外圈故障状态下动车组轴箱轴承振动响应影响因素分析

针对轴箱轴承故障下的动力学响应问题,将滚子设为刚性体,其他部件设为柔性体,构建了带外滚道剥落故障的双列圆锥滚子轴承的刚柔耦合有限元模型,研究了故障尺寸、故障位置以及载荷变化对轴承动态响应的影响。结果表明:刚柔耦合模型既改善了全刚性体振动响应偏大的问题,又避免了全柔性体计算时间过长的缺点;轴承的故障尺寸越大,故障位置越接近承载区,轴承载荷越大,振动信号显示出的故障特征越明显,故障尺寸达到一定程度时故障特征将由单冲击变为双冲击;径向载荷对轴承故障响应的影响远大于轴向载荷。

基于遗传区间仿射响应面的结构时变稳健可靠性优化

为提升结构时变稳健可靠性能并兼顾区间变量参数描述精度,提出一种基于遗传区间仿射响应面的结构优化设计方法。首先,根据结构性能分析方法获取结构性能响应,并提取结构不确定性因素。其次,构建结构参数化分析模型并开展试验设计,将试验设计过程分别存储为设计变量及结构性能响应两种数据库,基于区间仿射理论初步构建结构区间仿射响应面,依据设计变量数据库的各变量样本边界及结构性能分析结果,利用遗传算法及误差最小化判别准则优化初始区间仿射响应面,并利用结构性能响应数据库验证优化后响应面的有效性。最后,结合结构性能退化行为及稳健可靠性优化方法,构建结构时变稳健可靠性优化模型并开展结构优化设计,通过工程算例验证了所提优化设计方法的合理性。算例分析表明,遗传区间仿射响应面能够更合理地反映出结构响应的波动区间,所提优化方法能够有效提升结构稳健可靠性水平。

C_(80EF)型通用敞车转向架基础制动装置孔位调整技术研究

文中简要介绍了C_(80EF)型通用敞车基础制动装置的结构。结合C_(80EF)型通用敞车基础制动装置运用检修实际,从转向架基础制动装置、ST2-250型闸瓦间隙调整器(简称“闸调器”,下同)关键参数等方面对轮瓦磨耗量的影响进行了详细分析,并得出了轮瓦磨耗量与支点、下拉杆及闸调器参数间的关系。根据C_(80EF)型通用敞车车轮磨耗调研数据,制定出适合该车型的转向架基础制动装置孔位调整规则,并适当验证了其分析的正确性。

变轨机车转向架锁紧机构方案选择与参数优化

变轨机车转向架的锁紧机构要求结构简单、可靠,因此文章提出了一种利用轮对自身重力自行解锁的锁紧机构,分别设计了花键和平键两种锁紧方式。通过对键进行理论静强度校核、对锁紧机构进行有限元分析,确定了锁紧方式和材料,以两者中方案较优的平键式锁紧机构为研究对象,分析了平键与轴箱体间不同过盈量和平键倒角大小对其强度的影响。结果表明,平键式锁紧机构的等效应力小于花键式,而且平键式锁紧机构加工、拆卸相对方便,维护成本也较低;当平键式锁紧机构采用C级钢时,其等效应力最小,并且最大等效应力随着过盈量的增加呈现先平再减后增的趋势,最大等效应力位置与过盈量有关;选择合适的平键倒角大小,能够有效缓解应力集中,减小等效应力。该锁紧机构结构简单可靠,“解锁-锁紧”过程简便,可为变轨转向架的设计提供参考。

一系钢簧断裂原因分析与高频激励试验研究

为分析某型号动车组一系钢簧断裂的原因,对装配有该钢簧的转向架进行高频激振试验,结合有限元仿真计算,确定钢簧具有72 Hz的固有频率。绘制钢簧频响特性曲线发现,72 Hz频率下的应力幅值约是其余频率激励下的30倍。计算线路枕跨冲击频率,分析得出该型号动车组钢簧发生断裂原因是列车以155 km/h时速运行时会受到来自轨枕的71.7 Hz的冲击,此频率与钢簧扭转模态频率接近,钢簧发生共振,长此以往导致钢簧断裂。

转向架故障轨边检测系统柔性设计与样机研究

研究了面向转向架故障预警的轨边综合检测系统软硬件设计方法和样机实现,检测功能包含动态轮轨作用力、转向架运动稳定性和曲线通过性能三个模块。轮轨力检测子系统针对车轮踏面损伤和轮重均衡类故障,采用轨腰应变桥路与接近开关实现连续测量。失稳检测子系统针对转向架蛇行失稳和车轮偏磨等故障,采用非接触式电涡流传感器测量轮轨动态几何间隙。曲线通过性能检测子系统针对车辆曲线运行时脱轨系数、减载率以及轮轴横向力指标异常故障,通过测量轮轨横、垂作用力,基于多维数据和深度学习算法识别因轮轨异常磨耗或悬挂系统特性劣化导致的转向架曲线通过不良故障。主控软件采用设计模式满足功能柔性扩展需求,模块内部紧聚合而模块间松耦合。基于消息生产-消费、多数据队列模式实现异构硬件设备互联、传感器信号异速采集存储、数据实时计算以及数据库异步访问等集成机制。基于本地Web服务器和客户端浏览器实现用户界面,数据可视化与轨边数据采集分析功能完全解耦。

列车万向轴故障电机端识别方法研究

动车组万向轴传动结构是转向架动力传输系统的动力传递装置,万向轴的动不平衡是高速列车运行品质和运行安全的关键。针对该问题提出了一种万向轴电机端动不平衡振动监测方法,首先通过长期的线路跟踪实验探索预警参数,进而建立时、频域振动预警模型;同时结合有限元仿真分析,模拟故障万向轴与正常万向轴之间的振动特征量关系,并结合大量实车数据统计分析得到故障万向轴的振动特征量;最后将得到的振动特征量用于设置万向轴故障阈值,建立万向轴故障判别标准,提出万向轴故障在线识别方法。利用实车故障万向轴的振动数据对提出的故障判别标准和识别方法进行验证。结果表明,基于实车数据统计定量分析和仿真定性分析得到的万向轴故障判别标准能准确地识别故障万向轴,其判别阈值合理,识别方法有效,具有一定的工程应用价值。

转向架曲线轨道运行的蛇行模式和分岔特征

以曲线轨道运行的两轴转向架为研究对象,通过二维参数-变量分岔图,探讨其在非线性轮缘力作用下的蛇行模式和分岔特征。对比分析转向架系统在新轮期和磨耗期两种情况下的动力学特性,分析由磨耗引起的车轮踏面轮廓变化对转向架系统蛇行特性的影响。揭示蛇行模式和分岔特征与车轮踏面等效锥度的关联关系。确定参数敏感度及合理匹配范围,为铁路车辆悬挂参数的综合设计和最优组合提供理论依据。研究结果表明:导轮和后轮与轨道的冲击均始于轮缘与外轨的冲击,无论是新轮期还是磨耗期,后轮与内轨和外轨的冲击均滞后于导轮,且导轮对轨道的冲击强度大于后轮,磨耗期,这种现象更为显著。车轮踏面轮廓变化对周期1蛇行模式的失稳速度产生的影响较大,其失稳速度主要由周期倍化分岔和Neimark-Sacker分岔引起。

基于柔性车体的地铁车辆垂向耦合振动规律研究

[目的]由于列车运行速度的提高和轻量化设计,使轮轨之间的动态作用力增大,从而使车辆中各部件之间振动加剧,严重影响着动力学性能,故需研究转向架与柔性车体之间的垂向耦合振动的规律。[方法]以某型号地铁车辆为研究对象,建立其包含柔性车体的刚柔耦合模型,通过相关测点的平稳性指数来研究车体结构模态与转向架悬挂模态之间垂向振动耦合关系。[结果及结论]结果表明,仅考虑车体一阶垂弯模态,当转向架的浮沉、点头频率与车体垂向一阶弯曲频率相近时,会引发柔性车体与转向架耦合共振现象,其中中部测点所受影响最大。仅考虑车体菱形变形模态和一阶扭转模态时,不会出现转向架与柔性车体耦合共振现象,但二者会受到轨道激扰共振效应现象的影响。考虑车体组合结构模态时,车体中部测点受一阶垂弯振型的影响最大,会发生柔性车体与转向架耦合共振现象;而转向架上方的车体测点则容易受到车体一阶扭转模态的影响,在部分速度级别下会发生模态共振效应。

基于实测谱的转向架支架随机振动仿真分析及结构改进

[目的]对某一安装在城市轨道交通车辆转向架构架端部的天线支架结构,在随机振动激励下的疲劳损伤情况进行研究,以期提出改进措施。[方法]利用有限元分析软件对天线支架系统进行有限元建模,对结构进行模态分析,在此基础上用线路实测的ASD(振动加速度谱密度)代替标准谱作为载荷激励;在疲劳分析软件nCode中对天线支架进行随机振动仿真,获取支架的疲劳损伤结果;针对支架疲劳薄弱部位提出改进措施,并验证改进措施的有效性。[结果及结论]通过仿真发现:此结构的疲劳薄弱部位在支架两侧筋板的根部,最大总损伤为15.58,其不能满足运用要求。改进措施为:将支架两侧筋板根部进行局部加厚,并在侧面增加支撑筋。采取上述措施后,支架的疲劳损伤值显著降低,最大总损伤为0.02,其可满足运用要求,从而验证了改进方案的有效性。

基于频域特征的城市轨道交通车辆转向架疲劳分析

[目的]转向架作为承载车体的关键结构,其异常振动对轨道交通列车的服役性能有直接影响,因此需对车辆转向架疲劳进行深入研究。[方法]针对某城市轨道交通列车出现的转向架异常振动现象,通过开展正线载客跟踪试验,对测试车辆关键区域的动应力进行了分析,结合转向架构架的弹性模态,对不同轨道型式下构架振动和轮轨激励主频进行了对比研究。[结果及结论]该列车的动车转向架构架在车轮镟修前有17个测点的等效应力σ_(aeq)超出70 MPa的限值,而在车轮镟修后则只有1个测点的σ_(aeq)超限,因此车轮的不圆度对构架动应力的影响较大。车轮镟修前后构架的动应力信号在低频区段的主频均为59 Hz,车轮镟修后该主频能量依旧存在,说明其与列车运行速度和车轮不圆度的相关性较小;动应力信号在高频区段的主频在700 Hz以上,考虑到高频σ_(aeq)主要在25 MPa以内,因此对转向架构架损伤的贡献非常小。该型转向架构架存在频率约为59 Hz的电机与侧梁反向点头的弹性模态,与车辆动应力测点在长轨枕整体道床+ZX-2扣件、短轨枕整体道床+ZX-2扣件,以及浮置板道床(高档钢材)+ZX-2扣件等三种轨道型式上的动应力信号主频一致,而在其他轨道型式上不存在该主频,说明在部分轨道型式上构架弹性模态被激发,造成疲劳损伤值超标。该条线路车辆轴箱的垂向振动主频分别为60.5 Hz和37.0 Hz,其中60.5 Hz主要由车辆与轨道的耦合作用产生,而37.0 Hz与减振扣件存在一定相关性,故轨道道床和扣件型式的组合对轮轨振动产生有较大影响。

轨道交通车辆转向架主动径向控制器

[目的]轨道交通车辆传统转向架的定位刚度较大,在通过中小半径曲线时,轮轨间存在明显的横向力,导致轮轨磨耗较大,运营效率不高。为了提高轨道交通车辆的运行稳定性和曲线通过性能,提出一种转向架主动径向系统。[方法]介绍了主动径向系统及其控制原理;介绍了径向控制器的软件和硬件设计流程;建立车辆动力学模型,结合系统其他部件,通过半实物仿真试验和环行线路试验对径向控制器的功能及性能进行验证。[结果及结论]无论采用引导型主动检测模式还是精确型信标检测模式,径向控制器均能有效探测到曲线段,使转向架轮对趋于径向位置通过曲线段,且符合实际的线路信息。列车在进出曲线时,径向控制器能够驱动径向作动器即刻或提前完成动作,有效改善迟滞时间。仿真试验和环行线路试验结果表明,安装有主动径向系统转向架的列车在通过曲线段时,其轮轨横向力的变化趋势一致,均明显小于传统车辆被动式曲线通过状态下的参数指标,其中导向轮对的表现尤为突出。所提主动径向控制器能够提高列车的曲线段通过性能,降低轮轨磨耗。

动车组转向架焊接构架疲劳强度设计标准研究

对比分析了EN 13749、JIS E 4207、TB/T 3548和TB/T 3549.1标准对动车组转向架构架强度设计载荷的规定。分析了ERRI B 12/RP 17报告、JIS E 4207标准和DVS 1612标准提出的结构疲劳强度分析方法。在不同框架下分析了CR400BF动车组动力转向架的疲劳强度。分析结果表明:在EN/ERRI和JIS框架下进行分析,所获得的结构疲劳强度薄弱区域一致。所考察区域的应力均值由垂向载荷决定,在不同框架下获得的节点应力均值差异较小。JIS方法基于动载荷作用下的绝对值最大主应力计算循环应力幅,获得的循环应力幅显著大于基于ERRI方法获得的结果。在JIS框架下进行分析,节点材料利用率数值较大,分析结果偏于保守。

高速列车转向架载荷谱长期跟踪试验研究

为了建立高速列车转向架载荷谱,对武广客运专线高速列车运营全工况下的转向架载荷进行了跟踪测试,得到了动车转向架的轴箱弹簧垂向载荷和转臂横向载荷在一个镟轮周期内的变化规律,分析了高速直线和曲线工况下镟轮对轴箱弹簧垂向载荷和转臂横向载荷的影响,并基于上述载荷编制了构架浮沉、侧滚、扭转与横向载荷系谱,进行了镟轮前后各载荷谱的比较.研究结果表明,与镟轮前相比,镟轮后轴箱弹簧垂向载荷、转臂横向载荷以及构架各载荷系的幅值均减小,其中转臂横向载荷变化最明显,在高速直线和曲线工况下幅值分别减小了50%和40%,镟轮改善了构架的受力状态.

高速列车转向架部位气动噪声数值模拟及降噪研究

基于Lighthill声学理论,采用三维、LES大涡模拟和FW-H声学模型对高速列车转向架部位气动噪声进行数值模拟,并提出降噪改进意见。研究结果表明:转向架部位气动噪声在很宽的频带内存在,无明显的主频率,是一种宽频噪声;各监测点气动噪声频谱在低频时幅值较大,随着频率的升高,幅值下降,1/3倍频程A声压级主要集中在315～1 250 Hz频率范围内;当来流速度一定时,距离气动噪声源越远,声压级幅值和总声压级越小;在列车转向架部位设置裙板后,运行速度为300 km/h时,车外声压级幅值较无裙板时有所减小,平均降幅约为8%,总声压级平均降幅1.3 dBA;适当增加裙板面积后,声压级幅值平均降幅达到12%,总声压级平均降幅2.08dBA,降噪效果较明显。

基于3种典型踏面的高速转向架稳定性研究

在分析高速轮轨匹配特征的基础上,以350 km.h-1速度等级的CRH3动车组作为研究对象,应用线性稳定性分析方法绘制高速轮轨空间的稳定安全裕度3维图。线性稳定性计算表明:等效锥度越大,转向架蛇行振动固有频率越高,因而必须不断增强抗蛇行减振器的串联刚度。非线性稳定性仿真计算表明:抗蛇行减振器需要利用其动态液压刚度的非线性形成宽频带吸能特性,以满足衰减蛇行振动、控制蛇行振幅和权衡准静态曲线通过性能等要求。仿真计算得出的动车转向架横向加速度值与实际测试的加速度值相吻合。根据曲线踏面磨耗情况确定了CRH3动车组选用3个典型车轮踏面(XP55,S1002CN和LMA)可以达到的最高商业运营速度。

变转速工况下基于快速谱平均峭度图的列车轮对轴承故障诊断

由于受到轮轨激励的干扰,轮对轴承故障特征易被背景噪声所淹没,且在变转速模式下故障特征具有时变性,进一步加剧了提取难度。为此,提出一种基于快速谱平均峭度图的列车轮对轴承故障特征提取方法。根据频谱趋势将频谱划分为若干子带,采用Meyer小波构造带通滤波器,计算每个窄带滤波信号的平均峭度并构造快速谱平均峭度图;选取最优频带进行解调,消除背景噪声的影响;通过相位函数对滤波信号进行迭代广义解调,解决时变故障冲击间隔带来的频谱模糊问题。仿真和试验分析结果表明所提方法有效克服了强背景噪声和时变故障特征的干扰,为变转速工况下轮对轴承故障特征提取提供了新的解决策略。

径向转向架机理及其动力学特性研究

改善车辆曲线通过性能是研究转向架动力学性能一直追求的目标。简要介绍了国内外客货车径向转向架的发展及其应用概况 ,并阐述了迫导向、自导向径向转向架的导向机理及其基本结构。建立了迫导向转向架、自导向转向架和一系柔性定位转向架的统一横向动力学模型 ,通过计算机仿真得出一系柔性转向架和径向转向架的曲线通过性能和直线稳定性 ,并进行了分析、比较。结果表明 ,采用径向转向架是降低曲线上轮轨磨耗和提高直线上稳定性的有效措施 ,适合运用在摆式列车及曲线较多的既有线提速客车上。

XP55-28经济型镟修踏面外形设计及动力学性能验证

对于CRH5型动车组所采用的XP55型车轮踏面外形,在经过120万km以上的运营后检修时,如按原型踏面外形镟修,不仅镟修量较大,且减少车轮使用寿命。本文通过对上千个在不同线路运行120万km后的车轮进行外形测量,对其轮缘斜面磨耗、轮缘厚度、轮缘高度、等效锥度等数据进行统计分析,设计了XP55-28经济型镟修踏面;利用多体动力学软件SIMPACK建立CRH5型动车组模型,分别从轮轨接触几何关系、车辆系统蛇行运动稳定性、车辆直线轨道运行平稳性、车辆曲线通过安全性等方面对采用XP55-28经济型镟修踏面的车辆与采用XP55型踏面的车辆进行对比。结果表明:二者轮轨接触几何关系相同,各项动力学性能指标均满足运营要求。

高速转向架非线性与高铁车辆安全稳定性裕度

以高速轮轨关系空间为边界条件,分析高速转向架的非线性稳定性、拖车构架点头迟滞非线性和抗蛇行高频卸荷机制,并根据实践经验将提高高铁车辆稳定性裕度的主要途径归纳为2种抗蛇行模式,即大阻尼抑制蛇行和抗蛇行吸能频带。但大阻尼抑制蛇行将带来降低车体横向平稳性和恶化轮轨磨耗等诸多负面影响。因此,针对构架振动报警等高铁应用的新问题,提出基于抗蛇行吸能频带的安全稳定性裕度调控方案,并在台架试验基础上制订了抗蛇行软约束的积极对策,仿真预期结果表明其完全可以保障380 km.h-1运营速度下高铁车辆的安全稳定性裕度。