监测数据驱动的城轨列车轴箱轴承剩余寿命预测

城轨列车轴箱轴承的运行工况复杂多变、外部随机干扰频繁,导致其监测数据中包含大量测量噪声乃至“脏”数据,进而制约了剩余寿命预测模型的精度.为解决上述问题,提出了一种监测数据驱动的动态多重聚合剩余寿命预测方法.首先,通过度量短时数据的幅值分布相似性自动识别并清洗“脏”数据;然后,将健康指标按不同时间尺度进行动态聚合,预测出各类潜在的未来退化轨迹,进而获得轴箱轴承的剩余寿命预测均值与方差;并使用现场实测数据与加速寿命实验数据对提出方法进行验证.结果表明:所提方法能有效剔除监测数据中的空采数据和强干扰数据;剩余寿命预测均值随累计行驶里程的增加逐渐收敛到真实值,且95%置信区间越来越窄;相比于单指数预测模型和混合预测模型,提出方法的累计相对精度平均值分别提高了29.78%和27.63%,预测收敛速度平均值分别增加了10.56%和10.20%.

地铁车辆车轮磨耗和镟修策略研究

[目的]车轮磨耗对地铁车辆的振动环境有直接影响,异常磨耗严重时引发车辆结构疲劳超限,降低列车运行的安全性,故有必要研究地铁车辆车轮磨耗和镟修策略,以提高地铁车辆车轮运维的水平。[方法]以国内某型地铁车辆作为研究对象,分析了地铁车辆车轮磨耗规律;根据地铁车辆车轮磨耗模型和车轮剩余寿命预测,分析了车轮关键参数在不同运营阶段的变化特征;综合仿真模型和实测数据的结果,提出了运维策略的优化方案。[结果及结论]运营前期车轮损耗量中镟修占比较高,随着轮轨匹配性的改善,轮轨磨耗取代镟修损耗成为轮轨的主要磨耗方式;适当降低轮轨摩擦因数和运营速度有利于降低轮轨磨耗功率;采用小等级镟修方法和灵活进刀量有效降低了车轮径向损耗量,延迟了车轮服役寿命。研究结果可为地铁线路轮轨磨耗的减缓和车轮镟修技术的优化提供应对措施。

HXD3D机车轮轨滚动接触有限元仿真

为了研究兰州局HXD3D型机车在兰新线、兰青线高寒高原复杂线路上运行时出现的剥离、粘连、车轮不圆等问题,利用瞬态三维有限元方法进行了轮轨静态接触和轮轨滚动接触分析,揭示了车轮横移量、轴重等因素对轮轨滚动接触部位、轮轨接触等效应力的影响规律。计算结果表明:接触面积随横移量的变化曲线与接触斑横向长度随横移量的变化曲线有相同的变化规律,当轴重在一定基础上继续增加时,车轮踏面内外应力增长速度较慢,接触面积的增长速度较快。轮轨滚动过程中,随着轴重载荷的增加,车轮整体范围内所受等效应力随之增加且有明显的变化,钢轨所受等效应力变化很小。研究结果为减少镟修成本和保障机车安全运行提供了可靠的理论依据。

基于数据驱动的机车车轮剩余寿命预测技术

为优化机车车轮运维管理,提高机车车轮剩余寿命的预测精度和稳定性,提出基于数据驱动的机车车轮剩余寿命预测模型。依托机车车轮全寿命周期的造修和运维数据,分析影响车轮服役寿命的主要因素,包括轮径、历史和环境影响因素。构建基于数据驱动的机车车轮剩余寿命预测模型,模型以轮径区间作为寿命计算单元,并引入轮径历史和环境损失率,综合考虑3类因素对寿命预测的影响。现场测试中,因某轮径区间的数据不符合计算要求,导致轮径环境损失率存在数据缺失问题,于是采用多层感知机算法对缺失项进行预测和补充。基于测试集中的车轮旋修数据,对比数据驱动预测算法和传统预测算法的预测效果。由结果可知,数据驱动预测算法的预测精度和稳定性均优于传统预测算法。

转向架非主体结构件模态频率规划与设计验证

针对转向架非主体结构件进行模态频率规划及试验、仿真的方法以解决共振疲劳问题。首先梳理了车轮多边形、钢轨波磨、轨枕通过、P2共振等轮轨激振频率作为频率优化的边界条件并与IEC 61373中的试验频率范围进行了差异对比,给出了构架上设备大于100 Hz和轮对上设备大于250 Hz的模态频率一般建议,并建议基于线路主激振频率按1.414或1.19作为频率间隔参考系数进行模态频率优化。另外对比了某转向架天线梁实测振动量级高于IEC 61373的功能振动试验,说明了车轮多边形对振动量级的影响很大,建议优先采用实测振动量级进行试验并给出了试验方法,并针对缺少实测数据的情况给出了一种基于IEC 61373标准放大的试验量级。最后给出了采用Workbench进行仿真计算的方法,结合转向架管夹座优化示例,通过模态频率计算、随机振动仿真对比分析了结构优化方案的选择,从而实现提高结构寿命的目标。

轮对间隙对可变轨距机车动力学性能的影响研究

基于动力学仿真分析,建立了一种适用于1435/1520 mm轨距转换的25 t轴重变轨距转向架机车的动力学模型;重点计算了轮对周向间隙和轴向间隙(统称为轮对间隙)对轮轨相互作用的影响,分析了轮对间隙增大对机车运行性能影响,结合相关动力学指标对各项动力学性能进行评定。分析结果表明:变轨距机车考虑轮对间隙后,机车在相同运行条件下的轮轨垂向力、轮轴横向力、轮对垂向加速度和轮对横向加速度峰值略有增大,但增幅在可接受范围内;考虑轮对间隙由设计值增大到磨耗限值时,变轨距机车运行稳定性和平稳性指标略有变差,但各项指标值均在标准规定的限值范围内,表明25 t轴重变轨距机车的轮对间隙设计限值合理可行。

采用小齿轮空心轴驱动装置的三轴转向架技术方案研究

小齿轮空心轴驱动装置可应用于1050 mm轮径的高速机车转向架,其特点是可有效减轻轮对驱动装置。文中对采用小齿轮空心轴驱动装置的三轴转向架进行了研究,该转向架基于某集成式双源机车的运用需求,针对三轴转向架中间轮对横动量较大的特点,明确了转向架设计目标,重点阐述驱动装置的结构、联轴器的选型、电机顺置和对置的对比分析以及转向架的主要结构组成等。研究结果表明,转向架各项性能均能满足设计要求,相较于采用1250 mm轮径、轮对空心轴驱动结构的轮对驱动装置,每条轮驱减重2 t以上,轻量化效果显著。

兰新客运专线CRH5G型动车组车轮多边形研究

兰新客运专线CRH5G型动车组镟修后运行8万公里轮对多边形问题频发,由于车轮多边形危害性较大,将会对钢轨和车辆部件的可靠性产生不利影响,因此必须及时通过镟修方式将其控制在标准范围内。分析发现通过TPDS-1设备能及时发现车轮多边形,TPDS-1报警后经测量达到10~18 dB/1μm的车轮多边形占多数,需要跟踪噪声,并提出尽量选择车内跟踪噪声,避免在车内连接处测量噪声,以减少气动等其他噪声影响。TPDS-1报警准确率还需进一步提高,测量时需对报警轮所在转向架的所有车轮进行测量。为了提高测量效率,提出了大批量报警测量使用镟轮车床、零散报警测量使用便携式测量仪的测量方法。

铁路车辆悬挂件振动疲劳评估与结构优化研究

针对铁路车辆悬挂件疲劳失效问题,回顾了振动疲劳相关理论和既有公开发表的研究成果。梳理并研究了线路试验、台架试验和仿真评估等适用于铁路车辆悬挂件的振动疲劳强度评估方法;针对动应力测试数据的时域统计评估,提出了适用于带拐点的S-N曲线的等效应力计算公式。阐述了为提高铁路车辆悬挂件疲劳性能,在产品结构设计和运用维护方面可采取的改善措施;为避免系统在周期性激励下发生共振,经分析计算,给出了激励频率比的建议避让区间。最后以实例详细说明了悬挂件振动疲劳评估过程、疲劳问题原因分析、结构优化和验证过程,改进效果显著,表明所提方法对提升车辆悬挂件可靠性、确保车辆安全运用具有指导意义。

基于VR技术的HXD1型电力机车无火回送实训系统研究

针对电力机车无火回送培训周期长、效率低、需占用实体机车的问题,提出一种基于VR技术的HXD1型电力机车无火回送实训系统。该系统借用虚拟现实等新兴技术,结合无火回送教学内容,构建逼真实训场景,交互式指导无火回送处理流程,快速培养员工的无火回送处置能力。该系统相较于传统机车无火回送实训具有明显优势,具备推广应用前景。

CR200J型动力集中动车组动力车轴承故障判断方法研究

从动力车轴承分布、监控传感器分布、轴承数据分析设备、轴承温度数据、SV幅值数据分析等方面着手研究,提出同位温差大于20℃时需要重点跟踪、同位温差大于20℃并有上升趋势时安排入库检查,对轴承状态进行精确判定。通过个性化分析对时域波形图特征、频域图和诊断抽象谱图的对应关系进行判断,根据所报轴位的冲击诊断值、波形特征及对应关系,判断轴承的故障部位,确保动力集中动车组运行安全。

轨道车辆轴箱传感安装结构设计及强度分析

针对上海地铁阿尔斯通车型设计了一种轨道车辆轴箱传感安装结构。首先,通过对轴箱的结构及力学分析,确定了轴箱的载荷与约束条件;其次,利用实车试验,采集并分析获取了轴箱的振动主频特征和加速度功率谱密度;最后,应用ANSYS Workbench和nCode有限元软件,分析了安装结构的冲击强度、模态和疲劳强度。结果表明:在极限冲击下设计的轴箱传感安装结构最大等效应力为121 MPa,小于材料的屈服应力,且大于1.5倍的安全系数;安装结构的前6阶固有频率远离轴箱振动主频,保障了结构的稳定性;车辆3.60×10^(6) km里程对应的累计损伤为1.76×10^(-3),小于破坏阈值,安装结构满足车辆使用要求。经6个月的安装测试,该安装结构无明显裂纹、变形和损伤,实现了轴箱传感器的可靠安装,为车-轨安全监测的传感器安装提供了设计分析方法和工程实践经验。

一种基于经验模态分解与瓦片编码的自适应轴承故障诊断方法

针对传统依赖经验参数的轴承故障诊断方法在不同噪声等级场景下准确率不高的问题,文章提出一种基于经验模态分解与瓦片编码的自适应轴承故障诊断方法。首先,其引入成熟的自适应分解算法——经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)对轴承振动信号进行分解,再根据一定规则选取相应的分量作为有效信号,结合谱平均对信号进一步去噪,实现轴承振动信号的自适应滤波;其次,采用基于瓦片编码(tile coding)的谱编码对滤波后信号进行特征提取,将编码结果作为特征输入K近邻(K-nearest neighbors,KNN)分类器;最后,在进行实例验证时,文章构建一个不同程度噪声的验证数据集,将所提出的自适应方法与经典的基于自适应滤波的故障诊断方法进行比较。结果显示,在信噪比高于-10 dB的情况下,该方法的诊断准确率达到了90%以上,优于其他方法的。

9600kW六轴电力机车转向架构架的静强度分析

大功率交流传动9600kW六轴电力机车用于重载货运牵引,本文一方面参照相关规范和标准,另一方面针对特殊运营、安装等特殊载荷,数值模拟了共计四十种工况,对其转向架构架的静强度进行了分析与讨论。研究所获得的数值结论具有重要的理论意义和工程应用价值,在为该型机车的投产以及相关的设计技术提供重要参考同时,也为大功率重载机车的构架计算的工况选取提供了很好的数值依据。

不均衡闸瓦压力作用下转向架前后轮对非对称运动

将单轮对上的不均衡闸瓦压力等效为闸瓦力矩,以二轴转向架为研究对象,理论推导闸瓦力矩作用下转向架静力平衡方程;在前、后轮对上依次施加相同的闸瓦力矩,分析不均衡闸瓦压力下轮对直线上的非对称运动,进而通过整车非线性动力学模型验证该运动行为,并研究一系悬挂刚度和踏面锥度对该运动行为的影响。结果表明:当闸瓦力矩仅作用于前轮对时,转向架整体横移量大,易引发轮缘贴靠和轮轨磨损,仅作用在后轮对时,转向架横移量较小,前工况下轮对最大横移量约为后工况的4倍,受闸瓦力矩作用的轮对与构架保持同向摇头,是造成转向架较大横向位移的根本原因;通过增加一系悬挂纵向刚度和踏面锥度,使闸瓦力矩在不同轮对上作用的效果趋于一致,且踏面锥度增大还有利于转向架趋于对中位置,而提高一系悬挂横向刚度对前轮对横移影响微弱,但能使构架和后轮对向前轮对横向靠拢。

基于偏离度优化的高速列车轴箱轴承温度预测方法

根据灰色二次回归与GM(1,1)两个模型预测值与实际值的偏差,确定模型各自的权重系数进行组合预测。首先对模型的建模数、迭代数进行合理选择,对原始轴温数据进行预处理,然后分别分析了灰色二次回归与GM(1,1)模型的特点,最后为避免均值加权不能很好地适应轴温波动情况,采用偏离度的权重系数来将两个模型组合起来。通过权值分配的方式,不断对上一阶段单一模型的预测偏差校正,减小组合模型的预测偏差。经实际验证表明优化作用有效。

机车轴间轮径差对其动力学性能影响的仿真分析

为了遵守车轮轮径差限度要求,在机车检修作业中旋修擦伤或磨耗车轮时经常需要对同机车其他未伤损车轮也进行旋修,往往会造成极大的浪费。鉴于此,以某三轴转向架电力机车为研究对象,采用仿真分析方法研究了不同轴位的轮径差对机车动力学性能的影响。采用SIMPACK软件建立机车动力学分析模型,计算了只对第一位转向架单个轮对旋修时机车的动力学响应。结果表明,各种工况下机车运行安全性指标均未超出限度值,在制定轮对旋修方案时从机车运行安全性的角度考虑可适当放宽机车同一转向架轮径差限度要求;但由于各轴轮对存在轮径差会对轮轨垂向力和机车的运行安全性指标产生一定的影响,同时也会对各轴牵引电机的工作性能产生影响,因此具体的轮径差限度值要通过进一步的试验和仿真研究来确定。

转向架永磁同步电机直接驱动技术在国内外的发展概述

介绍了国内外转向架直接驱动(直驱)技术的发展情况,重点从转向架直驱结构和永磁同步电机技术两方面进行分析。同时分析了转向架直驱技术的优缺点及其未来的发展趋势,为国内转向架直驱技术的发展提供参考。

南非窄轨货运电力机车转向架的研制

文章详细介绍了南非窄轨货运电力机车转向架的结构特点和主要技术参数,对轮对轴箱、驱动单元、悬挂装置及牵引装置等关键零部件的结构进行分析说明,并重点介绍了南非窄轨货运电力机车动力学仿真计算及线路试验情况。结果表明,南非窄轨货运电力机车转向架技术先进,性能可靠,完全满足南非业主的要求,为研制其他窄轨机车转向架提供了宝贵的参考。

鹰厦线SS3机车走行部运用情况及展望

本文调查了SS3型电力机车走行部一年来在鹰厦线永安至漳下区段运用中出现的橡胶堆大量裂损和轮缘严重磨耗等问题。分析了问题产生的原因。提出在线路条件差的鹰厦线应配备3B_0轴式的电力机车,并且简要介绍了3B_0轴式机车的优点。