基于多带加权包络谱的轴箱轴承故障诊断

为增强复杂噪声干扰下轴箱轴承故障检测的鲁棒性,基于循环谱分析并考虑轴承故障信息分布差异和阈值降噪,对轴箱轴承故障诊断的包络谱构造方法进行了研究.首先,提出频域信噪比作为轴承故障信息量化的新测度,用于评估谱相干中不同谱频带内的轴承故障相关信息;其次,构造以谱频率为变量的故障特征信息分布函数,并自适应确定信息阈值来辨识谱相干中故障信息丰富和干扰噪声主导的谱频率分量,进一步基于故障特征信息分布函数和信息阈值设计权重函数;最后,由谱相干和权重函数生成融合多带信息的多带加权包络谱,通过分析谱中的轴承故障特征频率来检测轴箱轴承的不同故障.铁路轴箱轴承实验数据的分析结果表明:相比于基于谱相干的典型包络谱方法,多带加权包络谱能够在复杂噪声干扰下准确识别轴箱轴承的外圈、滚动体和内圈故障,并能取得更高的性能量化指标(频域信噪比和负熵).

地铁运行对国家大型地震工程模拟研究设施的振动影响分析

天津地铁6号线紧邻天津大学北洋园校区,列车运行可能会对学校重要建(构)筑物产生不利振动影响。本文以距该线路较近的天津大学国家大型地震工程模拟研究设施为研究对象,对沿线场地以及设施建(构)筑物进行现场振动测试,研究了振动沿场地的衰减规律和设施建(构)筑物内振动控制点的振动水平;建立了隧道-场地-设施建(构)筑物整体有限元模型,开展了有/无河道(实际存在河道)情况下,场地以及设施建(构)筑物振动仿真模拟分析,着重探讨了河道对场地和设施建(构)筑物的隔振情况。研究表明,由于天津软土场地及河道的影响,场地竖向加速度衰减显著,0~80 m衰减达97.33%;设施的大体积混凝土基础及其底部桩基设计有利于基础自身的振动控制;河道使得场地和设施大型振动台基础的加速度振幅分别降低40.87%和27.97%,场地频谱在0~20 Hz和40~70 Hz区间出现明显的“双峰”现象。

钢弹簧浮置板轨道垂向动态特性及对轮轨力的影响研究

钢弹簧浮置板(steel spring floating slab, SSFS)作为一种高等减振轨道广泛铺设于我国地铁线路中,在服役过程中,该轨道在部分线路中出现了钢轨波磨问题,而轮轨动态行为对波磨形成具有较大的影响。为研究该轨道垂向动态特性及其对轮轨瞬态力的影响,建立SSFS轨道的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,分析在有、无车辆加载下轨道垂向位移导纳特性,模拟钢轨宽频不平顺激扰下轮轨垂向瞬态接触力的响应。结果表明:(1)无车辆加载作用下,SSFS轨道在100 Hz以下(22 Hz、43 Hz、68 Hz等)振动模态表现为钢轨和浮置板共同垂向弯曲,在100~1 400 Hz中高频段表现为钢轨相对浮置板弯曲;(2)车辆加载后,轨道导纳出现59 Hz的P2共振,及64 Hz和72 Hz的轨道整体弯曲振动峰值;(3)柔性轮轨耦合后轨道导纳受到轮对作用影响在364 Hz、489 Hz、623 Hz处出现新峰值,其中,364 Hz、489 Hz为车轮振动模态引起,623 Hz为双轮对干涉引起的钢轨弯曲模态;(4)车辆瞬态通过含60~220 mm波长钢轨不平顺的轨道时,轮轨瞬态垂向接触力在约70 Hz响应最显著,这是由轨道的整体弯曲振动模态被激发引起,该振动是SSFS轨道出现160~200 mm波长波磨的原因。

力稳定车稳定装置-有砟轨道耦合系统动力学特性研究

提出了一种针对动力稳定车作业过程动力学响应分析的稳定装置-轨排-道床耦合动力学模型。参照铁路行业标准设定了5种道床状态,基于ADAMS建立了虚拟样机仿真模型。系统地讨论了道床状态和作业参数对耦合系统横向振动响应的影响效果,以及各研究对象间的相互作用关系。研究结果表明:在5种道床范围内,系统共振频率随道床状态参数提升而增大;垂向下压力与系统振动响应幅值呈线性负相关,且其对振幅的影响效果显著低于激振频率;稳定装置与轨枕的横向加速度、速度和位移振幅相近,显著大于道床振幅,激振器振动能量主要为道床吸收;2级道床状态下,稳定作业过程中,自第3号响应输出点起,轨枕和道床块的各响应参数振幅急剧减小。

横向载荷作用下表征螺栓紧固结构松动特征参量的研究

为建立评价螺栓紧固结构在横向振动载荷作用下的松动判据,开展基于升降法的螺栓松动试验,联合有限元仿真计算,对螺栓紧固结构松动特征参量进行量化表征。首先,使用设计改进后的试验装置进行螺栓松动试验,在3种不同的预紧力条件下,通过升降法确定对应的3个最小横向松动载荷;然后,基于试验条件,建立带有螺纹接触面的螺栓紧固结构有限元模型,逐级施加横向载荷,直至有限元模型预紧力发生明显下降;最后,对被夹板接触面上的多个参量进行分析,讨论不同参量在螺栓发生松动时的变化情况。试验与仿真结果表明:螺栓紧固结构的松动主要受上、下被夹板接触面的摩擦力影响;在不同预紧力条件下,螺栓紧固结构发生松动时,其最小横向松动载荷不同,预紧力越大,最小横向松动载荷也越大;当螺栓紧固结构在3个最小横向松动载荷作用下发生松动时,得到的3个被夹板中心线上的位移量最大值基本相等;位移量最大值的数值与螺栓预紧力大小无关,属于螺栓紧固结构基本属性,因此将此位移量最大值作为螺栓紧固结构的松动特征参量,以表征横向振动载荷作用下螺栓紧固结构的松动。当螺栓紧固结构尺寸和预紧力已知时,基于该参量,可以计算出使螺栓发生松动的最小横向载荷幅值。研究成果可以为高速列车中的螺栓紧固结构防松设计提供依据。

既有铁路客车服役性能研究

我国既有铁路客车保有量大、运用时空环境复杂,其服役性能的演变对运行安全和运维保障带来极大挑战。为系统掌握铁路客车服役状态,调研我国普速客车运营现状,并以车体钢结构为例,开展影响客车服役性能的因素分析。调研发现,大部分普速客车已逐步进入服役中后期,5T等信息化手段实现了对客车的全面监控。不同运用环境下,钢结构腐蚀情况不同,随着运行时间/运行里程的增加,钢结构腐蚀有明显加剧趋势。针对服役期间RW25G车体和209P型转向架疲劳强度开展研究,各关键部位均满足服役寿命30年设计要求;针对服役期间YZ25T车体和CW-200K型转向架开展跟踪测试,发现转向架个别关键承载位置产生损伤值较大。针对服役期间25T型客车动力学性能开展研究,采用TPDS、TCDS和添乘等手段开展跟踪测试,并结合实测车轮磨耗数据和减振器劣化数据开展仿真分析,结果表明,在1个旋修周期内,车辆运行安全性存在一定冗余;随服役时间增加,转向架关键部件的性能劣化或失效会对车辆蛇行稳定性和运行平稳性产生不利影响;开展随机参数的动力学仿真,发现极端工况下轮重减载率上升明显,应予以充分关注。

某型号轨道牵引车悬挂系统隔振性能优化

为提高动力牵引车行驶的稳定性,采用四端参数法推导了车辆系统隔振传递率计算公式,并以隔振传递率峰值最小为目标,对悬挂系统阻尼系数、弹簧刚度等结构参数进行了优化分析。另外,基于Simpack建立了该车的多体动力学模型,以列车垂向振动响应均方根值的最小值为优化目标,计算得到车辆系统的一系悬挂参数最优值。结果表明:阻尼值理论计算和仿真结果之间最优值误差几乎为零,弹簧刚度误差为3.4%,验证了基于四端参数法对该车一系悬挂参数优化理论模型的准确性。此外,当扰频比在0.5以内时,阻尼系数对车辆垂向振动响应的贡献较大;随着一系悬挂系统中减振器阻尼值的增大,车辆系统隔振传递率先减少后增大,弹簧刚度对其影响与之类似。

改进CLR的预测算法在铁路机车牵引系统故障维修中的应用

准确及时地预测机车系统故障是有效保障铁路运输安全与合理制定设备维护策略的关键。现有故障预测多集中于对特征数据的挖掘与分析。利用校准标签排名(CLR)结合自适应簇数的聚类算法对牵引系统故障类型进行预测,通过聚类获得故障类型深层特性,采用CLR算法从系统特征参数获取故障类型的相关性排名。通过加入人工校准标签来预测故障类型的相关性,同时减轻类不平衡问题的负面影响。相较于经典CLR算法,改进后的算法有一定幅度的性能提升。以牵引系统主变压器实际故障数据集为例,对冷凝器漏油、冷却风机异音等多种故障类型进行预测,结果表明:单个损失降低了78.8%,汉明损失提升了15.6%,故障维修方式预测准确率达96.4%,为设备故障预测性维护工作提供理论支撑。

基于加权联合提升包络谱的轴箱轴承故障诊断

为解决列车轴箱轴承微弱故障特征在宽频带上难以提取的问题,基于轴承故障信号的二阶循环平稳特性,提出了一种利用加权联合提升包络谱进行故障诊断的方法.首先,利用谱相干算法将振动信号分解到由频谱频率和循环频率构成的双频域,实现振动信号在全频带内的精细化解调,并基于谱相干的局部特征识别轴承候选故障频率;接着,利用1/3二叉树滤波器将频谱频率分割为不同中心频率和带宽的窄带,在窄带内沿着频谱频率对谱相干的模进行积分,得到窄带提升包络谱;然后,以候选故障频率在窄带提升包络谱中的能量占比为诊断性指标,在每一分解层上构造联合提升包络谱;最后,对不同分解层的联合提升包络谱进行加权平均,得到轴承振动信号的加权联合提升包络谱.轨道车辆轴箱轴承台架试验信号的研究结果表明:所提方法的优势在于能充分整合分布于不同窄带内的轴承故障信息,且不依赖于名义故障周期信息;和现有方法相比,能更有效地揭示轴承故障特征频率及其谐波特征,在提取和识别轴箱轴承微弱故障方面具有一定优势.

重载机车102型钩缓装置动态模拟方法与动力学性能研究

该研究结合试验数据提出了重载机车102型车钩缓冲装置受压动态响应的模拟方法,并研究了该机车及钩缓装置在双机重联牵引万吨列车编组下的动力学性能。基于102型钩缓装置结构特性与受压稳钩机理,采用加权离散方法将缓冲器简化为具有相同迟滞特性的多个阻抗力元,并引入剪切刚度来考虑其相互之间的剪切效应,提出了能够准确模拟钩肩止挡和缓冲器偏压特性的102型钩缓装置动力学建模方法;进而借助子结构方法搭建了“主控机车+重联机车+货车车辆+虚拟货列”的双机重联牵引万吨列车动力学模型,其中四节机车、货车车辆之间采用钩缓装置子结构连接;通过试验数据对比修正了钩缓装置模型中离散阻抗力元间的剪切刚度,并验证了所建列车动力学模型的正确性;计算分析了线路条件、结构参数、机车电制力等对系统动力学响应和运行安全性的影响规律。结果表明:重载机车在小半径曲线上施加大电制力容易引起异常增大的轮轴横向力,危及行车安全;随着车钩最大自由转角的增大,车钩偏转角和机车运行安全性指标均呈逐渐增大趋势;机车二系悬挂横向刚度增大有助于提高机车自身的受压稳定性和减小车钩偏转角,但过大横向刚度又会增大轮轨横向动态作用。

高速列车通过最不利隧道气动阻力数值分析

为了探明高速列车与最不利长度隧道耦合作用下列车气动阻力变化规律,以某动车组为计算模型,基于滑移网格技术和计算流体动力学(CFD)理论,采用k-ε两方程湍流模型对最不利隧道内8辆编组单车穿越和双车等速交会时的气动效应进行了三维数值模拟,并结合遂渝线上二岩隧道实测数据对计算方法的可靠性进行了验证。结果表明:(1)列车所受气动阻力变化与列车头尾部的压差变化有直接关系,压差的升高和降低会引起阻力的增大和减小。(2)在隧道内以时速300 km单车穿越和双车交会过程中,整车最大气动阻力分别发生在列车入隧道后3.1 s和2.8 s时刻,阻力系数分别达到1.37和1.49,且此时头车阻力在整车中占比最大,分别为34.67%和36.57%。(3)当列车头头交会和头尾交会时,尾车阻力占比最大,分别为56.79%和37.33%;当列车尾尾交会时,头车阻力占比最大,为44.62%,而尾车阻力此时接近为0。(4)列车行驶速度提高会引起气动阻力迅速增大,当列车时速从250 km提升至400 km时,隧道内单车穿越和双车交会整车气动阻力平均值分别增大了132%和150%。研究结果可为车隧设计提供一定的参考。

采用主动悬挂技术是改善机车横向动力学性能的有效途径之一

主动控制振动技术在机车车辆中的应用研究具有重要的理论意义和实用价值。本论文对主动控制技术做了系统的研究 ,并把这一技术应用于改善铁道机车车辆的横向振动性能。用ADAMS/RAIL软件建立了机车仿真模型和全主动悬挂动力学方程 ,推导出系统的状态方程。采用线性二次型最优控制方法 ,用MATLAB软件编写程序并计算出最优反馈矩阵。将MATLAB软件与ADAMS/RAIL软件相结合进行仿真计算。通过对仿真计算结果的分析和研究 ,提出了全主动悬挂技术可以有效地改善机车车辆横向动力学性能的观点。本文还对半主动悬挂进行了仿真计算 ,研究表明半主动悬挂也可以比较有效地改善机车车辆横向动力学性能 ,但是比全主动悬挂的效果差一些 ,而由于半主动悬挂的结构简单 ,成本和维护费用较低 ,在机车车辆主动控制振动技术的应用研究中也应当给予一定的重视。

以单片机为核心的司控器检测系统

通过对司机控制器试验参数的分析,介绍用单片机实现的司机控制器试验参数全自动测试系统,并详细地分析了该系统的结构、硬件组成及系统功能。

季冻区无砟轨道损伤变形及其对车轨动力响应的影响研究

为探究季冻区无砟轨道损伤变形对行车安全性和轨道服役性能的影响规律,以我国季冻区典型无砟轨道结构为研究对象,基于有限元方法和混凝土塑性损伤本构理论,建立考虑结构配筋的CRTS III型板式无砟轨道精细化非线性分析模型,研究路基冻胀作用下轨道结构的变形和损伤规律;结合多体动力学方法,建立高速车辆-轨道-路基耦合系统动力学模型,分析路基冻胀变形作用下高速铁路车-线-路基耦合系统动力响应。结果表明:冻胀位置对轨道结构伤损变形和离缝的产生和发展影响显著;当冻胀发生在底座板凹槽中间位置时,离缝值最大,当冻胀发生在底座板凹槽位置时,钢轨位移最大;当冻胀发生在底座板伸缩缝位置时,底座板最早产生宏观裂纹;轨道结构的变形损伤和层间离缝随着冻胀幅值增加、冻胀波长减小而增加;底座板相较于其他轨道结构更容易产生损伤,建议将底座板底面波脚产生裂纹的冻胀量作为控制标准;路基不均匀冻胀会加剧轮轨动态相互作用,进而对行车安全性和轨道服役性能产生不良影响;高速铁路的轮轨垂向动力响应随着路基冻胀幅值的增加而增大;20 m冻胀波长以下的冻胀变形及其幅值增大对车轨动力响应影响尤为严重,应予以重视。研究结论以期为季冻区高速铁路路基段基础结构动态性能演变及服役安全提供理论基础和工程指导。

轨道交通装备制造企业数据治理体系研究

轨道交通装备制造企业涉及营销、研发、设计、采购、生产、售后、运维等多个业务环节,为提高企业运营效率,基于业务需求建立了许多信息化系统。但这些系统相对独立封闭、数据语言不统一、数据不贯通,相同数据在不同信息化系统中重复录入且数据不一致,数据标准化体系不健全,庞大数据量无法作为数据资产有效运用,限制了企业数据驱动能力。结合轨道交通装备制造行业发展现状和数字化建设基础,研究数据治理体系建设方法和内容,对数据治理过程中遇到的难点进行分析,为轨道交通装备制造行业内各企业数据治理体系建设提供参考,助力企业数据驱动能力建设,为实现数字化转型和高质量发展奠定基础。

机车司机室异常噪声原因分析及控制研究

针对某型电力机车在提速运行过程中司机室出现的异常噪声问题,通过相应的振动和噪声测试,以及司机室空腔声模态仿真计算,分析了异常噪声产生的原因,并对控制方案进行了研究。结果表明:司机室异常噪声的频率为229 Hz,来源于结构振动;引发异常噪声的振动源为司机室外前扶手杆,在轮轨振动激励和运行风载激励的共同作用下,激发了前扶手杆的固有频率,通过车体结构、内饰板传递到司机室内后,与司机室空腔形成流固耦合共振,从而产生共鸣噪声;通过在前扶手杆内增加阻尼材料,改变其固有频率和提高其振动衰减性能后,机车正常运行时司机室内噪声得到明显改善,异常噪声消除。

科隆蛋扣件区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果研究

目的研究科隆蛋区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果。方法首先,结合现场建立轮对-钢轨-吸振器系统的有限元模型。然后,基于摩擦自激振动理论,采用复特征值法与瞬时动态法对单重和双重钢轨吸振器的抑制效果进行对比。进而,采用谐响应分析探究双重钢轨吸振器对钢轨波磨抑制效果提高的原理。最后,对双重钢轨吸振器的关键连接参数进行参数化分析,基于最小二乘法对其进行多参数拟合求最优解。结果轮轨系统有3个不稳定振动频率228.57、480.97、1181.60 Hz,单重钢轨吸振器对其的抑制效果分别达到了15.20%、100%、20.19%,双重钢轨吸振器对其的抑制效果达到了15.20%、100%、100%。双重钢轨吸振器调谐频率分别为183.64、473.62 Hz。对比参数优化前后,经过优化连接参数后的轮对-钢轨-吸振器系统的复特征值实部较小,为33.683。结论双重钢轨吸振器因其2个调谐频率能更好地抑制轮轨系统的多个不稳定振动频率,从而对钢轨波磨的抑制效果更好。减小连接刚度和增大连接阻尼能提高其对钢轨波磨的抑制效果。当双重钢轨吸振器的下质量块垂向刚度为22.7×107 N/m、上下质量块垂向刚度为1.856×107 N/m、连接阻尼为6 N·s/m时,能有效地抑制科隆蛋扣件区段钢轨波磨的产生。

基于混合动力的氢燃料电池轨道车辆研究概述

氢燃料电池轨道车辆是一种以氢气作为燃料的新型供电制式轨道车辆,其零排放、低噪音、高效率等特点具有显著的社会效益和经济效益,也是轨道交通节能减排的重要途径之一。该文阐述了氢燃料电池的工作原理和系统组成以及氢燃料电池系统的研发进展和趋势;系统梳理了国内外氢燃料电池轨道车辆的研究及应用现状,主要从车辆类型、燃料电池功率、续航能力、最高运行速度、动力模式和储氢容量及压力等方面概括了差异点,分析了氢燃料电池混合动力模式的输出特性和在各环境下的动力匹配,证实了氢燃料电池和动力电池/超级电容形成的混合动力系统能更好地适应轨道车辆启停、怠速、持续高速以及爬坡等多种工况;最后,探讨了氢燃料电池的研究难点、氢气的储存及运输挑战以及氢燃料电池混合动力在轨道车辆上的发展潜力。

机车车体枕梁关键含缺陷结构疲劳寿命评估

为研究枕梁含缺陷结构服役安全问题,首先,基于有限元仿真对比不同尺寸下的底架枕梁结构刚度、挠度,根据最佳结构试验尺寸开展等效疲劳台架试验,获取焊缝关注点的应力分布状态及潜在裂纹位置,并验证枕梁结构与仿真模型的一致性;然后,基于BS 7910:2019标准中结构完整性评估方法,通过引入当量化裂纹缺陷获得结构临界失效状态,实现关键焊缝区域的寿命预测,同时结合断裂力学数值仿真方法,从仿真角度实现局部模型结构的裂纹扩展模拟,对含裂纹缺陷结构的损伤容限进行分析;最后,对比分析基于标准评估的理论方法与数值仿真方法结果的可靠性和差异性。研究结果表明:枕梁子模型结构台架试验与仿真模型的应力分布具有较好的一致性,枕梁结构薄弱区域集中在垂向减振器角焊缝位置,基于BS 7910:2019标准和数值仿真计算得到的减振器座角焊缝表面缺陷临界深度分别为6.50 mm和7.85 mm,对应疲劳载荷循环数分别为1.029×105和1.121×105次,两者评估结果具有较好的一致性。

过盈配合微动损伤的关键参数

微动损伤广泛存在于各类工程机械和结构之中,接触压力、滑移幅值以及摩擦剪切力是微动损伤的重要参数。过盈连接部件在旋转弯曲载荷下,易于在接触区域产生微动损伤,降低构件的使用寿命。以过盈微动疲劳试验中的试样为研究对象,在有限元软件ABAQUS中建立接触模型,充分考虑高应力梯度区和接触对网格划分的要求,同时在远离接触区域划分粗糙网格,减少计算机时。通过分布加载和改变相关参数的方法,分析套管长度、套管厚度、摩擦因数以及过盈量对接触压力、摩擦剪切力等影响规律。结果表明,轴套过盈配合承受弯曲载荷下,接触压力和摩擦剪切力沿轴向分布不均匀,随着各参数的变化而明显变化,摩擦因数、套管厚度和套管长度对接触边缘的应力奇异性有较大影响,摩擦因数显著地影响了滑移区域的大小。