电气化铁路弓网系统摩擦磨损性能研究进展

针对电气化铁路弓网正常和异常状态的接触副,分析受电弓滑板磨耗周期内的摩擦磨损性能差异性,特别是受电弓滑板的磨耗率和磨耗型面的差异性,包括:发生异常磨损时受电弓滑板磨损率数倍甚至数十倍的增长差异,以及局部偏磨、波浪型磨耗和贯穿性凹坑等磨耗型面差异;着重归纳不同弓网系统载流摩擦磨损试验台的特点及异同,总结磨耗检测接触式测量方法与非接触式测量方法的优劣;分析弓网系统结构及参数、列车运行参数、弓网系统载流参数及外界环境等因素的影响,归纳总结弓网载流摩擦磨损特性的演变规律.在此基础上,综合分析弓网系统磨耗机理分析模型和数据拟合模型的研究现状和进展,并给出弓网系统载流摩擦磨损性能在后续研究中所需重点关注的研究方向和发展趋势,包括:弓网摩擦副的真实服役工况在实验室条件下的等效模拟;弓网磨耗性能的在线高精度检测;复杂气候条件及多物理场耦合作用下弓网磨耗性能的仿真和优化;结合大数据和智能算法的弓网磨耗预测,以及智能运维策略和全生命周期的能力保持技术等.

机车驾驶室垂向动力学建模与舒适性问题研究

为了研究机车在行驶过程中不同速度下的机车驾驶室座椅地板的振动情况,判断其不同速度下的舒适性,降低机车驾驶人员在振动环境中引起职业病的可能性。本文应用子结构法构建了机车多体动力学模型,计算了在不同行驶速度工况下的驾驶室座椅地板处的振动加速度,结合舒适性标准确定不同速度下驾驶室座椅舒适性情况;针对120 km/h行驶速度计算宽轨电力机车驾驶室座椅地板处的随机动态响应,明确其峰值最大值所在的频率范围。分析结果表明:随着速度的提高,宽轨电力机车的驾驶室座椅地板的垂向振动加速度明显增大,舒适性等级由1级变为3级,舒适性明显降低。在频率点16.489 Hz和18.815 Hz时振动位移和振动加速度会产生峰值。

基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法研究

动车组变压器是保障高速铁路稳定运行的核心设备,频率响应法是目前检测变压器绕组状态的有效方法。为提升车载变压器绕组状态诊断的准确性,结合暂态信号与频率响应法提出基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法。搭建试验车载变压器绕组故障模拟平台,获取不同故障类型和故障位置的频响曲线,利用类Gram矩阵结合幅频和相频曲线信息,再利用密度分层法转换为伪彩色图,提取对应的灰度共生矩阵和灰度差分矩阵特征值,根据鹈鹕优化支持向量机方法对绕组故障进行诊断。试验结果表明:车载变压器绕组故障发生时,伪彩色图能够反映出故障信息,有利于图像分析和特征提取,采用基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法能够识别车载变压器绕组的典型故障类型和位置。

轨道交通能量互馈式交流牵引传动综合测试系统的设计

针对轨道交通牵引传动系统性能测试与特性试验需求,设计一种列车交流牵引传动测试系统。系统由四象限整流器、DSP控制单元、牵引变流器、负载变流器、牵引电机与负载电机组成。牵引变流系统采用全新的“双变流器--交流电机负载反馈”方案,能量通过直流侧在牵引电机与负载电机之间互馈,避免试验过程中能量的大量消耗。系统可实现牵引变流器的牵引/制动工况性能测试,牵引电机性能测试、特性试验与功率测量,具有高智能化与自动化、安全可靠、测试准确度高、能量利用率高的优点。

大型永磁同步电机内外双循环强化散热性能模拟

针对高铁大型永磁同步牵引电机转子区域散热困难、内部温升分布不均匀的问题,在机壳水冷电机结构基础上的定子铁芯外表面处增设轴向矩形风道,并结合气隙、转子减重孔形成内外双循环散热结构,探究降低定子、绕组部位温升和提升电机内部散热均匀性的影响规律.首先通过Ansoft Maxwell平台仿真得到双循环散热结构在额定工况下各部件损耗值,同时为了更好模拟转子旋转带动气隙中的空气流动,对气隙进行分层处理,采用流-固耦合的有限元分析法模拟研究单、双循环散热结构下电机内部空气流动特性以及温升规律.结果表明,内循环风冷结构使电机内部空气流速显著提高,表面平均换热系数也显著提升,转子区域的热量会随着空气的流动更多地传给温度相对较低的定子区域及机壳,同时减少热量向转子部位传递,从而使转子和永磁体的温升降低.在此基础上,采用正交分析法对矩形通风孔的截面积、数量、高宽比进行结构参数优化,并采用温升分布均匀性系数对电机进行温升评价,得到最优方案下电机最高温升相比单循环散热结构降低12.1K,电机整体温升分布均匀性提升16.54%.

轻量化动车组车载牵引变压器的研制

车载牵引变压器是动车组单体最重的电气设备,其轻量化有助于动车组节能降耗与运输效率提升。现有车载牵引变压器均为油浸式,干式变压器是其轻量化的主要方案,但目前干式变压器采用的环氧树脂绝缘易开裂、散热无法满足要求。为此,以具有良好力学性能的硅橡胶为基体材料,首先通过温升分析研究绝缘材料热导率需求,然后制备样品开展实验,以电学性能和力学性能为约束条件研究绝缘材料导热性能改进方法,进而研究车载牵引变压器轻量化设计方法,最后依据研制的绝缘材料与轻量化设计方法,设计并研制了一台容量为250 kVA的小型轻量化车载牵引变压器样机。结果表明:制备的高导热硅橡胶复合绝缘材料性能满足干式车载变压器对绝缘和力学性能的要求;研制的小型变压器样机质量为780 kg,相比同容量油浸式车载牵引变压器质量减少了46.2%,经试验测试得在额定条件下样机的热点温度值为167.68℃,满足车载牵引变压器运行需求。

干式车载牵引变压器绕组区域动态温度计算模型

干式车载牵引变压器质量轻、安全系数高,但其内部热场随运行环境及负荷状态频繁波动。为实现干式车载牵引变压器绕组动态温度的快速计算,基于热电类比原理搭建分布式动态热网络拓扑结构,并借助CFD模型开展仿真试验,探究运行参数和风道尺寸对散热性能的影响,提出风道出口温度计算方法;基于干式车载牵引变压器绕组温升试验平台,验证动态温度计算模型的有效性。结果表明:针对不同结构参数和时变运行场景,所建绕组动态温度计算模型均能准确获取绕组区域温度分布及动态变化情况,相比CFD数值仿真节省99%以上的时间成本,有助于干式车载牵引变压器热容量的合理规划和设计效率的进一步提高。

基于两阶段随机维纳过程的机车车轮剩余寿命预测

为探究机车车轮退化过程中呈现的两阶段特征问题,提出一种基于两阶段维纳过程的车轮剩余寿命预测方法。利用两阶段维纳过程模型建立车轮轮缘退化模型,通过随机化漂移系数表征车轮退化过程中存在的个体差异;利用期望最大化(expectation maximum,EM)算法及贝叶斯理论实现了退化模型参数的离线估计与在线更新;通过Schwarz信息准则(Schwarz information criterion,SIC)判断并找到车轮退化过程中存在的变点;最后通过某机车车轮实测轮缘退化数据进行了实例验证。结果表明:与单阶段退化模型相比,考虑存在变点的两阶段退化模型更符合现场实际且在车轮80%寿命分位点处预测精度提升了9.42%。剩余寿命预测结果可以为车轮镟修周期的优化提供一定的理论依据。

高速列车受电弓舱气动外形多目标优化设计

为提高高速列车运行过程中的气动性能,降低运行成本,针对受电弓舱气动结构外形,利用计算流体力学原理对矩形、椭圆形、胶囊形和六边形4种内置式受电弓舱结构进行数值模拟计算,计算得到矩形内置式受电弓舱结构能够最大程度改善受电弓气动阻力与气动升力性能。在此基础上,以矩形内置式受电弓舱主要结构参数为优化设计变量,受电弓气动阻力和气动升力为优化目标,选取最优拉丁超立方设计的试验设计方法建立响应面近似模型,采用第二代非劣排序的遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ),对矩形内置式受电弓舱气动结构外形进行多目标优化设计。结果表明:完成320次优化迭代计算后得到一系列Pareto优化结果,优化后的模型可使受电弓气动阻力最多降低5.9%,受电弓气动升力最多降低2.5%,与原始模型相比,受电弓舱倾角增大,其余设计变量变化不大;高速列车运行时,受电弓舱倾角越大越有利于改善受电弓部位气动阻力和升力性能。

基于Halbach阵列的永磁悬浮车辆悬浮系统磁力特性研究

提出对Halbach阵列永磁体进行尺寸参数优化,研究不同参数对永磁悬浮系统横向刚度问题的影响。以斥力型跨座式永磁悬浮车辆的悬浮永磁体模块为例,运用正弦法对悬浮永磁体的Halbach阵列磁场进行解析,利用Maxwell方法推导出永磁体的横向力和悬浮力随横向位移变化的公式,确定要优化的三个尺寸参数分别为:永磁体厚度、永磁体宽度和相邻两块永磁体的磁化角度差。利用软件COMSOL建立磁力模型,分析永磁悬浮模型在发生横向位移时,不同尺寸参数对模型产生的横向力和横向刚度的影响。仿真分析表明:增大永磁体的厚度会增大永磁悬浮系统的最大横向力和横向刚度;永磁体宽度的改变在一定范围内对永磁悬浮系统的横向刚度影响较小;减小相邻两块永磁体的磁化角度差,会在减小最大横向力的同时减小横向刚度,角度从90°减小到45°,横向刚度减小了58.4%。所得结论对永磁悬浮式磁浮车辆悬浮永磁体的设计和选择提供了一定参考。

一种新型受电弓接线头的加工工艺及温挤压模具设计

介绍城轨车辆中的一种新型受电弓接线头,分析其结构特点和技术要求,提出一种新的加工工艺及关键的温挤压模具设计方案。实际应用表明,该设计方案可保证零件的成形质量及生产使用要求,对类似零件的模具设计与制造具有一定的参考作用。

基于某特殊铁路标准的电力机车耐撞性设计方法

为了保证电力机车被动安全的普遍适用性,基于某特殊铁路标准,以某型电力机车车体为研究对象,开展了电力机车耐撞性设计方法研究。首先,在分析研究相关机车耐撞性标准的基础上,确定了符合特殊标准的碰撞工况;然后,开展了基于碰撞能量管理的电力机车车钩缓冲装置能量配置研究;最后,在建立电力机车碰撞动力学与有限元模型的基础上,对比分析了典型工况下基于碰撞能量管理设计前后机车的耐撞性指标。结果表明:碰撞后的车体自身平均加速度、车厢纵向永久变形量和门窗对角永久变形量等各项耐碰撞性能指标均能满足相关要求,验证了机车碰撞能量管理设计的合理性与有效性,提升了该型机车的耐撞性能。

电力机车无火回送速度检测系统设计

为了解决电力机车在无火回送过程中的应急供电问题,需利用无火回送进行电能再生。要实现无火回送的电能再生就需要对电机的转速进行精确的测量。本文设计了一种能够对车载电机转速精确检测的速度检测系统,分析了速度检测系统的整体结构、工作原理、硬件电路和软件测速方法。实验结果证明,设计的电力机车无火回送速度检测系统,能够适应不同型号的速度编码器,并能精确检测电机的实时转速。

电力机车走行风相变散热器风洞试验研究

文章基于电力机车走行风相变散热器的结构模型,建立了其等效热阻网络,分析其传热特性,推导了风速影响下散热量的修正系数关系式;通过风洞试验,研究了散热器在不同风速、不同水流量下散热量和热阻的变化特性,以及散热器在不同风速下的热启动性能及阻力特性。结果表明:散热器散热量随风速及水流量的增大而不断增大,而散热器热阻则刚好相反;散热器静态启动时间和散热启动时间均小于4 min;单个散热器产生阻力仅为机车牵引力的0.17‰,对整车阻力影响很小。

考虑杆件尺寸相关性的受电弓运动可靠性分析

为分析杆件尺寸参数的关联特性对机构运动可靠性的影响规律,提出一种基于Cholesky法则的机构运动可靠性分析方法。首先,根据机构运动学原理构建机构运动学方程;其次,结合有效长度理论,建立考虑运动副间隙的杆件有效长度模型,在此基础上,引入Archard磨损模型量化运动周期对杆件有效长度的影响,通过蒙特卡罗法获取不同运动周期下的杆件尺寸样本数据并计算样本相关系数,进而利用Cholesky法则完成不同运动周期下的杆件样本数据重构,并结合可靠性理论对机构运动可靠性进行评估;最后,以受电弓机构为例,验证了所提方法的有效性。计算分析结果表明:杆件样本数据关联性由于运动副间隙的存在而增强,并随运动副间隙的增加愈加显著;与传统分析方法相比,基于Cholesky法则的机构运动可靠性指标存在一定程度降幅,能够为实际机构可靠性评估提供更为安全的参考价值。

HXD1型交流电力机车高速电磁阀故障原因分析及改进措施

由于制动系统中的高速电磁阀故障,给重载列车的运行安全带来严重安全隐患。该文对HXD1型交流电力机车高速电磁阀故障的原因进行分析,并有针对性地从提高高速电磁阀润滑油脂的性能、高速电磁阀增加过滤网、调整PWM控制周期、新型的截止式高速电磁阀的使用等方面提出改进及应急处置措施,大大减少高速电磁阀故障带来的安全隐患,通过现场验证,效果显著,有效确保万吨、两万吨重载列车的运行安全。

基于阶跃激励响应的牵引电机定子早期匝间短路故障诊断方法

为了实现对牵引电机定子绕组匝间短路早期故障的可靠诊断,文章提出了一种基于阶跃激励稳态响应电流的故障诊断方法。首先根据牵引电机三相定子绕组匝间短路模型,对定子绕组任意两相施加阶跃激励,推导出3种情况下的响应电流表达式,并依据响应电流稳态值的变化特征提出新的故障特征分量;然后,搭建故障电机仿真模型,分析短路电阻和短路故障严重程度对响应电流的影响,研究故障特征分量对早期匝间短路故障诊断的有效性与可靠性;最后搭建试验平台,分析当电机固有不对称时,匝间短路故障对故障特征分量的影响。仿真与试验结果表明,该故障特征分量可以表示早期的匝间短路故障及其严重程度,并且能滤除电机固有不对称的影响。基于阶跃激励稳态响应电流的诊断方法操作便捷,结果可靠性高,对保护牵引系统的安全具有极大意义,且具备极大的工程应用价值。

基于放电过程的机车牵引变流器电容故障预警方法及应用

直流侧支撑电容是牵引变流器的关键部件之一,等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)的大小是判断支撑电容是否失效的重要标准。本文提出一种基于中间回路放电过程的电容ESR辨识方法,通过获取支撑电容的电压电流信号实现ESR辨识,采用K-means算法进行工况划分,自适应获取放电过程的工况数据范围。采用支持向量回归进行ESR辨识,现场电容预警准确率可达91%,验证了该辨识方法的有效性,能够有效实现电容的故障预警。

HXD2型电力机车重载适应性提升研究

研究并提出了HXD2型电力机车在钩缓装置、机车悬挂装置及两者之间参数匹配性等方面的重载适应性提升方案,并通过数值仿真、压钩试验、双机牵引万吨列车试验验证了该方案的有效性和机车的重载适应性。研究表明:102型钩缓装置具有更好的重载适应性,该技术提升方案能够使机车运行安全性和压钩稳定性显著提高。

有轨电车轨道-路基全装配式建造工艺研究

以嘉兴有轨电车工程为例,介绍了有轨电车路基-轨道全装配式结构的设计要点,总结了轨道-路基全装配式结构的建造工艺、质量控制要求及应用效果,可为有轨电车路基-轨道装配式结构的标准化设计、规范化建造提供有力技术支撑,且对其应用推广有借鉴意义。