OPTIMUM DESIGN OF HIGH-SPEED RAILWAY LOCOMOTIVE TRACTION GEAR

On the basis of deep investigation of locomotive traction gears manufactured at home and abroad , a variety of measures are putted forward to improve the driving load-bearing capacity and working life of our country's high-speed locomotive traction gears. The measures include the fol- lowing five aspects : optimally selecting the material and heat treatment process , optimally designing the tooth profile . reasonably choosing the manufacture accuracy and technique , optimally choosing the lubricant and the way of lubrication and seal , improving the dynamic feature of the gearing. In the respect of the tooth profile , a hob with optimal cutter angles is designed to make root thickness on the dangerous section as large as possible and the stress concentration as small as possible. Ad- dendum modification coefficient is optimized to minimize the maximum flash temperature in the course of meshing. Finally . finite element analysis method is used to calculate the deformation and the stress of teeth accurately. And on this basis , optimal profile correction and axial modification have been designed with regard to the start , continuious running and high speed travel of the loco- motive .

飞机牵引滑行工况下前起落架疲劳寿命仿真分析

为使机场运行更加高效经济,提出一种由牵引车将飞机高速牵引滑行至跑道起飞端的新模式。在牵引滑行工况下,前起落架要承受长时间长距离的高速重载荷牵引,同时受牵引车的加速和制动特性的影响,可能导致前起落架疲劳寿命降低。于是,针对飞机前起落架在该工况下的载荷分析以及疲劳寿命验证十分重要。通过Adams软件建立多体动力学模型,模拟真实工况,对不同牵引滑行速度下的牵引车-飞机系统仿真,获取到前起落架的载荷谱信息。结合前起落架有限元模型静力学分析和载荷谱,通过频域寿命分析法,在nCode软件中计算得到前起落架的疲劳寿命。结果表明,高速牵引滑行工况产生的大载荷加剧前起落架疲劳损伤,疲劳损伤从减震支柱凸耳向下阻力臂延展,疲劳寿命缩短3个数量级,需要对前起落架下阻力臂进行结构优化。本文中的研究可以为新牵引滑行模式下前起落架的疲劳寿命结构优化提供参考。

基于热弹流理论的球轴承胶合失效研究

基于热弹流理论建立了适用于球轴承的胶合分析模型,通过数值计算方法获得了用来表征胶合程度的温度安全系数和膜厚安全系数在计算域中的分布.针对球轴承提出了其考虑乏油润滑影响的胶合失效判定方法,该方法综合考虑温度及膜厚对球轴承胶合失效的影响,不仅可以判断球轴承滚道与滚动体接触副之间是否发生胶合,还可以确定其发生胶合的具体区域及胶合程度.研究了不同入口油膜厚度、径向载荷和内圈转速对球轴承抗胶合承载能力的影响.结果表明:入口油膜厚度降低、径向载荷增大和内圈转速升高会增加球轴承胶合失效风险.

高速重载大行程运动升降平台设计及实现

[目的]为满足恶劣海况下舰船的大幅运动模拟需求,开展高速、重载、大行程运动升降平台的研发工作。[方法]针对运动平台的重载、高速及变参数特点,基于Adams仿真平台对采用重量平衡、4钢缆同步伺服驱动的高速升降平台进行动力学仿真分析,提出一种基于模糊PID控制的多电机同步驱动控制系统,并基于控制特性相似原理研制了1∶14的缩比高速升降平台。[结果]通过平台的响应特性试验,验证了控制系统具有同步性强、控制精度高的优点,运动平台可以良好地模拟恶劣海况下舰船的升沉运动。[结论]所设计的重量平衡、4钢缆同步伺服驱动的高速升降平台可填补舰船大幅升沉运动模拟领域的空白,并对类似运动模拟器的研发具有参考意义。

火箭橇滑块高速重载磨损行为的研究进展

火箭橇试验是高超声速技术领域的技术基础,已成为世界范围内高端装备博弈的热点之一,开展火箭橇系统的运维与损伤控制研究尤为重要。作为火箭橇与火箭滑轨连接的纽带,滑块是火箭橇试验在高速重载工况下可靠服役的关键。火箭橇滑块在特定服役工况下的磨损,威胁着火箭橇试验系统的可靠运行和长寿命服役安全,更是制约火箭橇发展和应用的主要技术瓶颈。因此,开展火箭橇滑块高速重载磨损行为研究具有重要的理论价值和工程意义。本文首先介绍了国内外火箭橇试验系统的发展沿革与现状;进而,基于试验、模拟仿真、试验与模拟仿真结合,综述了火箭橇滑块高速重载磨损行为的研究进展。最后,着眼于模拟手段、高性能新型金属材料设计与制备、表面防护涂层等展望了解决火箭橇滑块磨损的可行途径,旨在为极端工况下材料服役损伤行为与控制技术提供借鉴与参考。

考虑负载及误差激励下高速齿轮传动的动力学仿真分析

高速工况下,高速齿轮传动装置的动态特性对设备的可靠运行有重要影响。建立了高速斜齿轮副模型,在考虑齿轮动态激励的条件下,分析了高速齿轮传动的动态特性,进行了动力学仿真。结果表明,主动齿轮沿轴向移动0.2 mm、绕竖直方向旋转0.15°后,角速度波动幅值分别提高了6.12%、3.46%;接触力波动幅值分别提高了0.58%、4.56%;轴向位移误差对角速度的影响较大,角度误差对接触力的影响较大。加速时间从5 s增加到10 s后,角速度波动幅值降低了10.7%,角速度标准差从6.9748减少到6.406;接触力波动幅值增大了0.58%。负载从1000 N·m增大到1626.75 N·m和2000 N·m后,角速度标准差从6.9748分别减小到4.77475、4.74945,接触力波动幅值分别增大了4.3%、4.25%。额定载荷在轻载情况下,齿轮传动更加平稳;在重载情况下,角速度和接触力波动差异不明显。

高速高压双圆弧斜齿齿轮泵空化抑制措施研究

双圆弧斜齿齿轮泵在高速高压工况下其内部流场空化现象严重,对齿轮泵的性能产生不利影响。为抑制齿轮泵的空化,建立了双圆弧斜齿齿轮泵吸油腔近啮合区域压力数学模型,以该区域压力值最大为目标函数,利用遗传算法对其各个影响因素求最优解,重新建立齿轮泵三维模型并设定模拟工况,利用动网格技术,通过PUMPLINX对齿轮泵内部流场的空化现象进行数值模拟,并分析了抑制空化后对齿轮泵的影响。结果表明:抑制空化后齿轮泵内部流场空化现象明显减小,齿轮泵的空化现象得到了有效的抑制,验证了吸油腔近啮合区域压力数学模型的正确性;相对于抑制空化前,抑制空化后的齿轮泵流量脉动和流量脉动率明显减小,泵出口流量脉动率减小了25.63%,泵出口平均流量提高了4.4 L/min,泵容积效率提高了10.04%,显著提高了双圆弧斜齿齿轮泵的性能。

穿孔机顶杆循环装置液压控制系统的研究

设计穿孔机区域顶杆循环装置中顶杆小车油缸控制系统,对长行程高速重载液压系统油缸的速度、加速度、两腔液压力进行分析,对该类液压控制系统的运行机制、控制策略进行研究,进行了理论计算、仿真分析和实测验证,为类似工况液压控制系统的研究提供参考。

0Cr18Ni9Ti-U71Mn摩擦副高速重载磨损行为的数值模拟

火箭橇是在专用轨道上利用火箭发动机作动力推动火箭滑车高速前进以获取试验测试数据的动态试验装备.火箭橇滑块在高速重载服役条件下的磨损严重威胁着火箭橇的可靠运行和服役安全,更是制约火箭橇发展和应用的技术瓶颈之一.本文作者基于Archard磨损模型和弹塑性变形理论,利用有限元开展了0Cr18Ni9Ti-U71Mn火箭橇摩擦副在高速重载下磨损行为的数值模拟.0Cr18Ni9Ti为火箭橇滑块,U71Mn为火箭橇滑轨,在模拟速度为300、340和380 m/s以及载荷为2、3和4 kN,模拟了高速重载下滑块磨损特性的演变过程.结果表明:增加载荷或速度均出现了前端效应,致使前端区域更容易发生磨损.增加载荷不利于磨损阶段从初始磨损向稳定磨损的转变,而增加速度却能够起到促进作用.随着载荷的增加,滑块的磨损深度随平均接触压力的增大而显著上升;但随着速度的增加,平均接触压力呈现下降趋势,滑块磨损深度缓慢增大.高速重载条件下,通过控制载荷可以有效减少火箭橇滑块的磨损,延长滑块的服役寿命.

双圆弧斜齿轮泵高速高压化流量脉动研究

为提高双圆弧斜齿轮泵在高速高压工况下的流量品质,减小流量脉动对振动、噪声等问题的影响,文中通过理论推导流量脉动系数公式,得到齿轮各参数与流量脉动之间的关系,进而对齿形参数进行优化设计,使得流量脉动系数理论为零。采用流体动力学(CFD)仿真,对双圆弧斜齿轮泵内部流场进行数值模拟,与试验结果进行对比验证。结果表明:螺旋角为31.3°时,脉动系数为零,实现了新型双圆弧斜齿轮泵理论上无流量脉动;转速为5 000~12 000 r/min,出油口流量脉动基本为零,验证了理论设计的正确性及满足了齿轮泵高速化后的性能要求;负载压力为5~25 MPa,出油口流量脉动基本为零,满足了齿轮泵高压化后的性能要求;试验结果与仿真结果流量误差在3%左右,说明了仿真结果的正确性及双圆弧斜齿轮泵泄漏量少,容积效率高。

高速重载铁路货车轮轴智能检测系统的研究

针对铁路货车在高速重载行车状态下的轮轴智能检测和轴承故障难以诊断问题,研究设计了一种高速重载铁路货车轮轴智能检测系统。通过构建系统的软件和硬件结构模型,制定通信指令集的编码和解码规则,设计智能化指令调度策略,编写专家控制产生式规则。同时采用基于有限脉冲响应-经验模态分解(FIR-EMD)和改进支持向量机(SVM)的铁路轴承故障诊断方法,实现铁路轴承故障有效分类。提出一种高速重载轮轴检测领域中可编程的智能化测控方法,能够对现场设备的控制程序进行重构和功能扩展。实验测试及结果表明,该系统设备的设计满足铁路货车轮轴高速度、大重载、智能化检测的需求。

提高斗提机链条链板疲劳强度的挤孔试验

高速重载斗式提升机链条,在交变载荷作用下,经过几十万次甚至一百万次以上冲击,最后的失效形式大部分是链板疲劳断裂,而国内外尚未见此类链条疲劳试验机的报道。开展链条链板的受力分析、挤孔后的弹塑性分析、残余应力的分析以及弹塑性状态下的位移计算等,为进行实际工况试验提供了理论依据;设计不同过盈量的挤孔芯棒加工链板,并对相关数据进行统计分析,进一步探究了挤孔过盈量的范围;对一定过盈量的挤孔链板进行拉伸试验,验证了链板的抗拉强度是否会受到影响。

复杂工况下多轴系高速齿轮的修形技术研究

复杂工况下多轴系高速齿轮的啮合特性至关重要,传统的修形方式及修形量计算方法已难以满足齿轮装置高可靠性、高稳定性的要求。以多级压缩机的齿轮转子为研究对象,通过Romax仿真软件,考虑弹性变形、热变形,以单位法向载荷最小为目标,对多轴系高速齿轮的修形进行计算分析,得到了各级齿轮的最优修形曲线。修形后的各级高速齿轮的最大单位法向载荷降低明显,改善了齿轮副啮合的偏载现象,为多轴系高速齿轮的修形计算提供了一种有效的方法。

齿廓修形对高速重载齿轮胶合强度的影响

为了研究齿廓修形对高速重载齿轮胶合强度的影响,根据齿轮齿廓修形的基本理论与概述,建立了高速重载齿轮齿廓修形模型,对齿廓修形三要素进行概述,建立了高速重载齿轮胶合强度仿真模型,确定载荷分配系数,进行MATLAB编程。研究表明,相比于未经修形的齿轮来说,经过齿廓修形的齿轮,齿面瞬时温度相对趋势的变化更小,胶合承载能力更大,胶合强度更高,为高速重载齿轮的齿廓修形的优化设计提供了一定的理论依据。

高速重载齿轮齿面闪温变化特性分析

以一对高速重载条件下的渐开线圆柱直齿齿轮副为分析对象,以Blok瞬时温升法则为计算依据,推导了啮合线上任意啮合点处的闪温计算公式,综合分析了不同的齿轮传动参数对齿面闪温的影响,并利用MATLAB对多个传动参数下齿面闪温沿啮合线的分布特性进行了数值分析。结果表明,增大模数、齿宽、压力角以及降低转速、转矩可以在一定程度上降低齿面闪温,研究结果可以为提高齿轮胶合承载能力和使用寿命提供一定的理论依据。

重载装卸机器人高精度回转轴设计

高精度回转轴是重载装卸机器人的关键部件,其性能特性直接影响机器人的工作效率与可靠性。文章提出重载装卸机器人高精度回转轴的总体设计方案,介绍回转轴结构和工作原理,分析双导程蜗轮蜗杆齿侧间隙的调整原理和设计要点,并论述了伺服电机选型计算与热平衡核算方法。

高速内啮合人字齿轮多目标优化修形

为提高高速内啮合人字齿轮的啮合性能,提出一种考虑弹性轴支撑变形的齿面多目标优化设计方法.通过轮齿接触分析和承载接触分析计算齿面接触线离散点载荷以及一个啮合周期的轮齿承载变形.应用基于混合弹流润滑模型的摩擦系数回归方程确定离散点的局部摩擦系数,利用Blok闪温公式求得高速啮合传动的齿面闪温.以承载传动误差幅值最小、齿面闪温最小、齿面载荷分布均匀为优化目标,采用遗传算法确定齿面最佳修形量.实例计算结果表明:在无误差角和有误差角两种情况下,齿面修形后,承载传动误差幅值都大幅下降,啮入区和啮出区齿面闪温都明显降低;由于避免了边缘接触,齿面载荷分布得到了有效改善.提出的优化设计方法结果可靠,是高速齿轮修形设计的有效手段.

基于双面啮合多维测量原理的齿轮在线测量机

传统的齿轮在线测量机采用齿轮双面啮合测量原理,只能获得径向综合偏差,不能获取评定齿轮质量的关键指标的齿向精度信息(如螺旋线偏差)。针对此难题,基于齿轮双面啮合多维测量原理,研制了新型的齿轮在线测量机。介绍了该测量机的测量原理、齿向精度评定指标、系统组成及其关键技术。本测量机是针对大批量成品齿轮的现场快速检测需求而研制的新型齿轮测量仪器,其突出特点是在被测齿轮与测量齿轮啮合一转的过程中,可同时获得径向综合偏差及齿轮齿向精度信息。

高接触压力下齿轮油润滑特性

在重载条件下工作的润滑剂常常会受到高接触压力的影响,有时会导致润滑剂本身性质发生改变从而造成摩擦副失效,但目前对高接触压力条件下润滑剂性能的研究还不多。利用自制的新型膜厚测量仪测量GL-5型齿轮油在不同卷吸速度和接触压力下的干涉图像,并计算得到膜厚曲线进行成膜性能和润滑特性分析。结果表明,在低速重载的情况下GL-5齿轮油有较好的成膜能力;在高接触压力下,油膜形状呈平坦状分布,有助于减小压力峰值;随着接触压力的增加,由Hamrock-Dowson理论算得的膜厚值和实测值逐渐开始偏离,理论公式中卷吸速度和载荷的指数需要调整。

采用EGR的重型柴油机低速高负荷性能与排放特性

以低速高负荷为研究工况,重点研究增压系统、进气温度、废气再循环(EGR)方式和喷油控制策略对采用EGR技术的重型共轨柴油机性能与排放特性的影响.研究表明:合理减小单级增压器的涡轮有效流通面积与压气机流量范围或采用两级增压系统都能有效提升EGR循环能力,同时改善NOx-燃油消耗率(BSFC)和NOx-碳烟(soot)的trade-off关系;随进气温度升高,EGR率的提升和NOx的降低逐渐受到涡前温度过高限制,但降低进气温度能同时显著改善NOx-soot和NOx-BSFC的trade-off关系;相比高压EGR,采用低压EGR能有效增强废气循环能力与增压系统做功能力,显著改善NOx-soot和NOxBSFC的trade-off关系并将NOx降至更低水平;降低喷油压力与推迟喷油定时相结合能在实现等NOx时降低soot.经主-后喷间隔角度和后喷油量优化,采用主喷加后喷射的多次喷射策略能进一步降低soot.