中车大连机车车辆有限公司 116022
摘 要 本文主要介绍了城市轨道交通车辆车端跨接线长度分析计算的方法,在车辆设计阶段对跨接线选型提供指导。
关键词 城轨车辆 车端跨接线 长度计算
1 前言
城轨列车由多节车辆编组构成,车辆与车辆间的电源、控制和通信传输通过车端跨接线连接,选取合适长度的车端跨接线,车辆在线路上运行时跨接线不会接磨,不会被拉断。由于不同线路列车运行曲线参数不尽相同,这就需要在车辆设计阶段,针对列车运行线路信息,结合车辆自身参数,对车端跨接线长度进行分析计算,为选型提供指导,最后通过模拟及试验验证跨接线选型是否合理。
2 车端跨接线长度计算分析
2.1 统计所需要的车辆及运行曲线参数:
2.1.1 确定两连挂车辆车端电气连接器中心位置所需参数
轨道上车端连接器中心车长方向距离L0;
车端连接器中心距离轨面高度H;
(3) 车端各连接器中心距离车辆纵向中心线距离d1,d2,d3 .......
如图1、图2例子所示:
图1 图2
2.1.2 确定两连挂车辆在运行线路位置所需参数
车辆长度L,车辆宽度W;
运行线路最小曲线半径R;
车辆转向架中心距离A;
转向架中心距离近端车端面距离B;
车钩中心距离近端车辆端面距离C;
转向架中心与近端车钩中心距离D=B-C;
相邻车钩中心距离E;
另外,需要距离轨面最小安全距离hs;
车辆最大垂向偏移量τ;
则考虑τ后的距离轨面最小安全距离Hs=hs+τ。
2.2 根据参数,确定车辆在最小弯曲半径曲线上位置
以任意点O为圆心,以R为半径,做列车运行轨迹圆;
在圆上任意选取距离为A的两点,即为第一辆车的两转向架的两中心点,连线,得到车辆纵向中心线;
在中心线延长线上找到与转向架中心距离为C的车端面中心,并通过D=B-C在中心线上找到车钩中心,根据车长L和车宽W,画出车辆外轮廓。至此,得到第一辆车在运行曲线上的位置。
以O为圆心,以第一辆车车钩中心到O点距离为半径,画出车钩中心的运行轨迹圆;以第一辆车车钩中心为圆心,以E为半径,画圆与车钩中心运行轨迹圆的交点,即为第二辆车的车钩中心。之后根据A,B,C,D,L,W等参数,可以定位第二辆车的相对位置。根据图1和图2,将车端连接器位置定位到图3中:
图3车辆最小曲线半径线路连挂图
2.3 计算场景分析
如图3所示,在最小曲线半径的轨道上,最外侧和最内侧车端连接器跨接线分别处于最大拉伸和压缩状态,只要在这两中极端情况中,跨接线不被拉坏,也不触及轨面最小安全距离,连接器跨接线长度即可满足使用需求。
图3所示最大间距L1=1161.7mm,最小间距L2=947.69mm,即为图4中Lx。图中连接器长度Lj及安装角度可以根据产品型号和使用情况得到,本例中Lj取210mm,从而可测得Lu,本例中分别为Lu1=798mm,Lu2=578mm。图中波纹软管Lp长度要满足在Lu1=798mm时不被拉坏,此时长度为Lpmin,Lpmin=Lu1+δ1,δ1为波纹软管距离被拉直状态的安全裕度,δ1可结合具体产品确定。在Lu2=578mm时最低点不触碰安全高度,此时波纹软管长度为Lpmax,波纹软管长度Lp长度选择许满足Lpmin≤Lp≤Lpmax。
图4
3 数学建模计算波纹软管最大允许长度Lpmax
3.1 曲线方程的确定
下面通过数学建模对Lpmax值进行探索,图中的软管形状形似于一段抛物线,故采用抛物线进行长度模拟。以轨面高度为X轴,过软管最低点垂直于X轴直线为Y轴,建立坐标系,Lu=Lu2=578mm时,设抛物线方程y=ax2+b,x=0时,y=b=Hs,本案例中Hs=180mm,b=180mm;当x=578/2时,测量得到y=635mm,从而得到a=0.005447732,从而抛物线方程为y=0.005447732x2+180。
3.2 从曲线方程获取采样点
在Excel表格中输入若干X坐标位置,根据抛物线方程,得到一系列y值,从而得到一系列(x,y)点的坐标:
图5 选取的采样点
3.2 拟合波纹软管外形曲线
打开专用绘图软件,新建X,Y轴,输入曲线命令,再将Excel表格中的坐标值输入进去,软件便会用样条曲线拟合出一条抛物线,通过查询工具,可以查到抛物线的长度(图片中所示1126mm),即是所求取的Lpmax。
3 结术语
以上求取了波纹软管Lpmin和Lpmax两个极限长度(不含连接器),在距离两极限长度一定安全裕度δ2,δ3选取一个合适L
P,使得Lu1+δ1≤Lpmin,Lpmin+δ2≤LP≤Lpmax-δ3,LP再加上两端连接器长度Lj,即是设计的车端连接器和跨接线长度。
车端连接器和跨接线长度的最终确定除了理论分析计算,同时也要考虑产品特性和实际使用情况,要经过模拟试验台试验验证,方可最终确定。
参考文献
[1] 刘利.论城铁车辆车端跨接线长度分析[C].科技展望,2014.(21)
[2] 熊金红.王剑平.B型地铁车辆间电缆跨接线长度设计[C].技术与市场,2016.(023)
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