转向架设计的思考方法及新的尝试(4)

为了观察最优化方案本身,将x轴、y轴设定为评价值,可以绘出各设计方案的评价值所形成的图形(下文称为功用图)。

具体来讲,在功用图中,通过改变全部要素中的各种技术参数值,计算2种运动特性,将第1种运动特性的计算结果描绘成曲线的x坐标;将第2种运动特性的计算结果描绘成曲线的y坐标。这种方法,预计需要大量的计算时间,所以,必须在计算方法方面下功夫,以缩短计算时间。在开展研究工作的第一阶段,对计算全部供选择设计用运动特性到底需要多长时间进行了研究。

以图7给出的功用图为例,将转向架蛇行失稳临界速度的计算结果作为x坐标;将曲线通过性能的目y。该方法已成功应用于确定空气弹簧的

横向刚度及横向减振器的阻尼系数等。采用的评价函数见式(2)。该评价函数测定%未完成率&,所以,要寻找使该值最小所对应的设计方案。具体来讲,不是研究全部转向架零件,而是针对空气弹簧横向刚度、横向止挡及横向减振器,确定无论车辆速度快慢,均可满足要求的一些技术参数值。图5、图6为部分计算结果。该评价函数较容易确定,很适合于转向架的设计问题。评价=max(对于速度300km/h的横向振动舒适度计算结果要求的未完成率,对于速度50km/h的横向振动舒适度计算结果要求的未完成率)

(2)

式(2)中:max(A,B)中取最大值。

若只用转向架3个参数来评估转向架的性能,即

铁道车辆焊接构架

转向架设计的思考方法及新的尝试 城取 岳夫,等(日)

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为了缩短计算时间,应该提高CPU的运算速度,也可以利用多个CPU通过并行处理等方式,大幅度提高计算速度。表1列出了3种方法的比较结果。

蛇行失稳临界速度高的评价结果为好,而稳态横向力低的评价结果为好,所以,图7中右下方的曲线称为好的设计方案。处于曲线(描点)群右下方边界的曲线称为良好评价的组合。这在最优化理论上称为帕雷托(Pareto)最优解。如果比较该曲线的邻近曲线,则曲线上1个计算结果比邻近曲线上点的计算结果好,而另

表1 转向架设计过程中计算机辅助方法的比较

优点

基于线性加权和评价函数的协调处理基于希求水平的协调处理基于功用图的协调处理

评价函数简单加权值选定较容易能比较、研究各设计方案

缺点

加权值选定有问题不能比较、研究各设计方案

需要大量计算时间

一计算结果比邻近曲线上点的计

算结果差,其优劣程度非常容易观察出来,也容易进行协调处理。另外,在目前考虑的技术参数值范围内,到底是不是获得良好评价也能一目了然。图7对应于1440个技术参数的组合,分别计算蛇行失稳临界速度及稳态横向力,使用大型计算机需耗时2h30min

。

5 结束语

本文介绍了利用计算机进行转向架方案设计的3种方法。关于转向架设计的新尝试,在计算时间及可获取技术信息方面,各有优、缺点。将来,设计人员可以根据需要进行选择。

参考文献

:

刘阳春 译自 RRR 2006,

!2,22~25

图7 转向架蛇行失稳临界速度与稳态横向力的功用图

刘宏友 校

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