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。

重载机车风源系统智能控制研究

针对重载机车提速运行过程中空气中不断扬起的粉尘对风源系统中处理的空气的质量提出了更高的要求。当压缩空气中粉尘颗粒浓度高或压缩空气湿度过大时,使得制动设备无法正常工作甚至损坏,给重载机车的平安行车带来安全隐患。该文通过设计一套智能重载机车风源控制系统,通过智能采集、检测风源系统中空气的洁净度与湿度参数,自动去除压缩空气中的粉尘和水,得到高质量的合格压缩空气,使得处理后的空气的湿度与洁净度符合机车制动系统管路的要求,当处理后的空气不符合要求时发出报警信号,提示工作人员进行排故处理,避免了计划维修的盲目性,提升了风源系统的有效运行效率,保障了重载机车的安全运输。

机车充风能力对重载列车缓解性能及车钩力影响研究

机车充气与排气性能是列车制动系统重要指标,目前机车制动系统验收指标仅对排气性能有明确要求,对充气性能无要求。机车供风能力不仅影响重载列车缓解特性和车钩力,而且严重制约重载列车在循环制动中的操纵方法。了解机车充气能力对缓解特性和车钩力的影响规律,以及重载列车安全运行和制动系统设计具有重要意义。通过建立列车空气制动系统仿真模型,分析机车充风能力对重载列车缓解特性和车钩力的影响。分析发现,机车充风能力对列车再充风时间、缓解波传播和车钩力都有明显影响;充风能力越弱,则缓解波传递越慢,车钩力越大。在本文研究范围内,合适的充气能力将比弱充风能力首尾车缓解时间差缩短3 s,最大车钩力降低16.2%。建议机车验收时增加机车充风能力检测,并给出了建议检测标准。针对重载列车充风能力,建议多部门联合系统性开展实验与仿真研究,制订重载列车制动系统检测标准与方法。

采用径向转向架的大轴重内燃机车曲线通过研究

为探究径向转向架在33 t轴重内燃机车的可行性,从径向转向架的概念、结构和原理出发,为大轴重内燃机车提供了一种径向转向架方案。在多体动力学软件中建立动力学模型,对比研究了采用径向转向架和传统转向架的重载机车通过曲线时导向轮对的黏着系数、蠕滑率和磨耗功。通过计算分析发现,与传统转向架相比,径向转向架可以减少车轮的滑动量,提高机车通过曲线时的黏着利用率,降低轮轨磨耗和左右车轮的不一致磨耗,降低轮对镟修频率,该结论可为今后我国研制大轴重高黏着内燃机车提供一定参考。

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。

工矿机车牵引双供电系统及其下垂控制策略

为了应对工矿机车距离和载重日益增长的发展趋势,同时满足工矿机车牵引对突变负荷的运行稳定性提升的要求,提出一种双供电系统及其下垂控制方法的工矿机车牵引供电方案。针对工矿牵引具有负荷突变、往返载荷差异大等工矿行业的特殊性,对比分析了站间精确均流和非精确均流策略对工矿机车牵引的适用性,根据分析结果提出了工矿机车双供电系统方式及其站间协同下垂控制策略,在此基础上引入电流前馈控制策略。搭建了仿真模型和包含牵引变电站的工矿机车低压试验牵引物理动模平台,试验结果表明所该策略在负荷突变工况下的机车电压稳定性显著优于与常规下垂控制方法。该研究为工矿机车牵引向大容量、远距离、高可靠性未来发展提供了有力的技术支撑。

《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。

虚拟仿真技术在铁道机车运用与维护专业实训平台中的应用——电力机车控制系统课程为例

虚拟仿真技术以其特有的交互性和逼真性,解决了人们在科技、教育、生产、生活等领域的重大工程问题。而在铁道机车运用与维护专业中,虚拟仿真技术的应用能够极大地提升学生的实训效果和学习体验,更加易于实现实训室后期改造时对现场新技术、技能发展的更新、容纳,降低学校实训室建设成本。研究基于铁道机车运用与维护专业已有的模拟驾驶实训平台,针对机车相关专业课程实训项目的开发与应用进行分析。以传统电力机车控制系统课程教学为例,结合实践任务,对原实训项目设置进行必要性分析,并对原有粗大实践任务进行细化拆分。参考机车传动技术发展新技术、新要求,针对性地增设具备代表性、创新性的实践设备和项目。结合虚拟仿真技术发展,对实训平台进行实训项目的二次开发,解决平台的实践问题和人机交互性差的问题,从而提升平台在实践教学中的效能。同时虚拟仿真平台还可以提供更多的实训项目和案例,丰富学生的实践经验和知识储备,使学生能够更全面地了解电力机车控制系统的工作原理和操作流程,提高其综合应用能力。

“三教”改革视角下高职《铁道机车车辆无损检测技术与应用》课程改革探究

改革开放以来,职业教育为我国经济发展与社会进步提供了人才支撑与智力支持,职业教育在国家发展、民族复兴的征程中重要性愈发凸显。尤其是近几年,中国的发展速度突飞猛进,中华民族伟大复兴的步伐加快,国家与社会对复合型、创新型高素质技术技能人才的需求量不断提升,基于国家发展需要,2019年国务院印发《国家职业教育改革实施方案》对职业教育的未来发展与建设任务进行了说明,重点提出了“三教”改革任务。“三教”改革的实施,是我国职业教育深化改革的具体体现,也是对职业院校的教师队伍建设、教材建设、教法建设的新要求。

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。

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。

基于“布鲁姆认知—成果导向”的“机车制动系统”课程教学模式研究

文章针对“机车制动系统”课程中存在的教学模式单一,教学资源缺乏系统性,教学评价不全面等问题,进一步将先进的教育理念深度地融入混合型教学中,提出一种基于布鲁姆认知目标理论和成果导向教育理念的“机车制动系统”课程教学模式研究,研究结果表明对该课程进行改革与实践研究具有非常大的意义,可以为其他专业核心课程的建设与改革做一次有益的探索和尝试。

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.

铁路机车车辆整备设施融合设置研究

常规铁路机车、客车整备设施为分散设置,车站咽喉区作业量大,土地资源未得到集约利用。随着城市化发展进程和动力集中动车组的大量开行,机车车辆整备设施正逐渐趋向集中化布局。本文分析了铁路机车、客车及动力集中动车组在整备工艺流程和作业内容上的共同点。为充分推进机车车辆生产和管理的深度融合,提出机车车辆整备设施共享的可行性。基于机车牵引客车入段的作业方式,分析比较机车车辆整备基地4种总平面融合布置方案的作业流程和应用场景。以成都十陵南机车车辆整备基地的布置为例,首次提出移车台的适应性总平面布置方案,并进行出入线能力分析,总结出适应机车、客车及动力集中动车组整备设施的融合设置标准。

矿井机车运输智能监控平台设计与应用

目前,煤矿现有的车辆调度系统仅具有一些状态信息的展示和发布、静态视频监控和固定逻辑的红绿灯控制等常规功能,车辆缺乏统一的调配和利用,综合运输效率低,为提升井下轨道机车运输监控系统的智能化水平,构建了基于物联信息技术的矿井机车运输智能监控平台。该平台采用C/S架构;设计实时数据交互接口,实时获取和分析煤矿现有系统采集的数据;采用GIS控件进行地图设计,实时反映井下环境变化情况;设计综合报警功能;运用MEF技术设计交互组件;构建形成矿井机车运输智能监控平台。该平台在开滦集团吕家坨矿进行应用,应用效果表明,该平台能够实现井下运输信号精准控制与调度,提高矿井机车的整体运输效率,保障人员和设备的安全。

基于实测应力谱的重载电力机车车体损伤特性及剩余寿命评估

针对重载电力机车车体损伤特性及剩余寿命评估问题,对某型重载电力机车车体底架纵向力传递及设备悬挂部位的7个测点进行了动应力测试,计算了各测点处的损伤并评估了剩余寿命,结果表明:除测点1的重车损伤略低于空车损伤外,其他6个测点的重车损伤均不同程度高于空车损伤,车底悬挂设备的振动加剧了空车状态下测点1的疲劳损伤累积;各测点均有较为富裕的剩余寿命,测点5的剩余寿命最低,为1.15×10^(8)km,表明当车辆服役至其设计寿命后,仍有足够的安全运行裕量。

机车车体枕梁关键含缺陷结构疲劳寿命评估

为研究枕梁含缺陷结构服役安全问题,首先,基于有限元仿真对比不同尺寸下的底架枕梁结构刚度、挠度,根据最佳结构试验尺寸开展等效疲劳台架试验,获取焊缝关注点的应力分布状态及潜在裂纹位置,并验证枕梁结构与仿真模型的一致性;然后,基于BS 7910:2019标准中结构完整性评估方法,通过引入当量化裂纹缺陷获得结构临界失效状态,实现关键焊缝区域的寿命预测,同时结合断裂力学数值仿真方法,从仿真角度实现局部模型结构的裂纹扩展模拟,对含裂纹缺陷结构的损伤容限进行分析;最后,对比分析基于标准评估的理论方法与数值仿真方法结果的可靠性和差异性。研究结果表明:枕梁子模型结构台架试验与仿真模型的应力分布具有较好的一致性,枕梁结构薄弱区域集中在垂向减振器角焊缝位置,基于BS 7910:2019标准和数值仿真计算得到的减振器座角焊缝表面缺陷临界深度分别为6.50 mm和7.85 mm,对应疲劳载荷循环数分别为1.029×105和1.121×105次,两者评估结果具有较好的一致性。

重载列车交直流混编机车牵引仿真模型

由于交、直流机车采用不同的控制方式,在2种机车混编时可能会出现机车牵引力不协调,易造成直流机车切轮,同时出现较大车钩力等问题。朔黄铁路根据神8交流机车和SS4B直流机车牵引特性,通过网络传递过程中信号的转换,在不改变2种机车牵引特性的情况下,实现了神8交流机车和SS4B直流机车牵引力的合理匹配。建立了神8交流机车和SS4B直流机车牵引模型、网络传输中混编机车信号转换模型,对朔黄铁路神8交流机车和SS4B直流机车组成的1.6万t混编列车在不同路段的牵引工况进行仿真校验。结果表明,在较长距离牵引工况下的仿真与试验结果相比较,速度差一般控制在1 km/h范围内,少量区域出现2~3 km/h的速度差,仿真精度满足列车纵向动力学仿真需要。该工作为交直流混编列车的运行仿真、制订操纵指导卡、优化操纵方法提供了重要的分析手段,为进一步研究交、直流机车合理匹配提供分析工具,同时也为其他种类交、直流机车混编模型的开发提供模型化方法。

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。

重载机车无模型黏着预测控制研究

重载机车牵引动力的有效发挥依赖于轮对和钢轨接触时形成的黏着力,然而,由于重载机车黏着过程动力学非线性强、变量耦合多、最优蠕滑速度检测难,导致传统控制方法难以对黏着进行高效控制。针对该问题,提出一种无模型黏着集成预测控制方法。首先,分析传统无模型方法存在的问题,建立重载机车蠕滑速度新型扩张超局部模型。其次,设计扩展滑模观测器估计超局部模型中的不确定部分,不同于传统观测方法,该观测器能够“一步式”估算机车当前的黏着系数和蠕滑速度;同时引入一种改进的后调制无稳态振荡极值搜索方法并进行收敛性分析,在有效黏着系数观测的基础上实时寻优期望蠕滑速度。再次,基于最优蠕滑速度极值搜索设计一种离散蠕滑速度预测控制器,避免传统的控制律设计中引入蠕滑速度微分导致的噪声放大问题,并证明闭环控制下的系统稳定性。最后,与传统滑模黏着控制策略进行仿真对比,印证本文所提控制框架能有效降低黏着控制策略设计的复杂度,提升控制转矩的平滑度。在轨面条件突变的情况下,改进无稳态极值搜索方法能够准确搜索适合的最优蠕滑速度,在3种预设工况下都能够准确锁定最优值;离散黏着控制律能够更为精确地控制驱动转矩,与传统的带有蠕滑速度微分的黏着控制律相比极大地降低了转矩抖振。由此可知,该重载机车无模型黏着预测控制方法能够充分发挥黏着系统效能,实现多工况瞬变下的高效黏着控制。