基于铰接模块姿态约束的轨道车辆限界确定方法及系统

1.一种基于铰接模块姿态约束的轨道车辆限界确定方法，其特征在于，包括如下步骤：S100 基于轨道-轮对-转向架-车体-抗折弯装置综合作用、随机因素及其它因素导致的横向偏移量，得到车体横向偏移量；S200 结合车辆特性，得到车体垂向偏移量；S300 基于车辆转向架各组件引起的偏移量，结合转向架各组件安装误差，得到转向架偏移量；S400 基于受流器与车体的连接关系，得到受流器的横向偏移量，结合受流器特性获得的垂向偏移量，得到受流器偏移量；S500设备限界确定，设备限界具体为车辆限界的安全间隙，由车辆限界扩展一定距离得到；S600 曲线地段限界加宽量：基于直线地段设备限界，结合平面曲线不同半径、过超高或欠超高引起的横向和竖向偏移量，以及车辆、轨道参数因素的变化得到曲线地段限界加宽量；S700 将步骤S100~S600所得横向和竖向或垂向偏移量与车辆轮廓线各点坐标相加得到车辆限界；所述S100包括如下步骤：S101轨道-轮对-转向架-车体-抗折弯装置综合作用下的横向偏移的计算；S102 考虑随机因素引起的车辆横向偏移量；S103 其它因素引起的横向偏移量；S104 将S101~S103的横向偏移量线性相加得到车体横向偏移量；车辆横向平移和车体倾角产生的横向偏移方向相同，所述车体横向偏移量为：（1）销内断面算法： -总的车体横向偏移量； -车体横向偏移量； -车体的侧滚引起的总偏 移量； -随机因素引起的车辆横向偏移量； -线路中心线横向位差引起的横向偏 移量； -轨道横向弹性变形量引起的横向偏移量； -计算断面至转向架中心距离； - 最大折弯角， ， -阻尼缸弹簧压缩挠度， -同转向架 前后端油缸纵向距离， -每个油缸的作用面积， -双弹簧阻尼缸作用面积； -最大轨 距，mm； -轮对轮缘最小外侧距，mm； -转向架轴箱轴承游隙，mm； -车轮横向弹 性变形，mm； -转向架一系弹簧横向弹性变形量，或轴箱与导柱最大间隙，mm； -转向 架中心销径向间隙及磨耗量； -转向架二系弹簧横向弹性变形量； -两条钢轨的相 对高度弹性变化量，mm； -控制点的纵坐标； -重力附加系数， ， -二系悬挂的侧滚刚度， -转向架二系 弹簧上支承面距轨面高度， -车体重心距轨面高度，mm， -含载客车体重量，kg， -重 力加速度，N/kg， -转向架二系弹簧上支承面距轨面高度，mm， -外力力矩产生车体倾 斜角； -载客不对称的计算载客重量，kg； -重力加速度，N/kg； -转向架二系弹簧上 支承面距轨面高度，mm； -一系悬挂的侧滚刚度， ，其中 -车辆一侧 一系弹簧并列对数， -每一轴箱一系弹簧垂向刚度值，N/mm， -转向架一系弹簧横向间 距； -二系悬挂的侧滚刚度， ，其中 -抗侧滚扭杆的侧滚刚 度， -车辆一侧二系弹簧并列对数， -转向架一侧二系弹簧垂向刚度值，N/mm， -静 止时左右弹簧中心线间距； -转向架二系弹簧上支承面距轨面高度，mm； -轮对横向 制造误差值，mm； -车体计算截面至相邻转向架中心距离，mm； -车辆定距，mm； -转 向架二系弹簧横向弹性变形量； -转向架中心销安装定位误差值； -转向架一系 弹簧横向定位误差值； -车体半宽横向制造误差值； -车体表面设备安装误差值； -受电弓横向安装误差值； -受电弓相当车体横向晃动量； 或 -线路中心 线横向位差值或站台区域中心线横向位差值，mm； -车体倾斜量，mm； -车体侧墙高 度，mm； -车底架边梁距轨面高度，mm， -两条钢轨的相对高度误差，mm； -受风面 积，m 2 ； -风压，N/m 2 ； -侧风载荷引起倾斜的转换系数； -横向加速度载荷引起侧 倾的转换系数； -含载客车体重量，kg； -横向振动加速度，m/s 2 ；（2）销外断面算法： -总的车体横向偏移量； -车体横向偏移量； -车体的侧滚引起的总偏 移量； -随机因素引起的车辆横向偏移量； -线路中心线横向位差引起的横向偏 移量； -轨道横向弹性变形量引起的横向偏移量； -计算断面至转向架中心距离； - 最大折弯角， ， -阻尼缸弹簧压缩挠度， -同转向架 前后端油缸纵向距离， -每个油缸的作用面积， -双弹簧阻尼缸作用面积； -最大轨 距，mm； -轮对轮缘最小外侧距，mm； -转向架轴箱轴承游隙，mm； -车轮横向弹 性变形，mm； -转向架一系弹簧横向弹性变形量，或轴箱与导柱最大间隙，mm； -转向 架中心销径向间隙及磨耗量； -转向架二系弹簧横向弹性变形量； -两条钢轨的相 对高度弹性变化量，mm； -控制点的纵坐标； -重力附加系数， ， -二系悬挂的侧滚刚度， -转向架二系 弹簧上支承面距轨面高度， -车体重心距轨面高度，mm， -含载客车体重量，kg， -重 力加速度，N/kg， -转向架二系弹簧上支承面距轨面高度，mm， -外力力矩产生车体倾 斜角； -载客不对称的计算载客重量，kg； -重力加速度，N/kg； -转向架二系弹簧上 支承面距轨面高度，mm； -一系悬挂的侧滚刚度， ，其中 -车辆一侧 一系弹簧并列对数， -每一轴箱一系弹簧垂向刚度值，N/mm， -转向架一系弹簧横向间 距； -二系悬挂的侧滚刚度， ，其中 -抗侧滚扭杆的侧滚刚 度， -车辆一侧二系弹簧并列对数， -转向架一侧二系弹簧垂向刚度值，N/mm， -静 止时左右弹簧中心线间距； -转向架二系弹簧上支承面距轨面高度，mm； -轮对横向 制造误差值，mm； -车体计算截面至相邻转向架中心距离，mm； -车辆定距，mm； -转 向架二系弹簧横向弹性变形量； -转向架中心销安装定位误差值； -转向架一系 弹簧横向定位误差值； -车体半宽横向制造误差值； -车体表面设备安装误差值； -受电弓横向安装误差值； -受电弓相当车体横向晃动量； 或 -线路中心 线横向位差值或站台区域中心线横向位差值，mm； -车体倾斜量，mm； -车体侧墙高 度，mm； -车底架边梁距轨面高度，mm， -两条钢轨的相对高度误差，mm； -受风面 积，m 2 ； -风压，N/m 2 ； -侧风载荷引起倾斜的转换系数； -横向加速度载荷引起侧 倾的转换系数； -含载客车体重量，kg； -横向振动加速度，m/s 2 ；上式中当 L RSX ×（ φ + θ /2）= Δ RSY ，止档接触，横移受限，Δ w 2 、Δ w 3 取0；上式中当0＜[Δ RSY - L RSX ( φ + θ /2)]≤Δ w 3 ， Δw 2 取0、Δ w 3 = Δ RSY - L RSX ( φ + θ /2)；上式中当Δ w 3 <[Δ RSY - L RSX ( φ + θ /2)]≤(Δ w 2 +Δ w 3 )，Δw 3 取限位值±15mm；Δ w 2 =[Δ RSY - L RSX ( φ + θ /2)]-Δ w 3 ；当[Δ RSY - L RSX ( φ + θ /2)]>(Δ w 2 +Δ w 3 )，Δw 2 取限位值±5mm、Δw 3 取限位值±15mm；其中， L RSX 为二系转交刚性限位挡纵向间距之半，mm； Δ RSY 为二系转角刚性限位挡横向间隙，mm。 2.如权利要求1所述的基于铰接模块姿态约束的轨道车辆限界确定方法，其特征在于，车辆横向平移和车体倾角产生的横向偏移方向相反，所述车体横向偏移量为：（1）销内断面算法： -总的车体横向偏移量； -车体横向偏移量； -车体的侧滚引起的总偏 移量； -随机因素引起的车辆横向偏移量； -线路中心线横向位差引起的横向偏 移量； -轨道横向弹性变形量引起的横向偏移量； -计算断面至转向架中心距离； - 最大折弯角， ， -阻尼缸弹簧压缩挠度， -同转向架 前后端油缸纵向距离， -每个油缸的作用面积， -双弹簧阻尼缸作用面积； -最大轨 距，mm； -轮对轮缘最小外侧距，mm； -转向架轴箱轴承游隙，mm； -车轮横向弹 性变形，mm； -转向架一系弹簧横向弹性变形量，或轴箱与导柱最大间隙，mm； -转向 架中心销径向间隙及磨耗量； -转向架二系弹簧横向弹性变形量； -两条钢轨的相 对高度弹性变化量，mm； -控制点的纵坐标； -重力附加系数， ， -二系悬挂的侧滚刚度， -转向架二系弹簧 上支承面距轨面高度， -车体重心距轨面高度，mm， -含载客车体重量，kg， -重力加 速度，N/kg， -转向架二系弹簧上支承面距轨面高度，mm， -外力力矩产生车体倾斜角； -载客不对称的计算载客重量，kg； -重力加速度，N/kg； -转向架二系弹簧上支承 面距轨面高度，mm； -一系悬挂的侧滚刚度， ，其中 -车辆一侧一系 弹簧并列对数， -每一轴箱一系弹簧垂向刚度值，N/mm， -转向架一系弹簧横向间距； -二系悬挂的侧滚刚度， ，其中 -抗侧滚扭杆的侧滚刚度， -车辆一侧二系弹簧并列对数， -转向架一侧二系弹簧垂向刚度值，N/mm， -静止时 左右弹簧中心线间距； -转向架二系弹簧上支承面距轨面高度，mm； -轮对横向制造 误差值，mm； -车体计算截面至相邻转向架中心距离，mm； -车辆定距，mm； -转向架 二系弹簧横向弹性变形量； -转向架中心销安装定位误差值； -转向架一系弹簧 横向定位误差值； -车体半宽横向制造误差值； -车体表面设备安装误差值； -受电弓横向安装误差值； -受电弓相当车体横向晃动量； 或 -线路中心 线横向位差值或站台区域中心线横向位差值，mm； -车体倾斜量，mm； -车体侧墙高 度，mm； -车底架边梁距轨面高度，mm， -两条钢轨的相对高度误差，mm； -受风面 积，m 2 ； -风压，N/m 2 ； -侧风载荷引起倾斜的转换系数； -横向加速度载荷引起侧 倾的转换系数； -含载客车体重量，kg； -横向振动加速度，m/s 2 ；（2）销外断面算法 -总的车体横向偏移量； -车体横向偏移量； -车体的侧滚引起的总偏 移量； -随机因素引起的车辆横向偏移量； -线路中心线横向位差引起的横向偏 移量； -轨道横向弹性变形量引起的横向偏移量； -计算断面至转向架中心距离； - 最大折弯角， ， -阻尼缸弹簧压缩挠度， -同转向架 前后端油缸纵向距离， -每个油缸的作用面积， -双弹簧阻尼缸作用面积； -最大轨 距，mm； -轮对轮缘最小外侧距，mm； -转向架轴箱轴承游隙，mm； -车轮横向弹 性变形，mm； -转向架一系弹簧横向弹性变形量，或轴箱与导柱最大间隙，mm； -转向 架中心销径向间隙及磨耗量； -转向架二系弹簧横向弹性变形量； -两条钢轨的相 对高度弹性变化量，mm； -控制点的纵坐标； -重力附加系数， ， -二系悬挂的侧滚刚度， -转向架二系 弹簧上支承面距轨面高度， -车体重心距轨面高度，mm， -含载客车体重量，kg， -重 力加速度，N/kg， -转向架二系弹簧上支承面距轨面高度，mm， -外力力矩产生车体倾 斜角； -载客不对称的计算载客重量，kg； -重力加速度，N/kg； -转向架二系弹簧上 支承面距轨面高度，mm； -一系悬挂的侧滚刚度， ，其中 -车辆一侧 一系弹簧并列对数， -每一轴箱一系弹簧垂向刚度值，N/mm， -转向架一系弹簧横向间 距； -二系悬挂的侧滚刚度， ，其中 -抗侧滚扭杆的侧滚刚 度， -车辆一侧二系弹簧并列对数， -转向架一侧二系弹簧垂向刚度值，N/mm， -静 止时左右弹簧中心线间距； -转向架二系弹簧上支承面距轨面高度，mm； -轮对横向 制造误差值，mm； -车体计算截面至相邻转向架中心距离，mm； -车辆定距，mm； -转 向架二系弹簧横向弹性变形量； -转向架中心销安装定位误差值； -转向架一系 弹簧横向定位误差值； -车体半宽横向制造误差值； -车体表面设备安装误差 值； -受电弓横向安装误差值； -受电弓相当车体横向晃动量； 或 -线路 中心线横向位差值或站台区域中心线横向位差值，mm； -车体倾斜量，mm； -车体侧 墙高度，mm； -车底架边梁距轨面高度，mm， -两条钢轨的相对高度误差，mm； -受 风面积，m 2 ； -风压，N/m 2 ； -侧风载荷引起倾斜的转换系数； -横向加速度载荷引 起侧倾的转换系数； -含载客车体重量，kg； -横向振动加速度，m/s 2 。 3.如权利要求1-2中任一项所述的基于铰接模块姿态约束的轨道车辆限界确定方法，其特征在于，所述S600包括如下步骤：S601曲线几何偏移量计算；S602 垂直几何加高量；S603超高、欠超高引起的加宽加高量；S604 曲线轨道参数及车辆参数变化引起的设备限界加宽和加高量；S605 设备限界在曲线地段总的加宽、加高量计算。 4.如权利要求3所述的基于铰接模块姿态约束的轨道车辆限界确定方法，其特征在于，所述S601包括：（1）曲线外侧加宽的几何偏移量：N -计算断面与转向架中心距离；b-断面半宽；hpx-轴距产生的弦高； R -车辆所处的线路曲线半径；La-铰接点距转向架中心距离；hpx-轴距产生的弦高；（2）曲线内侧加宽的几何偏移量：T 内 =hpxhpx-轴距产生的弦高。 5.如权利要求1-2中任一项所述的基于铰接模块姿态约束的轨道车辆限界确定方法，其特征在于，所述S300包括如下步骤：S301转向架横向偏移量：S302转向架构架上表面的垂向偏移量；S303 转向架构架下表面的垂向偏移量；S304 簧下部分横向偏移量计算公式；S305 簧下部分的垂向偏移量；S306 车轮轮缘部分下部垂向偏移量；S307 车轮踏面部分的垂向偏移量。 6.如权利要求5所述的基于铰接模块姿态约束的轨道车辆限界确定方法，其特征在于，所述S301包括：S311 轮轨间隙：轮轨间隙引起的横向偏移量为 ；其中， -最大轨距，mm；d-轮对轮缘最小外侧距，mm；S312 构架与轮对间的间隙q；S313、轮对在轨道上的最不利位置；S314 轨道几何偏差 ；其中， -轨道横向弹性变形量，mm； -线路中心线横向位差值，mm；S315综合以上各因素，可得转向架横向偏移量公式：m-转向架上计算断面与相邻轴间的距离，当计算断面位于转向架两轴之间时，取m=0； -轮轨间隙引起的横向偏移量； -最大轨距，mm；d-轮对轮缘最小外侧距，mm；q- 构架与轮对间的间隙；p-计算点； -轨道几何偏差； -轨道横向弹性变形量，mm； -线路中心线横向位差值，mm。 7.如权利要求1-2中任一项所述的基于铰接模块姿态约束的轨道车辆限界确定方法，其特征在于，所述S400包括如下步骤：S401受流器横向偏移量：由于受流器是安装在车体上的，受流器的横向偏移量计算公式与所述车体横向偏移量计算公式相同；S402受流器垂直偏移量：竖向向上偏移量: Δ Y BPu =Δ J vd +Δ J vw +Δ S vw ；其中，Δ Y BPu 为车体竖向向上偏移量，mm；Δ J vd 为柔性架空线抬升量或刚性架空线安装误差，mm；Δ J vw 为架空线磨耗量，mm；Δ S vw 为受电弓炭精板磨耗量，mm。 8.一种基于铰接模块姿态约束的轨道车辆限界确定系统，其特征在于，包括：车体横向偏移量计算模块，用于基于轨道-轮对-转向架-车体-抗折弯装置综合作用、随机因素及其它因素导致的横向偏移量，得到车体横向偏移量；车体垂向偏移量计算模块，结合车辆特性，得到车体垂向偏移量；转向架偏移量计算模块，基于车辆转向架各组件引起的偏移量，结合转向架各组件安装误差，得到转向架偏移量；受流器偏移量计算模块，基于受流器与车体的连接关系，得到受流器的横向偏移量，结合受流器特性获得的垂向偏移量，得到受流器偏移量；设备限界确定模块，基于车辆限界的安全间隙，确定设备限界；曲线地段限界加宽量计算模块，基于直线地段设备限界，结合平面曲线不同半径、过超高或欠超高引起的横向和竖向偏移量，以及车辆、轨道参数因素的变化得到曲线地段限界加宽量；车辆限界计算模块，将各模块横向和竖向或垂向偏移量与车辆轮廓线各点坐标相加得到车辆限界；所述基于轨道-轮对-转向架-车体-抗折弯装置综合作用、随机因素及其它因素导致的横向偏移量，得到车体横向偏移量包括如下步骤：S101轨道-轮对-转向架-车体-抗折弯装置综合作用下的横向偏移的计算；S102 考虑随机因素引起的车辆横向偏移量；S103 其它因素引起的横向偏移量；S104 将S101~S103的横向偏移量线性相加得到车体横向偏移量；车辆横向平移和车体倾角产生的横向偏移方向相同，所述车体横向偏移量为：（1）销内断面算法： -总的车体横向偏移量； -车体横向偏移量； -车体的侧滚引起的总偏 移量； -随机因素引起的车辆横向偏移量； -线路中心线横向位差引起的横向偏 移量； -轨道横向弹性变形量引起的横向偏移量； -计算断面至转向架中心距离； - 最大折弯角， ， -阻尼缸弹簧压缩挠度， -同转向架 前后端油缸纵向距离， -每个油缸的作用面积， -双弹簧阻尼缸作用面积； -最大轨 距，mm； -轮对轮缘最小外侧距，mm； -转向架轴箱轴承游隙，mm； -车轮横向弹 性变形，mm； -转向架一系弹簧横向弹性变形量，或轴箱与导柱最大间隙，mm； -转向 架中心销径向间隙及磨耗量； -转向架二系弹簧横向弹性变形量； -两条钢轨的相 对高度弹性变化量，mm； -控制点的纵坐标； -重力附加系数， ， -二系悬挂的侧滚刚度， -转向架二系弹簧上 支承面距轨面高度， -车体重心距轨面高度，mm， -含载客车体重量，kg， -重力加速 度，N/kg， -转向架二系弹簧上支承面距轨面高度，mm， -外力力矩产生车体倾斜角； -载客不对称的计算载客重量，kg； -重力加速度，N/kg； -转向架二系弹簧上支承 面距轨面高度，mm； -一系悬挂的侧滚刚度， ，其中 -车辆一侧一系 弹簧并列对数， -每一轴箱一系弹簧垂向刚度值，N/mm， -转向架一系弹簧横向间距； -二系悬挂的侧滚刚度， ，其中 -抗侧滚扭杆的侧滚刚度， -车辆一侧二系弹簧并列对数， -转向架一侧二系弹簧垂向刚度值，N/mm， -静止时 左右弹簧中心线间距； -转向架二系弹簧上支承面距轨面高度，mm； -轮对横向制造 误差值，mm； -车体计算截面至相邻转向架中心距离，mm； -车辆定距，mm； -转向架 二系弹簧横向弹性变形量； -转向架中心销安装定位误差值； -转向架一系弹簧 横向定位误差值； -车体半宽横向制造误差值； -车体表面设备安装误差值； -受电弓横向安装误差值； -受电弓相当车体横向晃动量； 或 -线路中心 线横向位差值或站台区域中心线横向位差值，mm； -车体倾斜量，mm； -车体侧墙高 度，mm； -车底架边梁距轨面高度，mm， -两条钢轨的相对高度误差，mm； -受风面 积，m 2 ； -风压，N/m 2 ； -侧风载荷引起倾斜的转换系数； -横向加速度载荷引起侧 倾的转换系数； -含载客车体重量，kg； -横向振动加速度，m/s 2 ；（2）销外断面算法： -总的车体横向偏移量； -车体横向偏移量； -车体的侧滚引起的总偏 移量； -随机因素引起的车辆横向偏移量； -线路中心线横向位差引起的横向偏 移量； -轨道横向弹性变形量引起的横向偏移量； -计算断面至转向架中心距离； - 最大折弯角， ， -阻尼缸弹簧压缩挠度， -同转向架 前后端油缸纵向距离， -每个油缸的作用面积， -双弹簧阻尼缸作用面积； -最大轨 距，mm； -轮对轮缘最小外侧距，mm； -转向架轴箱轴承游隙，mm； -车轮横向弹 性变形，mm； -转向架一系弹簧横向弹性变形量，或轴箱与导柱最大间隙，mm； -转向 架中心销径向间隙及磨耗量； -转向架二系弹簧横向弹性变形量； -两条钢轨的相 对高度弹性变化量，mm； -控制点的纵坐标； -重力附加系数， ， -二系悬挂的侧滚刚度， -转向架二系 弹簧上支承面距轨面高度， -车体重心距轨面高度，mm， -含载客车体重量，kg， -重 力加速度，N/kg， -转向架二系弹簧上支承面距轨面高度，mm， -外力力矩产生车体倾 斜角； -载客不对称的计算载客重量，kg； -重力加速度，N/kg； -转向架二系弹簧上 支承面距轨面高度，mm； -一系悬挂的侧滚刚度， ，其中 -车辆一侧 一系弹簧并列对数， -每一轴箱一系弹簧垂向刚度值，N/mm， -转向架一系弹簧横向间 距； -二系悬挂的侧滚刚度， ，其中 -抗侧滚扭杆的侧滚刚 度， -车辆一侧二系弹簧并列对数， -转向架一侧二系弹簧垂向刚度值，N/mm， -静 止时左右弹簧中心线间距； -转向架二系弹簧上支承面距轨面高度，mm； -轮对横向 制造误差值，mm； -车体计算截面至相邻转向架中心距离，mm； -车辆定距，mm； -转 向架二系弹簧横向弹性变形量； -转向架中心销安装定位误差值； -转向架一系 弹簧横向定位误差值； -车体半宽横向制造误差值； -车体表面设备安装误差值； -受电弓横向安装误差值； -受电弓相当车体横向晃动量； 或 -线路中心 线横向位差值或站台区域中心线横向位差值，mm； -车体倾斜量，mm； -车体侧墙高 度，mm； -车底架边梁距轨面高度，mm， -两条钢轨的相对高度误差，mm； -受风面 积，m 2 ； -风压，N/m 2 ； -侧风载荷引起倾斜的转换系数； -横向加速度载荷引起侧 倾的转换系数； -含载客车体重量，kg； -横向振动加速度，m/s 2 ；上式中当 L RSX ×（ φ + θ /2）= Δ RSY ，止档接触，横移受限，Δ w 2 、Δ w 3 取0；上式中当0＜[Δ RSY - L RSX ( φ + θ /2)]≤Δ w 3 ， Δw 2 取0、Δ w 3 = Δ RSY - L RSX ( φ + θ /2)；上式中当Δ w 3 <[Δ RSY - L RSX ( φ + θ /2)]≤(Δ w 2 +Δ w 3 )，Δw 3 取限位值±15mm；Δ w 2 =[Δ RSY - L RSX ( φ + θ /2)]-Δ w 3 ；当[Δ RSY - L RSX ( φ + θ /2)]>(Δ w 2 +Δ w 3 )，Δw 2 取限位值±5mm、Δw 3 取限位值±15mm；其中， L RSX 为二系转交刚性限位挡纵向间距之半，mm； Δ RSY 为二系转角刚性限位挡横向间隙，mm。