接得到二系 定位刚度。图 8 为二系定位横向刚度的测定方法, 图 8 (a) 为二系横向刚度直接测定法, 图 8 (b) 为二系横向 刚度间接测定法。 图 8　二系悬挂刚度测试示意图 2. 3　心盘、旁承回转摩擦力矩测试 心盘、旁承回转摩擦力矩测试方案有 2 种: 一种是 ·3· 车辆参数测定方法的研究　张卫华, 陈良麒, 黄丽湘 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 车体移动, 构架固定, 另一种是构架移动, 车体固定, 试 验方案根据试验条件来确定。车体移动、构架固定测定 方案如图 9 所示。车体一端悬空 (可通过吊车) , 一端置 于转向架上 (装车状态) , 转向架固定, 并在车体悬空端 横向加载, 测得加载力及加载点距转向架心盘距离, 从 而处理得到心盘旁承回转摩擦力矩。如果测定出车体 相对于固定转向架的角位移, 便可得到回转摩擦力矩 相对于角位移的关系曲线。 图 9　车体移动、构架固定测定回转摩擦力矩方案 另一种构架移动、车体固定方案如图 10 所示。在 其中的一个转向架下面有一转动平台, 转动平台和基 础的摩擦阻力已知或很小, 可忽略。这时用作动器对转 向架构架施加力矩, 转向架构架相对车体转动, 根据力 矩和相对转角就可得到回转摩擦力矩。 图 10　构架移动、车体固定测定回转摩擦力矩方案 2. 4　转向架相对摩擦因数的测定 转向架相对摩擦因数的测定方案如图 11 所示。将 转向架放置于试验平台的钢轨上, 由液压伺服作动器 在心盘位置对转向架进行垂向静态加载和动态激振, 并同时对作动器的输出力及心盘的位移信号进行测 定, 最后用 GB 5599- 1985 中相对摩擦因数的定义, 处 理确定转向架的相对摩擦因数。 2. 5　转 8A 型转向架抗菱刚度测定 对于货车转 8A 这样的三大件式转向架, 除了测 定以上参数外, 还应测定抗菱刚度。由于三大件式转向 架构架的左右侧架是通过摇枕和二系悬挂, 所以左右 侧架容易产生菱形变位, 对运动稳定性产生影响, 一般 来说, 左右侧架间的抗菱刚度小, 临界速度低。所以对 抗菱刚度的测定是相当重要的。 图 11　转向架相对摩擦因数测试示意图 抗菱刚度的测定根据试验条件的不同有 2 种 (见 图 12) : 一种是直接对侧架加载, 另一侧架固定, 测定 左右侧架的相对位移和加载力, 从而得到转向架左右 侧架间的抗菱刚度; 另一种方法是对轮对加载, 使前后 轮对和左右侧架变位, 测定左右侧架和前后轮对的相 对位移及加载力, 最后换算成转向架的抗菱刚度。在具 体测定时, 应要求消除支承摩擦的影响, 可利用图 10 中的活动平台来实现。 图 12　转 8A 型转向架抗菱刚度测定示意图 3　结束语 车辆的参数测定方案应根据具体试验条件来决 定。本文的探讨仅仅是根据牵引动力国家重点实验室 的工作条件所设计的试验方案。但不管具体的参数测 定方案如何, 其原理是基本一致的, 所以, 本文的研究 对以后各生产研究单位设计参数测定试验台有一定的 参考作用。 参考文献: [ 1 ]　陈建政, 张卫华, 陈良麒. 车辆动力学参数测定方法试验研究[J ]. 西南交通大学学报, 2000, 35 (2) : 155—159. (编辑: 彭颖炜) 欢迎订阅《铁道车辆》月刊! ·4· 铁道车辆　第 38 卷第 12 期 2000 年 12 月 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net ABSTRACT Research on M ea surem en tM ethod for Veh icle Param eters ZHAN G W ei2hua, et a l. (m ale, bo rn in 1961, Key Sta te L abo ra to ry of T ract ion Pow er in Sou thw est J iao tong U n iversity, Chengdu 610031, Ch ina) Abstract: T he param eter m easu rem en t m ethod fo r bogies and carbodies is researched, including the cen ter of gravity of carbody, w eigh t and inert ia to rque, p rim ary and secondary su spen sion param eters of the bogie, rela t ive frict ion facto rs and diamond re2 sistan t st iffness of freigh t cars. T he m easu rem en t schem e and specif ic ca lcu la t ion m ethod are re2 searched. Key words: f reigh t car; bogie; carbody; param eter D esign and D evelopm en t of the Bog ie Fram e on Testing Articula ted H igh Speed Pa ssenger Cars ZHAN G H u i, et a l. (m ale, bo rn in 1973, lectu rer, M echan ica l Engi2 neering In st itu te of Tongji U n iversity, Shanghai 200331, Ch ina) Abstract: D escribed are the design schem e, key techno logy and test ing fo r bogie fram es in develop2 m en t of the art icu la ted h igh speed passenger cars. Key words: h igh speed passenger car; art icu la t2 ed; fram e; design; ligh ten ing Test and Research on Fa tigue Character ist ics D iagram of Spr ing Steel on L ocom otives and Roll ing Stock ZHAO Hong2lun, et a l. (m ale, bo rn in 1947, p rofesso r, L ocomo tive & Ro lling Stock Engineering D epartm en t of M echan ica l Engineering In st itu te of Tongji U n iversity, Shanghai 200331, Ch ina) Abstract: W ith the samp le test ing and m athe2 m atica l sta t ist ic m ethod, the sp ring steel on ra ilw ay locomo tives and ro lling stock is tested and re2 searched, the fa t igue characterist ics param eters of the samp le of m ateria l are m easu red, the P 2S 2N cu rve w ith the su rvival, confidence being 95% and the co r2 rected Goodm an fat igue lim it d iagram are ob ta ined. Key words: sp ring steel; fa t igue; test; su rvival; confidence Effect of La tera l Suspen sion Stiffness of Bog ie on D era ilm en t of H igh Speed Fre ight Cars on Stra ight L ine CH EN Guang2x iong, et a l. (m ale, bo rn in 1962, lectu rer, M echan ica l In st i2 tu te of Sou thw est J iao tong U n iversity, Chengdu 610031, Ch ina) Abstract: T he dera ilm en t of freigh t cars w ith fa irly h igh speed on stra igh t line is researched w ith the veh icle dynam ic model of 29 degrees of freedom. In the paper, the po ssib ility to imp rove the dera ilm en t stab ility of freigh t cars w ith fa irly h igh speed on stra igh t line is d iscu ssed by changing the su spen sion st iffness of bogie. T he b ifu rca ted graph of hun t ing mo tion of w heelsets is ob ta ined th rough calcu la t ion. Key words: dera ilm en t; h igh speed freigh t car; safety; hun t ing mo tion; unevenness of line Research on the Sim ula ted Testing System for the J5 Type Genera tor on Ra ilway Pa ssenger Cars ZHA I Guo2fu, et a l. (m ale, bo rn in 1964, associa te p rofesso r, H arb in Indu stria l U n iversity, H arb in 150001, Ch ina) Abstract: In view of p rob lem s ex ist ing in the tra2 dit ional test stand fo r genera to rs on passenger cars, the sim u la ted test ing system fo r the J 5 type genera to r on ra ilw ay passenger cars is developed. T he system has w idened the speed adju stm en t range, reduced the no ise, saved energy, imp roved the reliab ility. It has very h igh econom ical and socia l benefits. Key words: genera to r; sim u la t ion; test; J 5 type Com prehen sive Ana lysis of Break ing of W heel Tyre CH EN H u, et a l. (m ale, bo rn in 1966, engineer, Q uality Con tro l Cen ter of M aan shan Steel Co. L td. , M aan shan 243021, Ch ina) Abstract: T he p rob lem s in quality of w heel tyres fo r m any years are analysed and summ ed up. It is con sidered that the m ain cau se to the quality p rob2 lem s of the w heel tyres is tha t the b rit t le ox ide inclu2 sion s are seriou sly accum u lated in side the w heel tyres, and the shallow defects in the w heel tyre t read rela tes to the w heel tyre quality and the opera t ion condit ion s of the locomo tives and ro lling stock. T he key to reduce the w heel tyre quality p rob lem s is no t on ly to op t im ize the w heel tyre design, bu t a lso to im 2 p rove pu rity of steel. Key words: w heel tyre; quality p rob lem ; b reak ing analysis The K13NA Type Ba lla st Hopper Car ZHOU Shao2hong (fem ale, bo rn in 1967, engineer, P roduct D evel2 opm en t Sect ion of T aiyuan L ocomo tives & Ro lling Stock W o rk s, T aiyuan 030009, Ch ina) Abstract: D escribed are the m ain techn ica l pa2