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。

C_(80EF)型通用敞车转向架基础制动装置孔位调整技术研究

文中简要介绍了C_(80EF)型通用敞车基础制动装置的结构。结合C_(80EF)型通用敞车基础制动装置运用检修实际,从转向架基础制动装置、ST2-250型闸瓦间隙调整器(简称“闸调器”,下同)关键参数等方面对轮瓦磨耗量的影响进行了详细分析,并得出了轮瓦磨耗量与支点、下拉杆及闸调器参数间的关系。根据C_(80EF)型通用敞车车轮磨耗调研数据,制定出适合该车型的转向架基础制动装置孔位调整规则,并适当验证了其分析的正确性。

一系钢簧断裂原因分析与高频激励试验研究

为分析某型号动车组一系钢簧断裂的原因,对装配有该钢簧的转向架进行高频激振试验,结合有限元仿真计算,确定钢簧具有72 Hz的固有频率。绘制钢簧频响特性曲线发现,72 Hz频率下的应力幅值约是其余频率激励下的30倍。计算线路枕跨冲击频率,分析得出该型号动车组钢簧发生断裂原因是列车以155 km/h时速运行时会受到来自轨枕的71.7 Hz的冲击,此频率与钢簧扭转模态频率接近,钢簧发生共振,长此以往导致钢簧断裂。

列车万向轴故障电机端识别方法研究

动车组万向轴传动结构是转向架动力传输系统的动力传递装置,万向轴的动不平衡是高速列车运行品质和运行安全的关键。针对该问题提出了一种万向轴电机端动不平衡振动监测方法,首先通过长期的线路跟踪实验探索预警参数,进而建立时、频域振动预警模型;同时结合有限元仿真分析,模拟故障万向轴与正常万向轴之间的振动特征量关系,并结合大量实车数据统计分析得到故障万向轴的振动特征量;最后将得到的振动特征量用于设置万向轴故障阈值,建立万向轴故障判别标准,提出万向轴故障在线识别方法。利用实车故障万向轴的振动数据对提出的故障判别标准和识别方法进行验证。结果表明,基于实车数据统计定量分析和仿真定性分析得到的万向轴故障判别标准能准确地识别故障万向轴,其判别阈值合理,识别方法有效,具有一定的工程应用价值。

转向架曲线轨道运行的蛇行模式和分岔特征

以曲线轨道运行的两轴转向架为研究对象,通过二维参数-变量分岔图,探讨其在非线性轮缘力作用下的蛇行模式和分岔特征。对比分析转向架系统在新轮期和磨耗期两种情况下的动力学特性,分析由磨耗引起的车轮踏面轮廓变化对转向架系统蛇行特性的影响。揭示蛇行模式和分岔特征与车轮踏面等效锥度的关联关系。确定参数敏感度及合理匹配范围,为铁路车辆悬挂参数的综合设计和最优组合提供理论依据。研究结果表明:导轮和后轮与轨道的冲击均始于轮缘与外轨的冲击,无论是新轮期还是磨耗期,后轮与内轨和外轨的冲击均滞后于导轮,且导轮对轨道的冲击强度大于后轮,磨耗期,这种现象更为显著。车轮踏面轮廓变化对周期1蛇行模式的失稳速度产生的影响较大,其失稳速度主要由周期倍化分岔和Neimark-Sacker分岔引起。

基于柔性车体的地铁车辆垂向耦合振动规律研究

[目的]由于列车运行速度的提高和轻量化设计,使轮轨之间的动态作用力增大,从而使车辆中各部件之间振动加剧,严重影响着动力学性能,故需研究转向架与柔性车体之间的垂向耦合振动的规律。[方法]以某型号地铁车辆为研究对象,建立其包含柔性车体的刚柔耦合模型,通过相关测点的平稳性指数来研究车体结构模态与转向架悬挂模态之间垂向振动耦合关系。[结果及结论]结果表明,仅考虑车体一阶垂弯模态,当转向架的浮沉、点头频率与车体垂向一阶弯曲频率相近时,会引发柔性车体与转向架耦合共振现象,其中中部测点所受影响最大。仅考虑车体菱形变形模态和一阶扭转模态时,不会出现转向架与柔性车体耦合共振现象,但二者会受到轨道激扰共振效应现象的影响。考虑车体组合结构模态时,车体中部测点受一阶垂弯振型的影响最大,会发生柔性车体与转向架耦合共振现象;而转向架上方的车体测点则容易受到车体一阶扭转模态的影响,在部分速度级别下会发生模态共振效应。

基于实测谱的转向架支架随机振动仿真分析及结构改进

[目的]对某一安装在城市轨道交通车辆转向架构架端部的天线支架结构,在随机振动激励下的疲劳损伤情况进行研究,以期提出改进措施。[方法]利用有限元分析软件对天线支架系统进行有限元建模,对结构进行模态分析,在此基础上用线路实测的ASD(振动加速度谱密度)代替标准谱作为载荷激励;在疲劳分析软件nCode中对天线支架进行随机振动仿真,获取支架的疲劳损伤结果;针对支架疲劳薄弱部位提出改进措施,并验证改进措施的有效性。[结果及结论]通过仿真发现:此结构的疲劳薄弱部位在支架两侧筋板的根部,最大总损伤为15.58,其不能满足运用要求。改进措施为:将支架两侧筋板根部进行局部加厚,并在侧面增加支撑筋。采取上述措施后,支架的疲劳损伤值显著降低,最大总损伤为0.02,其可满足运用要求,从而验证了改进方案的有效性。

基于频域特征的城市轨道交通车辆转向架疲劳分析

[目的]转向架作为承载车体的关键结构,其异常振动对轨道交通列车的服役性能有直接影响,因此需对车辆转向架疲劳进行深入研究。[方法]针对某城市轨道交通列车出现的转向架异常振动现象,通过开展正线载客跟踪试验,对测试车辆关键区域的动应力进行了分析,结合转向架构架的弹性模态,对不同轨道型式下构架振动和轮轨激励主频进行了对比研究。[结果及结论]该列车的动车转向架构架在车轮镟修前有17个测点的等效应力σ_(aeq)超出70 MPa的限值,而在车轮镟修后则只有1个测点的σ_(aeq)超限,因此车轮的不圆度对构架动应力的影响较大。车轮镟修前后构架的动应力信号在低频区段的主频均为59 Hz,车轮镟修后该主频能量依旧存在,说明其与列车运行速度和车轮不圆度的相关性较小;动应力信号在高频区段的主频在700 Hz以上,考虑到高频σ_(aeq)主要在25 MPa以内,因此对转向架构架损伤的贡献非常小。该型转向架构架存在频率约为59 Hz的电机与侧梁反向点头的弹性模态,与车辆动应力测点在长轨枕整体道床+ZX-2扣件、短轨枕整体道床+ZX-2扣件,以及浮置板道床(高档钢材)+ZX-2扣件等三种轨道型式上的动应力信号主频一致,而在其他轨道型式上不存在该主频,说明在部分轨道型式上构架弹性模态被激发,造成疲劳损伤值超标。该条线路车辆轴箱的垂向振动主频分别为60.5 Hz和37.0 Hz,其中60.5 Hz主要由车辆与轨道的耦合作用产生,而37.0 Hz与减振扣件存在一定相关性,故轨道道床和扣件型式的组合对轮轨振动产生有较大影响。

轨道交通车辆转向架主动径向控制器

[目的]轨道交通车辆传统转向架的定位刚度较大,在通过中小半径曲线时,轮轨间存在明显的横向力,导致轮轨磨耗较大,运营效率不高。为了提高轨道交通车辆的运行稳定性和曲线通过性能,提出一种转向架主动径向系统。[方法]介绍了主动径向系统及其控制原理;介绍了径向控制器的软件和硬件设计流程;建立车辆动力学模型,结合系统其他部件,通过半实物仿真试验和环行线路试验对径向控制器的功能及性能进行验证。[结果及结论]无论采用引导型主动检测模式还是精确型信标检测模式,径向控制器均能有效探测到曲线段,使转向架轮对趋于径向位置通过曲线段,且符合实际的线路信息。列车在进出曲线时,径向控制器能够驱动径向作动器即刻或提前完成动作,有效改善迟滞时间。仿真试验和环行线路试验结果表明,安装有主动径向系统转向架的列车在通过曲线段时,其轮轨横向力的变化趋势一致,均明显小于传统车辆被动式曲线通过状态下的参数指标,其中导向轮对的表现尤为突出。所提主动径向控制器能够提高列车的曲线段通过性能,降低轮轨磨耗。

动车组转向架焊接构架疲劳强度设计标准研究

对比分析了EN 13749、JIS E 4207、TB/T 3548和TB/T 3549.1标准对动车组转向架构架强度设计载荷的规定。分析了ERRI B 12/RP 17报告、JIS E 4207标准和DVS 1612标准提出的结构疲劳强度分析方法。在不同框架下分析了CR400BF动车组动力转向架的疲劳强度。分析结果表明:在EN/ERRI和JIS框架下进行分析,所获得的结构疲劳强度薄弱区域一致。所考察区域的应力均值由垂向载荷决定,在不同框架下获得的节点应力均值差异较小。JIS方法基于动载荷作用下的绝对值最大主应力计算循环应力幅,获得的循环应力幅显著大于基于ERRI方法获得的结果。在JIS框架下进行分析,节点材料利用率数值较大,分析结果偏于保守。

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。

快速客运机车踏面磨耗状态下的悬挂参数多目标优化

针对快速客运机车在磨耗轮状态下的动力学性能退化问题,开展了机车转向架悬挂参数多目标优化,以提升机车的动力学性能。首先,建立了快速客运机车动力学仿真模型并验证了准确性;然后通过相关性分析选取关键悬挂参数,并建立与动力学性能指标之间的代理模型;最后基于代理模型采用遗传算法对悬挂参数进行动力学多目标优化。优化结果表明:选取合适的悬挂参数可提升磨耗轮状态下的机车运行安全性、稳定性及平稳性,转向架二次蛇行稳定性得到了较好的提升,其中脱轨系数及轮重减载率降低20%以上,轮轴横向力及构架横向加速度降低30%以上。

膜式空气弹簧变活塞型线对静刚度特性的影响

现代汽车悬架技术的快速发展,要求汽车在操纵稳定性、行驶平顺性等方面进一步提高性能。高度和刚度可调、吸振能力较佳和使用寿命较长的空气弹簧在中高端乘用车上得到使用。活塞型线对空气弹簧的刚度特性影响较大,不同的活塞型线会直接影响空气弹簧的有效作用直径。文章以乘用车膜式空气弹簧为研究对象,设计了四种不同的活塞型线(L型、S型、O型、反O型),基于有限元分析软件ABAQUS研究分析了不同初始内压下活塞型线对空气弹簧刚度特性的影响。结果表明,O型活塞空气弹簧的承载能力最强,反O型与O型活塞成对称结构,其承载能力最弱,随着初始内压的增大,其承载能力的差距会愈发明显,S型活塞空气弹簧的承载能力介于O型与反O型活塞之间,并表现出理想的反S特性。

城轨车辆转向架智能组装生产线设计

目前转向架生产已呈现出批量化、智能化、信息化的需求,传统的城轨车辆转向架生产组装模式已难以满足。因此,针对传统组装模式存在的布局混乱、依赖人工、存在工位瓶颈、设备落后、自动化智能化水平低、信息管控缺失等不足,文章以“精益化”、“智能化”、“信息化”为设计原则,介绍了城轨车辆转向架智能组装生产线的设计理念、工艺流程、作业节拍、方案布局、智能化设备以及信息化管控;从而提升组装质量及作业效率,实现城轨车辆转向架组装作业的智能化升级。

转向架端部设备安装优化设计

全自动无人驾驶列车已经成为各城市轨道交通发展的趋势,为了保证车辆的安全运行,需在列车走行部安装各种安全设备,比如被动障碍物检测装置、脱轨检测装置,目前所有设备在以往项目中均是单独使用,随着对车辆功能多样化要求的提高,对安装设备需求的增加,单一设备无法满足各种功能,需在转向架同一个部位安装多个设备,但是目前无法同时应用,造成功能缺失。文章提出了2种及以上端部设备的优化安装方案,随着在项目中的使用验证,为转向架功能多样化的设计、安装提供支持。

地铁基础制动用软管的可靠性设计与分析

地铁车辆基础制动主要采用压缩空气和空压机作为风源吊挂在车体底架上,空气在由制动风缸传输至制动单元时需经过多段管路,包含硬管、接头及软管。软管具备弯曲变形的能力,可适应车体与转向架间的三相位移和转角,故在车体与转向架间的一段连接多采用软管型式。地铁车辆基础制动用软管多为扣压连接型,即胶管与两端管接头进行扣压,由于接头螺纹连接采用管螺纹,扣压效果不好、螺纹连接松脱均会造成空气泄漏,进一步使得制动压力不足或者制动系统故障,影响列车运营。文章从制动软管的加工过程、软管连接型式进行可靠性设计分析,对软管进行优化改进,制定软管扣压连接的过程参数,进行试验验证,对软管安装进行防松设计,分析预期使用效果。改进后增加了软管的使用寿命及免维护周期,更大限度地降低了行车安全风险。

地铁车轮踏面对轮缘异常磨耗的影响与分析

针对上海地铁车辆车轮轮缘异常磨耗的问题,以3、4号线列车为例,进行了车轮踏面换型跟踪试验,研究了在不同车轮踏面下,车轮各参数值的磨耗情况。试验结果表明:在LM踏面下的轮缘厚度磨耗值明显小于DIN5573踏面,LM踏面能进一步降低轮缘磨耗。但由于LM踏面接触应力高于DIN5573踏面,因此4号线LM踏面出现了微裂纹情况,但微裂纹深度较浅,未形成踏面剥离,不会影响运营安全以及后期的镟修工作。此研究对列车减少轮缘磨耗以及后期车轮镟修工作具有参考价值。

某出口100 t铁路起重机转向架的研制

文章介绍了某出口100 t铁路起重机转向架的研制目标、主要研究内容、主要技术参数、转向架主要结构、仿真计算及试验情况。该转向架主要用于铁路机车车辆脱线事故的救援工作,特别适用于电气接触网下、隧道和桥梁上的铁路事故救援工作。同时兼有轨道维护、大吨位构件的安装和重型货物的装卸用途。该转向架试验结果表明,转向架的构架静强度符合GB/T 3811—2008《起重机设计规范》要求,所测应力均小于相应工况下的许用应力。4轴转向架存在曲线通过困难、轮轨横向力大等问题,通过合理的结构设计,使转向架具备半径70 m的曲线通过能力,曲线通过试验中未发现转向架零部件间发生干涉现象。装配该转向架的100 t伸缩臂式铁路起重机已运行近六年,车辆运用状态良好,闸瓦磨耗均匀,未出现任何不良现象,深受用户好评。

地铁构架V形对接焊缝探伤合格率的提升

本文主要介绍了地铁构架超声波探伤焊缝质量控制的工艺改善方法,从组装、焊接、探伤方法等方面对焊接缺陷的显示原因进行了对比分析,通过探伤数据统计、理论计算分析及实物检测试验,确定影响地铁构架V形对接焊缝探伤合格率的两个主要原因,并提出了相应的焊接及探伤工艺改善方法,包括设计制作专用调平工装控制错边和优化焊缝探伤工艺方法,有效解决了地铁构架对接焊缝超声波探伤缺陷异常问题,提升了一次探伤合格率,减少因焊接缺陷反复焊修造成的人员占用及耗材浪费,提高了产品质量和生产效率。

一种变轨距转向架的方案设计

针对600mm/1067mm轨距变换的变轨距转向架技术市场需求,分析了国内外的变轨距转向架技术进展,对设计的变轨距转向架技术方案进行了系统性的介绍,包括滑移构架滑移变轨技术、独立旋转车轮技术、紧凑一系悬挂技术、电机直驱车轮随动技术等核心技术,填补了我国变轨距转向架的技术空白,为系统性掌握变轨距转向架核心技术奠定了坚实的基础。