时速350km高速铁路隧道气动效应基本规律试验研究

在高速铁路武汉至乐昌段和郑州西至三门峡南段,进行CRH2C和CRH380A型动车组以250~350km·h-1速度通过长度为287~1 0081m、隧道内有效净空面积为100m2的隧道和在2 728m长的九子仙隧道内交会的现场试验,研究时速350km高速铁路隧道气动效应的基本规律以及隧道气动效应对动车组动力学行为、车体结构强度和人耳舒适性的影响。研究表明:动车组以350km·h-1及以下速度通过隧道和在隧道内交会的过程中,最大轮轴横向力为41.28kN,最大脱轨系数为0.70,最大轮重减载率为单峰值0.79,最大车内外压差为3 224Pa,车内空气压力3s最大变化值为1 064Pa,均在动车组运行安全性、车体强度及人耳舒适性指标的允许范围内;车内外空气压力基本随列车速度的提高而增加;相同速度条件下,在隧道长度小于3 000m时,车内外压力变化最大值总体上均随隧道长度的增加而增加;动车组的头型和密封的优化能够改善动车组通过隧道和在隧道内交会时的空气动力学性能。

轮对内侧距对机车车辆动力学性能影响的试验研究

在分析国内外轮对内侧距方面已有研究结果的基础上,在不改变车轮踏面形状、轨距和钢轨轨头形状的情况下,进行单纯改变车辆轮对内侧距的滚动台试验研究,分析等效锥度对轮轨接触几何关系的影响,得出以下结论。①在保持轮轨接触几何关系相同的情况下,增加轮对内侧距有利于改善轮轨关系和机车车辆动力学性能。②在车轮踏面形状、轨距、钢轨轨头形状等保持不变的情况下,单纯改变轮对内侧距,必然会导致轮轨接触关系的变化,从而影响机车车辆的动力学性能;对于我国目前采用的车轮踏面形状、轨距、钢轨轨头形状而言,轮对内侧距从1 353 mm变化到1 360 mm,将导致轮轨接触等效锥度的增加,从而降低车辆的运动稳定性临界速度。③轮对内侧距的选取与车轮踏面形状的选择密切相关,在改变轮对内侧距以后,必须根据轮轨接触几何关系的变化重新对其进行综合优化,确定合适的车轮轮缘踏面外形。

高速铁路列车轮轨粘着特性的理论探讨

首次建立了带函数型摩擦系数的滚动接触理论，使滚动体的运行速度成为可以被讨论研究的参变量，并以ＣＯＮＴＡＣＴ程序为基础，编制了相对应的计算程序。然后通过对各种蠕滑状态和运行速度下粘着情况的详细计算，得到了与实测的蠕滑力－蠕滑率曲线以及粘着率－运行速度关系相一致的计算结果。本文的工作既可以说是对Ｋａｌｋｅｒ理论的修正，也可以说是对Ｋａｌｋｅｒ理论的补充和完善。

客运专线列车轮对内侧距选择的研究

首先介绍了国内外关于轮对内侧距对机车车辆动力学性能和轮轨关系影响方面的部分试验研究结果,重点以我国既有线固定辙叉道岔为例,从是否计入测量位置对轮缘厚度的影响,分析不同轮对内侧距通过道岔有害空间的问题,并就轮对内侧距变化后对机车车辆运动稳定性的影响开展滚动台试验研究,对轮对内侧距的影响进行综合分析,为我国客运专线列车轮对内侧距的选择提供参考。

200km/h电动车组动力转向架构架强度计算与分析

依据TB/T2368-93《内燃、电力机车转向架构架静强度试验方法》,运用有限元方法对200km/h电动车组动力转向架构架作了详细的强度计算,采用许用应力判别构架静强度是否满足要求,采用疲劳极限图判别构架的疲劳强度是否满足要求,分析方法先进实用,为200km/h电动车组动力转向架构架设计提供了重要依据。

应用非线性接触理论分析弹条 Ⅲ型扣件中弹条的应力和变形

轨道扣件弹条传统的分析方法是将弹条与周围部件接触部位的边界加以约束,并解除某一约束点或面代之以外力。这种计算模型不能真实地反映弹条安装过程中的受力情况,导致计算结果偏差很大。因为弹条与预埋铁座之间,随载荷变化而改变接触状态的边界条件属非线性接触问题,采用一种全新的边界处理方法———非线性接触理论来处理弹条边界条件,进行有限元分析计算,并与传统的边界条件处理方法所计算的弹条结果进行分析比较。其中非线性接触理论利用节点接触反力或节点应力来判断两个物体之间的接触状态,并采用最流行的库仑摩擦模型来模拟两个弹性体接触界面之间的摩擦接触情况,从而很好地处理了上述边界条件。应用残余应力的概念分析了弹条预压强化的机理,为改进弹条设计、制造安装提供科学依据。

动车组通过隧道时车外最大负压出现位置的理论分析

根据马赫波在隧道内的传播规律和叠加原理,提出了动车组通过隧道时车外最大负压出现位置的计算公式,该公式可为隧道设计参数的确定以及隧道内辅助设施的布置提供参考。

高速列车通过隧道压力波特性试验研究

近年来,在多条高速线路上对各型高速列车进行了一系列隧道通过和隧道交会试验。现通过对这些空气动力学实车试验数据进行详细分析,获得了高速列车通过隧道和在隧道内交会过程中的压力波特性,以及压力波随列车长度、运行速度和隧道长度等影响因素变化的规律。

基于风雪两相流的高寒动车组转向架防冰雪扰流技术研究

针对高寒动车组冬季运行时转向架处存在冰雪堆积的问题,运用商用软件STAR-CCM+和拉格朗日颗粒模型,采用更为直观的风雪两相流技术对扰流设计后转向架区域冰雪附着情况进行模拟分析,并以壁面上的雪颗粒入射质量通量(IMF)来评价转向架区域的扰流板防冰雪效果。计算结果表明:雪强、雪颗粒附着特性、车速、扰流板高度对转向架冰雪附着率均有影响;扰流效果比较好的2种方案是,1改进的流线型扰流板方案可使转向架冰雪附着速率降至无扰流板车型的54%,同时自身承受24%的附着量;2高200mm的扰流板可使转向架冰雪附着速率降至无扰流板车型的70%,同时自身承受9%的附着量。并且扰流板上的附着量不会结冰,会随着气流流动的方向流向地面。

挡风墙结构对高速列车气动性能的影响

高速铁路挡风墙结构能够有效改善大风条件下高速列车的气动性能,不同线路条件下的挡风墙结构对列车气动性能的影响也不同。针对CRH_2型车3辆编组外形1:1模型,采用数值计算方法分析了在路堤和桥梁两种线路条件下挡风墙结构对列车气动性能的影响,为保证计算方法的准确性,通过风洞试验对计算方法和网格离散进行了验证。研究结果表明:对于路堤运行条件,安装挡风墙后,列车周围流场的复杂度增加,车体表面多为负压,显著减小车体两侧的压差,能够有效改善列车的气动性能;对于桥梁运行条件,开孔式挡风墙结构能够起到明显降压作用,从而减弱横风对列车迎风侧的直接冲击,改善列车的气动性能。计算结果在后期试验中得到了验证,为兰新二线大风试验方案的制定和顺利开行提供了科学支撑。

明线交会对动车组动力学性能影响的仿真研究

利用列车空气动力学和轮轨动力学相结合的方法研究了动车组明线交会气动力对动力学的影响。首先采用流体软件FLUENT对动车组明线交会所受的气动力进行了研究,得到了不同交会速度下的各车气动力载荷;接着利用建立的动车组多体动力学模型,将气动力载荷作为轮轨动力学研究的载荷输入,研究了明线交会对动力学性能的影响。计算结果表明:明线交会对车体横向加速度较大,对轮轨力、脱轨系数和减载率等动力学性能影响有限。

提速客车纵向冲动试验研究

通过对提速客车纵向冲动的试验 ,研究了提速旅客列车纵向冲动的总体情况。提出线路坡度综合指标P和半径指标R ,据此分析线路情况对纵向冲动的影响。分析司机操纵与纵向冲动的相关性 。

空气动力学临界隧道交会理论与仿真研究

根据压力波的传播、反射和叠加原理,提出了交会产生最大压力变化幅值的隧道长度和进入时差的快速算法,并通过三维仿真计算,对京沪高速铁路运营的长编组动车组350—350km/h临界隧道交会工况进行了计算,获得了该型动车组350km/h等速临界隧道交会时各部位压力波波形以及变化幅值的量值。

CRH_(2C)和CRH380A动车组不同头型对隧道气动效应影响的试验研究

动车组头型不同,对气动力学效应的影响也不尽相同。为探讨头型对动车组隧道气动效应的影响,将CRH2C型动车组和在其基础上进行头型优化改进的CRH380A型动车组在不同工况下的试验数据进行对比分析,结果表明头型的改进有利于改善动车组的车外流场分布,有利于提高旅客乘坐舒适度。

相干分析方法及轴悬式机车电机刷架损坏原因的研究

机车现场试验测量到的振动信号是具有丰富频率范围的随机信号，如何从中获取有用的信息，分析引起振动的原因，则必须对测量信号作进一步的计算分析。对相干分析方法的基本原理作了简单的介绍，并利用此方法对轴悬式机车电机刷架因振动过大而损坏的原因——振动的能量来源进行了定量的分析，并就齿轮啮合振动和轮轨接触振动的能量传递特性进行了探讨。

提速电力机车安全监测系统及判据研究

对目前提速电力机车的运用安全、修程修制等问题作了简明的阐述,提出机车安全监测系统研制的总体方案及故障判别原则。

基于DSP和USB的列车冲动检测仪的研制

介绍了一种基于DSP和USB总线设计的新型列车冲动检测仪。在介绍了系统的整体硬件组成的基础之上,描述了系统各模块的构成、模块主要芯片的性能及工作原理,给出了模块及器件之间接口的设计思路和架构,最后介绍了系统软件框架。该检测仪成本低、便于使用、可靠性高、人机界面良好,在实际应用中取得了良好的效果。

列车在风区运行空气动力学性能研究

采用理论计算与试验验证相结合的方式对列车风区运行气动性能进行了研究.首先利用主流CFD分析计算方法,对挡风设施条件下的高速列车施加运行速度和横风风速以建立空气动力学仿真模型,对模型进行计算得到不同工况下列车的流场情况.其次,通过实车试验,实时获取列车风区运行时空气动力学性能(两侧压差)数据,以此分析列车在不同的线路条件和横风风速下两侧压差的变化规律.通过分析得出,列车在风区运行通过挡风设施过渡段时两侧压差发生突变,且伴随列车晃车现象影响行车安全.通过对多处过渡段区域重复试验和分析列车车体横向加速度变化情况,得出风区过渡段是列车运行薄弱环节的结论.实验数据对比了列车在过渡段工程补强前后的两侧压差情况,结论为进行工程补强后,两侧压差可减小30%~80%,其中最大减小为84.89%,工程补强效果可以明显的减小过渡段区域强风对列车的影响.

高寒动车组走行部防冰雪扰流的空气动力学性能研究

针对高寒动车组冬季运行走行部容易产生冰雪附着的问题,根据空气动力学原理设计了多种可加装于动车组走行部附近的扰流结构,并采用数值模拟的方法对原车和加装不同扰流结构之后的走行部气动流场进行对比分析。计算结果表明:加装优化后的防雪扰流装置可有效改善转向架区域的流场,扰流板的防冰雪效果与其形状和高度密切相关,改进方案最优参数下遮蔽效果良好,转向架部位进雪量减少,转向架空气阻力系数降至原车的52%。

线间距和阻塞比对动车组空气动力学性能影响的分析

以现场试验为主,并辅以仿真计算,针对明线交会、隧道通过、隧道交会等典型工况,研究线间距和隧道截面积对动车组空气动力学及动力学性能的影响。研究表明:明线交会时,线间距从4.4m变化到5.0m对会车压力波有一定影响,但均交会压力波远小于车体容许气动载荷;隧道通过和隧道交会时,线间距对会车压力波影响较小,影响隧道空气动力学性能的主要因素为隧道截面积或阻塞比。线间距改变对动车组动力学性能影响主要体现在车体横向加速度,轮轨力和脱轨系数等指标未见显著变化。