(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111410538.6 (22)申请日 2021.11.23 (71)申请人 中车大连机车 车辆有限公司 地址 116000 辽宁省大连市沙河口区中长 街51号 (72)发明人 李嘉飞　樊慧　潘海鹏　林景东　 赵吉蛟　郭嘉明　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 代理人 修睿　李洪福 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种机车弹簧自动设计方法及系统 (57)摘要 本发明提供一种机车弹簧自动设计方法及 系统。 本发明方法包括如下步骤： 获取机车轴重、 机车轴数、 转向架重量、 簧下重量、 弹簧静挠度信 息； 分别计算每组弹簧的载荷； 输入弹簧中径， 簧 丝直径， 工作高的可行值， 所述可行值在可行范 围区间内； 基于输入的可行值进行校核计算， 满 足约束条件要求时输出该可行值， 其中， 所述校 核计算包括切应力校核、 最大载荷下余隙校核、 弹簧疲劳校核和弹簧稳定性校核。 本发明操作方 便、 直观， 有效避免传统计算的误差， 大大提高设 计效率， 避免了机车弹簧设计过程中的参数繁 杂、 容易出错、 费时费力等问题。 在计算参数超出 经验值时具有报警提示等功能。 根据设计经验设 定了边界区间值， 提高优化设计效率。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114117672 A 2022.03.01 CN 114117672 A 1.一种机车弹簧自动设计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1、 获取机车轴重、 机车轴数、 转向架重量、 簧下重量、 一系弹簧静挠度和二系弹簧 静挠度信息； 步骤2、 基于步骤1 获取的信息， 分别计算 一系、 二系每组弹簧的载荷； 步骤3、 输入一系、 二系弹簧弹簧中径D， 簧丝直径d， 工作高H的可行值， 所述可行值在可 行范围区间内； 步骤4、 基于输入的可行值进行校核计算， 满足约束条件要求时输出该可行值， 不满足 约束条件要求时返回步骤3， 其中， 所述校核计算包括切应力校核、 最大载荷下余隙校核、 弹 簧疲劳校核和弹簧稳定性校核。 2.根据权利要求1所述的机车弹簧自动设计方法， 其特 征在于， 所述 步骤2中， 一系采用螺 旋弹簧， 载荷通过如下 方式计算: P1＝(G0‑G2)g/4， 其中， G1为获取的转向架重量， 单位t； G2为获取的簧下重量， 单位t， g为重力加速度； 单组二系弹簧的数量： m2， 取值2或者3； 单个二系弹簧的载荷P2＝(n0 *G0‑m*G1)g/2m*m2； 其中， n0为获取的机车轴数， 取值4或者6； G0为获取的机车轴重， 单位t； m为获取的转向 架数量， 取值2或者3 。 3.根据权利要求1所述的机车弹簧自动设计方法， 其特征在于， 所述步骤3 中， 可行范围 区间具体为： 一系弹簧 簧丝直径取值范围： 20、 2 2、 24、 34.75、 42、 42.5、 4 4、 45， 单位m m； 一系弹簧中径取值范围： 20 0～‑250mm， 计算中取值按照+步长2.5m m递增； 二系弹簧 直径取值范围： 5 0.6、 52、 54、 5 5.8、 56.5、 60.5； 二系弹簧中径： 240～ 275mm， 计算中取值按照步长2.5m m递增； 一系工作高H1， 设定范围15 0mm～‑300mm， 计算中取值按照步长+5m m递增； 二系工作高H2， 设定范围45 0mm～‑600mm， 计算中取值按照步长+5m m递增。 4.根据权利要求2所述的机车弹簧自动设计方法， 其特征在于， 所述步骤4中， 校核约束 条件包括： 旋绕比C＝D/d≥4。 5.根据权利要求4所述的机车弹簧自动设计方法， 其特征在于， 所述步骤4中， 切应力校 核具体为： 许用切应力[t]为常量， a为 修正系数， 其满足 6.根据权利要求2所述的机车弹簧自动设计方法， 其特征在于， 所述最大载荷下余隙校 核具体为： Q＝[(H0‑1.4f‑d)/n]‑d； Q≤0.1d； 其中， 弹簧工作的垂向止挡位置按照机车运用经验设定最大动载载荷系数0.4， 则此时 挠度为1.4f， f为静挠度， 由弹簧挠度公式 计算， 其中， G为剪切模量， 其为常量， n为权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114117672 A 2弹簧有效 圈数， 其满足 弹簧总圈数N ＝n+1.5； 弹簧自由高H 0＝H+f。 7.根据权利要求2所述的机车弹簧自动设计方法， 其特征在于， 所述步骤4中， 弹簧疲劳 校核具体为： 动载荷极值的计算： Pmax＝(1+ μ )P， 最小动载荷Pmin＝(1‑μ )P； 其中， μ为动载系数； 动载荷时剪应力计算： 动负荷最大剪应力tmax＝8aDPmax/( π d3)≤[t]； 动负荷最小剪应力tmin＝8aDPmin/( π d3)≤[t]； 脉冲疲劳 极限应力计算： tuo＝0.32Rm， 其中， 抗拉强度Rm为常量， 取决于弹簧钢材 材质； 疲劳安全系数计算： S＝(tuo+0.75tmin)/tmax≥Smin 其中， Smin为最小安全系数。 8.根据权利要求2所述的机车弹簧自动设计方法， 其特征在于， 所述弹簧稳定性校核包 括： 机车弹簧高径比λ＝H 0/D≤3， 其中， H 0为弹簧自由高。 9.一种机车弹簧自动设计系统， 其特 征在于， 包括： 机车弹簧数据获取单元， 用于获取机车轴重、 机车轴数、 转向架重量、 簧下重量、 一系弹 簧静挠度和二系弹簧静挠度信息； 机车弹簧数据计算单元， 用于根据机车弹簧数据获取单元获取的数据计算一系、 二系 每组弹簧的载荷； 机车弹簧数据选择单元， 用于输入可行的一系、 二系弹簧数据， 具体包括弹簧中径D， 簧 丝直径d， 工作高H； 机车弹簧校验单元， 用于基于机车弹簧数据选择单元提供的数值进行校核计算， 满足 约束条件要求时输出该可行值， 不满足约束条件要求时发出报警提示， 所述提示包括具体 可行数据参数超出 范围。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114117672 A 3