采用弹性车轮的独立轮对有轨电车曲线通过动力学性能研究

采用动力学仿真软件SIMPACK,利用离散刚度阻尼单元模拟弹性车轮的弹性变形特性,建立了三编组现代有轨电车列车动力学计算模型,对比分析了曲线半径R400 m线路条件下弹性车轮在时域和频域内的减振性能,讨论了50~400 m不同半径的曲线线路条件下不同轮对形式的弹性车轮对中间拖车曲线通过性能的影响。计算结果显示:弹性车轮能够减小20~40 Hz、50~70 Hz和180~300 Hz频率范围内的车体垂向振动以及20~550 Hz范围内的车体横向振动。从轮对横移量和轮重减载率看,曲线半径R200 m左右是弹性车轮传统轮对和弹性车轮独立轮对曲线导向能力的分界点;从轮轨横向蠕滑率、轮对摇头角、脱轨系数和轮轴横向力看,曲线半径R100 m左右是分界点。

随机侧风下高速列车在桥塔环境中气动载荷的时域与频域特性研究

在列车高速行驶过程中,强侧风的作用使得高速列车气动载荷急剧变化,可能会引起列车倾覆。文章对比分析了在恒定侧风和随机侧风的作用下,某型高速列车通过桥塔环境时头车所受到的气动载荷的时域特性,通过对其气动载荷进行快速傅里叶变换,得到了频谱分布特性。结果表明:在恒定侧风作用下,高速列车的气动载荷变化平缓,波动较随机侧风明显平缓;而在随机侧风的作用下,随着基频风速增大,气动载荷的极值大小基本不变,但极值点数目增加,这表明随机侧风模型和基频风速增加,对列车气动载荷变化影响显著。气动载荷功率谱密度集中出现在0~5 Hz范围内,最大值对应频率集中在0~1 Hz范围内,表明由侧风导致的列车所受非定常气动载荷的频率较低,这与列车本身的一些固有振动模态频率非常接近,易形成共振;与恒定侧风相比,随机侧风下气动载荷功率谱密度峰值更大,且随着基频风速增大而增大。

铝合金车体结构自动参数化建模及刚度分析

基于铝合金车体断面CAD图纸,提出了快速、全自动提取车体断面中线和厚度的方法,并实现了断面中线分组、网格划分、厚度、材料属性的自动生成和赋值。在此基础上,基于MATLAB软件自主开发了铝合金车体结构建模和刚度分析专用软件。专用软件可利用车体梁柱截面的CAD图纸,自动建立车体的门、窗、牵引梁、枕梁、缓冲梁、门立柱、端墙结构的有限元模型,并实现与车体断面有限元网格的自动完全匹配。同时,自动施加约束和载荷并形成分析工况,从而建立整车结构的参数化有限元模型,实现车体结构刚度的快速有限元分析。通过与人工创建的车体结构有限元模型刚度对比,验证了基于上述方法自动建立参数化铝合金车体结构有限元模型的正确性。

板式轨道线路对机车垂向振动影响

高速列车在板式轨道线路运行时,板式轨道激振所引起的特定通过频率加剧了车体垂向振动,特定条件下引起车体垂向共振,恶化高速列车垂向平稳性并造成车体结构疲劳破坏。实际运营过程中,在板式轨道线路,动力集中动车组动力机车垂向振动剧烈。针对此现象,文章利用UM软件建立了考虑柔性车体、钢轨弹性及轨道板弹性的机车-板式轨道耦合系统动力学模型,分析了机车通过板式轨道时的垂向振动特性。研究表明:通过板式轨道时机车车体垂向振动响应大于非板式轨道线路,轨道板通过频率及其二倍频率振动响应明显,机车在140~160 km/h速度时车体一阶垂弯振动加剧;相对于非板式轨道线路,机车以160 km/h速度在板式轨道线路运行时,在线路不平顺激励及车轮一阶不圆激励工况下,车体垂向振动加速度分别增加8%和25%。

一种新型转向架橡胶垫的开发与应用

橡胶垫在机车车辆一、二系悬挂系统上得到广泛应用,作用是绝缘、减振以及调整系统组合刚度,通过调整组合刚度能有效地改善机车车辆的动力学性能。文章首先从橡胶垫对一系悬挂装置系统组合刚度影响的角度出发,利用Abaqus软件建立了一系悬挂系统仿真模型,分析了不同结构的橡胶垫对系统组合刚度、橡胶垫应力和应变的影响;其次模拟橡胶垫实际运用工况,搭建了一系悬挂系统的刚度试验台,对装有不同结构橡胶垫的一系悬挂垂向刚度进行了试验测试,并与计算结果进行了对比分析,结合仿真计算和试验验证结果,最后选取对调整系统组合刚度最优方案的橡胶垫进行了产品开发。该橡胶垫顺利通过了疲劳试验,并装用于某出口动车组上,效果良好、性能稳定,为后续橡胶垫的开发提供了参考依据。

重载组合列车空电联合制动施加时机匹配策略研究

重载列车在长大下坡道运行时需采用空气制动和机车电制动配合使用的空电联合制动模式,以保证列车有足够大的制动力,从而避免加速过快。因重载列车质量大,且该制动方式有可能造成车钩力叠加,导致产生更大的纵向冲动,严重时会威胁列车运行安全。加之重载组合列车为分布动力模式,从控机车作为空气制动信号传播源和动力制动源之一,导致其相较单编列车受力更为复杂。文章基于空气流动理论和多刚体动力学原理,建立了万t和2万t重载组合列车仿真模型,分析了空电联合制动施加时机匹配策略对纵向冲动的影响,并提出了可减小纵向冲动的施加策略。结果表明,通过调整空气制动和电制动的配合施加时机,可避免空气制动以及电制动产生的压钩力峰值叠加,或使空气制动产生的拉钩力抵消电制动产生的部分压钩力,有效降低列车的车钩力水平,为重载组合列车优化制动策略提供了理论依据和数据支撑。

基于多传感器融合的列车运行环境自主感知系统设计

针对列车在复杂运行环境中面临的视角、视距影响及隧道维护等安全隐患,提出了基于多传感器融合的列车运行环境自主感知系统的设计与应用方案,能够有效识别和应对各种运行中的障碍物,在防护障碍物侵限和线路环境病害监测方面实现了技术提升。样机在某地铁线路实际部署,通过地铁列车正线运行的实际使用,验证了系统的应用价值,为后续全面推广打下了坚实基础。

一种基于冲击识别的轴承监测定量健康指标构建方法

滚动轴承的健康指标(Health Indicator,HI)对于机械设备的状态监测至关重要。现有的HI构建方法需要根据不同的工况进行构建,而且其振幅波动范围受到转速等因素影响。文章提出了一种新的HI构建方法,用于定量评估轴承的健康状态。首先,利用Protrugram滤波算法实现信号去噪;其次,对信号进行包络谱分析,分别计算4种故障特征频率处的幅值,将最大的幅值用于衡量冲击性;最后,应用SPM公式计算得到轴承的SPM-HI。为了验证所提出方法的有效性,使用2个轴承数据集进行了验证,结果表明,提出的SPM-HI具有更好的趋势性、单调性和尺度相似性,而且在不同的工况下,计算出的SPM-HI幅值相似,说明其具备良好的定量性能。

不同高速动车组车轮踏面的轮轨接触关系对比

为了研究我国不同高速动车组的轮轨接触关系,针对我国高速动车组车辆常用的5种车轮踏面(LMA、LMB、LMC、LMD、LMB10)和高速铁路60N钢轨,对其轮轨匹配特性进行了研究。基于迹线法求解轮轨接触几何关系,采用半赫兹接触理论计算不同轮轨匹配的接触斑和接触斑内的法向应力分布。研究结果表明:从接触几何角度来看,LMA和LMC踏面等效锥度较小,踏面和钢轨上的接触带宽小,接触点比较集中;LMB和LMD踏面接触带宽较大,LMB10踏面居中,但LMB踏面的等效锥度最大。从接触力学角度来看,LMA踏面接触斑形状最接近椭圆,不同横移量下的接触斑面积和应力最大值变化最平缓;LMC踏面在靠近轮缘区域的接触斑形状复杂,且整体的应力水平较大;LMD踏面的接触斑位置变化最大,但在小幅横移范围内接触应力最小;而LMB和LMB10两种踏面的接触斑特性相似,在名义滚动圆附近接触斑面积最大,接触应力最小,靠近轮缘区域后快速增大。

三大件式转向架斜楔建模方法及其对车辆动力学性能仿真结果的影响

斜楔是三大件式转向架的重要减振装置之一,其结构和工作原理较为复杂,因此在动力学仿真中难以被精确地模拟。文章在总结既有斜楔建模方法的基础上,提出了一种新的斜楔建模方法,不仅考虑了斜楔的6个自由度,而且建模过程简单,计算效率高。为了探讨斜楔建模方法对车辆动力学仿真结果的影响,选取摩擦功和二系垂向振动衰减率作为考察指标,对5种斜楔模型的计算结果进行了比较,并依据建模原理分析了造成摩擦功仿真结果产生差异的原因。从车辆蛇行失稳临界速度、车辆运行平稳性指标等动力学性能指标来看,斜楔不同建模方法得出的仿真结果具有较好的一致性。

《铁道车辆》投稿须知

1来稿要求和注意事项(1)来稿请写明第一作者(通信作者)姓名、性别、出生年、学历、职称、单位(具体到二级部门)、电话和通信地址。(2)稿件应力求主题清楚,论点明确,逻辑严谨,数据准确,文字简练通顺。

《铁道车辆》投稿须知

1 来稿要求和注意事项(1) 来稿请写明第一作者(通信作者)姓名、性别、出生年、学历、职称、单位(具体到二级部门)、电话和通信地址。(2) 稿件应力求主题清楚,论点明确,逻辑严谨,数据准确,文字简练通顺。(3) 论文写作格式及要求需参考《铁道车辆》论文模板。(4) 稿件需不少于3 000字并附中英文摘要及关键词,中文摘要300字左右,关键词5~8个。

半自动缓解阀体缺陷引起铁路货车制动故障的分析

随着120型空气制动控制阀(以下简称“120阀”)的普及与新型120阀的推广应用,120阀在我国铁路货车制动中占有极大的比重,120阀的使用可靠性能是列车运输安全的重要保证。文章分析了120阀半自动缓解阀异常故障的情况以及原因,并提出了相应的故障处理措施以及建议。

CRH6型城际动车组空气制动异常施加问题分析研究

CRH6型城际动车组在运用过程中出现闸片磨耗过快的问题,磨耗周期约8万km。根据减速度设计曲线与电制动包络线,列车电制动能力在全速度范围内至少可覆盖常用制动2级。但是大量的动车组上线运营数据显示,动车组在低级位(2级)制动时均补充了空气制动,与理论设计存在差异。针对上述问题,搭建了牵引系统与制动系统地面试验台。为模拟现车条件,电制动请求、电制动反馈线缆长度同现车线缆长度。模拟不同制动级位、不同速度等级下的电空配合工况,利用上位机和万用表分别采集牵引控制单元(TCU)和制动控制单元(BCU)的电制动请求值、反馈值。通过对试验数据分析、研究和对比发现,TCU与BCU内部的A/D电路、D/A电路在转换过程中存在损耗。此外,同一个制动单元内的动车和拖车之间传输的载荷信号也存在衰减。为此,文章从制动控制原理入手,针对采用硬线作为电制动与空气制动传输介质的列车,提出了改进优化方案,在TCU内部设定了电制动补偿系数。优化方案经过了现车验证,应用效果良好。

基于深度学习的TFDS货车故障图像智能识别算法研究

货车关键部件故障的准确识别对车辆的运用工作非常重要。目前主要依靠动态检车员基于TFDS系统所获取的图像进行人工分析,耗费大量人力、物力,分析效率较低,并且易出现故障漏报,对车辆的运行安全造成隐患。文章提出了基于深度学习的目标检测加部件故障识别的两阶段车辆故障识别算法,通过对标注的图像进行模型训练,实现车辆故障的智能识别。该算法已经在中国铁路郑州局集团郑州北车辆段完成有效性的验证,结果表明,该算法可实现对车辆部件的准确定位、故障自动识别及结果的综合分析,有效提升了TFDS系统的故障识别准确率,大幅降低了漏报率,对于提高货车车辆运用工作的智能化水平,保障运行安全具有重大意义。

铁路货车过轨技术研究现状及发展趋势

介绍了国内外铁路过轨技术的发展现状和运用情况。阐述了我国通过换装转向架和转换车钩方式实现我国铁路货车整列运输至不同轨距的国家的关键技术,包括运输组织模式、换装前后货车的主要结构和参数、运用条件和线路适应性、转向架技术、车钩连挂技术和制动系统匹配性等。同时,阐述了采用变轨距转向架过轨实现互联互通的运输模式,重点对变轨距轮对技术、配套变轨距地面装置、变轨距制动梁技术、动力学性能仿真和变轨功能试验进行了研究。最后,提出了应用换装转向架和转换车钩过轨、直达过轨变轨距列车两种过轨的技术发展趋势。

对铁路货车水浸轴承处置的探索

对郑州北车辆段水浸轴承故障的判定、处置、预防进行了归纳与总结。首先阐述了水浸轴承故障的危害及表征,总结了水浸轴承故障的判定方式和方法;然后明确了故障检查与处置要求,并针对性地提出了预防水浸轴承的建议。文章对探索水浸轴承的预防和快速处置、确保货车运输安全具有重要意义。

铁路车辆车窗隔热系数计算及隔热性能分析

根据铁路车辆车窗结构特点,将其分为安装结构和中空玻璃两部分,分别通过一维稳态导热公式和中空玻璃稳定状态下U值计算方法计算隔热系数,再通过面积贡献率叠加计算整窗隔热系数,并验证了方法的可行性。利用隔热系数计算方法研究了安装结构材料导热系数和厚度、中空层气体厚度与种类、玻璃表面辐射率、中空玻璃材质与厚度对隔热系数的影响。结果表明,车窗安装结构隔热性能主要取决于是否有效隔断热桥,非金属隔断层的厚度越大,热阻越高,隔热性能越好。中空玻璃获得良好隔热性能的前提是具有较优的中空层厚度,在此基础上采用镀Low-E膜玻璃可以有效降低隔热系数,填充惰性气体、使用PC板代替玻璃或增加玻璃厚度均可一定程度降低车窗隔热系数,但效果不明显。

动车组中继阀性能在线评估方法研究

为实时评估中继阀性能并在发现其性能衰退或异常时及时作出处理,文章提出了一种动车组中继阀性能在线评估方法。在电子制动控制单元内建立了中继阀在不同工况下全部压力变换区间的离散模型;在动车组运行过程中对压力差、时间比、压力波动次数等模型参数进行了实时更新并获取了性能评估所需的动态指标;根据模型反映的压力输入输出关系提取了性能评估的静态指标;建立了性能评估的多层级架构,基于静态和动态指标及运行中的中继阀相关故障数据对其性能进行了不同层次的在线评估。以复兴号动车组中继阀为试验对象,在实物测试平台中对此评估方法进行了验证,结果表明,在线评估方法提高了中继阀性能评估结果的实时性和准确性,层次化的评估结果对运用检修具有更好的指导作用,性能评估模型还能够提升制动缸压力的控制精度。

轨道交通车辆低压配电产品高防火安全等级的材料设计解决方案

介绍了轨道交通车辆防火安全对低压配电产品材料选型设计的要求以及轨道交通车辆专用低压配电产品的材料设计解决方案。依据EN 45545标准的要求,并结合我国轨道交通车辆火灾防护的实际应用情况,建议材料设计选型应当从降低材料的可燃性、减少材料燃烧的烟雾产生和烟雾毒性、提高材料的阻燃性能、降低电气设备自身故障导致的火灾风险、有效阻止或延缓外部明火蔓延以及平衡材料经济成本和使用性能等方面的因素进行分析评估,并对相应的表征参数进行了建议。文章比较了不同类别的改性尼龙材料的使用性能和成本经济性,并且对比分析了市场上国内外低压配电品牌产品的材料设计方案及性能。在此基础上,针对客户需求、应用场景和安全等级的不同,对小型断路器、接触器和电机保护断路器等产品定制化设计了经济型和最高防火等级的材料方案,并且兼顾了低温和高海拔等特殊环境应用对于材料提出的挑战,以期为轨道交通车辆应用提供火灾防护等级更高、更加安全可靠、更具经济成本优势的低压配电产品,保障火灾发生时提供更长的黄金逃生时间,更好地维护车辆和乘客安全。