基于多孔介质的高速铁路透风式挡风墙关键参数研究

合理的匹配参数是风区铁路沿线防风设施研究的关键问题。针对风区铁路沿线部分区段混凝土实心挡风墙出现的环境风越过挡风墙顶导致严重的弓网离线、无法正常升弓,危及铁路行车安全问题,提出改“堵”为“疏”,通过一定的透风率来调控挡风墙后的线路风场,从而为缓解上述现象提供一种新思路,其关键问题在于透风式挡风墙关键参数与防风效果的合理匹配。为此,基于多孔介质的自身特性,提出一种基于多孔介质的挡风墙风场新研究方法,将挡风墙透风率与防风效果的合理匹配问题转化为多孔介质的阻力系数与列车气动载荷的关系研究。首先,通过比较数值模拟结果与兰新高铁挡风墙风场现场试验结果,修正并验证数值模拟方法的准确性。然后,通过数值模拟研究进一步探究多孔介质阻力参数与挡风墙透风率之间的关系,获得风区铁路沿线透风式挡风墙关键参数最优区间。研究结果表明:可以采用多孔介质代替挡风墙几何进行挡风墙风场研究,能够显著提升研究效率;多孔介质的黏性阻力系数在挡风墙风场研究中可以忽略,多孔介质的惯性阻力系数与挡风墙的透风率呈幂函数关系;风区铁路沿线透风式挡风墙高度为3.5 m,透风率在24.4%~28.7%区间时,对一线、二线列车的防风效果最好。

桥上脱轨列车姿态演变行为与倾覆风险研究

针对高速列车桥上脱轨后的车体姿态演变行为与倾覆风险问题,通过多体动力学方法,建立八编组整车−桥梁防护墙多体动力学模型并开展数值研究。首先,通过相同工况下多体动力学结果与有限元方法结果,对比验证本文模型的正确性。然后,通过数值模拟分别研究直线空载高速列车、直线满载高速列车、曲线不同离心加速度下高速列车脱轨后的动力学演变行为。研究结果表明:桥上脱轨列车与防护墙发生撞击后,会出现明显的车轮跳起和车体大幅度侧滚现象,各车存在极大从右后向左前翻滚到线路外侧坠落的风险;桥梁曲线脱轨比直线脱轨更加危险,会出现明显的甩尾现象,离心加速度越大,甩尾现象越明显。

考虑过盈配合的抗侧滚扭杆寿命预测

抗侧滚扭杆用于提供限制车辆侧滚角度的侧滚力矩,可以提升列车运行的平稳性和安全性。文章以某型动车组用抗侧滚扭杆为研究对象,在考虑抗侧滚扭杆的扭杆轴与扭转臂过盈配合的前提下,基于FKM准则对抗侧滚扭杆进行静强度和疲劳寿命评估。结果表明,该抗侧滚扭杆在极限载荷和疲劳载荷工况下的利用度均小于1,同时满足静强度要求和疲劳寿命要求。

某轻轨车型牵引橡胶关节寿命提升结构优化设计

从应用于比利时布鲁塞尔某轻轨车型的牵引橡胶关节运营使用的失效形式出发,结合其实际运行工况,详细分析原结构牵引橡胶关节功能的失效情况,对失效原因进行分析,对预压量、金属截面和胶层厚度等多方面的结构进行改进优化。通过疲劳仿真分析计算,结果显示,结构优化的橡胶应变降低13.14%,疲劳损伤值由4.12降至0.5,牵引橡胶关节的使用寿命大幅改善。最终通过疲劳试验测试,进一步验证了结构优化后的牵引橡胶关节使用寿命的提升,由2年提高至10年以上,满足用户的运营要求。

风切变下评价方法对高速列车振动舒适性评价结果的影响

科学合理地评价乘坐舒适性对于风区高速列车运行性能的提升至关重要。针对在大风专项试验中发现的新问题,既有平稳性指标在风切变下的评价结果,与司乘人员实际感受差异巨大,表明现有舒适性指标在风切变下的应用存在局限开展研究。首先,对既有不同振动舒适性评价方法Sperling指标、ISO-2631、EN-12999、UIC-513、以及GB-5599等进行了系统梳理和评估差异的理论分析;其次,结合不同评价方法要求,通过多体动力学方法和人体动力学参数模型,建立了可一体描述车体与人体动力学影响的六自由度列车—座椅—人体耦合模型;在此基础上,进一步将风切变下实测列车气动载荷作为输入激励,分析了真实气动载荷作用下现有舒适性指标评估流程、频率加权曲线等对评价结果的影响,揭示了评价结果产生差异的原因;最后,基于既有振动舒适性评价方法,对风切变下高速列车振动舒适性的评价从指标参数、测点位置以及评价过程3个方面进行了建议和补充。研究结果表明:由于频率加权曲线和对各个方向振动的考虑形式不同,导致不同评价方法对人体敏感频率的侧重和振动形式的权重存在差异;建议风切变下振动舒适的评价方法将侧滚角速度和角加速度纳入并增加相应测点位置,同时旋转振动幅值可对转动舒适性进行评价,能在一定程度上反映出风切变下转动振动对振动舒适性的影响。

动车组空心车轴应力强度因子研究

为研究动车组空心车轴应力强度因子,首先分析了车轴应力强度因子的影响因素,建立了含裂纹车轴有限元模型,并使用叠加法求解不同载荷下的应力强度因子。然后采用应力外推法和位移外推法计算了应力强度因子,并将计算结果与文献形状因子公式法进行对比。最后根据应力强度因子的一般解析式和位移外推法的计算结果,使用五次多项式对形状因子函数进行拟合,通过设置不同的裂纹深度和载荷验证了形状因子函数和解析式的适用性。结果表明该方法对于求解同一载荷模式下的车轴应力强度因子具有一定的参考价值。

高速动车组空气弹簧内部流场分析及其对动力学特性的影响

空气弹簧作为高速动车组二系悬挂中的重要元件,直接影响了车辆的运行品质,如何建立更加贴近实际的空气弹簧模型逐渐成为车辆动力学分析的重点。基于流体力学理论对空气弹簧内部气体方程进行了推导,依据动网格理论建立了空气弹簧流体力学模型,并通过台架试验验证了模型的准确性。探索了空气弹簧系统内部湍流的计算方法,研究了空气弹簧不同载荷下的刚度特性,进一步分析了空气弹簧的动态特性。研究空气弹簧系统结构参数对垂向特性的影响,通过对管路不同结构参数下Helmholtz共振频率的计算,得出当空气弹簧激振频率与Helmholtz共振频率相同时,会增大空气弹簧阻尼系数。不同连接管路直径下,频率在1.0~5.0 Hz内,随着频率的增大,动刚度明显增大,当频率大于5.0 Hz之后,动刚度逐渐减小并趋于水平;频率在0.5~5.0 Hz内,连接管路直径越小,阻尼系数越大且具有一定滞后性,当频率大于10.0 Hz之后,阻尼系数趋近于0。不同连接管路长度下,频率在1.0~7.0 Hz内,频率越大动刚度越大,当频率大于7.0 Hz之后,随着频率的增加,动刚度逐渐减小并趋于稳定;频率在1.0~9.0 Hz内,连接管路长度越短,空气弹簧阻尼系数越小。

地铁车辆构架异常振动及疲劳失效

[目的]随着地铁运营里程及线路条件复杂性的增加,由轮轨磨耗引起的转向架异常振动时有发生,转向架构架作为重要承载部件,需要对其在异常振动条件下的结构完整性与振动失效机理进行研究。[方法]以某地铁转向架为例,基于转向架振动传递测试和动应力数据,开展某线路地铁车辆在运营过程中构架出现的异常振动及横梁疲劳失效原因研究,分析激扰来源和振动传递路径。基于构架运营模态测试结果,分析车辆在通过典型路段时的振动加速度及横梁失效点的动应力时频特征。通过分析车轮多边形、钢轨波磨、车辆运行速度等因素,研究构架横梁动应力的幅值及其频谱特征。[结果及结论]车轮镟修前,等效应力幅值的主要超限测点集中在横梁和侧梁连接处、横梁和小纵梁连接处及横梁上部分线缆支座处;车轮镟修后,全部测点的等效应力幅值均显著降低,远小于许用应力幅值。导致构架横梁开裂的主要外部激励源为5~8阶车轮不圆,车轮不圆引起的车辆振动加剧是构架横梁线缆支座疲劳失效的直接原因。

高铁轮对高精度测量系统设计与实现

针对国内轮对尺寸测量手段落后、精度不高、测量效率以及自动化水平低的问题,设计并实现了一种接触式轮对外形尺寸自动化测量系统。该系统利用接触式触发测头以及位移传感器实现了轮对外形尺寸自动化测量,并通过相对测量原理以及温度补偿算法实现了包括内侧距离、轮位、轴颈直径等长度尺寸及径向尺寸的高精度测量。通过在高铁轮对生产组装现场实际试验及试用验证,该系统的测量结果具有高精度和高一致性,满足高铁轮对各个尺寸的测量精度要求。

基于运行安全性的某重载铁路既有货车提速可行性分析

为探究某重载铁路列车最高运行速度由80 km/h提高至90 km/h后既有货车的安全性能,评估提速的可行性,综合考虑列车服役条件、车辆及车钩缓冲装置结构,基于多体动力学理论建立多节连挂重载货车动力学仿真分析模型,并采用现场试验数据验证了模型的有效性,进一步通过仿真分析研究C80与C64K货车空车、重车的非线性临界速度,对比分析了C80与C64K货车提速后的动力学性能,探明了转向架关键参数对既有货车运行安全性指标的影响规律。结果表明,C80货车空车、重车的非线性临界速度分别为124,180 km/h,C64K货车空车、重车的非线性临界速度分别为92,112 km/h,C80与C64K货车空车的非线性临界速度较其重车分别下降18%和31%,空车运行时的稳定性较重车更差;当C64K货车以90 km/h的速度运行时,轮重减载率和侧架横向加速度均存在超限现象,而C80货车各指标均未超过限值;C64K货车转向架的一系悬挂导框横向间隙对其轮轨动力学性能影响较小,而C64K货车动力学指标随着一系悬挂导框摩擦系数的减小而增大。

单轴迫导向径向机构布置方案选型

传统转向架通过小半径曲线时,导向轮对的冲角大,轮轨磨耗严重。双轴迫导向转向架能有效减小轮对冲角,但结构复杂,而单轴迫导向转向架结构相对简单且能有效减小导向轮对的冲角,提高车辆的曲线通过性能。因此,文章以某工程车为研究对象,分别建立了采用传统转向架、单轴迫导向转向架和双轴迫导向转向架的工程车动力学模型,对比其曲线通过性能。同时,考虑牵引力和双向运行的影响,综合分析评估径向机构安装位置与动力轮对分布位置对工程车曲线通过性能的影响,得出单轴迫导向径向机构与动力轮对的最佳布置方案,并对采用此种单轴迫导向转向架的工程车的稳定性和曲线通过性能进行分析。结果表明,其临界速度略低于采用传统转向架和双轴迫导向转向架的工程车;安装单轴迫导向径向机构能够有效减小轮轴横向力、脱轨系数和轮对冲角;与采用传统转向架的工程车相比,其轮轴横向力降低了9.51%,脱轨系数降低了11.32%,一位轮对冲角降低了52.49%。

轮轨冲击对提速客车轴箱轴承系统的影响分析

将铁路车轮踏面扁疤运动模型模拟得到的冲击载荷引入双列圆柱滚子轴承轴箱系统力矩平衡模型,数值分析不同扁疤参数在铁路运行工况下导致的轴箱中组配的圆柱滚子轴承内部接触变形、偏转与局部极限接触应力的影响,进而评估轴箱中组配的圆柱滚子轴承系统的接触疲劳损坏与轮轨冲击接触的相关性,建议扁疤长度控制在40 mm以内。

高速转向架结构特点及其分析

转向架是高速列车核心关键部件,决定了高速列车能否高速、平稳、安全运行。文章在介绍国内外典型高速列车转向架结构组成的基础上,总结了高速转向架普遍采用的结构特征,如H型构架、低锥度车轮踏面、空心轴轮对、转臂式轴箱定位、冗余抗蛇行减振器结构、大柔度空气弹簧悬挂、二系垂向减振器等;从高速列车安全平稳运行的要求出发,分析了这些结构特征所带来的优势,特别是对车辆系统动力学的影响,以及相关设计时需要注意的问题;提出了未来高速转向架的创新研究方向。

在线热处理U20MnH钢轨耐磨性能试验研究

通过对在线热处理U20MnH钢轨进行磨损试验研究,并结合显微镜和扫描电镜观测到的试样磨损表面和剖面的形貌特征,分析了不同载荷条件下钢轨的磨损行为特征和变化规律。结果表明:分别在1 200 N、1 500 N、1 800 N载荷的条件下,在线热处理U20MnH钢轨磨损量随载荷的增大而显著减小。

磁流变阻尼器改进型多项式建模及其半主动控制应用

针对磁流变阻尼器动态建模中存在的模型复杂、拟合精度差、计算速度慢等问题,文中提出一种改进型“速度分级多项式模型”。该模型在传统多项式模型的基础上加入两个速度切换点,在不同速度段分别采用不同函数进行拟合,从而在保证模型拟合精度的同时,有效避免了Runge振荡现象,也适当提高了计算速度。以RD-8040-1型号阻尼器为对象,对其进行特性测试和模型参数辨识。将该模型替换CRH3高速动车组二系横向减振器,采用开关天棚阻尼控制策略实现高速动车组二系悬挂的横向半主动控制整车动力学仿真,仿真模型中考虑到磁流变阻尼器卸荷、响应时滞等实际特性。结果表明,基于磁流变阻尼器的二系悬挂半主动控制能有效抑制高速列车的横向振动,与被动悬挂相比,在速度300 km/h直线运行工况下,车体横向加速度幅值谱最大幅值和加速度均方根值分别下降38.1%和37.6%。

城市轨道交通车辆轻量化地板材料隔声性能测试研究

随着城市轨道交通车辆的快速发展和居民生活质量的提高,公众在环保、节能、安静等方面对车辆提出更高要求,车辆地板材料也正朝着轻量化的方向发展。文章采用《测量规范》规定的测试方法,对铝蜂窝地板、胶合地板、酚醛地板3种车辆地板和塑料、橡胶2种车辆地板布进行隔声测试,得出不同类型车辆地板和地板布的隔声降噪效果。研究发现,厚度15~18 mm、面密度10 kg/m^(2)左右的轻量化地板,厚度3 mm左右、面密度3 kg/m^(2)左右的PVC、TPU地板布可实现重量轻,隔声好的效果,是速度120 km/h以下城市轨道交通车辆的理想地板材料。相关研究可为城市轨道交通车辆的隔声降噪设计提供参考,有助于推动城市轨道交通向更加环保、节能的方向发展。

基于高斯过程的转向架构架可靠性分析

为评估某型转向架构架可靠性,提出一种基于高斯过程和一次二阶矩法的可靠性分析方法。首先建立构架有限元模型,通过静强度和灵敏度分析对其进行变量筛选;其次利用少量初始样本构建高斯过程回归模型,利用每次迭代步中产生的验算点修正响应面的拟合误差;最后通过一次二阶矩法求得构架失效概率,将结果与蒙特卡罗法进行对比。结果表明:构架强度满足要求,该方法准确度和计算效率较高。

基于信息图-MCKD的高速列车牵引电机轴承故障诊断算法研究

高速列车牵引电机轴承故障特征微弱且干扰噪声强,为解决电机轴承故障特征难以提取的问题,文章提出了一种基于谱负熵信息图与最大相关峭度解卷积(MCKD)的电机轴承故障诊断方法。首先,对故障轴承振动信号进行基于谱负熵的信息图处理,确定最佳中心频带和带宽,从而对轴承振动信号进行带通滤波;然后,对滤波后的信号采用MCKD方法进行故障特征增强;最后,对故障特征增强后的信号进行包络分析,识别出电机轴承的故障特征。经仿真信号和台架试验数据验证,结果表明,信息图-MCKD方法对牵引电机轴承故障诊断具有良好效果。

基于局部描述子的小样本轴承故障诊断方法

深度学习由于其在特征表示方面的优势,近年来已被应用于很多领域,但是在故障诊断领域很难获取大量的故障样本来训练模型。针对这一问题,提出了一种基于局部描述子的小样本轴承故障诊断方法,利用改进的深度最近邻神经网络(Deep Nearest Neighbor Neural Network,DN4)进行故障诊断。首先通过短时傅里叶变换将振动信号转换为二维时频图像,特征提取主干网络采用ResNet-12网络,引入高效多尺度注意力机制(Efficient Multi-scale Attention,EMA)来更好地提取故障特征,得到轴承故障的局部描述子,最后利用K近邻算法来得到故障类别。为验证所提方法的有效性,进行了不同样本数量、跨工况条件下的轴承故障诊断实验,实验结果表明,文章所提方法在小样本条件下具有较好的故障识别效果和泛化性能,具有一定的工程应用价值。

一种自密封紧凑型地铁轴箱轴承的设计简介

本文介绍了一种新型的自密封地铁轴箱轴承,其设计要点:1)轴承采用自密封紧凑型单元化结构;2)对密封方式做了改进;3)在内圈端面和挡圈之间增设C形塑钢垫圈。经验证,该轴承性能可以满足地铁工况使用要求。