Research on uninterruptable power supply technology for auxiliary winding of electric locomotive while passing the neutral section

Purpose–Auxiliary power system is an indispensable part of the train;the auxiliary systems of both electric locomotives and EMUs mainly are powered by one of the two ways,which are either from auxiliary windings of traction transformers or from DC-link voltage of traction converters.Powered by DC-link voltage of traction converters,the auxiliary systems were maintained of uninterruptable power supply with energy from electric braking.Meanwhile,powered by traction transformers,the auxiliary systems were always out of power while passing the neutral section of power supply grid and control system is powered by battery at this time.Design/methodology/approach–Uninterrupted power supply of auxiliary power system powered by auxiliary winding of traction transformer was studied.Failure reasons why previous solutions cannot be realized are analyzed.An uninterruptable power supply scheme for the auxiliary systems powered by auxiliary windings of traction transformers is proposed in this paper.The validity of the proposed scheme is verified by simulation and experimental results and on-site operation of an upgraded HXD3C type locomotive.This scheme is attractive for upgrading practical locomotives with the auxiliary systems powered by auxiliary windings of traction transformers.Findings–This scheme regenerates braking power supplied to auxiliary windings of traction transformers while a locomotive runs in the neutral section of the power supply grid.Control objectives of uninterrupted power supply technology are proposed,which are no overvoltage,no overcurrent and uninterrupted power supply.Originality/value–The control strategies of the scheme ensure both overvoltage free and inrush current free when a locomotive enters or leaves the neutral section.Furthermore,this scheme is cost low by employing updated control strategy of software and add both the two current sensors and two connection wires of hardware.

Design and analysis of an electric-locomotive turning system for coal mines

We describe a system for turning the accumulator electric locomotives used in coal mines. This improves transport efficiency and decreases mine construction and production costs. The operating requirements, principles, working features and transmission system are discussed. This system has a simple structure and can be manufactured, transported and assembled easily. It, therefore, can handle accumulator locomotives of middle and small size.

低照度下改进YOLOX的煤矿无人电机车轨道障碍物检测方法

为解决地下煤矿光照不足进而导致无人电机车脱轨、撞车或侧翻等问题,提出了一种低照度多特征融合的YOLOX-CBAM目标检测算法,对矿井无人电机车轨道障碍物进行有效识别与分类。首先,通过实际场景采集及标注构建地下煤矿障碍物数据集,并将其输入微光数据处理Zero_DCE模型中;其次,对YOLOX目标检测网络进行改进,分别在骨干网络CSPDarknet和特征金字塔(Feature Pyramid Networks,FPN)部分增加双通道CBAM注意力模块,解决了特征提取环节通道单一的问题;最后,将预测头部分的损失函数替换成SIoU,加快了模型迭代的速度。结果表明,与传统两阶段Faster-RCNN网络、YOLOv4网络、YOLOv5网络和原YOLOX网络相比,本模型精确率分别提高了4.65百分点、2.65百分点、2.19百分点、1.35百分点,召回率分别提高了9.39百分点、4.36百分点、0.82百分点、0.76百分点,速度分别提高了28.6帧/s、16帧/s、13.6帧/s、2.9帧/s,同时本模型与分别添加CBAM、SA、SA+SIoU、SE、SE+SIoU,YOLOX-CBAM模块的YOLOX模型相比,其精度分别提高了0.64百分点、0.84百分点、1百分点、1.29百分点和0.76百分点,速度分别提高了0.5帧/s、0.4帧/s、0.3帧/s、0.2帧/s和0.4帧/s。所提出的方法能实现地下煤矿井下无人电机车轨道障碍物的快速准确检测,并为地下矿运输设备的智能化升级及安全运行提供理论支撑。

基于失效演化模拟的电力机车用IGBT模块解析剩余寿命建模研究

牵引变流器作为电力机车系统中最关键且故障率最高的设备,影响系统的安全运行,其中绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块是导致牵引变流器失效的主要部件。开展IGBT模块剩余寿命准确评估,对降低运维成本和系统故障率具有重要的战略价值和经济意义。目前采用“里程修”的运维方式,未考虑机车运行线路、工况、负载差异等因素对寿命的影响,导致一些线路过早更换的高昂运维成本和一些线路过晚替换的系统停运风险。因此,在牵引系统IGBT模块故障率高、运行线路间可靠性差异大且采用不合理的“里程修”方式背景下,目前业界普遍关心的问题是各线路基于固定里程修更换的IGBT模块剩余寿命是多少。该文针对电力机车用IGBT模块剩余寿命准确评估的问题,以IGBT模块焊料层不同服役里程空洞尺寸分布规律为基础,建立考虑焊料层空洞空间分布规律的精细化多物理场模型,开展多芯片并联IGBT模块失效演化物理过程模拟,提出以焊料层空洞分布统计规律为老化状态的电力机车用IGBT模块解析剩余寿命预测模拟,并通过功率循环试验验证改进模型准确性。研究成果丰富功率器件的寿命预测和可靠性评估理论,为系统从“里程修”向“状态修”转变提供科学依据。

《电力机车整备》课程教学改革与实践研究

“教师、教材、教法”改革是目前职业教育改革的热点,其中课程教学改革与实践关系到能否能切实培养出具备行业所需技能和素质的专业人才,满足社会和行业的发展需求,提升教育质量和学生的职业竞争力。以铁道机车运用与维护专业核心课程《电力机车整备》为例,探讨课程改革的设计与实施思路,以期为高职院校铁道类课程教学改革提供思路。

机车驾驶室垂向动力学建模与舒适性问题研究

为了研究机车在行驶过程中不同速度下的机车驾驶室座椅地板的振动情况,判断其不同速度下的舒适性,降低机车驾驶人员在振动环境中引起职业病的可能性。本文应用子结构法构建了机车多体动力学模型,计算了在不同行驶速度工况下的驾驶室座椅地板处的振动加速度,结合舒适性标准确定不同速度下驾驶室座椅舒适性情况;针对120 km/h行驶速度计算宽轨电力机车驾驶室座椅地板处的随机动态响应,明确其峰值最大值所在的频率范围。分析结果表明:随着速度的提高,宽轨电力机车的驾驶室座椅地板的垂向振动加速度明显增大,舒适性等级由1级变为3级,舒适性明显降低。在频率点16.489 Hz和18.815 Hz时振动位移和振动加速度会产生峰值。

零速信号在机车电气控制中的应用

随着机车电气控制技术的不断发展,零速信号在机车电气控制中扮演着重要的角色,零速信号是指机车制动或牵引系统中用来检测车辆是否处于零速状态的信号,它能够帮助系统实时监测车辆的运行状态,从而实现精确的控制和调节,文章探讨了零速信号在机车电气控制中的应用,希望能够为机车电气的控制发展提供借鉴。

煤矿井下无人驾驶轨道电机车障碍物识别

针对现有煤矿井下无人驾驶轨道电机车因巷道环境恶劣导致障碍物识别精度低的问题,提出用于无人驾驶电机车障碍物精准实时检测的PDM-YOLO模型.基于YOLOv5,将模型C3模块中的传统卷积替换为部分卷积,构建C3_P特征提取模块,有效减少模型的浮点运算量(FLOPs)与计算延迟.采用改进后的解耦头,对传统YOLOv5的预测头进行解耦,提高模型的收敛速度及对障碍物的识别精度.优化Mosaic数据增强方法,丰富训练图像的特征信息,提高模型的普适性和鲁棒性.实验结果表明,PDM-YOLO模型在自制数据集上的平均检测精度(mAP)达到96.3%,平均检测速度达到109.2帧/s,PDM-YOLO模型在PASCAL VOC公共数据集上的检测精度高于现有主流的YOLO系列模型.

电力机车底架前端结构耐撞性拓扑优化研究

为提高电力机车碰撞安全性,文章以某型电力机车车体为研究对象,对底架前端部位开展耐撞性动态拓扑优化研究。首先,建立电力机车有限元模型,通过基于混合元胞自动机法的动态拓扑优化分析得到底架能量流动的主要路径;然后,结合电力机车车体结构特点,对底架前端结构进行优化设计与铝蜂窝吸能材料填充;最后,将优化前后的有限元模型进行碰撞仿真计算对比。研究结果表明:优化后的车体碰撞峰值加速度为402.56 m/s^(2),较优化前的车体碰撞峰值加速度663.04 m/s^(2)降低了39.29%,优化后碰撞峰值界面力比优化前降低35.71%,验证了机车耐撞性结构拓扑优化设计的合理性与有效性,提升了该型机车的耐撞性能。

川藏铁路电力机车司机室空气品质控制研究

为了保证电力机车在川藏铁路运行过程中司机室内有良好的空气品质,通过调研雅安至林芝段沿线海拔、温度及隧道热害情况,分析人体对空气成分的耐受性,建立司机室空气品质仿真模型,研究了机车运行过程中司机室内O_(2)和CO_(2)质量比的动态变化特性。结果表明:该路段部分隧道存在热害及有毒有害气体问题;人体对空气成分的耐受性要求为司机室内CO_(2)质量百分比不应超过0.23%,以及O_(2)质量百分比应控制在21.5%~25.4%;司机室下方的O_(2)质量百分比高于司机头部上方,司机前方的O_(2)质量百分比较低。人员头部上方区域的O_(2)质量百分比大多都在19%以下,室内前端的CO_(2)质量百分比达到0.28%以上;机车以160 km/h的时速运行在热害及有毒气体隧道内关闭新风系统,而在其他路段将新风量从常规的25 m3/(h·人)增加到40 m^(3)/(h·人),可使司机室内O_(2)和CO_(2)质量百分比均满足室内环境要求;当车速一定时,随着新风量的提高,司机室内环境会有较好的改善;当新风量一定时,随着机车时速的增加,司机室内所需满足空气环境要求的新风量将会减少。研究结果可为川藏铁路机车设计提供参考依据。

计算应力谱在机车疲劳伤损领域的应用研究

针对电力机车疲劳伤损评估的传感器测点数量局限性问题,对某型重载电力机车车体振动关键部位进行了加速度传感器布置,对车钩进行了载荷标定,在某货运专线进行了重车和空车状态下的动态测试,基于ANSYS仿真结果、nCode数据处理流程及实测车钩载荷数据获取了车体疲劳关键部位的计算应力时间历程,以雨流计数为基础编制了疲劳关键部位的计算应力谱,通过计算累积损伤获取了疲劳关键部位的剩余寿命,该机车在达到其设计寿命运行里程后,还可以安全运行56万km。

基于DSP的锂电池充电供电控制系统设计

为满足电力机车在无电区的供电需求,同时兼顾锂电池(磷酸铁锂)的自动充电、供电要求和环境温度要求,本文在锂电池的充电和供电的需求基础上,设计了基于DSP的锂电池控制系统,对控制系统的总体设计、硬件电路、控制算法和程序等进行介绍,实现了锂电池充电以及供电的自动化运行策略。实验证明:本文设计的锂电池控制系统可有效满足锂电池充电和供电的要求,具有较好的实用性和可靠性。

典型直流和交流电力机车受电弓控制电路仿真分析

受电弓是电力机车最重要的高压电器之一,其控制原理和电路分析是高职院校铁道机车专业学生需掌握的核心技能。分别梳理SS9直流机车和HXD3交流机车两种典型的电力机车受电弓控制原理,使用Multisim软件对其控制电路进行仿真建模,编写控制逻辑程序,交互仿真升弓、降弓、电钥匙互锁等功能,直观地观察到电路原理图、仿真响应、测试参数,为机车受电弓控制电路的教学提供良好的平台。

重载机车102型钩缓装置动态模拟方法与动力学性能研究

该研究结合试验数据提出了重载机车102型车钩缓冲装置受压动态响应的模拟方法,并研究了该机车及钩缓装置在双机重联牵引万吨列车编组下的动力学性能。基于102型钩缓装置结构特性与受压稳钩机理,采用加权离散方法将缓冲器简化为具有相同迟滞特性的多个阻抗力元,并引入剪切刚度来考虑其相互之间的剪切效应,提出了能够准确模拟钩肩止挡和缓冲器偏压特性的102型钩缓装置动力学建模方法;进而借助子结构方法搭建了“主控机车+重联机车+货车车辆+虚拟货列”的双机重联牵引万吨列车动力学模型,其中四节机车、货车车辆之间采用钩缓装置子结构连接;通过试验数据对比修正了钩缓装置模型中离散阻抗力元间的剪切刚度,并验证了所建列车动力学模型的正确性;计算分析了线路条件、结构参数、机车电制力等对系统动力学响应和运行安全性的影响规律。结果表明:重载机车在小半径曲线上施加大电制力容易引起异常增大的轮轴横向力,危及行车安全;随着车钩最大自由转角的增大,车钩偏转角和机车运行安全性指标均呈逐渐增大趋势;机车二系悬挂横向刚度增大有助于提高机车自身的受压稳定性和减小车钩偏转角,但过大横向刚度又会增大轮轨横向动态作用。

基于某特殊铁路标准的电力机车耐撞性设计方法

为了保证电力机车被动安全的普遍适用性,基于某特殊铁路标准,以某型电力机车车体为研究对象,开展了电力机车耐撞性设计方法研究。首先,在分析研究相关机车耐撞性标准的基础上,确定了符合特殊标准的碰撞工况;然后,开展了基于碰撞能量管理的电力机车车钩缓冲装置能量配置研究;最后,在建立电力机车碰撞动力学与有限元模型的基础上,对比分析了典型工况下基于碰撞能量管理设计前后机车的耐撞性指标。结果表明:碰撞后的车体自身平均加速度、车厢纵向永久变形量和门窗对角永久变形量等各项耐碰撞性能指标均能满足相关要求,验证了机车碰撞能量管理设计的合理性与有效性,提升了该型机车的耐撞性能。

电机车运输监控系统在煤矿中的应用

主要研究了电机车运输监控系统在煤矿中的应用。分析了电机车运输监控系统的组成、原理、功能,以及在煤矿运输过程中的实际应用效果。通过对电机车运输监控系统的优势和局限性进行分析,结合实际案例,探讨了该系统在提高煤矿运输效率和安全性方面的表现,以及与其他运输监控系统的整合。

基于线性自抗扰的车载蓄电池电机车充电系统

针对传统矿用蓄电池电机车充电过程繁琐,需将蓄电池从电机车上吊离至专用充电机房充电,再吊回至电机车,这种充电方式要求有多套蓄电池进行替换,效率低下,并且充电纹波大、质量差。对此设计了一种蓄电池电机车车载充电控制系统,采用PWM整流和DC/DC变换两级式拓扑结构,对前级PWM整流器电压外环用线性自抗扰控制,内环采用电流解耦控制,对后级双向DC/DC采用恒流转恒压的双闭环控制。实验结果表明,基于线性自抗扰的车载充电控制系统在提升充电效率的同时,能够有效降低母线电压纹波、减小网侧电流畸变,提高充电质量。

氢燃料在铁路运输领域的应用可行性分析及前景展望

从氢燃料的特性出发,概要介绍燃料电池的分类与优劣势,将氢作为燃料的内燃机与燃气轮机的技术特点。重点阐述燃料电池机车的研究现状,对现阶段使用氢燃料的上述几类动力装置的前景进行分析。就目前而言,燃料电池机车作为一类采用新能源的自给式机车,以其较好的优势,可作为内燃机车的有效替代车型,在调车及工程作业行业发挥重要作用,在隧道数量较多的西南地区能得到充分利用。考虑到燃料电池自身只能用于发电却无法进行能量储存,由燃料电池及储能元件组合而成的燃料电池混合动力机车具有更好的发展前景。以氢作为燃料的内燃机车及燃气轮机车可作为替代方案,进一步推动氢燃料在铁路运输领域的应用及发展。

基于模糊综合评价法的电力机车检修基地火灾风险评价

详细分析基地发生火灾隐患的风险因素,利用层次分析法构建基地火灾风险评价指标体系,确定影响火灾风险的4个一级指标和16个二级指标,通过专家评分法确定各指标权重值,结合模糊综合评价法得出基地模糊综合评价模型,求出基地的火灾风险安全等级为“较好”,并指出检修基地火灾风险控制策略。该评价法可以客观、科学、合理地反映基地火灾风险等级,并能识别出具体指标的薄弱环节。

某型电力机车动力学仿真分析

文章以国内主力货运机车为研究对象,在对该型机车进行拓扑分析的基础上,依据该产品的实际结构,重点考虑了一系轴箱弹簧、二系橡胶堆和横向油压减震器等力学参数并对其进行了多体动力学建模。根据相关标准确定了多个工况,并对该型重载电力机车进行动力学性能评估,利用Sperling法进行了机车的平稳性分析以及机车非线性临界速度、脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力的稳定性和安全性分析。结果表明,在曲线的工况下,曲线半径对机车安全性的影响较小;在50~70 km/h的速度范围内,机车的运行速度与机车运行平稳性密切相关,所研究内容对国内机车产品的设计具有一定的指导意义。