基于电机振动的动车组牵引逆变器故障诊断研究

牵引逆变器的安全性和可靠性对高速动车组车辆的稳定运行至关重要,为了对逆变器工作状态进行识别,文章结合车辆系统动力学,提出了一种基于电机振动信号分析的故障诊断方法。将电机振动信号作为监测对象,通过检测逆变器故障时电流畸变引起电机异常振动的特征信号来进行判断。以CRH2型动车组牵引传动系统为例,建立了基于空间矢量脉宽调制策略下的三电平牵引逆变器电路仿真模型,对逆变器结构故障模式进行仿真。仿真结果表明,逆变器故障会显著影响交流侧输出电流谐波含量,尤其是5倍频、7倍频、11倍频、13倍频电流谐波;而这些谐波电流输入到牵引电机后转化为6P(1-s)倍频、12P(1-s)倍频的脉动转矩,并作用于电机,使得其输出振动中含有相应频率的谐波成分。通过对高速动车组实际运行过程中的牵引电机振动信号进行分析可发现,在正常情况下振动信号不明显含有此类谐波频率成分,而当逆变器存在故障时,则会导致在振动信号中该频率信号含量非常明显。因此,文章所提出的基于振动信号分析法能够有效地监测并诊断牵引逆变器工作状态,并具有一定的工程应用价值。

车轮硬度对重载铁路货车车轮磨耗的影响

为研究车轮硬度变化对铁道重载车轮磨耗的影响,分析降低车轮磨耗的低成本方式,建立了装配转K6转向架的C80货车的车辆-轨道耦合系统动力学模型,并基于CONTACT程序与Archard磨耗模型建立了车轮踏面磨耗的仿真模型。通过建立的仿真模型来预测重载铁路货车车轮硬度对车轮踏面磨耗深度和车轮踏面外形的影响,结果表明适当增加车轮硬度会有效减小车轮磨耗深度,因此适当提高车轮磨耗区域内的车轮硬度可以有效降低车轮踏面磨耗,提高车轮的使用寿命。

车下悬吊设备不均衡振动对车体振动的影响

在高速动车组的线路测试中发现,车下旋转设备的不均衡振动是造成其上方车体地板局部异常振动的主要原因。为研究车下旋转设备与车体耦合振动关系,推导出车下悬吊设备不均衡振动与弹性车体垂向耦合振动的运动方程,描述车体弹性振动与有源旋转设备的位移特性。建立三维车辆刚柔耦合动力学仿真模型,分析车下悬吊设备不均衡振动对车体振动的影响。研究结果表明,有源设备采用弹性和刚性悬挂方式差异明显,弹性悬挂方式的优势随着不均衡振动的加剧逐渐突出;旋转设备不均衡量的增大加剧了车体局部振动,而且会扩大车体异常振动范围。对于本文提出的两种车体减振措施,分析结果表明,合理的悬挂参数可以降低车体的弹性振动,减振措施便于实施,但是实际减振效果受到橡胶弹簧制造技术限制;采用多级悬挂参数可以有效降低车体弹性振动,但是系统结构更加复杂,每级系统的悬挂参数均需要合理设计。

车轮磨耗下车下悬吊系统振动特性研究

为研究高速动车组车下悬吊系统在车轮磨耗下的振动特性演变规律,建立考虑车体弹性振动和车下悬吊设备的刚柔耦合动力学模型,分析一个镟轮周期内车轮磨耗对车体和车下悬吊设备振动响应的影响。研究结果表明：车轮磨耗主要影响车下悬吊系统的横向振动,对垂向振动影响较小;在前5万km运营里程下,车体和车下设备的振动特性基本保持不变,随着里程的增加,车体和悬吊设备的振动特性不断恶化,当运营里程达到19.1万km时,车体和悬吊设备的振动加速度幅值达到了新轮下的2倍;车辆运行速度不高于140 km/h时,车轮磨耗对车体和设备的振动影响甚微,随着速度的增加,车轮磨耗对车体和悬吊设备的影响逐渐增大;通过选取合理的横向悬吊刚度可以有效抑制车轮磨耗对悬吊系统的影响,其取值范围在0.7～1.5 MN/m内比较合适。

基于SIMPACK铰接式列车的动力学性能分析

利用车辆动力学仿真试验的分析方法,运用SIMPACK软件分别对三车四转向架的铰接式列车和三车六转向架的传统列车建立非线性动力学仿真模型,得到两种不同连接方式的列车在相同的运行环境下以不同速度运行时的动力学性能参数。结果表明,与传统连接方式的列车比较,在相同的运行环境下,铰接式列车在平直轨道上的动力学性能明显优于传统式列车,而在小曲线半径的轨道上,铰接式列车的动力学性能不具有优势。

一种新的铁道车辆滚振试验台曲线通过试验方法

推导了车辆在通过曲线时的轮轨蠕滑率计算公式,并建立模拟铁道车辆曲线通过的滚振台非线性动力学模型,提出一种新的曲线通过台架试验方法,并分析了不同试验方法对车辆轮轨垂向力的影响。研究结果表明:滚动台上的车辆系统经由未平衡至平衡状态的过程中,现行的曲线通过试验方法冲击过大,而新的试验方法可以很好地避免这种冲击;将根据两种试验方法计算得到的安全性指标与曲线线路的结果进行对比可知,三者的变化规律一致;在两种试验方法的安全性指标对比中,新的试验方法与线路结果的误差更小,说明所提出的曲线通过试验方法是可行的。

抗蛇行减振器安装角度对车辆运行性能的影响

建立了多刚体系统动力学模型,分析了抗蛇行减振器安装角度对铁道车辆系统动力学性能的影响。结果表明:抗蛇行减振器安装角度对车辆的非线性临界速度影响较大,水平安装时车辆具有最高的临界速度,随着安装角度的增大,临界速度不断降低,垂向平稳性指标不断增大;安装角度的变化对车辆曲线通过性能影响较小。

有轨电车小半径曲线通过性能及关键参数研究

为研究有轨电车小半径曲线的通过性能,首先推导了自由轮对通过曲线的运动方程,从理论的角度分析了轮轨接触摩擦因数、轨距和曲线半径等关键参数对曲线通过性能的影响;然后以五模块低地板有轨电车为例,建立动力学仿真模型,并通过试验验证了模型的准确性;最后从轮轨润滑、轨距加宽和曲线半径的角度分析了有轨电车小半径曲线通过性能的变化规律。研究结果表明,轮轨润滑可以显著提高有轨电车小半径曲线的通过性能,各项安全性指标均出现明显改善;轨距加宽对有轨电车小半径曲线通过性能有一定的影响,并且存在合理的取值范围;曲线半径对曲线通过性能影响明显,曲线半径增大不仅可以降低车辆的各项安全性指标,还可以提高车辆的通过速度。

基于轮对模型的铁道车辆脱轨安全性评估

考虑轮对摇头和侧滚运动,推导轮对的三维爬轨脱轨准则,采用轮轴脱轨系数和轮重减载率的联合安全域进行脱轨安全性评估。建立轮对横向和侧滚运动方程,推导轮轴横向力和轮轨垂向力的计算公式。提出一种轮轨力间接测量方法,利用轴箱加速度、一系悬挂相对位移以及转臂应变等测试量,进行轮轨力的反演识别。通过轴箱转臂标定试验,获得转臂定位节点横向力和转臂应变之间的关系。针对某高速客车进行环线线路试验,对比分析测力轮对和间接测量方法获得的轮轨力。结果表明:间接测量方法得到的轮轴横向力和轮轨垂向力与测力轮对波形吻合,峰值误差分别为11.2%和4.3%。直线段的轮轴脱轨系数和轮重减载率均较低,曲线段二者均显著增大,缓和曲线段的轮重减载率逐渐增大而轮轴脱轨系数变化平缓。

车下悬吊系统长期服役振动特性及减振研究

为研究车下悬吊系统长期服役振动特性,分析一个镟轮周期内车体和设备的振动特性,试验结果表明车体和设备的横向振动变化明显。建立考虑车体弹性的刚柔耦合动力学模型,研究分析悬吊参数对车体减振的影响。仿真结果表明车体横向振动在5万到10万公里内变化显著;车下设备横向悬挂频率与车体1阶横弯振动频率接近时,车体的减振效果最明显;阻尼比只在悬挂频率处于低频区域时才起到较大的作用;设备质量对车体振动的影响主要体现在镟轮周期的后期;合理选取悬挂参数可以有效降低长期服役过程中的车体横向振动。

车下悬吊系统耦合振动的半主动控制研究

为减小车体弹性振动,保护车下悬吊设备,研究了车体和车下悬吊设备的耦合振动关系,优化车辆动力学性能。考虑车体的弹性结构,建立车体与车下悬吊设备的刚柔耦合动力学仿真模型,对比分析了车下悬吊系统在被动控制方案和基于天棚阻尼的半主动控制方案下对车体弹性振动的影响,并分析了合理参数匹配的重要性。此外,以车下设备的质量为例研究了对半主动控制效果的影响。研究结果表明:在合理的参数匹配下,半主动控制方案能够有效降低车体的弹性振动;当车下设备质量较大时,半主动控制方案优于被动控制,且在一定范围内随质量增大减振效果更加明显。

基于凯恩斯消费函数的成都市城乡居民消费差异研究

本文根据2001年～2007年间成都市城乡居民人均收入与消费支出统计数据,用主成分分析和偏相关分析得出可支配收入是影响消费性支出的主要因素。据此,我们建立了基于凯恩斯消费函数的城乡居民消费的一元线性回归模型。考虑到所用数据为时间序列,需对初始模型进行D-W检验,得到了最终的成都市城乡居民消费模型。

高速列车车轮多边形磨耗安全限值研究

通过车辆-轨道刚柔耦合动力学模型,研究不同阶次车轮多边形磨耗的安全限值。车辆-轨道动力学模型中考虑了构架、轮对、轴箱以及轨道系统的弹性振动,在高频激振试验台上测得车轴动应力,对动力学模型计算结果进行对比验证,说明该模型的准确性。然后计算不同阶次、不同波深和不同速度下车轴应力的变化趋势,结果发现,轮对的一阶弯曲模态82 Hz和二阶弯曲模态393 Hz对车轴应力影响很大,当车轮多边形通过频率接近以上2个模态,轮对发生共振导致车轴动应力急剧增大。根据车轴的许用应力及轮轨垂向力的要求提出了车轮多边形磨耗波深的安全限值,并说明研究车轮多边形下车轴强度的必要性。

低地板有轨电车异常振动分析

针对五模块100%低地板有轨电车在40 km/h速度运行时车体垂向平稳性指标出现异常的问题,探究其产生的原因,并进行线路试验研究,认为车轮偏心频率和整车固有模态频率共振是造成垂向平稳性指标异常的原因。采用PolyMAX算法进行模态参数识别,得到车体主频为5.85 Hz的垂向固有模态,表现为五模块车体间的点头与浮沉。通过建立车辆动力学模型,分析轮对偏心量的影响。对车间纵向减振器和二系垂向减振器进行参数优化,也可以达到抑制异常振动的效果;当二系垂向减振器的阻尼取24 MN·s/m和节点刚度取20~30MN/m时,垂向平稳性指标约为1.9,基本可消除异常振动的影响。

等效锥度对120 km/h地铁车辆横向稳定性影响研究

基于目前120 km/h B型地铁车辆在实际运营中出现车轮等效锥度较大的情况,借助Simpack动力学仿真软件,建立车辆多体动力学模型,还原了目前车辆在实际运营中车轮磨耗后出现的异常振动。仿真发现,车辆在车轮等效锥度为0.5时,车体存在因转向架蛇行造成的5.5 Hz振动频率和因车体上心滚摆模态被轨道不平顺激发造成的2.5 Hz振动频率,因此造成车体横向平稳性指标过大。通过对悬挂参数分析发现,适当增大一系横向定位刚度可有效降低车轮等效锥度较大时的车辆横向平稳性指标。

高速列车车轮型面磨耗预测及参数研究

建立CRH380B型动车组车辆多体动力学模型,通过仿真计算轮轨接触参数,再通过FASTSIM算法结合Archard磨耗模型预测其磨耗量,并与实际车辆磨耗数据进行对比。结果表明,仿真与实际测量的车轮型面磨耗发展情况相似。并对影响车轮磨耗的参数进行数值仿真分析,主要计算在不同轮轨接触磨耗系数和不同钢轨道床扣件垂向及横向刚度变化情况下的车轮型面磨耗变化,结果表明降低摩擦系数可有效降低车轮磨耗,而钢轨道床扣件的刚度对车轮磨耗影响很小。

铁路重载货车车轮轮径差状态下动力学表征研究

为研究铁路重载货车车轮轮径差状态下的动力学响应,进而为轮对车轮轮径差间接识别作基础支撑,建立了C80铁路重载货车动力学模型;根据国内相关动力学评价标准,计算车辆在车轮轮径差状态下的动力学性能,包括车辆蛇行临界速度、运行平稳性和安全性等;并对车辆进行现场试验验证。结果表明:车轮轮径差对车辆蛇行临界速度、运行平稳性和安全性均存在一定程度的影响;在5 mm同轴轮径差范围内,车辆各动力学指标均满足国家相关标准;车辆动力学响应与车轮轮径差存在一定程度的映射关系。

车轮扁疤状态下的铁路货车动力学表征研究

为研究货车车轮扁疤状态下的动力学表征,为车轮扁疤的间接识别提供理论支撑,建立了配置有转K6转向架的C80铁路货车动力学模型,并推导了扁疤对钢轨的垂向冲击力公式及振动加速度公式,研究了车轮扁疤故障状态下的车轮轮轨力响应、承载鞍振动响应情况,并分析了故障状态下车轮扁疤长度与轮轨垂向力对应关系,为扁疤的故障检测和识别提供基础支撑。结果表明:扁疤故障状态下,轮轨垂向力与扁疤长度呈正比例关系,且轮轨力最大值随车辆运行速度增大而呈现先增大后缓慢减小的趋势,承载鞍振动加速度变化趋势与轮轨垂向力基本保持一致。

车轮不圆状态下铁路货车的动力学行为研究

通过建立配置有转K6转向架的C80铁路货车动力学模型,考虑不同的车轮不圆状态,包括车轮不圆的阶数和车轮不圆的幅值,研究车轮不圆状态下的车轮轮轨力响应、轴箱振动响应情况,分析车辆动力学行为演变规律,阐述了车轮不圆下的动力学表征,为车轮不圆的故障检测和识别提供基础支撑。结果表明,车轮不圆顺会影响同一轮对的另一车轮振动情况,对第二轮对有轻微影响,基本不会对第三和第四轮对产生影响;多边形阶次与轮轨力主频基本呈现一次线性关系,且不圆深度对车轮轮轨力的幅值有较为明显影响。

货车转向架服役期间车辆安全性演变规律研究

针对影响车辆运行性能的关键尺寸和参数,结合运用磨耗规律对转向架现场调研的结果,以C70型敞车为研究对象开展动力学仿真分析计算,确定转向架服役性能演变规律,以及转向架服役期间车辆安全性指标变化情况。结果表明:随着服役时间的增加,车辆在直线行驶时的各安全性指标均增大,但安全性指标值满足国内相关标准,当车辆参数达到检修限值时,车辆在高速行驶时会出现脱轨风险;而随着服役时间的增加,车辆的曲线通过性会出现一定程度的先转好再恶化的过程,这是由于车轮在磨耗后,等效锥度增大而导致,同时车辆在空车和重车工况下,安全性演变规律相似。