轨道交通车辆轮轴固死故障预测模型研究

[目的]由于轮轴组装不当、检修时操作过激使轮轴出现凹凸面或作业时电腐蚀造成擦伤缺损等情况,均会加剧轨道交通车辆轮轴热轴、轮轴固死等异常故障的发生。如不及时处理,可能造成严重的行车事故。因此,有必要研究轨道交通车辆轮轴固死故障预测方法及预防措施。[方法]以南京地铁S7号线列车出现轮轴固死故障为例,通过对列车监测数据的分析和挖掘,探究其潜在的相关性和周期性,为列车故障诊断提供依据;基于牵引模式,结合实时牵引电流、各架轴速、参考速度等信号进行大数据分析,建立轮轴固死故障预测模型;对轴承卡滞、轴内阻力增大及轴系老化导致性能下降等原因引起的轮轴固死现象进行判断,辨识其健康状态,实现对轮轴内部可能出现的一些老化、卡滞现象进行故障预测。[结果及结论]建立了轨道交通车辆轮轴固死故障预测模型;对列车实际运行数据进行分析,验证了该预测模型的可行性。但由于轮轴固死的样本数据很少,后续还需采用历史值结合新增值的方法进行在线学习,来提高模型预测的准确性。

机车车轮踏面接触疲劳研究

传统CL60材质货运车轮已不能适用当前铁路货运重载的发展需求,铁道科学院适时开发了以硅、锰为强化元素的CL65、CL70重载车轮用钢,但新材质的应用也给车轮生产实现带来一定的难度。基于生产实际出发,分析了钢坯冶炼、轧制、热处理、加工等的难度,并在工艺上进行了优化,保证了产品质量。

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。

中间车轴自由横动量对A-1-A架悬动车的影响

针对A-1-A轴式架悬动车运用条件发生的变化，为了设置合理的中间车轴轴承的横向自由间隙（即中轴自由横动量），采用多刚体动力学软件SIMPACK建立了动车动力学模型，比较中轴自由横动量对动车非线性稳定性、直线运行横向性能、曲线通过性能和曲线外轮磨耗功的影响。研究表明：当动车运行线路以曲线半径200-300m的小半径曲线为主时，为了改善曲线通过性能和降低轮轨横向力，中轴自由横动量应在10～14mm;当动车运行线路以曲线半径500~800m的曲线为主时，为了均衡第1轮对和第2轮对的磨耗，中轴自由横动量应在6～8mm。

EN13749标准在机车轴箱体强度分析中的推演应用

针对已有轴箱试验标准未涵盖轴箱体强度校核与分析这一现状,通过比较各构架相关标准的适用范围、载荷类型和工况种类,揭示出EN 13749标准具有包含转向架类型丰富、外载考虑充分、载荷组合方式明确等特点,适于推演应用到轴箱体强度评定中。在标准推演过程中,充分考虑轴箱体与构架的承载方式、大小和种类的差异,合理地确定了轴箱体强度计算的载荷条件与工况组合。最后,以推演的EN 13749标准为指导,完成了对出口某国机车轴箱体的静强度与疲劳强度校核。

弹性阻尼耦合轮对曲线通过性能及轮轨磨耗分析

耦合轮对是一种有别于传统轮对和独立旋转车轮的新型轮轨导向系统,其动力学性能也与二者存在差异。本文建立弹性阻尼耦合轮对(EDCW)车辆的动力学模型,对其曲线通过性能及轮轨磨耗进行分析,并给出耦合度的最佳取值范围。结果表明:导向轮对轮轨作用力与磨耗随耦合度的增加而减小,跟随轮对轮轨作用力随耦合度的增加而增大。当选用恰当的耦合度时,弹性阻尼耦合轮对(EDCW)的应用能够有效减小轮轨作用力和磨耗的最大值,从而改善转向架的曲线通过性能。

基于轮对安装偏转角和轮径差的高速列车车轮磨耗研究

建立有初始安装偏转角和轮径差的轮对受力平衡方程,计算LM、LMA和S1002等3种踏面轮对处于平衡时的轮对冲角和横移量。以国产高速列车为例建立车辆动力学模型,基于FASTSIM算法和Braghin踏面磨耗模型分析初始安装偏转角和轮径差对车轮磨耗的影响。结果表明:初始安装偏转角对平衡后轮对冲角影响较大,轮径差主要影响轮对横移量;低的踏面等效锥度在制造误差存在时更容易形成大的轮对冲角和横移量;初始安装偏转角和轮径差会导致车轮出现严重的偏磨,且磨耗率随着偏转角和轮径差的增加而急剧增大;有安装偏转角和轮径差时,踏面等效锥度越大,车轮踏面磨耗率越小;运行速度对车轮磨耗的影响与初始安装偏转角和轮径差的大小有关。

基于ANSYS的轮轨接触疲劳分析

通过分析ANSYS求解断裂参数K因子的原理位移外推法,并比较ANSYS仿真计算与断裂力学的解析解结果,表明ANSYS计算K因子的精确度可以达到99.9%。对钢轨表面存在裂纹的轮轨接触疲劳问题进行研究,在不同裂纹角度下,获得不同位置的裂纹尖端应力强度因子。结果表明:随着裂纹角度的增加,应力强度因子KI增加而KII减小;在裂纹角度比较小时,裂纹以滑开型破坏为主,随着裂纹角度的增加,其破坏形式向张开型破坏转变;疲劳裂纹最危险的位置发生在接触斑边缘位置,在钢轨养护时,应选用固体润滑剂。

轮对轴箱定位偏心引起的轮对纵向振动问题分析

根据双拉杆式轮对轴箱定位系统的结构特点,分析产生轮对轴箱定位偏心的原因,并且由于轮对轴箱定位偏心而使轮对在滚动过程中产生纵向振动,轮对的纵向振动又会引起轮轨纵向蠕滑率的变化,进而引起轮轨纵向蠕滑力的变化,从而影响到机车对轮轨蠕滑力的调整和轮轨黏着的利用。从轮轨接触点位移量动态变化的微观角度分析轮对纵向振动与纵向蠕滑率/力振动之间的关系,并仿真研究轮对纵向振动对机车动力学性能及轮轨接触特性的影响。结果表明:当轮对发生较大纵向振动时,对机车的垂向平稳性影响较大,而对机车的横向平稳性影响很小;当轮对轴箱定位偏心量达到5mm时,机车的垂向平稳性超标;当一系纵向定位刚度为1.6MN·m-1时,轮对受到的激励频率与其纵向振动固有频率相近,引起轮对的纵向共振,进而使得机车纵向失稳;在轮对纵向振动的作用下,随着轮轨纵向蠕滑率的增大会引起轮轨纵向蠕滑力的增大,当轮轨纵向蠕滑力超过轮轨摩擦极限时,车轮将发生宏观滑动进而引起车轮空转。

和谐型电力机车走行部轴承故障数据分析及处置策略

文章通过梳理近年和谐型电力机车走行部轴承故障的典型案例,分析了轴承故障报警信息未得到有效处置的原因,并结合现场应用实际,根据轴承故障的发展规律提出了基于故障全周期的故障数据分析及处置策略。该处置策略应用效果良好,轴承预报警数量与平均重复报警次数明显降低。

服役转臂节点刚度对运营车辆动力学影响研究

运用SIMPACK软件建立CRH3型高速动车组模型,结合试验获得服役120万km转臂节点刚度变化范围,在考虑2种抗蛇行减振器、3种磨耗踏面与3种钢轨廓形匹配的实际运营工况下,仿真分析服役转臂节点刚度变化对车辆动力学性能的影响。结果表明:120万km服役转臂节点纵向刚度分布范围为90~150 MN/m,主要变化率在-10%~0%之间。在服役转臂节点刚度变化范围内,增大转臂节点纵向刚度可以降低车辆非线性临界速度及运行平稳性,并增大轮轨磨耗,其影响程度与轮轨匹配关系以及抗蛇行减振器种类关系紧密。为保证车辆运行稳定性及平稳性,建议避免使用60N(min-wear)钢轨,适当减小转臂节点刚度以及使用T60抗蛇行减振器。

高速轮对空心轴式转向架驱动制动单元系统分析

系统地分析了高速轮对双空心轴式动力车转向架驱动制动单元的组成、结构特点及悬挂方式，对转向架运行过程中单元的运动情况作了详细的计算分析，证明了这种新型驱动方式在实现牵引电机体悬的同时，能够满足高速动力车转向架运动关系的要求。

机车轮对加装扣环方案的有限元分析

利用ANSYS软件 ,对机车轮对进行了应力、变形的非线性分析 ,并对轮箍加装扣环前后其配合面内的接触应力分布进行比较 ;详细讨论了直线持续牵引工况中 ,轴重、牵引力、水平侧向力等对机车轮对应力分布的影响 ,模拟分析了在加载作用下 ,加装扣环前后轮对配合面的应力分布情况。通过分析计算 ,确定了机车轮对轮箍加装扣环方案对轮对的强度的影响。

基于概率包络的轮对轴承故障诊断方法

信号不确定性的正确表达是故障诊断的先决条件。然而,在实际情况中,轮对轴承的信号存在各种不确定性,采用传统方法处理这类不确定性,存在信息丢失问题。提出一种基于概率包络的轮对轴承故障诊断方法。对原始信号进行分布类型检验,针对不同分布特点使用不同方法进行概率包络建模。提取概率包络模型的几何形状作为故障特征,并将其输入支持向量机(SVM)训练获得故障诊断模型。以公共数据集及实测数据进行诊断测试,并对诊断结果进行比对验证。实验结果表明,该方法合理有效,提高了诊断精度和效率。

动车转向架构架齿轮箱吊座应变疲劳寿命研究

上海地铁1号线动车在使用几年后其转向架构架齿轮箱吊座就开始产生裂纹。根据裂纹萌生部位的线路实测应力,采用应变疲劳寿命分析方法对构架齿轮箱吊座进行了疲劳寿命计算。缺口疲劳系数是影响疲劳寿命的主要因素。

某机车牵引球铰寿命提升优化设计

从应用于干线和谐机车的牵引球铰在运营过程中的失效形式出发,结合其使用线路的实际运行工况,对老结构的牵引球铰功能失效情况进行详细分析,然后做出预压量、橡胶型面和自由面等多方面的结构改进与优化。经疲劳仿真分析计算,结果显示,新结构的橡胶自由面在预压缩和受载情况下表现良好,通过寿命仿真分析,牵引球铰的使用寿命提升了3倍。最终通过疲劳测试,进一步验证了优化结构牵引球铰使用寿命的提升,由2年提高至6年以上,满足了用户的运营要求。

几种典型机车用轴箱拉杆对比分析

主要对SS9型、SS7E型和HXD2型机车用轴箱拉杆以及其关键部件之一的橡胶关节等进行了介绍,通过对这3种轴箱拉杆的结构优缺点、刚度性能、橡胶关节的性能、疲劳可靠性等的对比分析,对主机厂今后进行该类产品的结构设计提出了具体的建议。

多物理量融合的轴承齿轮故障诊断方法研究

采取对机车走行部轴承齿轮的温度、振动和冲击等信息进行同步或准同步采集,运用多源信息融合技术和改进D-S证据理论,提出了一种多物理量信息融合的机车走行部轴承齿轮故障诊断方法。研究结果表明:该方法在诊断效果方面优于采用单物理量的诊断方法,提升了诊断的准确性,为进一步提高诊断自动化程度提供了有效手段。

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。

用于地铁列车的主动径向装置研究

[目的]地铁列车通过小半径曲线区段时会产生车轮磨耗及噪声。转向架轮对的主动径向技术作为一种理论上可以解决上述问题的有效措施,有必要对其进行深入研究。[方法]通过分析主动径向原理,确定了“径向导向”的控制目标。提出了一种用于转臂式轴箱定位转向架的可控橡胶节点装置及其控制系统,使之成为车辆的主动径向装置。阐述了该主动径向装置的主动径向导向原理,即:地铁列车运行时以信标的方式获取线路信息,径向控制器内存储有每条曲线的信息,结合列车运行速度可确定列车在曲线中位置,由此控制可控橡胶节点装置动作,进而实现轮对以径向姿态通过曲线。以列车的头车为研究对象,建立了A型地铁列车的动力学模型,对采用主动径向装置的地铁列车以60 km/h的速度通过400 m曲线半径时的通过性能进行了分析,并与传统转向架的通过性能进行对比。[结果及结论]相比于传统转向架导向轮对,主动径向转向架导向轮对的冲角和磨耗指数均大幅降低;同一转向架的两个轮对具有相近的横移量,在该位置下轮对可实现“纯滚动”;列车在小半径曲线上的通过性能有明显改善。