永磁电动悬浮多工况下的电磁力特性研究

永磁电动悬浮系统由于自身弱阻尼的特点,运行过程中磁体的姿态易受外界扰动而发生改变,从而影响系统的电磁力特性。该文针对磁体倾斜、横移、偏转等工况,采用解析计算、仿真分析、实验验证相结合的方法来研究系统电磁力特性。首先阐述系统的结构及原理,推导Halbach永磁体阵列在水平、倾斜、偏转状态下的磁场分布函数,建立适用于系统多工况的三维解析模型;其次,搭建三维仿真模型,仿真结果验证了解析模型的正确性,并结合解析模型对比分析系统典型工况下的浮阻特性和悬浮能力;最后,依托组内自研的最高设计时速为600km/h的动轨实验台,分析了系统在固定参数下的电磁力特性和垂向自稳定能力,并验证解析模型的准确性及磁体在不同横移位置的电磁力特性。

高速铁路大跨桥梁端钢轨伸缩调节器监测技术

钢轨伸缩调节器被广泛应用于高速铁路大跨桥上无缝线路中,但因相对位移量大、零部件多等问题成为高铁薄弱环节之一,实时监测其服役状态对于高铁运营安全至关重要。为保证监测数据的实时性与准确性,结合计算机视觉技术与实际工程现状,建立调节器服役状态在线监测系统。具体包括:完成监测系统设计与布点方案优化研究,开发现代化的信息管理系统;针对现场传感器的实时采集数据设计一整套数据处理流程,结合随机森林、长短期神经网络等算法实现调节器服役状态的超前预测,结合YOLO系列目标检测算法实现钢轨位移量的非接触式测量;基于现场需求设计综合试验平台,对重点关注的钢轨位移、应力等重要指标进行模拟试验。试验结果表明,研究的调节器监测数据处理方法可以适应调节器区域监测需求,具有重要的工程意义。

碎软煤层高速螺旋钻探装备研制与实践

针对王坡煤矿碎软煤层钻孔施工排渣难、事故率高、成孔难等问题,设计了高转速履带式钻机、配套螺旋钻杆及三角梯齿钻头,能够有效地解决在钻进过程中出现的卡钻、塌孔等问题。现场工业性试验表明,该套钻探装备有效解决了施工过程中存在的排渣难、喷孔顶钻等问题,提高了钻孔成孔率,为矿井本煤层瓦斯抽采提供了重要支撑。

高速铁路钢轨现场焊接接头超声检测系统

为进一步提升钢轨现场焊接接头超声检测系统的检测覆盖能力和缺陷显示能力,研制了多种探头扫查和缺陷显示模式的高速铁路钢轨超声检测系统。通过利用单探头扫查、串列式扫查和K型扫查模式相结合的扫查架系统进行检测,改善以往串列式扫查钢轨因检测覆盖区域有限出现漏检的问题;开发了具有B型、D型和C型视图显示的系统软件,从正面、侧面和俯视面3个方位显示缺陷的信息。采用该检测系统进行测量的结果表明:该超声检测系统具备10 km/h扫查速度,位移精度达到2 mm;面积型缺陷定量误差小于1 mm,缺陷位置的定位误差小于2 mm。该系统实现了钢轨焊缝中面积型缺陷高精度定量和定位检测。

航空发动机高温高速密封试验台研制

由于缺少试验装置,目前国内不能对航空发动机密封装置进行全工况条件下的试验研究。研制一种能模拟航空发动机密封装置的全工况条件的密封试验台,对某刷式密封试验件进行静态和动态试验。该高温高速密封试验台能模拟航空发动机密封装置的工作温度、压力、安装方式及工作转速等工况,可对密封装置的静动态试验的泄漏量进行测量,为密封装置的设计和改进提供可靠的试验依据。

单轴滚动台车轮多边形磨耗激振试验及动态仿真

应用高速列车单轴滚振试验台,通过打磨轨道轮模拟短波不平顺,开展了车轮多边形磨耗的激振试验。建立了试验台动力学分析模型,研究了300 km/h速度范围内高阶车轮多边形、单一谐波激扰对轮对系统振动特性的影响;测试结果与时-频域计算结果进行对比,发现通过在轨道轮上打磨多边形,能够激发轮轨系统数千Hz的高频振动,在轴箱振动中,多边形磨耗的单边长度诱发的基频及其倍频占据了主导,轮对和轴箱的垂向自振也贡献了较大振动能量;计算结果能较好反映车轮多边形激发的2500 Hz以下的基频及倍频振动,其时域的幅值特性和频域的主频分布规律与测试结果也比较吻合;在轨道轮上设置单一谐波,可激发轮轨系统数百至上千Hz的中高频振动,运行速度增加后,谐波激扰区信号明显加强。当运行速度增至200 km/h和300 km/h时,仿真模型分别能够较好反映1000 Hz和250 Hz以下的轮对振动,而对更高频率振动则较难捕捉。研究结果表明,单轴滚振试验台能够用于开展短波不平顺的高频激振试验,就该试验台而言,相应的动力学模型在中高频振动仿真分析具有一定的适用性。

高速铁路站内绝缘节和钢轨烧损模拟测试及研究

本文针对高铁车站绝缘节和相邻钢轨烧损的现象,采用模拟测试方法,结合理论分析,对其形成原因和机理进行研究。通过模拟站内回流切断点处的线路及列车运行环境,设计室内模拟测试方案,取得了较全面的电压电流数据及相关特性,根据现场观测、测试数据和现象与电弧模型和特征的对比,确认由于电弧高温而造成绝缘节及钢轨烧损。根据电弧机理和测试分析,简述电弧对钢轨和绝缘节的危害,并对产生电弧的原因进行初步分析。从优化牵引电流切断点设置、研究其对轨道电路传输的影响、减小绝缘节两侧钢轨电位差、改进绝缘节材料性能等方面,提出防止绝缘节由于电弧烧损的对策。

柔性轮对的离散时间传递矩阵法建模及垂向振动

针对铁道车辆轮对系统的弹性振动及台架高频激振试验仿真问题,以离散时间传递矩阵法建立了柔性轮对振动模型.基于Newmark-β隐式法积分格式推导了分布质量弹性轮轴、集总质量车轮及弹簧-阻尼单元的离散时间传递矩阵,采用Riccati法、Newmark-β法实现轮对系统垂向振动加速度以及速度、位移的求解,将轮对模型与采用新型显式积分法求解的构架、轨道轮组动力学模型集成,完成机车车辆单轴滚振试验台的动力学建模,提出了混合积分模式下动态仿真求解流程.基于滚振试验台,开展了轨道轮初始表面粗糙度、打磨多边形及局部凹陷状态下300~400 km/h高速运行试验,同步开展了相应的动力学仿真,通过在时域-频域对测试和计算结果的比较,检验了理论模型.结果表明,在振动加速度的时域-频域特性和幅值分布上,单轮对柔体模型总体能够较好反映500 Hz频率下系统的中高频振动规律,有效捕捉车轮不圆、多边形磨耗、局部凹陷等动态激扰,三种轨面状态下计算的轴箱加速度幅值误差总体低于9%,模型具有较好的适应性和准确性.但相关建模方法如何在复杂空间结构中应用需要进一步探索.

滚动轴承打滑蹭伤试验研究

基于高速滚动轴承试验机对滚动轴承打滑蹭伤展开试验研究,获得不同工况参数下滚动轴承打滑蹭伤的临界转速;研究滚动轴承在打滑蹭伤临界转速下不同运行时间对滚动轴承磨损程度的影响,以及滚动轴承打滑蹭伤后,继续以更高转速运行对滚动轴承磨损程度的影响。结果表明:滚动轴承发生打滑蹭伤瞬间伴随着摩擦扭矩、温度及振动加速度的同步突增,且其在润滑不充分及轻载工况下出现打滑蹭伤时的临界转速更低;滚动轴承在打滑蹭伤临界转速下运转时间越长,磨损越严重,这可能是由于打滑蹭伤破坏滚动轴承表面光洁度,使摩擦因数增大从而导致磨损速度加快;滚动轴承打滑蹭伤后,继续以更高转速运转时易出现二次淬火烧伤,大大降低轴承使用寿命。

采用知识流理论的高速滚动轴承打滑失效试验台集成设计

为了降低高速滚动轴承打滑失效试验台设计中知识获取的复杂度,结合知识流理论对试验台集成设计过程进行了知识梳理与基于流程分解的知识解耦,在对功能质量约束需求进行分析的基础上研制了打滑失效试验台。提出了一种支持产品全生命周期设计的一体化知识集成框架,并基于这一框架对打滑失效试验台从需求分析直至交付的全生命周期设计过程中的设计知识及其与设计过程的集成模式进行了研究。建立了高速滚动轴承打滑失效试验台集成设计的知识流模型,对试验台集成设计服务及其知识流动情况进行了分析;研究了分布式资源环境下设计知识服务的发布与发现机制,对建立的资源单元进行了基于网络的知识服务注册与发布,以利于分布式资源环境下用户的搜索与发现。研究结果表明,从知识流视角出发对试验台集成设计进行研究是可行的,有助于提高设计效率与质量。

高速铁路联调联试安全风险分析技术的研究

高速铁路联调联试是一项采用大量新技术、高标准建设的复杂系统测试工程。从安全风险理论出发,参照国外铁路开通前调试试验安全风险分析经验,结合高速铁路联调联试的目的和内容,提出适用于联调联试安全风险分析的风险矩阵,并对基于风险矩阵的联调联试安全风险分析流程进行研究和探讨。

高速球轴承生热量的理论及试验研究

结合高速球轴承的拟动力学模型,分析轴承各零件在接触点处的切向摩擦力和相对滑动速度。利用局部分析法建立轴承生热量计算模型。研究转速、载荷和轴承几何结构参数对轴承各单元间的局部生热量和总生热量的影响。搭建轴承试验台,监测轴承生热量随工况的变化规律;将相同条件下的理论计算结果和试验结果进行对比,验证理论模型的正确性。结果表明:轴承在稳定运行时,转速和外加轴向载荷是造成轴承总生热量的主要因素;在球径一定的情况下,内、外圈沟曲率半径系数存在一个使轴承生热量最小的最优值;分析轴承生热量变化规律,有利于轴承的温度场计算、润滑油油量的选取等。研究结果为轴承结构的优化设计提供参考。

高速铁路接触网吊弦疲劳试验台

针对目前高速铁路接触网系统中吊弦疲劳断裂的问题，为研究当受电弓高速通过时吊弦的振动情况以及疲劳机理，文章首先对武广高速铁路接触网进行动态仿真分析，分析了受电弓以300 km/h通过时，连续2跨吊弦力的分布情况，得到了吊弦最大动态力是吊弦静态力的2～3倍的结论。其次分析了相关标准（欧标EN 50119、日标JIS E 2002及铁标TB/T 2073、TB/T 2074、TB/T 2075）中对吊弦疲劳试验的要求，设计了一套吊弦疲劳试验台。该试验台能够得到不同振动频率、压缩幅度、吊弦力下的吊弦疲劳寿命，为进一步研究吊弦的疲劳特性及疲劳机理提供了试验依据。

中国高铁联调联试与运行试验现状分析

介绍了高铁联调联试与运行试验的作用和内容。对联调联试与运行试验过程中存在的进行时间紧凑、缺少其他相关部门的参与、人员演练需要加强、缺少独立第三方的安全评估等现状问题进行分析,提出了组织计划统筹、测试案例库构建、系统状态评价等需深入研究的要点,并建议进行全生命周期的RAMS(可靠性、可用性、可维护性和安全性)评价,为我国高铁联调联试与运行试验体系的进一步完善提供参考。

中国高铁技术发展中的理论突破和试验突破

中国高速铁路得到了迅猛发展,复兴号高速列车成为国家的靓丽名片。中国高速列车面对广域服役与持续高速运行的挑战,在走行部技术、车体技术、牵引制动与网络技术等方面实现了技术突破,打造了谱系化高速列车精品工程;高速列车耦合大系统动力学理论提出,大系统耦合计算方法的创新和高速列车数字化仿真平台的建设,有力支撑了中国高铁的创新发展;世界上试验速度最高的机车车辆滚动振动试验台和获得Thomas Hawksley金奖的弓网混合模拟试验台等一批高速列车基础研究实验平台的建成,在高速列车动力学性能优化起到不可替代作用;世界上首创的高速列车运营跟踪试验研究,揭示了高速列车长期服役的动力学性能演变规律,为高速列车动力学的再优化和安全评估提供了科学依据。数字化仿真平台、基础研究实验平台和服役性能研究实验平台构建成高速列车动力学性能全寿命周期研究体系,它的实践与应用,保证了中国高速列车高平稳安全运行。

高速铁路联调联试险兆事件安全管理方案设计

联调联试是高速铁路开通前动态验收的关键环节,安全管理是联调联试的重点和难点。为及早发现和处理事故隐患,构建主动发现问题的试验安全风险控制体系,从险兆事件理论出发,提出铁路险兆事件的定义,分析铁路险兆事件和铁路事故的区别,结合我国高速铁路联调联试安全管理的实际情况,提出基于3类危险源的高速铁路联调联试险兆事件致因模型,对险兆事件管理与风险预控的关系进行分析,并从目的、内容及管理流程方面进行高速铁路联调联试险兆事件管理方案设计,为高速铁路安全管理提供参考。

高速动车组轴箱轴承模拟线路加载试验研究

研究了高速动车组轴箱轴承台架试验的试验条件,包括试验环境温度的要求、模拟风速的设定以及模拟列车运行速度的方法,提出了模拟线路加载的试验方案。基于实测的高速动车组轴箱轴承线路载荷谱,在高速轴承试验台上进行了加载试验,运行过程中实时监测轴承的温度变化和振动情况,运行过程稳定。试验结果表明,试验模拟线路加载试验方案可行,为高速动车组轴箱轴承的研发提供了理论参考。

高速列车耦合大系统动力学创新研究体系

高速列车与线路、接触网、气流之间构成相互联系、相互依存、相互制约的关系。在高速运行条件下,列车和线路轨道、接触网、空气等流固耦合系统之间的相互作用加剧,形成了复杂的耦合动力学关系。建设以高速列车为核心,考虑耦合作用,真实反映其相互作用和相互影响,实现高速列车及其耦合系统的服役行为仿真和试验,构建高速列车耦合大系统创新体系是高速列车创新发展的重要保证。

单轮对高速滚动试验台的动态有限元模拟研究

为开发一套基于轮对加速度测量的高速车轮擦伤自动甄别监测系统,建立了旨在研究车轮踏面擦伤激励下轴箱加速度信号的单轮对高速滚动试验台。文章采用ANSYS/LS-DYNA建立了模拟上述试验台的三维高速滚动接触有限元模型,通过对比模拟与试验的轴箱加速度信号,完成了对有限元模型的验证,为进一步研究试验台无法实现的极端工况和建立动态接触力与轴箱加速度信号之间的关系提供了模拟手段。

U71MnG高速轨固定闪光焊接接头分析

文章对U71MnG高速轨固定闪光焊接接头进行了检测分析,对比分析了探伤不同波高的焊接接头,并分析了探伤波高的产生原因,为焊接工艺调整提供了依据,提高了焊接接头质量。