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。

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。

偏载工况下圆锥滚子大端面-挡边匹配及摩擦功耗计算

变轨距转向架轴箱轴承受载情况复杂恶劣,为降低滚子大端面与挡边间的摩擦发热、提高轴承可靠性,分析轴承特殊载荷及不同工况条件对其摩擦功耗的影响,并对滚子大端面与挡边进行匹配。考虑轴承实际工作情况,采用Romax软件建立其仿真模型,计算滚子大端面与挡边间的摩擦功耗,通过与理论值进行比较,验证仿真计算结果的准确性。计算结果表明,可变轨距动车组在宽轨运行时的摩擦功耗高于准轨运行;轮轴间隙配合导致轴承承受更大的轴向载荷使得摩擦功耗增大;对滚子大端面与挡边进行匹配,得到球基面半径系数为0.95,接触位置为挡边高度的1/3;轴箱轴承应避免过度预紧,预紧量过大将导致摩擦功耗迅速增大,预紧量为50~75μm时摩擦功耗增幅较小;随着列车运行速度提高,摩擦功耗增大,且速度越快增幅越大。计算结果可为变轨距转向架轴箱轴承设计及后续优化提供参考。

高速动车组轴箱内置式转向架复合材料板弹簧技术研究及应用

针对轴箱内置式转向架一系悬挂结构横向空间尺寸相对较小的特点,为了保证高速动车组良好的动力学性能,文章设计、开发了新型的一系悬挂系统,采用了转臂定位+上置复合材料板弹簧结构,速度等级可达400km/h。对其进行了仿真分析和台架试验,并将其安装在试验转向架上进行了滚振试验和整车的线路动力学性能试验测试。结果表明,复合材料板弹簧强度和性能指标均达到了设计要求,为高速动车组的轻量化、全包覆减阻设计等提供了新的技术思路。

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。

基于能量算子的声源定位技术在TADS探测车轮故障中的应用

车轮故障是影响铁道车辆运行安全的重要因素。使用TADS技术可以实现对车轮故障等走行部部件的故障检测。由于同转向架车轮噪声信号的叠加干扰会造成车轮故障等噪声信号区分困难,容易造成车轮故障的误报和误判,因此对故障噪声来源进行定位和区分十分重要。在TADS探测车轮故障进行数据分析时,借鉴了医学领域广泛应用的基于近距离麦克风的双耳结构多运动声源定位的经验。利用TADS的短间距声学阵列,结合TADS探测中声源移动速度快、难捕捉的特点,综合使用谱峭度、Gammatone滤波器、能量算子等技术和手段建立了适应铁道车辆动态检测运用场景的运动声源定位模型,能够实现对快速运动声源的追踪和定位。通过对实际案例进行分析验证了运动声源定位模型方法的有效性,可以给出快速运动声源的运动轨迹。通过运动轨迹与理论轨迹相匹配进行声源性质的判定,可用于辅助诊断车轮故障。

动车组自主化轴箱轴承台架试验研究

为解决自主化轴箱轴承台架试验运转初期温升高和跑合里程长的问题,基于温升机理及TB/T 3017.1—2016标准,通过控制变量设计了多个对比试验,系统分析了多个参数对自主化轴箱轴承台架试验初期轴承温升的影响趋势。研究结果表明:适当减小轴承注脂量、增大密封储脂空间均可有效降低自主化轴箱轴承台架试验初期的匀脂温度,显著缩短匀脂阶段的跑合里程。

基于集成式部分卷积网络的轮轨踏面缺陷识别方法

轮对是铁路车辆走行部的重要组件,轮对踏面损伤检测是列车检修的重要项目,然而,由于采样设备不统一和采样环境不确定,常导致踏面损伤检测数据集掺杂暗照度图像,使得微小踏面损伤难以充分识别。针对上述问题,文章提出一种集成式部分卷积网络的轮轨踏面缺陷识别方法 (I-PCNet)。该方法设计了一种稠密暗照度自校正网络(D-SCNet),将该模块拼接在识别模型的首层,以期在提取特征之前对暗照度样本进行自校正,以突出更多细节特征;考虑到微小轮对损伤难以准确识别的问题,提出一种增量式检测方法(E-ASFF);为进一步轻量化模型,引入一种部分卷积网络(P-Conv)技术,设计了轻量化主干网络(FasterNet);为更好地集成所提的多种策略,提高检测模型对样本的聚焦程度,设计了新型损失函数,并对其原理进行了说明。试验表明,在实际轮轨踏面数据集上,文章所提的策略优于传统踏面缺陷检测算法。此外,通过对比试验、可视化分析和泛化试验,进一步验证了文章所提方法的有效性和普适性。

复杂背景下连续帧的车轮廓形光条提取方法

针对车轮廓形检测中由于不同光照造成的复杂背景,利用光条细且长的形状特征及光条本身颜色特征,对采集图像R分量的二值图像进行外接矩形检测,通过设置矩形区域的筛选条件,实现光条区域在复杂背景下的快速分割,算法中无须过多的阈值参数输入,自适应强,具有较高的可靠性。同时利用图像帧与帧之间的相似性,提出连续帧的边缘扩张算法以进行光条的分割,该算法体现了对物体表面纹理变化的鲁棒性,在保证稳定性的同时,图像检测速度比单帧处理提高了16倍多,平均处理时间为0.22 s,满足轮对廓形检测实时性的需求。

轨道交通车辆空气弹簧智能监测系统

针对轨道交通车辆空气弹簧在劣化过程中本体高度变化难以检测,压力测量精度不高,缺乏智能预警功能等问题,设计了轨道交通车辆空气弹簧智能监测系统。对这一监测系统的结构、硬件、软件、工作过程进行了介绍,并分析了技术创新点。这一监测系统应用智能传感技术、数据转储技术、智能预警技术,可以精确测量空气弹簧内部间隙变化、内压值变化,实现智能预警提示检修,进而能够提高检修效率,节约检修成本。

基于CNN-LSTM的车辆悬挂系统故障识别方法研究

高速铁路车辆(简称:车辆)运行条件恶劣多变,车辆悬挂系统的可靠性关系到行车安全和乘坐舒适性。当车辆的悬挂系统发生故障时,振动信号呈现非线性、非平稳的特征。为此,提出了一种基于卷积神经网络(CNN,Convolutional Neural Network)-长短时记忆(LSTM,Long Short-Term Memory)模型的车辆悬挂系统故障识别方法。通过SIMPACK平台建立了包含悬挂系统的车辆-轨道耦合动力学模型,获得了车辆系统各部件在健康状态及各类故障状态下的振动信号;以与故障元件关联部件的振动加速度信号作为模型输入,通过构建的CNN-LSTM模型对时序信号进行特征提取和分类预测,进而实现对车辆悬挂系统的故障识别;通过构建不同工况的故障数据集对该方法进行评估。试验结果表明,该方法在速度等级相同的情况下,故障识别准确率可达98%;在速度等级不同的情况下,故障识别准确率可达99%,验证了该方法的有效性。

铁路货车轴承套圈滚道表面应力状态分析

铁路轴承套圈表面层残余应力分为拉应力和压应力。列车运行时,残余拉应力作用下,轴承套圈易萌生裂纹并加速扩展,而残余压应力能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力,抑制裂纹萌生及扩展,从而延长轴承套圈的接触疲劳寿命。因此,生产轴承套圈时希望产品保持残余压应力状态。通过安排合理的制造工艺、选择合适的工艺参数、提高磨削液冷却效果等措施,可以将套圈表面层残余压应力控制在合理范围内。在热处理、初磨、附加回火和未附加回火、终磨、超精后,通过试验检测轴承套圈表面层残余应力,验证了过程控制能使套圈表面层残余压应力在预期结果内。

对铁路货车水浸轴承处置的探索

对郑州北车辆段水浸轴承故障的判定、处置、预防进行了归纳与总结。首先阐述了水浸轴承故障的危害及表征,总结了水浸轴承故障的判定方式和方法;然后明确了故障检查与处置要求,并针对性地提出了预防水浸轴承的建议。文章对探索水浸轴承的预防和快速处置、确保货车运输安全具有重要意义。

动车组车轴新型防护涂层试验研究

涂层防护作为一种列车车轴防护方式,可以避免车轴运用中受到腐蚀或外物击打而产生损伤。既有车辆车轴采用底漆、面漆薄涂层防护结构存在一定损伤情况,然而采用过厚涂层防护也存在涂层附着力不足导致脱落问题。基于此,文章介绍了车轴涂层防护现有标准及动车组车轴新型防护涂层开发与试验过程,包括:确定涂层材料;根据多次冲击损伤试验确定涂层最小厚度;确定涂层结构;进行各项试验验证。试验结果表明,新型防护涂层符合标准规定。新型防护涂层在列车上进行了运用考核,考核结果表明,涂层状态总体正常。对个别存在涂层受击打损伤的车轴进行了进一步分析,说明了运用阶段对涂层进行及时维护的必要性。

某型高铁踏面廓形轮轨接触特性的对比分析

针对我国某型高铁踏面存在的疲劳裂纹出现频繁、部分轮对镟修量大等问题进行了研究,通过计算其与现行高速钢轨的接触特性,发现存在轮轨接触应力较大、接触点应力集中的现象。为了解决这一问题,文章介绍了一种可供替代的W01GT3型踏面。通过对比2种踏面在不同轮对横移量下的几何接触特性、轮轨接触应力以及直线运行工况下的疲劳裂纹萌生寿命,结果表明,W01GT3型踏面与钢轨接触范围更宽,轮轨接触应力更小,在直线运行工况下的疲劳裂纹萌生寿命更长。因此,在镟修维护时,建议采用与该型踏面相近的模板,有助于缓解某型高铁踏面的滚动接触疲劳相关问题。

中国高速动车组转向架技术发展及展望

转向架是支承、牵引和制动车体并能相对车体回转的走行装置,具有缓冲振动和导向功能,决定列车运行安全可靠性和运行品质。中国高速动车组转向架经过技术引进、吸收创新和自主创新3个阶段的发展,通过不断的技术创新与实践,在结构轻量化、安全可靠性、动力学性能及智能化等关键技术上取得了成果,针对转向架结构强度和动力学性能开展的试验台、环形道、试验专线科学研究试验及线路长期服役跟踪测试,为自主创新阶段的中国高速动车组转向架的自主开发奠定了坚实的理论研究和工程实践基础。文章系统地回顾了中国高速动车组转向架在3个发展阶段的结构参数和技术瓶颈,指出了下一代高铁及CR450动车组转向架技术研究方向;从转向架基本结构角度系统论述了转向架总体集成、构架、轮对轴箱及定位装置、悬挂装置、驱动系统、基础制动和辅助装置的技术发展历程及趋势,提出技术自主创新及工程应用创新研究方向;论述了转向架轻量化设计、强度可靠性、车辆系统动力学、智能化设计和试验测试这5种关键技术的研究现状及发展方向。

地铁车辆轮径差限值的研究

轮径差限值是地铁车辆运用及维护中重要的检查指标,对车辆运营的安全性及车辆维护成本等有较大影响,车轮磨损产生的轮径差变化会对车辆的牵引系统及制动系统性能,以及动力学性能等产生较大的影响。分析新造地铁车辆及运用状态下车辆的轮径差限值发现,用户对新造车辆的轮径差要求基本一致,差别不大。分析了牵引系统和制动系统采用车控模式和架控模式时对地铁车辆的轮径差要求。分析结果表明:架控模式下,同一辆车的前后转向架的较大轮径差对车辆动力学性能影响不大,对牵引系统和制动系统性能基本无影响。建议运营单位可逐步放宽对架控模式下同一辆车前后转向架的最大轮径差限值要求,并对车辆状态进行监控和分析,以最终确定同一辆车前后转向架的轮径差限值要求。

内轴箱悬挂高速动车组转向架抗倾覆稳定性研究

内轴箱转向架由于轴箱悬挂内置大幅度降低了车体的抗侧滚刚度,影响其运行性能。为提高其抗倾覆性能,内轴箱转向架通常采取安装抗侧滚扭杆和提高一系悬挂垂向刚度的措施。文章提出了一种抗倾覆装置,以提高内轴箱悬挂高速动车组转向架抗倾覆稳定性。该装置由2条互不连通的回路组成,安装在轮对轴箱和构架之间。在分析抗倾覆装置的基本原理、刚度特性和车辆动力学模型之后,利用MATLAB/Simulink软件,联合AMESim和SIMPACK软件进行联合仿真,得到车辆在不同速度条件下通过大半径曲线时的动力学性能和动态包络线。结果表明,采用抗倾覆装置可以在保证车辆运行稳定性的条件下大幅提高车体的抗侧滚能力,在车辆脱轨系数和轮轴横向力等安全性指标方面有着更优异的表现,同时有着较小的动态包络线。

空气弹簧技术在轨道车辆领域的运用、研究及展望

从空气弹簧应用特性的角度对其技术发展进行了梳理,分别总结了空气弹簧垂向性能、横向性能及扭转性能的技术特点,并对其在国内外动车组、磁浮列车与城轨车辆上的运用情况进行了介绍。针对空气弹簧相关理论研究,讨论了空气弹簧系统有限元模型、等效力学模型及气动力学模型。其中有限元模型适用于分析空气弹簧结构特性、材料特性与接触特性,等效力学模型适用于车辆动力学计算,气动力学模型适用于空气弹簧非线性动力学计算。基于当前空气弹簧理论研究与技术应用现状,探索了CFD与动网格技术在空气弹簧特性分析中的应用,使用有限体积法对空气弹簧内部三维湍流进行数值模拟。总结了不同控制方法在空气弹簧系统中的运用,探讨了智能监测技术在空气弹簧系统中运用的可能性,展望了空气弹簧系统在状态预测、故障预警、健康评估等技术领域的发展。

城市轨道交通车辆内置轴箱转向架的结构分析与性能验证

目的:随着城市轨道交通的快速建设,对城市轨道交通车辆的运行品质有了更高的要求。减轻簧下质量、改善小曲线半径通过能力、减小轮轨磨耗、降低运行噪声已经成为城市轨道交通车辆的主要研究课题。方法:结合内置轴箱转向架结构空间紧凑、质量轻、曲线通过性能好等特点,研发出一种适用于我国B2型地铁限界的内置轴箱转向架。重点介绍了列车速度为120 km/h时内置轴箱转向架的设计参数、结构组成及技术特点,对转向架构架强度进行了计算及验证,并对列车进行了动力学分析及线路验证。结果及结论:内置轴箱转向架具有质量轻、轮轨作用力低等技术优势,完全符合城市轨道交通车辆运行条件需求。