轮/轨接触几何参数对高速客车动力学性能的影响

为研究轮轨关系对高速铁路车辆动力学性能的影响,选择中国车轮踏面LMA与钢轨断面CHN60、日本新干线圆弧车轮踏面JP-ARC与钢轨断面JIS60和欧洲标准车轮踏面S1002与钢轨断面UIC60,应用AD-AMS/Rail软件,考虑轮对内侧距从1 353 mm变化到1 360 mm的情况,计算分析高速客车的临界速度、脱轨系数、车辆运行平稳性以及车辆稳态曲线通过的轮轨磨耗指数。车辆动力学仿真计算中均采用基于先锋号客车基本参数建立的车辆动力学模型。分析轮轨几何参数对高速车辆运行平稳性和稳定性的影响,结果表明:增大轮对内侧距可以改善舒适性,减小磨耗,提高临界速度。

基于车辆系统稳定性分析的晃车现象研究

基于多体动力学软件MSC.ADAMS的Rail模块建立CRH2高速检测车的动力学仿真模型,并利用实验数据对该模型进行验证,结果表明所建立的动力学仿真模型准确。利用该模型对CRH2高速检测车进行稳定性分析的结果表明:CRH2高速检测车上心侧滚振型的阻尼因子绝对值随着车速的提高先增大后减小,在100km.h-1附近达到最大;随着车速的提高,转向架整体蛇行振型的阻尼因子绝对值也呈先增大后减小的趋势,在运行速度为230km.h-1时达到最大,表明此时CRH2高速检测车稳定性最佳。分析晃车现象的结果表明:轮轨关系不匹配使转向架整体蛇行振型的阻尼因子过小,导致晃车现象,在仿真中将轮对内侧距由1 353mm改为1 360mm后,晃车现象消失;当速度为200km.h-1时,CRH2高速检测车上心侧滚振型的振动频率为1.6Hz,阻尼因子为负且非常接近0,导致上心侧滚振动衰减较慢,从而也会产生晃车现象。晃车现象与车辆系统的蛇行失稳不是同一概念,在实际的应用中应加以区别。

高速铁路轮轨作用力的全息辨识模型

结合最优控制理论、卡尔曼滤波方法以及轮轨蠕滑理论,该文建立了轮轨作用力的全息辨识模型,并将模型的反演结果与动力学解答和实验测量结果作对比,验证了模型的适用性。首先,根据车辆系统的状态空间方程,设计一个最优化加速度状态跟踪器,将轮轨作用力辨识问题转换成为最优控制策略的设计问题;然后,利用SVD(singularvaluedecomposition奇异值分解)分解技术对最优控制问题进行逆向求解,完成系统的动态载荷预测值的辨识;进一步结合卡尔曼滤波技术及加速度测试值,对辨识动载荷预测值进行正向修正,得到左、右轮轨垂向力及轮轴横向力;最后,结合轮轨蠕滑理论,将左、右轮轨横向力转换为到左、右轮轨垂向力及轮对横移量的函数,消减不适定性,从而能够分别辨识出轮轨左、右的横向力。辨识模型得到的结果与动力学解答的相关系数分别达到0.65、0.8以上,与实测载荷的相关系数分别达到0.51、0.69以上。

小半径曲线动力学超限成因分析及影响因素研究

线路曲线地段是轨道结构的薄弱环节。结合蠕滑理论,建立了动车组的动力学仿真模型,并利用试验数据对动力学模型进行了验证。利用仿真模型进行了小半径曲线上动力学超限成因、机理分析以及通过曲线时的影响因素分析。分析结果表明:由于游间的减小,轮轨容易产生两点接触,因此,小半径曲线上车辆的动力学响应对轨道几何不平顺更加敏感。当小半径曲线上有较大的轨道几何不平顺时,应严格控制车辆以不高于均衡速度的速度通过;同时,半径<600 m的小半径曲线的轨道几何不平顺的控制应比现行标准更加严格。

轮轨垂向力识别的时域方法

基于虚拟样机技术建立CRH_2高速检测车的动力学仿真模型(正演模型),并利用试验数据进行了模型验证。利用动力学仿真模型计算得到轮轨垂向力及轴箱垂向加速度。结合车辆—轨道系统的特点,将车轮看作一个单自由度振动系统,建立单自由度轮轨垂向力识别模型。基于杜哈密积分,在时域内推导了在线轮轨力识别算法。将正演模型的轴箱加速度作为输入,利用单自由度轮轨垂向力识别模型对轮轨垂向力进行了识别。识别结果与正演模型的轮轨力进行比较,两者相关系数达到0.82。该识别模型基于轴箱加速度逐点运算,可以快速高效地对轮轨垂向作用力进行识别,并实时监测轮轨状态。基于车轮动力学理论,建立多自由度轮轨垂向力反演模型:首先建立了轮对的横向、沉浮、侧滚等轮对运动方程,然后对部分参数加以简化,最后基于车辆—轨道系统的运动特点,将轮对运动方程解耦成单自由度进行求解。利用该模型识别的轮轨垂向力与正演模型轮轨力的相关系数达到0.97。单自由度车轮模型较为简单,但识别精度稍低;多自由度轮对模型较为复杂,但识别精度较高。两种模型的识别结果均满足工程需求,可以根据不同的需求选用不同的模型。

评判高铁轨道短波不平顺病害的轨道冲击指数法

基于轴箱垂向振动加速度能有效刻画轨道短波不平顺引起轮轨之间高频冲击的特性,提出基于带通滤波后轴箱垂向振动加速度的轨道冲击指数,评判高速铁路轨道短波不平顺病害;相对以轴箱垂向振动加速度幅值为指标的传统评价方法,用轨道冲击指数评判轨道的短波不平顺病害,可以有效减少钢轨接头焊缝、道岔以及钢轨不均匀磨耗、波浪和波纹磨耗等各种随机因素对评判结果的影响。针对传统的轴箱垂向振动加速度移动有效值计算方法效率低的问题,通过挖掘相邻2个移动有效值的递推关系,设计出轴箱垂向振动加速度移动有效值快速计算方法。采用轨道冲击指数法和实测的轴箱垂向振动加速度评判轨道短波平顺状态,并与轮轨力检测结果对比。结果表明:用轨道冲击指数能更有效评判轨道短波不平顺病害,而且具有很好的重复性;用给出的轴箱垂向振动加速度移动有效值快速算法有效解决了传统算法计算量过大的问题,满足了工程在线应用的要求。

铁路轨道几何数据冲击噪声小波-有序中值滤波方法

结合小波分析及有序中值方法(ROM),提出铁路轨道几何数据冲击噪声自动滤波方法。利用传统中值滤波技术滤除冲击噪声会减少信号的有用信息及质量,提出利用小波分析将信号分解成含冲击噪声的高、低频信号;利用ROM自动识别高频信号中冲击噪声位置并滤波。据铁路轨道几何数据特点与阈值指标的内在关系,将ROM两阈值指标合并成一个,并据专家知识确定阈值。新方法具有简单、高效及强健优势,且可在线实现。用新方法对含冲击噪声的模拟信号、实测轨道不平顺信号进行滤波,结果表明该方法不仅能准确识别冲击噪声位置并自动修复,且能完整保留道岔处大轨向、大值超限等有用信息。

曲轴系柔性多体动力学与动力润滑耦合仿真

以建立内燃机曲轴系统更精确的动力学模型为目的,利用ADAMS建立了曲轴系柔性多体系统动力学模型,并联合使用ADAMS和EHD(弹性流体动力学)用户定义子程序建立了油膜流体动力学模型,进行了曲轴系柔性多体系统动力学与油膜动力润滑的耦合仿真,将不计入油膜作用时的多体系统动力学仿真结果与计入油膜作用时的耦合仿真结果进行比较.同时,得到了曲轴主轴承轴心轨迹,并分析了入口压力、入口温度、发动机转速和负荷对轴心轨迹的影响.

高速铁路轨道不平顺预设试验最大幅值的研究

为建立350 km/h及以上速度级的轨道不平顺动态管理标准,并通过预设轨道不平顺实车试验的方法进行验证和探索。借助车辆—轨道系统动力学仿真技术研究了高速铁路轨道不平顺试验预设的最大安全值。首先利用多体系统动力学理论建立了CRH2的动力学模型,并根据320 km/h以下的试验结果对模型进行验证和完善。详细研究了轨道不平顺和动力学响应的关联关系,分别给出了350 km/h和400 km/h下轨道不平顺试验预设的最大幅值,为完善试验方案、节约试验成本提供理论支撑。

无线传感器网络在油气井远程监测系统中的应用

针对油气井远程监测中面临的监测点分散、布线困难和实时性差等特点,提出了利用具有节点功耗低、工作时间长、成本低、能自组织地通信以及在危险区域和大面积监测中容易布置等特点的无线传感器网络,对油气井中不同深度地层的温度、压力进行实时监测的方法。并着重讨论了该系统无线传感器网络体系结构、网络节点的构成,以及数据采集和无线传输的实现。

轮轨接触几何关系对高速客车稳定性的影响

为研究不同的车轮和钢轨配合及不同的轮对内侧距等轮轨接触几何关系对高速客车稳定性的影响,选取中国车轮LM_A和LM与钢轨CHN60、欧洲标准车轮S1002与钢轨UIC60以及日本新干线圆弧车轮JP-ARC与钢轨JIS60,对几组轮轨配合的运动特性进行了比较,并应用自制的轮轨接触几何计算程序和ADAMS/Rail软件针对不同的轮轨配合情况进行了仿真分析。

无线传感器网络在油气井远程监测系统中的应用

针对油气井远程监测中面临的监测点分散、布线困难和实时性差等特点,提出了利用具有节点功耗低、工作时间长、成本低、能自组织地通信以及在危险区域和大面积监测中容易布置等特点无线传感器网络,对油气井中不同深度地层的温度、压力进行实时监测的方法。并着重讨论了该系统无线传感器网络体系结构、网络节点的构成,以及数据采集和无线传输的实现。

利用岩电实验确定Archie公式参数变化规律的研究

针对大庆油田高含水后期开发,油层内岩性、物性、含水性都已发生变化的特点,给测井资料确定水淹层饱和度参数带来很大困难,提出用岩电实验,进行地层岩电机理分析研究,确定不同注水矿化度下岩石电阻率变化以及Archie公式参数变化规律,从而提高解释精度.

基于RS-485总线实现井下多机串口通讯

RS-485总线是一种多点、差分数据传输的通信接口,被广泛应用于工业控制领域。文章介绍了基于RS-485总线实现的井下多机串口通讯,并以PCM9801数传平台为例,阐述了通讯系统的硬件电路设计和软件流程设计,并提出使用光电隔离技术可以提高通讯可靠性。

基于载荷辨识技术的轨道-车辆系统状态安全综合评判

随着我国高速铁路的快速发展,如何对轨道-车辆安全运行状态进行评判是一个复杂课题。结合动力学仿真及数据分析,提出基于轮对抬升量及脱轨系数的综合指标对轨道-车辆安全运行状态进行实时监测、评估。考虑到车轮抬升量不好获取的问题,基于载荷辨识技术,提出车轮抬升量的辨识方法并提出整套轨道-车辆安全运行状态监测、评判流程。基于评判流程对轨道-车辆的安全运营状态进行初步评估。

高铁轨道-车辆系统轮轨力辨识及应用

综合考虑监测的经济性、易于维护性等因素,发展基于车辆响应的轮轨作用力辨识技术具有较大的理论意义和实用价值。基于蠕滑理论、车辆动力学模型和轮轨几何接触关系,利用最优控制理论,建立全信息的轮轨力载荷辨识模型并进行试验验证。该模型可实现对轨道-车辆系统全部轮轨力的辨识,利用辨识结果可对轨道-车辆安全状态进行综合评判。

基于同步压缩短时Fourier变换的信号瞬时频率提取方法

利用同步压缩短时Fourier变换(SSTFT)方法,改进了其非线性非稳态多成分信号的瞬时频率提取方法。其主要思想是将短时Fourier变换(STFT)之后的时频谱在时频平面上进行压缩重排,重排之后对时频谱上的能量脊线进行提取,再利用压缩重排逆变换,将各脊线对应的时域信号恢复出来,通过时频最优连接,改进了脊线提取不完整的缺点,将零碎曲线连接成完整的频率曲线,并利用该方法提取出了信号的瞬时频率成分。利用改进的SSTFT方法对多成分的模拟信号和高速列车轴箱振动加速度信号进行了分析。结果表明,该方法能有效分离信号的各个成分,并能够完整得到具有物理意义的瞬时频率。

车辆动态响应检测数据里程偏差二次修正快速计算方法

为提高车辆动态响应检测数据里程信息的准确性,提出里程偏差二次修正方法,即以台账信息中曲线段真实里程为参考,对轨道几何检测数据里程偏差进行一次修正,再以修正后的轨道几何检测数据中速度为参考,对车辆动态响应检测数据进行二次修正,修正中采用五点迭代法以提高参考里程与待校里程相关性分析的计算效率。五点迭代法首先对参考里程进行等间隔分段,计算各间断点处相关系数,以其中最大值点为中心逐次缩小数据范围,最终求得参考里程与待校里程的最佳匹配位置。在此基础上,构建车辆动态响应检测数据里程偏差的一次修正模型和二次修正模型,并以算例验证修正方法的准确性及快速性。结果表明:与传统逐点计算方法比,五点迭代法能在保证里程偏差修正准确性的前提下节省计算时间达89%以上;修正后的车辆动态响应检测数据里程与真实里程接近,误差在3m以内,证明此方法具有高度可行性。

基于车辆动态响应的车轮多边形自动识别方法

当列车高速运行时,车轮多边形会导致高频轮轨冲击,对车轴、车轮、钢轨等轨道-车辆系统零部件疲劳寿命产生极为不利的影响。本文基于车辆动态响应,利用广义共振解调方法实现了车轮多边形磨耗诊断。首先利用同步压缩短时傅里叶变换得到信号的高分辨率时频谱,然后从时频谱上自动提取时间-能量信息,用于冲击引起的高频振动和低频信号分离;通过Lp范数准则确定带通滤波范围之后,利用广义Hilbert包络解调方法对带通车辆动态响应信号进行解调,提取其中隐含的车轮多边形磨耗信息。分析结果表明,该方法可以有效地诊断车轮多边形磨耗。

钢轨波磨指数与轨道短波不平顺关系研究

采用ABAQUS软件及轮轨真实形状尺寸参数,建立轮轨高频接触有限元模型;以我国某高速铁路钢轨波磨区段实测轨道短波不平顺作为有限元模型输入,在时域和频域上对比轴箱垂向加速度仿真结果与实测数据,验证模型的准确性;仿真计算钢轨波磨区段不同幅值轨道短波不平顺工况下轮轨垂向力、轴箱垂向加速度分布特性,研究钢轨波磨指数与轨道短波不平顺幅值之间的关系。结果表明:在钢轨波磨区段,轮轨垂向力最大值与钢轨波磨指数最大值出现的位置对应良好,在轮轨不脱离接触的前提下,钢轨波磨指数与轨道短波不平顺具有较好的线性相关性;通过曲线拟合可知,在钢轨波磨波长为150 mm时,轨道短波不平顺幅值为0.10和0.12 mm时对应的钢轨波磨指数分别为5.12和6.68。