上海动车段高级修扩能改造总体设计

从上海动车段既有工艺布局及设备配置存在的问题入手,通过对上海动车段近远期检修能力测算分析,深层次发掘三级修检修、三四五级修调试、转向架检修能力不足、淋雨试验工位设置不合理等问题。对扩能改造的必要性进行分析研究,提出扩能改造的原则、思路和方案。改造方案中,提出兼容性改造既有三级修库架车机,新建4线三级修及调试库,新增淋雨试验装置,新增一台转向架静载试验设备。改造后,工艺布局顺畅合理,极大提高了上海动车段高级修检修能力,年检修套数可由400标准组提升至600标准组;转向架日均产能由12个/天提升至16个/天。

双层动车复合式冷却系统散热与噪声控制的优化研究

高速双层动车由于其内部空间紧凑以及元件的高功率化,冷却系统存在整体散热性能较差、噪声污染严重的问题。为此,通过冷却系统空气流场的数值模拟与试验研究,对其散热性能和噪声控制进行了优化。参照常用的冷却系统空气流道结构,基于双层动车复合式冷却系统的技术参数要求,对其尺寸进行了初步设计计算。分别采用多孔介质模型和多参考系(MRF)对复合式冷却系统换热器的芯体结构与旋风过滤器进行简化,并对其空气侧流场进行数值模拟。研究结果表明:风机入口处存在局部涡流,导致流体进入通风机的角度混乱,影响风机有效做功,在工作环境下系统风量(2.96 m^(3)/s)远小于设计值(3.35 m^(3)/s);同时局部涡流产生较大的气动噪声。此外,换热器入口的风速分布不均匀,导致系统冷却能力不足。针对上述问题,对空气流道结构进行了优化。调整了进、出口消声器的3个流道的流通面积,并在过渡段设置“喇叭型”导流结构来改善换热器进口处风速的均匀性;在冷却系统进、出口增加弧线型消声器能进一步降低噪声。结果表明:空气流道结构优化后水侧散热功率从33.18 kW增加到41.55 kW,油侧散热功率从157.82 kW增加到173.82 kW,系统加权平均噪声值从74.95 dB(A)降低到72.21 dB(A)。本研究可为类似工程项目冷却系统的优化设计提供参考,有助于改善乘坐体验和车辆运行的经济性。

动车组头车声固耦合模态分析及多目标优化

目前针对高速列车领域声固耦合共振现象的产生机理和影响因素尚缺乏深入探讨,并且基于声固耦合共振理论的车体优化设计也需进一步开展。该研究基于模态等效和质量等效原则建立动车组头车有限元模型,分别进行结构模态、声场模态和考虑内外声场影响的声固耦合模态分析。分析结果表明:结构模态频率符合头车设计规范;声场模态存在与结构模态相近的特征频率,为后续耦合共振优化提供依据;内外声场的耦合作用导致结构和声场系统的模态参数变化,论证了模态分析中考虑声固耦合因素的必要性。基于模态分析结果,对动车组头车结构进行了两项优化设计:以车体质量最小化为目标,车身厚度为设计变量,在满足一阶垂弯模态频率约束条件下进行车体减重设计;为避免耦合共振影响,提取结构和声场固有频率值接近的模态阶次,将二者的频率差最大化作为优化目标,引入车体减重设计模型,形成头车轻量化与舒适性指标同步提升的多目标优化体系。

动车组车内噪声OTPA分析研究

分析工作模式下的传递路径分析的原理和方法,利用激励点和目标点的响应分析,得到各激励源对响应点的贡献量,并在动车组中进行试验及数据分析验证。动车组转向架区域的牵引电机、齿轮箱、轴箱,设备舱区域的牵引电机、牵引风机、牵引变压器,以及车体表面的气动噪声为主要激励源,用客室端部噪声点作为目标响应点,较准确地计算出动车组激励源的噪声贡献量。该研究可为动车组的结构优化和减振降噪提供数据支撑。

米轨动车组厨房系统设计

相较于标准轨道动车组,米轨动车组的研发更具挑战性,尤其需要考虑较窄的车体宽度和当地的习惯。厨房系统作为动车组列车的重要组成部分,用于为旅客提供餐饮服务,对提升旅客的旅行舒适度至关重要。针对出口至东南亚地区的米轨动车组,文章从设备布置、关键尺寸设计、供水系统设计和控制系统设计等方面,详细介绍和分析了其厨房系统的设计。

不同场景下的动车运用所检查库设计研究

检查库是动车运用所内承担配属动车组的一级修以及部分二级修任务的库房。该文从规范出发,首先介绍常规检查库长度计算方法,在此基础上结合不同场景的工程实际经验,比如全自动运行技术以及上盖开发,对动车运用所的检查库的设计计算方法进行进一步的深化和拓展,从而完善适应动车组检修工艺的检查库尺寸参数的计算方法。

高速动车组电动刮雨器系统的研制

针对高速动车组电动刮雨器的应用环境及特点,基于产品设计需求,研制了一种电动刮雨器系统。通过对驱动系统、执行系统、控制系统及洗涤系统等进行深入研究,优化产品结构及性能,解决刮雨器产品惯性质量问题,打造新一代高速动车组电动刮雨器技术平台。最后对刮雨器进行了强度仿真计算和相关试验,结果表明刮雨器系统结构强度和电气性能满足设计要求。

高速动车组轮对压装参数对车轴结构设计的影响研究

通过有限元仿真分析的方法对比分析轮对压装过盈量、突悬量对轮对疲劳性能的影响,分析轮对压装参数对车轴结构强度的影响规律。结果表明:提高轮对压装的突悬量,有利于提高轮对部位的疲劳强度,但轴身的疲劳强度略有下降。随着过盈量的不断增大,轴身的疲劳强度有所下降,轮对部位的疲劳强度有所提高。整体而言,压装工艺参数对轮对疲劳强度的敏感程度高于轴身。车轴结构设计时需结合压装工艺参数综合权衡并考虑轮对和轴身的强度匹配关系,通过优化设计可以较好调整压装工艺参数数值,进而达到轮对和轴身强度优化匹配的目的。

城市轨道交通智能列检作业系统研发

针对我国城市轨道交通车辆列检作业以人工目视检查为主、重复检查项点多、劳动强度大、检修数据无法有效利用等问题,分析研发城市轨道交通智能列检作业系统的必要性和需求。根据现有技术手段和工艺流程,构建以入段线轨旁智能综合检测系统、库内智能列检机器人系统、人工检查辅助系统为基础,智能列检综合管理平台为主体的智能列检作业系统,提出合理的功能框架和配置方案,以提高列检作业的效率和质量,实现车辆故障预测与检修作业计划的优化,为城市轨道交通列车安全、高效运行提供保障。

基于合理边界的更高速动车组多专业设计优化

考虑到非光滑与大位移两大非线性影响,作为大型复杂非线性系统的更高速动车组多专业设计优化需回归到合理的轮轨匹配边界条件。文章结合国内外高铁运维实践特殊性,以德国ICE3系列转向架为基础,提出更高速动车组转向架自适应改进方案,并针对该方案下的车体不稳定问题提出半主动车减振技术;通过构建三车组列车多体动力学仿真模型,验证了仅凭半主动车间减振技术即可解决车体不稳定问题;在不同工况下,验证更高速动车组转向架对轨道线路的适应性。结果表明:钢轨专业具备实施低锥度均匀磨耗策略的能力;车辆专业可改善对中央凹陷踏面磨耗的自清理能力;客运专业通过最优交路规划,有条件满足经济镟修要求。

铁路动车组运用效率分析及系统设计

深化开展铁路动车组运用效率研究,构建动车组运用效率分析指标体系,研究动车组运用效率指标的规律及相关性,从客运生产、运输效率等方面统计分析动车组运营情况,并构建铁路动车组运用效率分析系统,最后对提升动车组运用效率提出建议.

高速动车组变轨距转向架轮轴结构及联接设计

为实现高速动车组跨国互联互通要求,结合变轨距转向架总体设计方案,提出了高速动车组变轨距转向架关键技术之一的轮轴结构及其联接结构的设计方案。对能够实现车轮轴向滑动且传递扭矩的轮轴及联接结构组成进行了总体介绍,突破传统轮轴配合设计理念,采用在车轮与车轴之间增加滑动轴承和衬套、轮轴分别压装内外齿套结构实现车轮滑动及扭矩传递功能。对车轮、车轴的材料选型和结构设计进行了论述,选取成熟应用的轮轴材质,并设计出全新阶梯状轮毂结构。按照EN和UIC标准,对车轮和车轴进行了强度计算及分析,其静强度和疲劳强度均满足要求。同时为验证轮轴联接可靠性,按照GB/T17855—2017标准,对花键进行齿面接触强度、齿根弯曲强度、齿根剪切强度、齿面耐磨损能力及外花键扭转与弯曲强度计算,计算结果满足运用要求。

提升动车组餐车车体模态频率的结构方案研究

高速动车组车体模态频率一旦与外部激励频率接近,会导致车辆发生异常振动问题,严重影响车辆动力学性能,而车体一阶菱形模态频率与车轮磨耗后期转向架蛇行运动频率接近产生的抖车问题一直制约车轮旋修周期,因此需开展车体模态频率提升工作研究。餐车作为高速动车组编组主要车型之一,其平面布局和车体结构与其他车辆相比具有特殊性。因此,本文基于以往动车组车体模态频率提升方案,利用有限元分析方法,结合工程实施可行性,首次研究提升餐车车体模态频率的结构设计方案,包括在客室两端分别增加不同型式的内端墙结构和同时增加内端墙方案,以实现整备状态下,餐车车体一阶菱形模态频率需满足高于10Hz的要求。研究结果显示,由于餐车客室区域1位端靠近车体中心,仅在1位端增加单个内端墙结构即可实现整备状态车体一阶菱形模态频率高于10Hz的设计目标。

动车组行李架耐撞性分析及优化设计

现有列车行李架仅考虑静载荷要求,为了提升动车组列车行李架耐撞性,降低碰撞事故中乘员二次损伤的风险,开展250 km/h标准动车组列车行李架的碰撞特性研究和耐撞性优化设计。首先,基于LS-DYNA显式非线性有限元程序,建立动车组列车行李架有限元模型,仿真分析现有动车组列车行李架结构碰撞响应;其次,采用加宽安装座并在行李架端部加装蜂窝吸能结构和调整螺栓预紧力的方法对行李架耐撞性进行设计,对改进后行李架的碰撞响应进行参数分析;最后,以螺栓预紧力、蜂窝吸能结构压缩强度和托架拉杆厚度作为设计变量,以比吸能、位移和冲击峰值力作为设计目标,采用优化拉丁超立方试验设计获取样本空间,构建设计变量和设计目标的响应面近似模型,选用NSGA-II遗传算法对行李架进行耐撞性多目标优化设计。研究结果表明:现有动车组行李架结构碰撞后安装螺栓失效,行李和行李架掉落,存在对乘员造成损伤的风险;改进后的行李架在碰撞时沿安装座滑动并压缩蜂窝吸能结构,通过行李架与安装座的摩擦和蜂窝材料塑性变形耗散行李碰撞动能,行李未发生掉落;多目标优化设计后得到行李架耐撞性Pareto前沿,行李架在平衡解处具有更优异的耐撞性能,且优化与仿真结果误差在5%以内。

智能动车组环境交互设计模型研究

准确、客观分析智能动车组外部环境需求具有十分重要的意义。为解决智能动车组生命周期内复杂多变环境需求满足问题,以环境交互模型为切入点,进行动车组外部环境需求分析。建立面向产品全生命周期的螺旋式前馈环境交互设计架构;提出一种适用于设计、制造、运维等不同生命周期阶段通用的智能产品-环境交互模型,全面描述智能动车组-物理环境-人环境-信息环境之间的交互行为;通过环境交互设计需求识别、智能产品定位、探索智能产品交互设计解等智能产品交互设计步骤与方法,获取智能动车组全生命周期环境交互设计方案。研究表明,该模型可以系统地描述智能动车组全生命周期多维的、动态的、层次化的环境交互信息,能够有效支持智能动车组全生命周期的环境交互设计。

智慧诊断精准检修:动车组机械装置检修课程教学设计

《新时代交通强国铁路先行规划纲要》中明确智能高铁、智能检修是交通强国的发展方向。《动车组机械装置检修》作为动车组检修技术专业的核心课程,必须紧贴动车组检修岗位作业要求,按照“做中学、学中做”的理念,遵循动车组检修实际作业流程实行任务驱动,将动车组智慧监测数字化手段融入教学项目,系统化进行基于动车组智慧监测与检修过程的“项目导向”、“岗位递进”式教学设计,结合行业新技术、新工艺和新规范,将智慧监测的先进知识、项目沉浸的自主练习嵌入到各项目的教学实施过程,创新“线上线下混合”、“理虚实一体”教学模式,提升学生素养,强化学生知识,精进学生技能,以培养高素质复合型动车组检修技术技能人才。

动车组智能大件行李储物柜设计

为方便旅客携带与放置大件行李,结合垂直循环式立体车库的基本原理,以CR400BF动车组为设计原型,参考其车内设备安装及空间尺寸,设计一种垂直循环式大件行李智能储物柜,该智能储物柜是机电一体化产品,由PLC程序控制驱动电机,储物柜机械箱体循环转动方便乘客取放行李。

中国高速动车组转向架技术发展及展望

转向架是支承、牵引和制动车体并能相对车体回转的走行装置,具有缓冲振动和导向功能,决定列车运行安全可靠性和运行品质。中国高速动车组转向架经过技术引进、吸收创新和自主创新3个阶段的发展,通过不断的技术创新与实践,在结构轻量化、安全可靠性、动力学性能及智能化等关键技术上取得了成果,针对转向架结构强度和动力学性能开展的试验台、环形道、试验专线科学研究试验及线路长期服役跟踪测试,为自主创新阶段的中国高速动车组转向架的自主开发奠定了坚实的理论研究和工程实践基础。文章系统地回顾了中国高速动车组转向架在3个发展阶段的结构参数和技术瓶颈,指出了下一代高铁及CR450动车组转向架技术研究方向;从转向架基本结构角度系统论述了转向架总体集成、构架、轮对轴箱及定位装置、悬挂装置、驱动系统、基础制动和辅助装置的技术发展历程及趋势,提出技术自主创新及工程应用创新研究方向;论述了转向架轻量化设计、强度可靠性、车辆系统动力学、智能化设计和试验测试这5种关键技术的研究现状及发展方向。

平地横风环境动车组非定常气动特性的试验研究

在定常横风环境影响下,动车组在平地工况运行的稳定性、舒适性及安全性将会恶化。为了揭示其恶化的机理,开展动车组在平地工况伴随定常横风下运行的风洞试验,得到列车表面压力随时间变化的曲线后,再对列车受到的非定常气动载荷时域特性和频域特性进行分析。风洞测试结果表明:在相同风速和同一风向角下,平地动车组车体表面迎风侧1~8号测点和背风侧9~16号测点,其同侧各测点压力平均值在一定范围内波动,总体相差不大。当风向角为90°时,测点压力的幅值和最值随风速的增大而增大,其平均值与风洞来流风速的二次方成正比,即非定常气动压力振动剧烈,波动幅度明显增大。当合成风风速为60 m/s时,测点气动压力的平均值、最小值和最大值随风向角增大呈现先增大后减小的趋势,呈现正弦函数变化规律;当风向角增加到75°时,出现拐点,即最值点;车体表面两侧测点的幅值随风速的增大而增大,即非定常气动压力振动剧烈,振动幅度明显增大。而横风风速和风向角对非定常气动载荷的主振动频率带的影响不大;车体中部两侧测点的频率峰值均集中在0~18 Hz范围内,主振动频率均集中在0~4 Hz区间内,还明显存在频率为4~6 Hz,6~8 Hz和10~14 Hz的3个频域带。研究结论可为高速动车组、城际动车组的车体设计提供理论依据和数据参考。

动车组设计寿命中后期运维策略研究

针对我国部分动车组逐步进入设计寿命中后期阶段的现状,在全面分析动车组服役寿命及实际质量状况、国外动车组设计寿命中后期运维管理经验、我国动车组设计寿命中后期运维需求的基础上,提出设计寿命中后期动车组的延寿评估使用、维修强化、升级改造、降速使用、翻新重造、回收利用等策略,以期更好地发挥资产残值效益,实现铁路装备高质量发展。该研究可为我国动车组运维管理提供参考。