基于深度学习的动车组制动盘闸片视觉定位检测

[目的]随着轨道交通行业的不断发展,其运营规模和安全保障要求不断提高。为了解决动车组制动盘闸片人工检测效率低下、漏检、误检等问题,有必要研究动车组制动盘闸片视觉定位检测方法。[方法]提出一种基于深度学习的动车组制动盘闸片视觉定位检测方法;针对实际场景中图像特征不明显的问题,以Faster R-CNN(快速区域卷积神经网络)算法为基础,引入边缘检测分支,同时在损失函数中添加目标边缘损失函数,合并附加辅助网络的边缘信息。采用双线性插值法计算特征像素值,保留更多动车组制动盘闸片特征信息。[结果及结论]所提改进的Faster R-CNN模型能够在边缘处进行细节处理,加快网络的收敛速度,学习更多动车组制动盘闸片的边缘特征。通过双线性插值法减小了ROI(检测候选框区域)池量化过程中目标特征的错位误差。所提闸片检测方法的平均精度为98.42%,FPS(每秒帧数)为27.77%。

列车刹车闸片冶金材料成分配比优化研究

为了促进我国列车刹车闸片粉末冶金材料的发展,研究分析了不同增强组元对粉末冶金材料制备的摩擦材料性能影响。研究分析的2种增强组元分别是羰基铁粉和磷铁粉,粉末冶金材料的基体为超细铜粉,润滑组元为镀铜石墨,摩擦组元为铬铁粉。结果显示,时速低于275 km/h时,磷铁粉材料的摩擦系数更高,时速高于275 km/h时,羰基铁粉的摩擦系数更高,时速为350 km/h时,羰基铁粉材料磨损量为0.625 mg/kJ,磷铁粉材料磨损量为1.634 mg/kJ,研究还探讨了磷铁粉及羰基铁粉对列车刹车材料摩擦性能的影响,对我国粉末冶金材料、制备列车刹车闸片的发展具有指导意义。

磁浮列车闸片偏磨现象及其优化分析

随着时代的发展,城市轨道交通列车成为人们在日常生活中出行首选的交通工具,磁浮列车具有安全可靠、爬坡能力强、线路适应性强、无脱轨风险、震动小、建设投资少,维保成本低等优点,在城市交通中应用广泛。因此,列车的安全运行成为人们重点关注的问题。基于此,文章介绍了某磁浮列车发生闸片偏磨的现象,进而对闸片的偏磨原因进行分析,提出了相应的改进优化方案,对传力杆和闸片托进行优化,经过该列车的考核验证,此优化方案减少了闸片的偏磨量,有效改善闸片的偏磨现象。

250 km/h动车组用闸片制动摩擦及噪声特性

利用1∶1台架试验探究了250 km/h城际动车组闸片-盘紧急制动过程中的摩擦及噪声特性。结果表明当速度为50~250 km/h时,摩擦系数受制动速度增长影响较小,而制动压力的增加仅在250 km/h时诱导摩擦系数下降,表明该型闸片具有优异的摩擦系数稳定性。对于噪声特征,5000 Hz以下的噪声占主导地位,而更高频噪声只出现在某些特定的频率段。制动速度的增加会增加制动初期的噪声强度和频率范围,而压力提高则带来相反的抑制作用。高制动压力会促使制动后期高频啸叫的产生。因此,在制动时采用先高压力后低压力的变压力制动方式可能是降低高频制动噪声的方法。

国内粉末冶金闸片的发展现状与展望

粉末冶金闸片广泛应用于高铁、动车组列车、地铁等城市轨道交通中,是保证车辆安全行驶的核心零件。从学术、专利、产业化三个方向对粉末冶金闸片的国内研究现状进行了分析。在学术方面,系统分析了摩擦材料、摩擦性能、检修工艺的研究进展;在专利方面,对闸片的加工制造和结构展开了具体分析;在产业化方面,总结并分析了国内主要粉末冶金闸片生产公司的发展。从以上三个方面概述了国内在粉末冶金闸片领域的进展情况及目前所存在的问题,并针对相关问题提出可行的解决方法。最后,针对目前的研究现状,从新型闸片研究、极端条件产品开发、促进专利开发及产业化发展等方面对粉末冶金闸片的发展前景进行了展望。

铜基粉末冶金闸片的抗热震性能研究

铜基粉末冶金闸片具有高导热性、优异的摩擦学性能和高适应性,被广泛用于高速列车闸片。本文对粉末冶金闸片进行抗热震试验,模拟闸片在制动过程中的温度变化,并对闸片尺寸、粘接强度及显微组织进行测试分析,以验证铜基粉末冶金闸片的可靠性。结果表明:在宏观角度上(毫米级),经过热震循环后,闸片表面未发现明显裂纹;闸片的整体尺寸均有所增加,在低温循环阶段,尺寸增长较慢,高温循环后,急剧增加;在微观角度上(微米级),闸片背板和钎料层结合较好,界面较平直,与摩擦块无明显界面;经热震循环后,摩擦块内部组织变得疏松,与钎料层的结合程度下降。

基于深度学习的动车轨外闸片磨耗测量算法研究

动车的行车安全是铁路运输行业的生命基线,转向架区域的闸片厚度与列车的安全行驶息息相关。轨外闸片的自动化测量能够大大提高列车的自动化检修水平和效率。基于此,提出一种基于深度学习的动车轨外闸片磨耗测量算法,采用深度学习中的YOLOv5目标检测算法,以交叉注意力网络(Criss-Cross Attention Network,CCNet)的分割模型为载体,实现对动车轨外闸片剩余厚度的自动分析测量。与人工测量相比,所提出的算法的平均绝对误差达到1.123mm,能够实现动车的闸片自动测量,减轻动车所人工检修的压力,保障列车安全行驶。

摩擦制动条件对列车制动闸片材料摩擦性能的影响

采用粉末冶金技术制备铜基陶瓷强化材料,通过定速摩擦实验机和1:1制动实验台测试了材料在多种摩擦条件下摩擦磨损性能的变化。结果表明:摩擦条件对摩擦磨损性能有明显影响,摩擦顺序、摩擦速度、摩擦压力的不同,造成摩擦表面温度不同;温度增高有利于形成连续致密的表面第三体,这种高温第三体组织对基体有良好保护,起到增加和稳定摩擦因数、降低磨损量的作用;定速摩擦顺序与惯性摩擦顺序在温升条件相似时,摩擦因数的变化具有相似性;在湿摩擦条件下,摩擦因数略有降低且稳定性好,原因在于水分对摩擦表面具有冷却及润滑作用;所研制材料摩擦因数的变化程度处于国际铁路联盟标准控制范围内。

基于CFX的某闸片对流换热系数的研究

基于传热学知识和CFX空气动力学分析软件,研究了某闸片各散热面的对流换热系数在制动过程中的变化情况;考虑了闸片不同表面粗糙度、不同初始温度和制动时间对换热系数的影响。结果表明:各散热面的对流换热系数随制动时间的增加而明显减小;不同闸片初始温度对换热系数值的影响很小;不同闸片表面粗糙度,对流换热系数差别不大。

动车组粉末冶金闸片研制

根据动车组制动系统对闸片的要求,研制动车组粉末冶金闸片。动车组制动系统要求闸片应具有耐磨、耐热及摩擦系数稳定等性能。因此研制的闸片:摩擦材料以铜基为主要成分,含有铁、二硫化钼、镍、钨、石墨及其他化学成分,通过材料选配,用正交设计方法优化得到各化学成分的含量;采用弹性结构;运用粉末冶金摩擦材料生产工艺进行生产。1∶1制动台架试验结果表明:闸片摩擦系数稳定,制动盘温升不超过500℃,磨耗量小于0.35 cm3.MJ-1,对制动盘无不良损伤现象;闸片的各项性能指标优良,符合UIC标准,能够满足动车组制动系统的技术要求;闸片的成本优势比较明显,可以批量生产。

基于LabVIEW的高速列车闸片性能参数的检测系统

GF-150D定速摩擦试验机的测试系统存在下列不足:不能模拟火车闸片实际运行的匀加速、变加速工况,不能方便地存储摩擦性能参数的动态瞬时值,元器件的老化导致系统不稳定。因此,利用LabVIEW设计并实现了一种新型的高速列车闸片性能参数的检测系统,该系统利用PCI-9111数据采集卡完成动态信号实时采集,利用边界检测评定闸片性能的稳定性,利用LabSQL访问Access数据库并存储数据等,有效地弥补了原系统的不足。同时,软硬件的抗干扰措施保证了系统的精度。

乳胶粒化学改性酚醛树脂合成闸片的制动性能研究

采用自制的环保型乳胶粒化学改性酚醛树脂为粘结剂制备了和谐号电力机车用轮装式有机合成闸片,参照欧洲标准UIC 541-3:2006和我国铁道部标准TB/T 3118-2005规定的试验程序,在铁道部产品质量监督检验中心机车车辆检验站进行了闸片的制动性能试验(最高速度200 km/h时制动闸片中心线速度为41.8 m/s).试验结果表明该闸片在不同初始速度干燥条件下的平均摩擦系数在0.29～0.57,静摩擦系数平均值为0.47,36闸后的磨损率约为0.2 cm3/MJ,满足UIC 541-3:2006中规定的指标.表面形貌观察发现制动试验后闸片无开裂、掉渣、塌边和皴裂等现象,红外分析发现闸片摩擦表面化学结构与基体基本一致,粘结剂未发生明显摩擦化学反应.该闸片在和谐号电力机车的制动中将有广阔的应用前景.

混杂纤维盘式制动闸片材料的装车实验研究

采用混杂纤维作增强材料生产列车客车车辆闸片,依据TB/T3118—2005进行了"现车运用试验"。实际测量了闸片的磨耗和表面状况,在线测量了制动盘厚度变化并对制动盘表面进行了观测。实验结果表明,闸片线磨损率低,表面平整无龟裂、塌边和掉渣等,制动盘面光洁,无集中产生热斑和微裂纹等异常状况。摩擦学机理分析指出,混杂纤维闸片摩擦工作面的成膜成分直接影响盘-片对磨偶的摩擦形貌,其成分的相对稳定化是改善盘-片匹配性的关键。

优化结构闸片对制动盘温度及热应力的影响

为了研究列车制动产生摩擦热对制动盘的耐热疲劳性能的影响,分析了摩擦热流分布与闸片结构的关系,提出一种优化闸片摩擦块固定位置,达到改善制动盘摩擦热分布的方法,采用有限元软件ABAQUS对优化前后的闸片制动过程进行了数值模拟,结果表明:与闸片优化前相比,闸片优化后制动盘最高温度和热应力分别下降的17%和23%,沿制动盘径向分布更均匀.

高速动车组粉末冶金闸片研制及试验研究

时速350km/h高速列车在紧急制动过程中将产生巨大的热负荷,制动过程中闸片的瞬时温度将达到900℃以上,在此极端工况下普通的闸片材料将难以胜任。根据UIC标准相关要求,结合中国高速列车的运用特点,研制出一种性能优良的高速列车铜基粉末冶金闸片,经大量试验研究分析最终证明所研制高速动车组粉末冶金闸片摩擦性能优良、导热性、耐磨性好,对制动盘无损伤,满足350km/h高速列车制动系统相关需求。

制动速度对铜基粉末冶金闸片材料摩擦学性能的影响

以Sn+SiO_2+Al_2O_3+CaF_2作为摩擦组元,石墨+Pb作为润滑组元,制备铜基粉末冶金列车闸片材料,在MM-1000Ⅱ型摩擦试验机上进行摩擦试验,测定制动速度在120~200 km/h范围内材料的摩擦因数、磨损量与表面温度,并观察摩擦表面形貌,研究制动速度对该材料摩擦学性能的影响。结果表明:在制动速度<180 km/h时,随制动速度增加,闸片材料的摩擦因数在0.41~0.46之间波动,但制动速度达到200 km/h时,摩擦因数显著减小至0.32,摩擦因数稳定性总体较好。材料的磨损量随制动速度增大而增加,但在制动速度达到180 km/h时磨损量趋于稳定,为119 mg。低速制动下材料的磨损机理主要为疲劳磨损,高速制动时主要为磨粒磨损和氧化磨损。

闸片结构对制动盘温度场及热应力场的影响

制动盘表面温度和应力的分布关系到制动盘的寿命,而制动闸片的结构是影响制动盘表面温度和应力的关键因素。利用有限元软件,建立了闸片结构与制动盘温度场及热应力场分布的关系,并提出了与闸片结构和摩擦功率密切相关的结构因子的概念,摩擦面积和摩擦速度增加都将增加结构因子。模拟计算表明,随结构因子的增加,表面温度及热应力增加,结构因子的波动程度决定了热应力。减小结构因子变化的范围则可改善制动盘热应力的分布。结构因子的提出为改善制动盘温度场及应力场提供了参考依据,对闸片结构的设计具有指导意义。

闸片结构对制动盘温度场及应力场的影响

以高速动车制动盘系统为研究对象,提出表征制动盘表面温度场变化的结构因子。应用有限元软件分别对3种不同形状和3种不同排布方式的闸片结构进行热-机耦合分析,通过有限元分析结果验证结构因子可用于制动盘温度场及应力场变化的预测。结果表明:对于不同形状和不同排布方式闸片的结构因子均可以表征闸片的温度场和应力场的变化趋势,通过调整闸片排布方式进而改善制动盘的温度场分布和应力场分布;制动盘上的热分布和应力分布相互影响,而热变化对制动块应力变化影响很小。

大功率机车制动盘和闸片的研究

介绍了大功率制动盘的结构设计和选材条件。通过1:1制动台架试验表明:(1)蠕墨铸铁制动盘结构较合理,高速制动时盘体能自由膨胀,高速运行时功率损耗小,完全满足我国大功率机车制动技术条件及规定;(2)蠕墨铸铁制动盘与半金属基合成闸片相匹配的摩擦副,不仅结构合理,摩擦制动性能良好,而且安全可靠性较高,可以在大功率机车上装车试运行。

纤维增强合成闸片摩擦磨损特性的试验研究

采用MM-1000型摩擦磨损试验机进行了纤维增强合成闸片和HZ408合成闸片与H300制动盘材料配副的制动摩擦试验,记录了制动过程中摩擦系数、磨损量与制动盘温度的变化情况,采用三维激光共焦扫描显微镜(CLSM)分析了磨损表面形貌.结果表明:制动初速度对纤维增强合成闸片的平均摩擦系数影响小于HZ408合成闸片,在高速制动工况下,纤维增强合成闸片的平均摩擦系数大于HZ408,耐磨性略低于HZ408合成闸片;在低速制动工况下,纤维增强合成闸片和HZ408合成闸片所引起的制动盘温升大致相同;在高速制动工况下前者引起的制动盘温升略高.