[发明专利]一种铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于铁道客车动力学及限界技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种铁道客车车体滚摆频率和摆心位置计算方法，本发明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，本发明采用的技术方案为：

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k_y的表达式如下：

其中，k_py表示一系悬挂的横向刚度，k_sy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k_z的表达式如下：

其中，k_pz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，k_sz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，k_ARB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：