GCY300限界计算.docx
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GCY300限界计算
动态包络线计算——GCY-300调车机
1、参数及外轮廓
1.主要结构参数和悬挂系统的主要参数如表1所示:
(表1机车的主要结构参数表)
序号
符号
说明
取值
单位
数据来源
1
l
最大轨距
1441
mm
线路参数
2
d
轮缘名义最小外侧距
1399
mm
车辆参数
3
(2n+a)/a
1.670731707
4
n
计算断面至相邻中心销距离
2752
mm
车辆参数
5
a
车辆定距
8200
mm
车辆参数
6
△q1
轴箱轴承游隙
1.5
mm
车辆参数
7
△q2
车轮横向弹性变形
0
mm
车辆参数
8
△q3
一系弹簧横向弹性变形(静态+动态)
4
mm
车辆参数
9
△w1
中心销径向间隙及磨损
1
mm
车辆参数
10
△w2
二系弹簧横向变形——静态
0
mm
车辆参数
11
△w3
二系弹簧横向变形——动态
15
mm
车辆参数
12
△e
轨道横向弹性变形
1
mm
车辆参数
13
△hc2
两条钢轨相对高度的弹性变化
1
mm
车辆参数
14
S
重力倾角附加系数
8.84222E-05
15
g
重力加速度
9.8
m/s2
16
hsc
车体重心距轨面高
1683
mm
车辆参数
17
mz
载荷不对称的计算重量
0
kg
车辆参数
18
hcp
一系弹簧上支撑面距轨面高
472
mm
车辆参数
19
hcs
二系弹簧上支撑面距轨面高
1250
mm
车辆参数
20
kφp
整车一系弹簧侧滚刚度
6504091200
N.mm/rad
21
np
车辆一侧一系弹簧并列数
8
车辆参数
22
Cp
每一轴箱一系弹簧垂直刚度
425
N/mm
车辆参数
23
bp
一系弹簧间距
1956
mm
车辆参数
24
kφs
整车二系弹簧侧滚刚度
21861402304
N.mm/rad
25
ns
车辆一侧二系弹簧并列数
4
车辆参数
26
Cs
转向架二系弹簧垂直刚度
2857
N/mm
车辆参数
27
bs
二系弹簧间距
1956
mm
车辆参数
28
kφn
进制抗侧滚扭杆的抗侧滚刚度
2000
N.mm/rad
29
△d
轮对制造误差
1
mm
车辆参数
30
△Mt1
中心销安装定位误差
1
mm
车辆参数
31
△Mt2
一系弹簧横向定位误差
2
mm
车辆参数
32
△Mt3
车体横向制造误差
2
mm
车辆参数
33
△Mt4
车体表面设备安装误差
3
mm
车辆参数
34
△Mt5
受电弓横向安装误差值
3
mm
车辆参数
35
△Shd
受电弓相对车体横向晃动
2
mm
车辆参数
36
△c
线路中心线横向位差
10
mm
线路参数
37
△Xbq
车体倾斜量
5
mm
车辆参数
38
Hcq
车体侧墙高度
2150
mm
车辆参数
39
hsj
车底架边缘梁距轨面高
1062
mm
车辆参数
40
△Hc1
两条钢轨的相对高度误差
2
mm
线路参数
41
Aw*Pw
风对车体作用力
17015.625
N
42
Aw
车体受风面积m2
24.5
m2
车辆参数
43
Pw
风作用压强n/m2
694.5153061
n/m2
起重机设计手册24页
44
Ch
7.32425E-13
45
Ch'
6.60055E-13
46
hsw
车体受风面积形心距轨面高
1800
mm
47
mb
车体重
43.8
kg
车辆参数
48
ab
横向加速度
0.98
m/s2
车辆参数
49
△Mt6
车辆地板面未能补偿的高度误差
3
mm
车辆参数
50
△Mt8
车体上部及安装设备高度尺寸制造安装误差
3
mm
车辆参数
51
△fp
一系垂向动绕度
25
mm
车辆参数
52
△fs
二系垂向动绕度
2
mm
车辆参数
53
δc
线路中心线垂向位差
2
mm
线路参数
54
(hsw-hcp)/kφp
2.04179E-07
55
(hsw-hcs)/kφs
2.51585E-08
56
(hsc-hcp)/kφp
1.86191E-07
57
(hsc-hcs)/kφs
1.98066E-08
58
△Mt9
车体销外上翘、下垂量
0
mm
车辆参数
59
f'01
车轮垂向弹性变形(刚性车轮)
10
mm
车辆参数
60
f01
一系弹簧垂向永久变形
0
mm
车辆参数
61
f1
一系弹簧空重车绕度变化
0
mm
车辆参数
62
f2
二系弹簧空重车绕度变化
0
mm
车辆参数
63
f02
二系弹簧垂向永久变形
0
mm
车辆参数
64
δe
轨道垂向弹性变形
2
mm
线路参数
65
δw0
轨道垂向磨耗
10
mm
线路参数
66
δw1
车轮最大旋削量
27
mm
车辆参数
67
δ'w1
两次旋轮间踏面磨耗
2
mm
车辆参数
68
△Mt7
车体下部及吊挂物高度尺寸制造安装误差
3
mm
车辆参数
69
(l-d)/2
21
70
△Mt10
构架横向制造误差
2
mm
车辆参数
71
△Mt11
构架向上垂向制造误差
4
mm
车辆参数
72
△Mt12
构架向下垂向制造误差
4
mm
车辆参数
73
(2p+m)/p
p-转向架固定轴距,m-计算断面至相邻轴距离
2.6
74
P
转向架固定轴距
2000
mm
车辆参数
75
m
计算断面至相邻轴距离
1200
mm
车辆参数
76
△Mt13
簧下部分横向制造误差
1.5
mm
车辆参数
77
△Mt14
簧下部分垂向制造误差
0.5
mm
车辆参数
2、轮廓外形
2.总体设计外形见图1。
(图1外形图)
3、限界计算断面
3.1限界校核的计算断面条件
基本轮廓线以车长14642mm,中心销定距8200mm,端部计算端面相邻中心销2752mm为计算条件。
转向架部分轮廓取转向架上最外侧三点校核。
3.2校核计算的轮廓控制线坐标
整车基本轮廓线控制点坐标:
车辆轮廓控制点
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
X
0
734
1196
1280
1332
1332
1280
1230
1130
950
Y
3751
3522
3190
2942
1568
936
682
292
142
117
转向架突出车体部分轮廓线控制点坐标:
转向架部分轮廓控制点
1z
2z
3z
X
1279
1296
1164
Y
925
866
327
4、动态包络线计算
4.1术语:
●基准坐标系
基准坐标系是垂直于直线轨道线路中心线的二维直角平面坐标。
改基准坐标系的坐标系的坐标原点为轨距中心点,横向坐标轴(X轴)与设计轨顶平面相切,竖向坐标轴(Y轴)垂直轨顶平面。
●动态包络线
车辆不论是空车或重车在平直线的轨道上按规定速度运行,计算了车辆和轨道的公差、磨耗、弹性变形、车辆的各种振动和滚动等正常状态下运行的各种限定因素,而产生的车辆各部位竖向和横向动态偏移后的统计轨迹,以基准坐标系表示称为动态包络线。
●动态偏移及偏移量
在基准坐标系内,以计算轮廓线上各坐标点为基准点,因车辆和轨道的公差、磨耗、弹性变形、车辆各种振动及滚动等原因,使在运行中偏离上述定义的基准点位置的现象称为动态偏移。
在横向坐标方向的偏移称为横向偏移,在竖向坐标方向的偏移称为竖向(或向上、向下)偏移。
上偏移的量值为偏移量(以mm计)。
4.2动态包络线计算方法
4.2.1计算方法原则
4.2.1
对于动态包络线计算中所考虑的要素(见下节4.2.2),按其性质统一分成两大类,即随机因素(Z)和非随机因素(NZ),对于非随机因素按线性相加合成,而对随机且按高斯概率分布的因素采取平方和开根的合成办法进行。
将两大类相加形成车辆的动态偏移量。
4.2.2动态包络线计算考虑的要素
1)车辆的制造误差;
2)车辆的维修限度;
3)转向架轮对处于轨道上的最不利运行位置;
4)轮对相对于构架的横向位移量;
5)转向架构架相对于车体的横向位移量;
6)车辆的空重车挠度差及垂向位移量;
7)轨道线路的几何偏差(含维修限度);
8)一系悬挂侧滚位移量;
9)二系悬挂侧滚位移量;
10)因车辆制造、载荷不对称、轨道水平不平顺等引起的偏斜。
本计算书动态包络线计算所涉及要素符号,说明及取值列于表1。
4.2.3动态包络线计算公式
动态包络线由计算轮廓线各点坐标加横向及垂向车辆偏移量得到。
偏移量的计算如下:
a.车体部分
1)车体横向平移和车体倾角产生的横向偏移方向相同时:
●车体横向:
车辆轮廓控制点
1
2
3
4
5
6
△Xbp
77.7
77.4
77.1
76.8
75.5
75.1
车辆轮廓控制点
7
8
9
10
△Xbp
74.9
74.7
74.7
74.6
计算公式如下图:
●车体竖向向上偏移量
车辆轮廓控制点
1
2
3
4
5
6
△Ybpu
42.1
38.2
35.7
35.2
34.9
34.9
车辆轮廓控制点
7
8
9
10
△Ybpu
35.2
35.5
36.1
37.0
计算公式如下图:
●车体竖向向下偏移量
车辆轮廓控制点
1
2
3
4
5
6
△Ybpd
91.1
92.4
94.1
94.4
94.6
94.6
车辆轮廓控制点
7
8
9
10
△Ybpd
94.4
94.2
93.8
93.1
计算公式如下图:
2)车体横向平移和车体倾角产生的横向偏移方向相反时:
●车体横向偏移量计算:
车辆轮廓控制点
1
2
3
4
5
6
△Xbp
64.0
64.8
65.9
66.7
71.1
72.6
车辆轮廓控制点
7
8
9
10
△Xbp
72.8
72.5
72.3
72.2
计算公式如下图:
●车体竖向向上偏移量:
车辆轮廓控制点
1
2
3
4
5
6
△Ybpu
42.2
42.8
43.4
43.5
43.5
43.5
车辆轮廓控制点
7
8
9
10
△Ybpu
43.5
43.4
43.3
43.0
计算公式如下图:
●车体竖向向下偏移量:
车辆轮廓控制点
1
2
3
4
5
6
△Ybpd
91.2
87.2
84.7
84.3
84.0
84.0
车辆轮廓控制点
7
8
9
10
△Ybpd
84.3
84.5
85.1
86.0
计算公式如下图:
b.转向架部分
1)构架
(a)横向移动与倾角产生的横向偏移方向相同:
●构架横向偏移量的计算如下:
转向架部分轮廓控制点
1z
2z
3z
△Xt
82.0
81.9
81.4
计算公式如下图:
●构架竖向向上偏移量计算:
(竖向平移和倾角产生的竖向偏移方向相反)
转向架部分轮廓控制点
1z
2z
3z
△Ytu
59.5
59.5
60.0
计算公式如下:
●构架竖向向下偏移量计算(竖向平移和倾角产生的竖向偏移方向相同),计算公式如下图。
转向架部分轮廓控制点
1z
2z
3z
△Ytd
115.2
115.2
115.1
(b)横向移动与倾角产生的横向偏移方向相反时:
●构架横向偏移量的计算如下:
转向架部分轮廓控制点
1z
2z
3z
△Xt
77.6
77.8
79.3
计算公式如下:
●构架竖向向上偏移量计算:
(竖向平移和倾角产生的竖向偏移方向相同)
转向架部分轮廓控制点
1z
2z
3z
△Ytu
66.2
66.2
66.1
计算公式如下:
●构架竖向向下偏移量计算(竖向平移和倾角产生的竖向偏移方向相反)
转向架部分轮廓控制点
1z
2z
3z
△Ytd
108.5
108.5
109.0
计算公式如下:
2)簧下部件
转向架簧下控制点
1z
2z
3z
X
0
859
896
Y
105
164
166
转向架簧下控制点
1z
2z
3z
△Xw(簧下部分横向偏移量
32.2
32.2
32.2
△Ywd(簧下部分竖向偏移量)
51.1
51.9
52.0
计算公式如下:
簧下部分横向偏移量计算公式:
簧下部分竖向偏移量计算公式:
因此,簧下部分均未超过车体,且其横向偏移均小于车体横向偏移,固不会超出限界。
3)轮缘部分竖向偏移量:
△Yf
16.7
轮缘部分竖向偏移量计算公式:
4)踏面部分竖向偏移量:
△Ym
14.7
c、在平直线上的动态包络线计算:
根据表1的计算参数和上节提到的计算方法,通过计算得到轮廓线控制点的相应动态包络线坐标如下表:
X
77.7
811.5
1273.1
1356.8
1407.6
1407.2
1355.0
1304.8
1204.7
1024.7
Y(向上)
3793.2
3564.8
3233.4
2985.5
1611.5
979.5
725.5
335.4
185.3
160.0
Y(向下)
3659.8
3429.5
3095.9
2847.5
1473.3
841.3
587.5
197.7
48.2
23.8
根据表1的计算参数和上节提到的计算方法,通过计算得到转向架部分轮廓线控制点坐标,如下表:
X
1361.0
1377.9
1245.4
Y(向上
991.2
932.2
393.1
Y(向下
809.8
750.8
211.9
5、结论:
结论:
按照CJJ96-2003的限界标准,计算GCY-300调车机的动态包络线,计算了其最大危险位置,车辆中部的横向偏移,竖向偏移。
车体的最大轮廓尺寸(取点10个)加上各偏移量之后,与B2限界比较,未超出限界。
转向架部分(取点3个)根据计算未超出B2限界。
计算了簧下部分的偏移量,由于簧下部分尺寸均未超过车体,且其横向偏移均小于车体横向偏移,故不会超出限界。
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