CN109388814A - 一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法，以及Excel轴重计算模板。浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算的重点在于分析铰接装置的运动特性，本发明将浮车型5模块低地板城轨车辆按照铰接装置运动特性的不同分为2个部分，在垂向方向，将每一部分看做一个刚体，求出每一部分的重量及重心，以及连接2个部分的铰接装置的垂向受力。运用力矩平衡原理，求出每一个转向架所受垂向压力，再结合转向架自重，得出轴重。同时，为了计算简便以及便于后期调整轴重指标，运用Excel的数据处理功能，将具体公式写入表格，只要输入各部件的重量以及重心坐标，即可求出各轴的轴重。

Description

一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法

技术领域

本发明涉及一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法。

背景技术

低地板有轨电车，以其节能、环保、投资较小、载客量适中、乘客舒 适性较好，后期维护费用较低等优点，已逐渐成为城市公共交通市场发展 的趋势。对于低地板有轨电车，国内公司大多采用技术引进以及联合设计 等方式进行设计、生产。带来的问题就是缺乏对部分关键技术的深入研究， 或者对某些技术消化不良，容易造成设计失误。而轴重作为低地板城轨车 辆非常重要的一个技术指标，目前在国内还没有一种很好的理论计算方 法。本发明是一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法，利用这一 方法可以快速准确的计算出浮车型5模块低地板城轨车辆的轴重。

发明内容

本发明提供一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法，该方法 包括如下步骤：

101、刚体模块划分；

102、坐标系的规定；

103、刚体模块的重量及重心计算；

104、轴重计算；

105、建立刚体模块重量及重心计算模板；

106、建立轴重计算模板；

该方法涉及到的城轨车辆由5个车***、3个转向架、4个铰接模块 构成。

所述刚体模块划分，是指铰接模块主要允许车体间的摇头运动，而限 制车体之间的侧滚和点头运动，，故在垂向方向上，在铰接模块处，将浮 车型5模块低地板城轨车辆划分为2部分，定义为刚体模块(1)、刚体 模块(2)。

所述建立刚体模块重量及重心计算模板是将部件重量、部件重心坐标 填入Excel表格，在Excel中输入计算公式，求出各部件在X轴、Y轴、 Z轴方向上的力矩，将各部件质量相加得出总质量，将各部件在各个方向 上的力矩相加，得出总力矩。总力矩除以总质量，得出各个刚体模块重心 坐标将部件重量、部件重心坐标填入Excel表格，在Excel中输入计算公 式，求出各部件在X轴、Y轴、Z轴方向上的力矩，将各部件质量相加得 出总质量，将各部件在各个方向上的力矩相加，得出总力矩。总力矩除以 总质量，得出各个刚体模块重心坐标。

所述建立轴重计算模板是整个计算模板的核心内容，该模板将上述的 计算公式写入表格，采集刚体模块重量及重心计算模板中的重量及重心数 据，计算得出车辆整备状态、定员状态、超员状态等工况下的车辆轴重数 据。

附图说明

图1为本发明提供的一种浮车型5模块低地板城轨车辆框架图。

图2为本发明提供的一种浮车型5模块低地板城轨车辆结构自定义 图。

图3为本发明提供的一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法 的刚体模块坐标系图。

图4为本发明提供的一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法的 刚体模块B受力分析图。

图5为本发明提供的一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法的 刚体模块A受力分析图。

图6为本发明提供的一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法的 刚体模块重量及重心计算模板示例图。

图7为本发明提供的一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法的 轴重计算模板示例图。

图8为本发明提供的一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法流 程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施结构示意图，对本发明实施中的技术方案进行清 楚、完整地描述。

图1为本发明提供的一种浮车型5模块低地板城轨车辆框架图。如图 1所示，为浮车型5模块低地板城轨车辆。轴重计算的基本理论，是依据 力矩平衡原理，来计算重心位置以及各轴轴重。但是力矩平衡有一个前提 条件，就是计算对象必须为一个刚体。而对于浮车型5模块低地板城轨车 辆，各模块通过铰接装置相连接，模块的重量相互独立又相互影响，为了 便于通过竖曲线，一般会在中间车体的任意一侧采用允许车体间发生点头 运动的铰接装置。在此种情况下，如何计算各轴轴重，成为设计中的难点。 一般情况下，运用动力学软件，在一定的工况下，可以模拟出各轴的轴重， 但是动力学软件存在参数设置复杂、不易改动等缺点，在设计过程中，设 计效率很低。如采用本发明的计算方法，则可以简化设计步骤，提高设计 效率。

图2为本发明提供的一种浮车型5模块低地板城轨车辆结构自定义 图。如图2所示，从左到右，定义各车体模块为：编号1为1位车体，编 号2为2位车体，3为3位车体，4为4位车体，5为5位车体；定义各转 向架为：6为1位转向架，9为2位转向架，12为3位转向架；定义各铰 接模块为：7为1位铰接，8为2位铰接，10为3位铰接，11为4位铰接。

图8为本发明提供的一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法 流程图。如图8所示，该方法包括如下步骤：

步骤101、刚体模块划分。

由图2可知，1位铰接、2位铰接、4位铰接主要允许车体间的摇头运 动，而限制车体之间的侧滚和点头运动，3位铰接允许车体间的摇头运动 和点头运动，限制车体间的侧滚。故在垂向方向上，在3位铰接处，将浮 车型5模块低地板城轨车辆划分为2部分，定义为刚体模块A、刚体模块 B。

步骤102、坐标系的规定。

如图3所示，对于刚体模块A，坐标原点位于2位车体几何中心点在 轨面上的投影点，以此原点建立坐标系1，坐标系1的x轴为车辆的纵向 中心线，规定向右为正方向，按照右手定则定义出y轴和z轴。同理，标 示出刚体模块B的坐标系。各子***按照此坐标系进行参数输入，来计算 刚体模块的重量及重心。

步骤103、刚体模块的重量及重心计算

对于刚体模块A或刚体模块B，均是由若干子***构成，运用力平衡 原理和力矩平衡原理，求出刚体模块的重量及重心。

G_n＝∑G_s

x_n＝(∑G_s·x_s)/G₁

y_n＝(∑G_s·y_s)/G₁

z_n＝(∑G_s·z_s)/G₁

式中，G代表重量，n代表刚体模块，x、y、z代表刚体模块的坐标， 下标S表示子***。

首先，刚体模块B中3位转向架受力及3位铰接装置受力计算，由于 刚体模块B相比于刚体模块A受力较简单，故首先计算刚体模块B的受 力情况。

如图4所示，由于3位铰接限制车体间的相互点头运动，4位车体及 5位车体在垂向方向上看做一个刚体，同时将转向架的4个二系弹簧对车 体的支持力简化为1个中心支持力，对刚体模块B进行计算：

T₃+N＝G₂

N·(X₃+X₄)＝G₂·X₄

推出：

式中，N为3位铰接装置对刚体模块B的支持力，T₃为转向架对刚体 模块B的支持力，G₂为刚体模块B的重力，X₃为3位铰接装置与刚体模 块B的重心位置沿x轴方向的距离，X₄为转向架与刚体模块B的重心位置 沿x轴方向的距离。

其次，对刚体模块A中1位转向架、2位转向架受力计算

如图5所示，由于1位铰接、2位铰接不允许车体间发生相互点头运 动，故将1位车体、2位车体及3位车体在垂向方向上看做1个刚体，同 时将转向架的4个二系弹簧对车体的支持力简化为1个中心支持力，则有：

N+G₁＝T₁+T₂

T₁·(X₁+X₂)+N·X_L＝G₁·X₂

推出:

式中，N为3位铰接装置对刚体模块A的压力，T₁、T₂分别为1位转向架、 2位转向架对刚体模块A的支持力，X₁、X₂分别为1位转向架、2位转向 架与刚体模块A的重心沿x轴方向的距离，X_L为2位转向架与3位铰接装 置的距离。

由上述计算可知，T₁、T₂、T₃的大小主要由2个刚体模块的重量及重 心位置所决定。

步骤104、轴重计算

T₁、T₂、T₃分别为1位转向架、2位转向架、3位转向架二系簧上的垂 向受力，设1位转向架自重为m₁，2位转向架自重为m₂，3位转向架自重 为m₃。由于不论是动力转向架还是非动力转向架，其转向架重心位置接近 其几何中心，可认为转向架自重均匀的分配到每1根车轴。则有：

1位转向架轴重为M₁

2位转向架轴重为M₂

3位转向架轴重为M₃

步骤105、建立刚体模块重量及重心计算模板。

如图6所示，将部件重量、部件重心坐标填入Excel表格，在Excel 中输入计算公式，求出各部件在X轴、Y轴、Z轴方向上的力矩，将各部 件质量相加得出总质量，将各部件在各个方向上的力矩相加，得出总力矩。 总力矩除以总质量，得出各个刚体模块重心坐标

运用上述计算方法，将计算公式化解后，写入Excel表格，求出具体 轴重

步骤106、建立轴重计算模板。

如图7所示，是整个计算模板的核心内容，该模板将上述的计算公式 写入表格，采集刚体模块重量及重心计算模板中的重量及重心数据，计算 得出车辆整备状态、定员状态、超员状态等工况下的车辆轴重数据。

模板的建立，使得我们修改其中任意一个输入参数，就会实时得出新 的轴重数据，有利于提高设计效率、提高设计正确率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改 进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

101、刚体模块划分；

102、坐标系的规定；

103、刚体模块的重量及重心计算；

104、轴重计算；

105、建立刚体模块重量及重心计算模板；

106、建立轴重计算模板。

2.根据权利要求1所述的一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法，其特征在于，该方法涉及到的城轨车辆由5个车***、3个转向架、4个铰接模块构成。

3.根据权利要求1所述的一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法，其特征在于，所述刚体模块划分，是指铰接模块主要允许车体间的摇头运动，而限制车体之间的侧滚和点头运动，，故在垂向方向上，在铰接模块处，将浮车型5模块低地板城轨车辆划分为2部分，定义为刚体模块(A)、刚体模块(B)。

4.根据权利要求1所述的一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法，其特征在于，所述建立刚体模块重量及重心计算模板是将部件重量、部件重心坐标填入Excel表格，在Excel中输入计算公式，求出各部件在X轴、Y轴、Z轴方向上的力矩，将各部件质量相加得出总质量，将各部件在各个方向上的力矩相加，得出总力矩。总力矩除以总质量，得出各个刚体模块重心坐标将部件重量、部件重心坐标填入Excel表格，在Excel中输入计算公式，求出各部件在X轴、Y轴、Z轴方向上的力矩，将各部件质量相加得出总质量，将各部件在各个方向上的力矩相加，得出总力矩。总力矩除以总质量，得出各个刚体模块重心坐标。

5.根据权利要求1所述的一种浮车型5模块低地板城轨车辆轴重计算方法，其特征在于，所述建立轴重计算模板是整个计算模板的核心内容，该模板将上述的计算公式写入表格，采集刚体模块重量及重心计算模板中的重量及重心数据，计算得出车辆整备状态、定员状态、超员状态等工况下的车辆轴重数据。