采用径向转向架的大轴重内燃机车曲线通过研究

为探究径向转向架在33 t轴重内燃机车的可行性,从径向转向架的概念、结构和原理出发,为大轴重内燃机车提供了一种径向转向架方案。在多体动力学软件中建立动力学模型,对比研究了采用径向转向架和传统转向架的重载机车通过曲线时导向轮对的黏着系数、蠕滑率和磨耗功。通过计算分析发现,与传统转向架相比,径向转向架可以减少车轮的滑动量,提高机车通过曲线时的黏着利用率,降低轮轨磨耗和左右车轮的不一致磨耗,降低轮对镟修频率,该结论可为今后我国研制大轴重高黏着内燃机车提供一定参考。

五位姿参数下车载永磁体与永磁轨道之间的磁力特性研究

永磁磁浮交通系统利用车载永磁体和永磁轨道间的磁斥力实现悬浮,理解并掌握永磁体磁力与其空间位姿参数的关系对磁浮车辆走行部及轨道结构设计具有重要意义.参考兴国县永磁磁浮交通系统,建立车载永磁体和永磁轨道的三维磁场有限元模型;计算不同悬浮间隙、横向偏移、点头角、侧滚角和摇头角条件下车载永磁体受到的磁力,重点分析车载永磁体悬浮力和横向力随5个位姿参数的变化规律及其相关程度.结果表明:车载永磁体的磁力主要受悬浮间隙和横向偏移量的影响,受摇头角的影响较大,受点头角和侧滚角的影响很小;在设定的参数变化范围内,悬浮力最小值和最大值与额定悬浮力之比分别约为0.75和1.16,横向力最大值达到额定悬浮力的50.42%;车载永磁体横向力的方向与其横向偏移方向一致,摇头力矩与其摇头方向相同,需要为永磁悬浮系统设置导向装置,防止车载永磁体横向晃动和偏航运行.

建模方式对调车冲击仿真的影响研究

为了研究不同建模方式的仿真模型对调车冲击计算效率和结果的影响,根据C80敞车及MT-2缓冲器参数,建立模拟调车冲击工况的纵向动力学模型A、三维精细化模型B和混合动力学模型C,分析了在不同速度、空重车状态及不同编组方式下的调车冲击的响应结果,并在此基础上讨论了模型的建模方便性、计算效率等问题.研究结果表明:(1)随着冲击速度的增加,三种模型得到的最大车钩力变化趋势一致,但是结果差异越来越大,在8km/h时仿真差异可达15%,同时空车状态下分析的结果最大差异为8.9%,大于重车状态仿真的2.4%;(2)不同编组方式得到的车钩力时间历程规律类似,在不同车钩位置上比较时最大差异为8%左右;(3)建模方便性上各有难点,但模型A的数据库在界面调用更为方便,且在计算时间上远远小于其他两种模型.

纵向冲动对大轴重内燃机车曲线紧急制动安全性影响分析

针对纵向冲动对大轴重内燃机车曲线紧急制动时安全性问题,建立33 t轴重内燃机车牵引3万t重载列车(2+2+0)的纵向动力学模型和包含钩缓系统的短编组(机车+机车+虚拟车体)车辆动力学模型,采用列车模型对紧急制动工况下的列车纵向冲动进行分析,基于列车纵向冲动和短编组模型分析纵向冲动对机车曲线安全性的影响。研究结果表明:列车纵向冲动会进一步加大机车曲线紧急制动时的轮轴横向力、脱轨系数等,对机车曲线运行造成不利影响,考虑压钩力1 500 kN比不考虑纵向冲动时的脱轨系数、轮轴横向力分别增大1.8%、12%;曲线半径减小、下坡道坡度越大会进一步加大不利影响;列车制动初速度越大,产生的纵向冲动有所减小,但由于轮对横移量增大,导致曲线车轮脱轨系数增大。

基于调车工况的MT-2缓冲器容量需求仿真分析

为了分析MT-2缓冲器在调车连挂作业时的容量需求问题,基于摩擦式缓冲器非线性力学特性及车辆调车冲击受力特点,建立了铁道货车纵向冲击动力学模型,对调车过程中不同车辆质量、不同速度、不同编组方式及不同车体刚度等工况下MT-2缓冲器容量需求进行了分析。研究结果表明:缓冲器做功与车辆质量和连挂速度的平方成正比,冲击车和被冲击车数量都大于2辆时冲击面缓冲器的容量需求将与车辆数量无关。对同时考虑质量、速度、编组方式、车体刚度的缓冲器容量需求值进行了函数拟合,完成了比例系数κ、μ和λ的求解;不同车辆数量之间冲击时,不同车钩号的缓冲器做功值大小不一,在冲击面车钩号的缓冲器做功值均为最大,沿着冲击面前、后的车钩号逐渐递减,调车冲击时计算容量需求值时应不考虑车体刚度,以重车冲击重车模式时冲击面的缓冲器容量需求为准。

中低速磁浮圆曲线钢箱梁桥车致振动响应研究

随着圆曲线钢箱梁桥在城市交通中的应用愈发广泛,为探究其在中低速磁浮车辆运行作用下的振动响应特性,基于多体动力学和有限元方法建立车辆-轨道-钢箱梁刚柔耦合动力学模型,采用动态电磁阻尼力影响的二维磁轨关系,并考虑轨道关键部件的参振作用,分析圆曲线段钢箱梁的振动特性,探讨钢箱梁板厚、车辆速度及车体质量对钢箱梁振动响应的影响。结果表明:受曲率影响,钢箱梁在发生弯曲的同时亦会伴生扭转,产生弯扭耦合振动;钢箱梁的振动主要由10~20 Hz的钢箱梁整体弯曲振动、30~40 Hz的钢箱梁扭转振动以及50~70 Hz的轨道局部振动引起;计算得到的钢箱梁跨中横向及垂向最大挠度分别为1.26 mm、3.88 mm,均满足相关标准要求,钢箱梁具有足够的支撑刚度;各工况下的垂向加速度均未超过5.0 m/s^(2)的限值,且最高达到2.2 m/s^(2);在板厚10 mm以及超员载荷工况下,横向加速度大多超过1.4 m/s^(2)的限值,且最高达到4.0 m/s^(2);车辆速度的减小和车体质量的增加均会放大弯扭耦合作用影响,而板厚的增加则能够有效降低弯扭耦合作用影响,当板厚由10 mm增至40 mm时,一阶横弯及扭转频率对应振幅分别减小94.3%、98.7%。

中低速磁浮列车悬浮控制系统冗余设计方案探讨

悬浮控制系统作为中低速磁浮列车的核心子系统,其可靠性和容错能力对于列车正常运行至关重要。为提高悬浮控制系统容错能力,通过分析工程应用中的悬浮控制系统故障数据设计了一种处理器模块冗余、电源冗余以及悬浮传感器冗余相结合的悬浮控制系统方案,通过软、硬件设计搭建了新方案的样机实物并进行了初步测试。处理器模块采用双机热备冗余,电源采用双路DC24V冗余,悬浮传感器采用二乘二取二冗余。其次运用马尔可夫理论建立了悬浮冗余控制系统的可靠性模型,对系统进行可靠性分析,研究故障率、故障检测率对悬浮冗余控制系统可靠性的影响,将悬浮冗余控制系统与常规悬浮控制系统的可靠性进行对比分析。并通过Simulink和Stateflow建立主从切换状态机模型和主从切换控制系统模型,实现了逻辑仿真。研究结果表明,在悬浮控制系统生命周期内,本文提出的悬浮冗余控制系统方案相比于常规悬浮控制系统的可靠性提高了50%,提升主模块的故障检测率和降低各单元的故障率均能有效提升悬浮控制系统可靠性。在制定合适的故障检测和切换控制策略前提下,双机热备冗余设计的悬浮控制系统相比于常规悬浮控制系统更具可靠性,是提升悬浮控制系统可靠性和容错能力的有效措施,适合在中低速磁浮列车上推广应用。

中低速磁浮轨道不平顺功率谱研究

轨道不平顺作为中低速磁浮列车主要的外部激励源,是造成磁浮列车-轨道耦合振动的重要原因。由于弦测值幅频特性存在畸变,通常不能作为实际轨道不平顺应用于工程实践中。基于实测长达4 km的长沙磁浮快线F轨高低和轨向10 m弦测数据,分析实测数据的传递特性,利用“以小推大”逆推算法扩大轨道不平顺波长的有效检测范围,并采用“逆滤波”算法对轨道不平顺进行复原,得到0.5~100 m波长的轨道不平顺。结果表明:实测F轨10 m弦测数据存在畸变,总体趋势与传递函数相符,不能对实际轨道几何状态正确表达;修正后的轨道不平顺功率谱具有很好的平顺性,无明显周期性成分;对轨道不平顺功率谱进行分段拟合,确定中低速磁浮轨道不平顺表达式的各项参数;将拟合的中低速磁浮轨道谱与国内外成熟铁路轨道谱进行对比,高低轨道不平顺与德国高干扰谱较为接近,在1.5~100 m波长范围内,处于德国高干扰谱与德国低干扰谱之间,在0.5~1 m波长范围内,处于美国五级谱与美国六级谱之间;轨向不平顺与高速铁路标准谱较为接近,在波长7~100 m波长范围内,高于高速铁路标准谱,在波长0.5~7 m波长范围内,低于高速铁路标准谱。

摩擦缓冲器服役状态下的阻抗特性数值模拟

为了评估MT-2型缓冲器的服役性能,根据大修规程和实际运用经验,建立考虑侧楔块磨耗和弹簧断裂的缓冲器退化模型,分析服役状态对阻抗特性的影响规律;以车辆冲击条件下的缓冲器性能指标极限为边界条件,对侧楔块磨耗安全限度和弹簧断裂风险等级进行界定。结果表明:侧楔块主摩擦面呈凹型磨耗状态会引起阻抗特性显著退化,当其分布在中央1/2区域时,磨耗的安全限度为0.5 mm,远小于现有大修限度1 mm;主弹簧外簧呈断裂接触状态也会引起阻抗特性显著退化,此时最大阻抗力和半行程容量指标均已超出限值,缓冲器处于迫切的风险状态。因此,建议缓冲器侧楔块大修限度应结合具体磨耗形状和位置综合考虑,且在非大修期间应对缓冲器外簧状态进行重点管控。

2万吨重载列车牵引启动工况的纵向冲动分析

车钩是重载列车的传递纵向冲击的关键部件,车钩力大小对重载列车的运行安全具有重大影响.为分析2万吨重载列车在不同牵引工况启动时的车钩力的大小,基于列车纵向动力学理论、列车操纵方法以及钩缓装置动力学建模方法的基础上,建立了HXD1型机车和C80型运煤敞车编组的2万吨重载列车纵向动力学模型,分析了重载列车在不同牵引力、从控机车滞后及其不同车钩间隙时牵引启动的车钩力分布规律.通过分析可以得出:牵引力提升速度对稳态车钩力大小影响不明显,而牵引档位的增加,稳态最大车钩力明显增加,在保障列车能正常牵引启动的同时应减小牵引档位;随着主控机车与从控机车启动相差时间的增加,编组车辆中部及尾部的拉钩力增加,应尽可能地保障列车同步操纵;重载列车车钩间隙对启动时车钩拉力影响明显,应重视加强对车钩间隙的检修,同时配合牵引杆的使用可以降低车钩力.

中低速磁浮车辆悬浮故障工况动力学分析

为研究中低速磁浮车辆电磁铁失效失去悬浮力时的故障工况对磁浮车辆动力学性能的影响,建立三悬浮架中低速磁浮车辆动力学模型,对直线运行和曲线通过性能的各项动态指标进行仿真分析。结果表明:电磁铁失效故障对平稳性指标和导向间隙影响较小,对悬浮间隙、悬浮模块点头角和通过速度影响较大;发生电磁铁失效故障时,直线路段需要限速60 km/h运行,R100曲线路段需要限速38 km/h运行。

EMS型中低速磁浮列车悬浮架技术研究综述

悬浮架是承载EMS(electro-magnetic suspension)型中低速磁浮列车运行的关键子系统,影响列车的悬浮稳定性、舒适性和安全性,需要对其进行深入研究.围绕国内外EMS型中低速磁浮列车应用案例,介绍了(悬挂)端置式悬浮架、(悬挂)中置式悬浮架的技术方案和特征,总结了主要技术指标.结合悬浮架技术研究、发展现状,讨论了磁轨作用关系、运动解耦能力、动力学性能、结构强度以及悬浮冗余设计五大研究方向,通过对研究内容梳理和总结,归纳了现有前沿科学问题和工程技术挑战:一是轨距亟须统一;二是动态磁轨关系研究欠缺;三是悬浮架横向动力学有待研究;四是悬浮架疲劳强度分析及试验不足;五是悬浮架机械结构冗余设计方案较少.

基于中点弦测法的中低速磁浮轨道不平顺研究

中低速磁浮常用10 m弦测值作为评价轨道几何不平顺的标准,但弦测法的幅频特性存在畸变,这种畸变现象在短波范围内更加严重,导致10 m弦测值会丢失很多短波信号,因此,10 m弦测值通常不能作为实际轨道不平顺应用于工程实践中。针对此问题,采用数值模拟方法对中点弦测法进行模拟,通过对比弦测值时频域的误差,验证“以小推大”算法的准确性,同时建立两种“以小推大”的逆推算法,以得到小弦长的弦测值,扩大弦测值对短波不平顺的有效检测范围,并采用“逆滤波”法对弦测值进行轨道不平顺的反演。研究结果表明:两种“以小推大”逆推算法都可以很好地推得小弦长的弦测值,并且可推得的最小弦长为2倍步长,因此,为扩大短波的测量范围,应尽量缩小采样步长;模型A由于边界条件的引入,总体误差较模型B稍大,同时会出现一些离群点,功率谱密度会出现阶跃信号,绝对误差在0.025 mm以内;模型B可以达到较高的精度,具有很好的传递特性,绝对误差可以控制在0.0015 mm以内;实测长沙磁浮快线F轨10 m弦测值用两种模型均可以很好地反演0.5~100 m波长范围的轨距不平顺。

考虑剩磁作用的中低速磁浮电磁力分析

为了探究悬浮电磁铁剩磁对EMS(electro-magnetic suspension)中低速磁浮列车垂向电磁力的影响,首先,分析了悬浮电磁铁相对磁导率变化规律,并基于等效磁路法建立单电磁铁悬浮模型;其次,根据Jiles-Atherton磁滞理论研究了悬浮电磁铁的极限磁滞回线状态,分析了悬浮电磁铁剩磁的动态作用;最后,通过电磁力台架试验开展垂向电磁力对比验证,并提出了最大化利用电磁效率的措施.研究结果表明:在线圈电流处于0~20 A时,悬浮电磁铁剩磁近似等于常量,垂向电磁力的主要影响因素是线圈电流;在线圈电流处于20~40 A时,悬浮电磁铁达到磁饱和状态,且由于处于极限磁滞状态使得悬浮电磁铁具有最大剩磁作用,最大差值约为1 kN,随着线圈电流进一步增加,悬浮电磁铁相对磁导率的降低使得剩磁作用逐渐减弱.

基于中点弦测法的中低速磁浮轨道不平顺误差研究

中低速磁浮轨道10 m弦测值作为评价轨道几何平顺性的标准时,由于弦测值在幅频范围内存在畸变并受基准线选取的影响而产生较大误差。本文推导了弦测法“以小推大”的传递函数,进一步定义了“以小推大”及其逆推算法的误差放大系数;分析了弦长、矩阵维度对误差积累特性的影响,结合传递函数分析不同波长对误差的敏感性差异,并通过数值模拟进行验证。结果表明:“以小推大”算法及其逆推算法在传递函数为0的波长范围内误差积累较严重,轨道不平顺功率谱密度出现阶跃信号;随着矩阵维度的增加,“以小推大”逆推算法的误差快速积累,推得的小弦长越小则误差积累越小。应用“以小推大”算法时应减小大小弦长比值;对于“以小推大”逆推算法,要减小采样步长、可换算最小弦长以及矩阵维度。

驱动型式对超高速磁浮动子动力学响应的影响

文章在分析直线感应电机动子和永磁同步电机动子结构和动力学特性基础上,运用多体动力学软件,建立了对应上述2种驱动型式的超高速(1 000 km/h)电磁推进装置动子动力学模型,分析了“起动-惰行-制动”状态下动子的横向、垂向、侧滚、摇头、点头运动的变化规律。分析结果表明,感应式动子所受的法向力有利于动子横向自动对中,并避免横向冲击,同时抑制动子的侧滚和摇头运动;而永磁式动子所受的电机法向力在动子偏移时仍指向偏移的一侧,使得动子贴靠导轨运行,承受横向不平顺冲击,其侧滚和摇头运动无法收敛。感应式动子由于承受导轨垂向不平顺激励,其垂向振动和冲击力较大;永磁式动子所受电机力的垂向分力能起到一定的减振作用。运行状态会显著影响2种动子的垂向响应与点头运动,2种动子的最大垂向位移、加速度和冲击力均出现在制动的时刻。

混合悬浮电磁铁结构优化设计

相比其他悬浮模式,混合悬浮具有节能环保、快速高效等优势,是未来悬浮模式发展的重要方向之一。文中提出一种优化的混合悬浮电磁铁结构,利用等效磁路法对电—磁关系进行推导,通过ANSYS仿真分析不同钢板尺寸下的电磁场变化,综合理论和仿真结果,对钢板结构提出改进方案,并通过仿真对结构尺寸进行优化设计;根据某型磁浮列车的悬浮力要求,通过三维仿真对永磁体厚度等参数进行优化设计;最后利用试验台进行悬浮力试验,对比仿真和试验结果。结果表明,改进后的电磁铁能减小漏磁,与传统结构相比悬浮力增大约15%;仿真结果与试验结果接近且根据实例设计的电磁铁能满足各工况悬浮能力的要求。

轮对纵向振动与机车车辆相关问题研究

借助于1个整车模型,观察到轮对相对于构架实际上始终存在纵向振动,而且这种振动在某些中低速范围内有可能发展为强烈的共振;另一方面,轮对相对构架的强烈振动,也可能成为车轮非正常磨耗即剥离以及某些波长轨道波磨的一个重要因素。本文对轮对纵向共振的形成条件进行了分析,给出了近似计算判据,并对车辆主要参数对共振的影响进行了分析,最后给出了一种抑制纵向振动的建议方案。

电机法向力对两种磁浮车辆动力学的影响

中低速磁浮列车采用直线感应电机进行牵引,电机在产生牵引力的同时也会产生法向力,电机法向吸力会对悬浮模块产生垂向激扰,增加悬浮系统的负担。本文利用有限元法对比分析不同气隙下电机牵引力、法向力随速度的变化;建立两种中低速磁浮车辆-轨道耦合动力学模型,分析忽略电机法向力及车体和悬浮架分别在1 kN、3 kN、5 kN冲击力下两种磁浮车辆-轨道耦合系统的垂向动力学响应。结果表明:磁浮车辆在运行速度5 km/h时车辆-轨道耦合共振严重;在法向冲击力小于5 kN时,桥梁动力学响应均符合要求,车体平稳性均为优秀,但当法向冲击力越大时,控制电流越大,因此为减轻悬浮系统负担、提高中低速磁浮车辆-轨道耦合系统的动力学性能,电机法向力应尽可能小。

径向转向架DF_(8B)机车垂向异常振动分析

针对DF8B机车采用引进径向转向架技术后出现的垂向振动加速度超标问题,分析比较机车实测振动频率成份和悬挂系统的频率响应特性,通过对悬挂参数和转向架结构的分析,确定产生这一问题的根源在于转向架随动式制动装置的布置方式,当轮对受到线路轨缝垂向冲击激励时,该装置的摩擦副不能顺畅滑动,使一系垂向弹簧两端瞬间形成刚性连接,导致机车产生非正常垂向振动。由简化模型计算表明,在摩擦副的作用下,机车车体的垂向频率响应发生了变化,在6 Hz有一个响应峰值,这就使机车8.4 Hz的一阶垂弯振动较易激起,如果去掉该摩擦副,则试验中得到的8.4 Hz的较大响应可望消除。