连挂车辆通过曲线的设计校核计算.doc

连挂车辆通过曲线的设计 、校核计算单巍 ,李 瑞 淳(长春轨道客车股份有限公司 研发中心 ,吉林 长春 130062)摘 要 :连挂车辆通过小半径弯道曲线的校核计算是新造车辆必不可少的设计计算 ,也是确定不同形式车辆能否实现兼容连挂的必做计算 。文章推荐采用解析法 ,使整个计算过程公式化 ,从而提高了设计效率和计算精度 。关键词 :连挂车辆 ;通过曲线 ;解析法 ;公式化 ;计算中图分类号 :U270. 34 + 1文献标识码 :B它的压缩量与错动量 (即横向位移) 。连挂车辆通过曲线的计算应考虑以下 3 种工况 : (1) 定半径曲线 ; (2) 曲 线与直线交接区段 ; (3) S 形曲线 。根据车钩转角的计算可知 : 风挡的压缩量在第 1种 、第 3 种工况下都比较大 ,应分别算出这 2 种工况下 风挡的压缩量 ,再通过比较取最大值 ;风挡的错动量则 以在第 3 种工况下为最大 ,因此按第 1 种 、第 3 种工况 进行风挡的分析计算 。2. 1 定半径曲线上风挡的压缩量如不考虑钩头之间的相对转动 , 则连挂车辆的 2 个车钩的中心线要在 2 个车钩转动中心的连线 oo 上 。 此时两连挂车辆的相对位置如图 1 所示 。根据图 1 可 引入平面直角坐标系 xoy , 取前一车辆的车钩转动中 心为坐标原点 , 过 oo 两点的水平轴为 x 轴 , 由左向右 为正向 ; y 轴过 o 点且垂直于 x 轴 , 向上为正向 。连挂车辆通过曲线的设计 、校核计算主要包括以下3 个方面的内容 : (1) 车钩转角的计算 ; (2) 风挡的分析计 算 ; (3) 车辆端部的设计 、校核计算 ,包括车端角部间隙的计算 ,端墙 (或底架) 上的 2 个相对突出物的最小间隙 的计算 ,端墙 (或底架) 上 2 个相对突出物 (或对应点) 的最远距离的计算 (其作用是合理地设计与选择车端电力 连接器的位置及电气连接线与制动软管的长度) 。车钩转角的计算已有许多行之有效的方法 ,而文献 1 介绍的车钩转角计算方法考虑较周全 ,精度较高 且偏于安全 。本文将直接以该方法计算出的车钩转角 为基础 ,用解析法进行各项后续分析计算 ,并将各项分析计算公式化 、电算化 ,以实现迅速 、准确的计算 。1 车钩转角的计算连挂车辆通过的曲线区段分别有定半径曲线 、圆 弧曲线和直线的交接区段 、S 形反向曲线 3 种不同工 况 。由文献 1 可知 :(1) 连挂车辆通过定半径曲线时的车钩转角 :1 = 180- ACO - OCD2 = 180- FDO - ODC(2) 连挂车辆通过圆弧曲线和直线交接区段时的 车钩转角 :1 = 180- ACO - HCD2 = 90- HCD + (3) 连挂车辆通过 S 形反向曲线时的车钩转角 :1 = 180- ACO1 - MCD2 = 90- MCD + 其计算过程和计算简图参见文献 1。2 风挡的分析计算对于风挡来说 ,主要应计算车辆连挂通过曲线时2 M . 两相连车钩转动中心的距离 ( mm) ; L 、L . 两车钩的转5 6动中心分别至底架缓冲梁外表面的距离 (mm) ; B 0 . 同一风挡上 2 个缓冲杆的间距或折棚风挡的两侧框定位中心 ( mm) ;1 、2 . 两车辆的车体中 心线与各自的车钩中心线的夹角 ,即车钩转角 ( rad) 。图 1 两连挂车辆通过定半径曲线时的相对位置图前一车辆的风挡缓冲杆相对于缓冲梁上伸出点的坐标 A ( Xa , Ya) 、B ( Xb , Yb) :Xa = L 5cos 1 - ( B 0/ 2) sin 1收稿日期 :2003208225Xb = L 5cos 1 + ( B 0/ 2) sin 1Yb = L 5 sin 1 - ( B 0/ 2) cos 1后一车辆的风挡缓冲杆相对于底架缓冲梁上伸出 点的坐标 C ( Xc , Yc ) 、D ( Xd , Yd) :Xc = 2 M - L 6cos 2 + ( B 0/ 2) sin2Yc = L 6 sin2 + ( B 0/ 2) cos2Xd = 2 M - L 6cos2 - ( B 0/ 2) sin2Yd = L 6 sin2 - ( B 0/ 2) cos2要计算风挡的压缩量 ,还需先确定两连挂车辆风 挡的贴合面位置 。在既简化而误差又不太大的原则 下 ,按几何相容假设两风挡贴合面的位置过 AC 线段 的中点 E 与 BD 线段的中点 F 的连线 l0 , 则直线 l0 的 方程可由下述过程求出 :联立 l0与 l2的方程及 l0与 l4的方程 , 即可求出 J 、K 两点的坐标 J ( Xj , Yj) 、K( Xk , Yk ) 。至此 , 便可求出前后两车辆的风挡缓冲杆压缩量 ,即风挡参考压缩量 :( Xj - Xb) 2 + ( Yj - Yb) 2( Xk - Xd) 2 + ( Yk - Yd) 21 = L -2 = L -式中 , L 为车辆连挂前风挡自由伸出车端的尺寸 。25型车采用铁风挡或橡胶风挡时 L 取 601 mm ;25 型车采 用折棚风挡时 L 取 540 mm ;动车组 L 取相邻两车车端 间距的一半 。2. 2 在 S 形曲线上风挡的压缩量与相对错动量仿照 2 . 1 条的分析过程 ,可做出如图 2 所示的分 析计算简图 。( Xa + Xc ) / 2( Ya + Yc ) / 2( Xb + Xd) / 2( Yb + Yd) / 2Xe =Ye = Xf = Yf =该直线斜率为 :k0 = ( Yf - Ye ) / ( Xf - Xe )直线 l0的方程为 :Y - Ye = K0 ( X - Xe )C0 = k0 Xe - Ye令整理得k0 X - Y = C0图 2 两连挂车辆通过 S 形曲线时的相对位置图风挡缓冲杆的压缩量即风挡参考压缩量 ( 计算过 程略) :对于铁风挡或下部装有同样渡板结构的橡胶风挡来说 , 若忽略连挂车辆通过曲线时风挡缓冲杆的微小 摆角 , 则可认为各风挡缓冲杆仍是沿平行于车体的中心线方向伸出的 ( 对于折棚式风挡来说不必做上述假 设) , 于是前一车辆的 2 个风挡缓冲杆中心线中直线 l1( 过 A 、G 两点) 的方程为 :k1 X - Y = C1直线 l2 ( 过 B 、J 两点) 的方程为 :k1 X - Y = C2( Xj - Xb) 2 + ( Yj -( Xk - Xd) 2 + ( Yk -Yb) 2Yd) 21 = L -2 = L -式中 L 的取值同 2. 1 条 。同时 , 可求出风挡相对错动量 :( Xk - Xj) 2 + ( Yk -Yj) 2S = L -比较 2. 1 条中的 1 、2 值与 2. 2 条中的 1 、2 值即可得到风挡缓冲杆的最大压缩量 , 即风挡最大参考压缩 量 :1 = max 1 , 1 2 = max 2 , 2 其中 :k1 = tg1C1 = k1 Xa -C2 = k1 Xb -YaYb同理 , 后一车辆的 2 个风挡缓冲杆中心线中直线l3 ( 过 C 、H 两点) 的方程为 :k2 X - Y = C3直线 l4 ( 过 D 、K 两点) 的方程为 :k2 X - Y = C43车体端部的分析计算3. 1定半径曲线仿照前面的分析 ,可做出如图 3 所示的计算简图 。3. 1. 1车端角部间隙的计算由图 3 可求得两连挂车辆的端部角点的坐标 B其中 :K2 = - tg2C3 = k2 Xc - YcC4 = k2 Xd - Yd( X , Y 、D Xb) (d), Y:bdXb = L 5cos1 + ( B 0/ 2) sin1Yb = L 5 sin1 - ( B 0/ 2) cos1Xd = 2 M - L 6cos2 - ( B 0/ 2) sin2Yd = L 6 sin2 - ( B 0/ 2) cos2求得角部间隙 :( Xc - Xa ) 2 + ( Yc - Ya ) 2则3. 2d =S 形曲线可参照 3 . 1 条进行车体端部的分析计算 。( Xd - Xb) 2 + ( Yd -Yb) 2d =4 整理化简回顾前述全部分析计算过程 ,可以看出各单项分 析计算的方法与过程是相似的 。如果将各单项计算中 所用符号 2 M 、L 5 、L 5、L 5、L 6 、L 6、L 6、B 0 、B 0、B 0 、1 、2 、 1 、1 、2 、2 、d 、d 统一改写成 2 M 、L 5 、L 6 、B 0 、1 、 2 、1 、2 、d , 并使之具有各单项计算中所应具有的意 义 ;再同时规定若 1 、2 是与 x 轴的正向所构成的锐 角时取正值 , 反之则取负值 , 即可发现所有各项计算在 形式上均与 2. 1 条中所述的方法及形式相同 , 可利用 同样的表达式来实现 , 从而化简并整理为形式完全相 同的算式 。L 5 、L 6 . 两车钩转动中心至车体端墙上突出物角部尖点的距离 ( mm) ;L 5、L 6 . 两车钩转动中心至车体端墙上突出物最突出点的距离5 编制简易程序全部分析过程由于采用了解析法 ,因此实现了公 式化的计算过程 ,使整个计算过程大为简化 ;再结合微 机技术后 ,就可更加迅速 、准确地完成计算 。根据前面 化简的 结 果 可 形 成 编 制 简 易 程 序 的 流 程 框 图 ( 见 图4) ,并可编制出相应的源程序 (略) 。(mm) ; B 01 、B 02 . 两连挂车辆的车体宽度 (mm) ,一般 B 01 =B 02= B 0 ; B 01、B 02. 两连挂车辆端墙上突出物角部尖点的横向跨距 (mm) ,一般 B 01 = B 02 = B 0; B 01 、B 02 . 两连挂车辆端墙上突 出物最突出点的横向跨距 (mm) ,一般 B 01 = B 02 = B 0 。图 3 计算连挂车辆通过定半径曲线时车端角部 间隙及车辆端部突出物间距的简图3. 1. 2连挂车辆的端墙或底架上的 2 个相对突出物间隙的计算由图 3 可知 ,坐标 B ( Xb , Yb) 、D ( Xd , Yd) 为 : Xb = L 5 cos1 + ( B 0 / 2) sin1Yb = L 5 sin1 - ( B 0 / 2) cos1Xd = 2 M - L 6 cos2 - ( B 0 / 2) sin2Yd = L 6 sin2 - ( B 0 / 2) cos2( Xd - Xb ) 2 + ( Yd - Yb ) 2则d =坐标 B ( Xb , Yb) 、D ( Xd , Yd) 为 :Xb = L 5 cos1 + ( B 0 / 2) sin1Yb = L 5 sin1 - ( B 0 / 2) cos1Xd = 2 M - L 6 cos2 - ( B 0 / 2) sin2Yd = L 6 sin2 - ( B 0 / 2) cos2( Xd - Xb ) 2 + ( Yd - Yb ) 2则d =3. 1. 3端墙或底架上 2 个相对突出物或对应点的最大距离的计算由图 3 可知 ,坐标 A ( Xa , Ya) 、C ( Xc , Yc ) 为 : Xa = L 5 cos1 - ( B 0 / 2) sin1Ya = L 5 sin1 + ( B 0 / 2) cos1Xc = 2 M - L 6 cos2 + ( B 0 / 2) sin2Yc = L 6 sin2 + ( B 0 / 2) cos2N = 1 时工况为定半径曲线 ; N = 2 时工况为圆弧曲线和直线交接区段 ;N = 3 时工况为反向 S 形曲线 。 图 4 编制简易程序的流程框图文章编号 :100227602 (2004) 0520008203防止转 K2 型转向架折头螺栓松动问题的试验研究曹 亦 清(同济大学 铁道与城市轨道交通研究院 ,上海 200331)摘 要 :分析了运用中折头螺栓松动的原因 ,并通过 3 种试验检测方法证实了原因分析的正确性 ,最后提出了相应的改进措施 。关键词 :货车转向架 ;折头螺栓 ;低温试验 ;强度分析 ;改进中图分类号 : U272. 331文献标识码 :B2002 年 11 月底 ,在折头螺栓预紧力抽检中发现预紧力一般多在 60 kN80 kN ,均未能达到大于 133 kN 的技术要求 ,并有折头螺栓在运用中发生松动的现象 。 同济大学铁道与城市轨道交通研究院对此进行了试验 研究 ,并赶制了测试预紧力的简易装置 ,对预紧力进行 了实测 ,对螺栓松动的原因进行了认真分析 。2试验测试及分析2. 1沟槽尺寸的影响使用简易检测装置进行了 2 次预紧力的检测 ,共 扭断 5 根折头螺栓 。其中 ,3 根折头螺栓扭矩头沟槽 尺寸约为 12 mm ,平均预紧力为 66 kN ;另外 2 根当扭 矩头沟槽尺寸增大为 14 mm 左右时 , 平均预紧力达120 kN 。应该指出的是 ,使用简易检测装置进行检测时 ,预 紧力是用读数乘以修正系数后间接得到的 ,故不能测得精确的预紧力 。为测得精确的预紧力 ,又先后制作了 2 批 5 组不 同沟 槽 尺 寸 的 折 头 螺 栓 ( 该 批 试 件 材 料 暂 时 采 用35CrMo) 送北京机械工业通用零部件产品质量监督检测中心 (以下简称北京机械工业检测中心) 测试 ,其中3 组的测试结果见表 1 。沟槽尺寸为 1411 mm 的 B 组5 个试 件 的 平 均 预 紧 力 为 99154 kN , 最 大 预 紧 力 为123118 kN ;沟槽尺寸为 1510mm 的 D 组 5 个试件的平 均预 紧 力 为 17519 kN ; 沟 槽 尺 寸 为 1514 mm 的 E组 3 个试件的平均预紧力为 180177 kN 。估计将 D 组1 原因分析运用中个别折头螺栓松动的原因主要有三方面 : (1) 预紧力不足 ,未达标 ; (2) 锁紧螺母的尼龙圈热胀冷 缩变形大 ,影响尺寸稳定性 ,且低温下其耐压强度和冲 击韧性降低 ,导致锁紧螺母防松性能降低而产生松动 ; (3) 锁紧螺母的夹紧面为铸件毛坯 ,可能有毛刺等使表 面不平整 ,当毛刺等产生塑性变形后 ,就会造成预紧力 的下降 。其中 ,预紧力不足的问题亟待解决 。尤其是 在出厂前 ,如有折头螺栓松动的情况 ,则预紧力不足是 主要原因 。收稿日期 :2003206218作者简介 :曹亦清 (19412) ,男 ,高级工程师 ( 教授级) 。结果均偏于安全 。25 型客车 、中韩合造不锈钢客车及200 km/ h 电动旅客列车组均曾采用此方法进行过校 核计算 。折棚式密封风挡技术条件中风挡横向错动量指标为 542 mm , 也与本文计算结果完全一 致 。因 此 ,本文所介绍的计算方法应为安全的使用方法 。6结束语前述的计算过程是以相互连挂的 2 辆车的车钩之 间无相对转角 、成刚性连接的假设为基础的 ,比较符合 采用密接式车钩车辆的情况 ,而对于采用自动车钩的 车辆情况偏于安全 ; 在忽略了连挂车辆通过曲线时风 挡下部缓冲杆的微小转角后 ,所计算出的结果更是偏 于安全 ;特别是本文所引用的车钩转角的计算值也是 偏于安全的 ,因此按前述分析计算过程所得各项计算参考文献 :1M A ,等. 连挂车辆通过曲线区段的校核 J . 铁道车辆译丛 ,1966 , (4) :50 54 .(编辑 :颜纯)ABSTRACTSimulation Analysis on Dyna mics Perf ormanceof the Ra il Car with the Speed of 140 km/ hWANG Kai2yun ,et al .( male , born in 1974 , assistant researcher and graduate student for doctor degree , Train and Track Research Insti2in operation are analyzed. The correctness of the analysis ofcauses is verified through 3 kinds of tests. The relative im2provement measures are given in the end.Key words : freight car bogie ; folding head bolt ; low temperature test ; strength analysis ; improvementtute of Southwest J iaotong University ,China)Abstract : The rolling stock2trackChengdu 610031 ,Comparison and Analysis of Ma in Standards f orFreight Car Bogies in Our Country and Abroa dCHENG Hai2tao ,et al .(male , born in 1968 , senior engineer , Technical Re2 search Department of Sifang Rolling Stock Research Institute of China Beiche Group , Qingdao 266031 , China)Abstract : The main standards applied for freight car bogies in our country and abroad are described. The differ2 ences between the main standards in our country and abroad are analyzed and compared. On the basis of the existing conditions of freight car bogies in our country as well as the comparison and analysis of the standards , the contents need2 ing to be perfected and revised are put forward.Key words : freight car bogie ; standard ; dynamics performance ; strength testcoupling dynamicstheory and its dynamics simulation software TTISIM are usedto make the simulation calculation for the complete car dy2 namics performance of the 140 km/ h rail car on the resilient track structure , and the complete and comprehensive evalua2 tion is made for the dynamics performance of the rail car ac2 cording to the evaluation standards and regulations on dy2 namics performance of railway locomotives and rolling stock. The research results show that the non2linear critical speed of the rail car is fairly high , with fairly big stability margin ; all the stop clearances can meet the requirements of negotia2 tion of the curve with the minimum radius ; the safety index2 es in dynamic curve negotiation can meet the requirements of safe operation ; the car2body ride comfort indexes in opera2 tion on straight track belong to the class of being qualified and above ; the safety indexes in passing laterally the No . 12 switch with fixed frog at 50 km/ h are all within the range of qualified limit .Key words : rail car ; dynamics performance ; simula2tionSurvey on Research of Air2Tightnessof High Speed Tra insSU Xiao2feng ,et al .(male , born in 1965 , senior engineer , Passenger Car Product Development Department of Nanche Sifang Locomo2 tive & Rolling Stock Co . , Ltd. , Qing2dao 266111 , China) Abstract : The existing conditions of air2tightness re2 search in various countries in the world are described. The air2tightness requirements , air2tightness standards and air2 tightness test standards for high speed trains are given. Sug2 gestions are given on the air2tightness research in our coun2try.Key words :high speed train ; air2tightness ; ear feeling comfortability ; standardThe Design and Checking Calculation of CoupledCars in Negotiation of CurvesSHAN Wei ,et al .(male , born in 1974 , engineer , DevelopmentofChangchunRailwayPassengerCarCo . , Changchun 130062 , China)CenterLtd. ,Abstract :The checking calculation of coupled cars innegotiation of the curve with small radius is an absolutely necessary design calculation for newly manufactured cars. It is also the calculation that must be done to see whether dif2 ferent types of cars can realize the compatible coupling. The analytic method is recommended in the article to make all the calculation process be formulated , so that the design ef2 ficiency and calculation accuracy are improved.Key words : coupled car ; negoti