基于虚拟迭代法的跨座式单轨车辆车体疲劳分析

跨座式单轨车辆的车体作为列车的主要承载部件,其疲劳强度对列车的安全运行起着至关重要的作用。为提高单轨车体疲劳分析精度,模拟出单轨车辆运营实践中车体的疲劳损伤,对单轨车辆车体进行柔性化处理,建立包含柔性车体的跨座式车辆刚柔耦合动力学模型,采用虚拟迭代法,在车辆特征部位施加白噪声作为初始输入激励,以跨座式单轨车辆线路实测加速度为目标信号,对车辆模型仿真响应谱与试验实测响应谱进行系统识别与反复迭代,获取车体与车辆其他部件连接位置处激励谱。基于虚拟迭代激励谱获取高精度载荷谱,根据线性疲劳损伤理论对跨座式单轨车辆车体开展疲劳损伤与寿命分析,提出车体结构改进方案。分析结果显示:疲劳仿真结果与车体实际损伤位置具有良好的一致性,验证了采用虚拟迭代法获取的车体载荷谱开展的疲劳分析结果具有高精度;结构改进方案使车体结构改进位置处寿命提高了191%。

山地齿轨交通系统试验线总体设计

齿轨交通是一种在传统轮轨系统走行结构中增加齿轮-齿轨传动系统的创新轨道交通系统。该系统可解决大坡度线路适应性问题,提高山区、丘陵等复杂地形地貌环境轨道交通选线的灵活性,充分满足山地旅游轨道交通需求,应用前景广泛。为满足齿轨交通系统商业应用前的车辆性能及关键工程技术验证,建设一条山地齿轨交通系统试验线,最大坡度达120‰。通过详细介绍该试验线的建设情况、试验列车概况、试验需求分析、总平面设计,以及轨道、路基、工艺、供变电、附属试验设施等主要工程内容,可为类似项目提供参考。

跨座式单轨在旅游轨道交通中的适用性分析

随着社会经济的发展、生活水平的提高和生活观念的改变,人民对旅游的向往促进了我国旅游业蓬勃发展。为满足游客对旅游品质提出的更高要求,旅游与轨道相结合的出行方式应运而生。目前旅游轨道交通属于新兴且相对热门的事物,但并无相应的分类、设计、施工、验收标准,急需明确适合不同旅游资源的轨道交通制式,供建设单位选择和参考。通过对旅游景区分类、旅游景区对轨道交通需求、适合旅游的轨道交通制式分析,并重点对跨座式单轨系统在旅游轨道交通的适应性进行研究,得出跨座式单轨拥有的与环境融合的车辆外观、适合旅游客流特征的运输能力、灵活的车辆编组、轻盈的轨道梁桥结构形式、超强的地形适应能力、优异的环保性能,再加上满足投资人要求的工程建设成本,使其成为非常适合旅游轨道交通的一种系统制式。最后通过分析跨座式单轨作为旅游轨道交通与城市轨道交通的不同,提出跨座式单轨作为旅游轨道交通今后应在新型车辆研制、与旅游单轨运营需求匹配的设备配置、系统集成、旅游轨道交通技术标准制定等方面开展研究,为今后旅游跨座式单轨交通的推广和落地提供参考。

悬挂式单轨交通车辆基地站场设计关键技术研究

[目的]悬挂式单轨交通车辆基地的总平面布局形式直接影响列车作业及工程造价。道岔选型对车辆基地站场总平面布局影响较大,运用库单线列位数的选择也将直接影响道岔数量及段场规模,因此需对悬挂式单轨交通车辆基地站场设计的关键技术进行深入研究。[方法]依托武汉光谷生态大走廊悬挂式单轨交通工程的龙泉山车辆段,阐述了该车辆段的总平面布局形式及创新点,分析了该车辆段道岔选型及场坪标高的制定方法,建立了理想条件下车辆段运用库单线列位数模型。[结果及结论]悬挂式单轨交通车辆基地总平面布置宜采用贯通式洗车方案,将洗车库放在出入线上;咽喉设计时,需同时考虑桥墩布置的美观性;需联合道岔厂家加快对三开道岔及五开道岔的研发,并合理选用不同道岔组合以更进一步节省投资;在不考虑其他作业干扰的理想条件下,悬挂式单轨交通车辆基地运用库最多可采用1线5列位,实际设计过程中需结合车辆基地条件、综合考虑列车出库的便捷性、扣除其他作业干扰等因素选择合适的运用库单线列位数。

悬挂胶轮列车与钢桥的振动试验及仿真研究

为评价悬挂胶轮列车及钢轨道梁桥的结构性能,以开封悬挂式单轨示范线为背景开展现场试验与仿真研究。开发了胶轮列车-钢轨道梁桥耦合振动分析程序,根据现场实测的胶轮车辆的空气弹簧、走行轮刚度和阻尼等力学参数,建立胶轮列车模型。对车桥动力响应的现场试验与动力仿真分析结果进行综合比较,采用相关规范对列车走行性以及轨道梁桥的动力性能进行综合评估。结果表明:车桥动力特性及其振动响应的理论与实测结果基本吻合,车桥耦合分析方法可应用于悬挂式胶轮单轨交通系统振动性能研究;轨道梁竖向挠跨比小于相关规范的限值,竖向刚度设计合理;在列车竖向静活载作用下,相邻两跨轨道梁梁端竖、横向转角之和最大值分别为4.5‰和1.5‰;车速80 km/h下轨道梁纵、横向应力动力系数最大值分别为1.17和1.14;考虑到悬挂式胶轮列车没有脱轨风险,列车轮重减载率及钢轨道梁桥横向加速度较传统铁路偏大,其相应限值可较现行铁路规范适当放松。

悬挂式单轨车辆的倒T形辙叉道岔通过性能

[目的]悬挂式单轨交通系统具有良好的发展前景,对于其车辆过道岔的动力学性能研究目前较少,需对此进行研究。[方法]采用UM(多体动力学)软件建立车辆动力学模型,以车体最大振动加速度、走行轮最大垂向力、导向轮及稳定轮最大垂向力、车体及悬吊梁最大侧滚角为主要评价指标,针对应用于悬挂式单轨交通系统的倒T形辙叉道岔,进行悬挂式单轨车辆道岔通过性能研究。[结果及结论]倒T形辙叉道岔结构的导向轨面不平顺较大,悬挂式单轨车辆在通过曲线道岔时,很难保证导向轮的导向力不超过安全限值。针对此问题提出了一种导向轨面补偿装置。应用此导向轨面补偿装置后,悬挂式单轨车辆可以以15 km/h的速度安全通过半径为50 m的倒T形辙叉道岔,动力学性能有明显改善。

大跨度悬挂式单轨钢箱组合梁总体设计及关键技术研究

悬挂式单轨是一种轻型、中速、低成本的新型轨道交通方式,结构轻盈、美观,但是当跨越河流、沟壑等障碍时,存在明显短板。从结构受力、运行安全角度出发,提出一种在斜拉桥的主梁上架设轨道墩柱和轨道梁的新型组合梁结构方案,突破常规悬挂式单轨跨越能力受限的壁垒。为研究斜拉桥主梁与轨道梁墩柱结合部位复杂的受力情况和传力路径,采用ANSYS软件分别建立钢箱梁区段和混凝土箱梁区段有限元模型。结果表明:钢箱梁区段,墩柱荷载主要传递给与之直接相连的横隔板以及中腹板,其中,横隔板受力比较均匀,中腹板受力主要集中在以墩柱为中心,半径约2 m的范围内,基本可以传递至钢梁底板。墩柱轴力的58%传递给与之直接相连的横隔板;墩柱横桥向弯矩的传递过程中,58.8%的剪力传递给与之直接相连的横隔板;墩柱顺桥向弯矩的传递过程中,53.4%的剪力传递给中腹板;混凝土箱梁区段,墩柱荷载主要传递给与之直接相连的混凝土腹板、横隔板。混凝土受力主要集中在以结合面为中心,半径约2 m的范围内,墩柱荷载在结合面以下约0.5 m的范围内基本完成传递,墩柱轴力的68.8%传递给与之直接相连的横隔板;墩柱横桥向弯矩的传递过程中,86.4%的剪力传递给与之直接相连的横隔板;墩柱顺桥向弯矩的传递过程中,44.6%的剪力传递给中腹板。

梁缝冲击对悬挂式单轨车桥系统动力特性的影响研究

悬挂式单轨轨道梁梁端客观存在局部梁缝不平顺,列车通过时会产生较大的轮轨动力冲击,对车辆和桥梁的动力学性能均有重要影响。为探明梁缝冲击对悬挂式单轨车辆与轨道梁桥系统动力特性的影响,基于车辆-桥梁动力相互作用理论,建立悬挂式单轨车-桥耦合动力学模型,在此基础上以实测梁缝不平顺作为外部激励,研究梁缝冲击作用下车桥系统耦合振动特性及车辆系统关键参数的影响。研究结果表明:梁缝冲击会显著增大悬挂式单轨车桥系统动力响应幅值,其中车体、构架及轮轨力的响应在5 Hz以上增长显著,轨道梁振动加剧主要集中在40 Hz以上;随着梁缝不平顺幅值增大,系统垂向振动响应均呈现非线性规律增加,尤其是驱动轮轮轨力,为保障驱动轮使用安全,建议梁缝不平顺幅值不超过6 mm;为有效控制梁缝冲击对系统动力性能的影响,车辆二系悬挂垂向刚度、阻尼及驱动轮径向刚度的合理取值分别为0.1 MN/m、16 kN·s/m和4 MN/m。

悬挂式单轨单肋式拱桥设计参数敏感性分析

[目的]鉴于目前针对悬挂式单轨单肋式拱桥的研究案例较少,为了更好地指导悬挂式单轨拱桥的设计和施工,需要对其不同设计参数的敏感性进行分析。[方法]以湖南某旅游空中列车项目为背景,通过Midas空间杆系整体模型和ANSYS板壳单元细部模型,对跨度为60 m,采用刚性吊杆钢箱拱,拱、梁、墩刚接的单肋式双线拱桥进行计算分析。研究了不同设计参数对轨道梁刚度、主梁应力、主梁翘曲畸变的敏感性影响;提出了设计参数敏感性评价指标,将其按敏感因子10%和5%划分为大、中、小3个等级,得到了主要设计参数的敏感性差异。[结果及结论]拱桥矢跨比、中横梁尺寸及桥墩尺寸依次对于主梁竖向挠度、主梁水平位移和梁端转角是敏感性参数,主梁的加劲肋间距对主梁应力和跨中畸变是敏感性参数,主梁腹板厚度对梁端翘曲是敏感性参数。对于悬挂式单轨单肋式拱桥,其刚度要求相对应力要求更加控制拱桥设计,设计中宜采用合理的设计参数。

跨座式旅游观光单轨同侧曲线道岔设计

[目的]某景区的旅游轨道项目为单线线路,为了提高游客的输送效率,需在既有曲线线路中对称布置两组单开曲线道岔,因此需要设计一种同侧曲线道岔,以解决实际工程问题。[方法]首先对道岔设计需求进行了研究,确定了同侧曲线道岔的基本线形;考虑道岔动作时间、支承形式及景观设计要求等因素,比选各道岔类型;提出线形设计原则及要点,并对动能损失、未被平衡的离心加速度、未被平衡的离心加速度增量等道岔设计参数进行评估分析;考虑既有线路的线形和道岔的安装空间、安装方式等因素进行线形设计和方案设计,以满足道岔的性能指标要求和特殊设计需求;根据列车荷载等因素对道岔的主要构件进行有限元分析。[结果及结论]推荐的道岔类型为单回转替换梁型同侧曲线道岔,其具有结构简单可靠、技术经济性高等优点,能够满足道岔布置时的特殊需求。

预弯钢-混组合跨座式单轨轨道梁力学性能分析及截面优化

[目的]传统跨座式单轨轨道梁大多采用宽为850 mm的截面形式,针对我国三四线城市的城市轨道交通建设要求,相关企业提出了宽为1250 mm的跨座式单轨列车截面形式。为解决新型跨座式单轨列车的特殊需求,有必要对其轨道梁的力学性能和截面形式进行研究。[方法]采用数值模拟方法,建立了预弯钢-混组合轨道梁模型;基于传统轨道梁截面形式,提出宽为1250 mm的预弯钢-混组合跨座式单轨轨道梁初步截面形式;分析不同荷载组合情况下的截面力学性能,并以用钢量最省为目标,对初步截面形式进行截面参数优化。[结果及结论]随着钢箱梁顶板厚度增加、钢箱梁上翼缘最大正应力呈减小的趋势;随着钢箱梁底板厚度的增加,钢箱梁下翼缘最大正应力值呈减小的趋势;随着腹板厚度的增加,钢箱梁腹板最大剪应力值呈减小的趋势。在最不利荷载工况组合下,所提轨道梁初步截面形式的刚度与强度均满足规范容许限值;优化后的顶板厚度、腹板厚度、底板厚度分别为16 mm、20 mm、16 mm,钢材表面积可节省约29.89%。

跨座式单轨车桥时频分布特征与桥梁频率间接识别研究

基于多体动力学与小波时频分析理论建立跨座式单轨的车桥动力响应时频分析体系,并通过缩尺模型试验对该系统准确性进行验证,从而研究跨座式单轨车桥的时频谱分布特征与桥梁频率间接识别方法。研究表明:(1)建立的车桥数值模型具有较好的准确性,能够很好地模拟实际情况;(2)小波分析对桥梁横向、竖向低阶频率识别效果显著,尤其对横、竖向基频识别准确率很高;(3)低车速下横向频率辨识良好,高车速下竖向频率识别更显著,而不平顺主要影响竖向频率。研究结果表明,通过对车辆加速度进行低通滤波分析,可间接获取桥梁的基频信息,这些结果证明了多体动力学与小波时频分析的有效性,能够用于跨座式单轨车桥的动力响应分析;此外,对桥梁频率间接识别的研究,有助于工程实践中更好理解跨座式单轨车桥的性能和安全性。

基于小波理论的跨坐式单轨车辆振动源研究

轨道不平顺是跨坐式单轨车辆振动的主要激励源,开展跨坐式单轨车辆振动源研究对于车辆和轨道梁维护具有重要意义。文章基于SIMPACK多体动力学软件建立跨坐式单轨车辆动力学模型,对构架加速度时域信号和不平顺信号进行连续小波变换,以连续小波变换系数为指标进行时频分析,确定车辆振动和不平顺信号能量主要集中的频段;采用交叉小波变换和小波相干方法对多工况下的加速度时域信号进行小波相关性研究,以平均小波相干值评价轨道梁不平顺对车辆横向和垂向振动的贡献度。结果表明:导向面表面不平顺在0.5Hz、2Hz和14Hz处存在横向平均小波相干峰值,分别为0.93、0.71和0.66,垂向平均小波相干值在0.3附近波动;稳定面表面不平顺在6Hz处存在横向平均小波相干峰值(0.44),垂向平均小波相干值在0.3附近波动;走行面不平顺在6Hz处存在横向平均小波相干峰值0.53,垂向平均小波相干值稳定在0.98;轨道梁整体变形产生的不平顺在14Hz处存在横向平均小波相干峰值0.41,在2Hz处存在垂向平均小波相干峰值0.47。

一种树状仿生结构的动力电池液冷板

为了使新能源汽车的动力电池在工作时保持在最佳工作温度范围内,本文提出了一种新型的树状结构通道的冷板。通过对比入口通道的数量来分析不同树状结构通道的冷板对电池的散热能力,并选出热性能较好的树状结构与传统直通型冷板进行对比。结果显示在树状结构上,随着入口通道数的增加电池的高温区域减少,冷板的散热均匀性也得到提升,对比传统直通型冷板的热性能有巨大提升。该散热结构可为其他液冷结构提供一定参考。

电力单轨架空游览车试验线设计与实践

电力单轨架空游览车采用电力驱动,橡胶轮运行,具有选线灵活、造价低廉、建设周期短等特点。电力单轨架空游览车属中小运量系统,适用于景区旅游观光或小区域特色专用运输,主要为游客提供观光或娱乐服务。从电力单轨架空游览车试验线的功能需求入手,对试验线的线路设计、轨道结构、车辆、电气控制、安全装置等进行了重点阐述。

跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站抗震设计探讨

针对跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站结构抗震冗余度低,在高烈度地区应用较少,为更好地分析高架车站抗震受力全过程,以某跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站工程实例为背景,根据建筑规范和城市轨道交通规范要求设定合理的抗震性能目标,并研究构件抗震受力历时过程中的受力情况。采用大型有限元Midas作为主要计算软件,选取合理的地震波,进行多遇地震和设防地震有限元计算时采用弹性时程分析方法,且对振型分解反应谱法地震作用进行相应的放大,结果分析构件满足抗震性能目标要求。进行罕遇地震计算时,为更好地模拟工程实际情况,计算模型考虑桩土共同作用,采用结构-承台-桩基整体计算建模方法,进行弹塑性时程分析,关键构件采用截面纤维模型进行计算,能够反映关键构件在大震作用下进入破损阶段之后的行为,可以查看关键构件截面混凝土的开裂和压碎历史,钢材或钢筋的屈服和硬化过程。研究结果表明结构构件均满足抗震性能目标:(1)关键构件的钢材纤维受拉受压均未超过屈服强度,保持弹性工作状态,混凝土纤维受拉开裂,受压未达到屈服强度,同时延性系数D/D1小于1,均说明关键构件满足抗震性能为压弯、抗剪不屈服的目标;(2)桩基的钢筋纤维受拉、受压均未超过屈服强度,混凝土纤维受拉开裂,受压未达到屈服强度,满足抗震性能为压弯、抗剪不屈服的目标;(3)地震作用下,带有桩模型与无桩模型的基底剪力有一定差距,表现为带有桩基模型的地震剪力较大,设计时应考虑桩土共同作用。

新一代单轴跨座式单轨车辆的曲线通过性能

[目的]研究分析新型单轴跨座式单轨车辆在小半径非正线曲线轨道和正线曲线轨道上运行时的曲线通过性能。[方法]使用多刚体动力学软件建立动力学仿真分析模型。根据车辆结构特点,选择合适的评价指标。运用静力学与动力学相结合的方法求取最小曲线半径,通过动力学仿真,按不同工况计算单轨车辆轮胎的受力情况、走行轮侧偏角及倾覆系数等车辆动力学性能参数。得到车辆通过小半径非正线曲线段和不同曲线半径正线段时的受力情况。[结果及结论]新一代单轴单轨车辆在小半径非正线曲线线路和不同曲线半径的正线线路上均具有良好的曲线通过性。

跨坐式单轨交通区间乘客疏散救援仿真分析

[目的]跨坐式单轨交通制式独特,在高架线路上进行疏散救援时不同于常规的城市轨道交通疏散救援形式,因此有必要对该制式下区间乘客疏散救援方式与疏散效率等进行深入研究。[方法]建立跨坐式单轨交通区间乘客疏散救援仿真模型,研究典型的三种不同区间乘客疏散救援方式的影响因素,探究疏散效率较高的救援措施;针对横向及垂向疏散救援场景,提出达到最佳疏散效率的救援设施设置位置与数量的确定方法;提出了更加科学合理的跨坐式单轨交通区间乘客疏散救援建议。[结果及结论]疏散影响因素方面,疏散救援设备放置位置与数量影响横向救援时间;消防云梯倾斜角度影响垂向疏散救援时间;工作人员的引导作用对跨坐式单轨交通区间乘客疏散救援有积极作用。在疏散效率方面,横向、纵向及垂向疏散救援方式中应当优先考虑横向救援方式;横向及垂向疏散救援设备放置位置应尽量使每块横向救援渡板上的疏散人数相同;采用垂向疏散救援时,疏散效率随着消防云梯倾斜角度的增加先减少后增加。

缓和曲线参数对跨座式单轨车辆舒适性的影响探究

为研究缓和曲线主要参数对单轴式跨座式单轨车辆小半径曲线通过时的舒适性的影响,建立了单轴式单轨车辆动力学模型,以横向加速度和横向力系数为评价指标对不同线型和不同长度下的缓和曲线对舒适性的影响进行了分析。结果表明:小半径曲线下,半波正弦型缓和曲线可以比三次抛物线型缓和曲线的舒适性好,但两者的舒适性表现差异不大;且适当增加缓和曲线长度能够提高舒适性。

基于核密度估计的单轨车辆构架载荷谱外推

车辆构架疲劳寿命预测准确性受动载荷谱完整性的影响,但线路实测的载荷数据具有短时与局部特征,为了准确预测疲劳寿命需要将短期样本数据外推至全寿命周期范围,本文以单轨车辆转向架构架为分析案例。首先,采用基于自适应带宽的核密度估计方法对实测载荷谱进行概率密度估计,其次,通过蒙特卡洛模拟算法实现了载荷谱外推;最后,基于核密度外推后的载荷谱对构架进行疲劳寿命分析。分析结果表明,与传统线性外推的数据相比,基于核密度估计外推的载荷谱评估结果更加安全,更有利于保障车辆的安全运行。