车辆服役环境对高速列车轴箱轴承温度的影响分析

构建考虑轴箱表面散热及轴承内部传热的功率损耗模型,分析轴箱轴承在不同服役环境下的载荷;综合考虑轴箱表面空气流场对流换热的影响,建立精细化轴箱轴承温度模型,分析不同服役环境对轴箱轴承温度分布和温度特性的影响,并通过轴承试验台验证模型的有效性。研究结果表明:当车辆速度由220 km/h增至300 km/h时,轴承的总摩擦力矩增大11.4%;当车轮多边形阶数由16阶增加到22阶时,摩擦力矩平均增大2.8%;轴箱轴承最高温度出现在内圈与滚动体接触的区域,最低温度出现在轴上且接近环境温度;当车速由220 km/h增加到300 km/h时,轴承的最高温度上升9.2℃,各节点处温度均有一定程度增加,当车轮多边形阶数由16阶增加到22阶时,最高温度平均升高1.1%;当多边形深度幅值由10 dB增加到18 dB时,最高温度平均升高1.4%。

CBTC系统中计轴失效处理的研究

[目的]CBTC系统多采用计轴来提供列车辅助定位功能。然而,在计轴出现故障时,如果一律按“占用”处理,将会显著影响系统运营效率;而如果选择在实际无车时按“空闲”处理,则该处理方式不应降低系统安全性。因此,有必要研究CBTC系统在计轴失效时应如何处理。[方法]基于IEEE 1474系列国际标准和CZJS/T 0033—2015《城市轨道交通基于通信的列车运行控制系统(CBTC)接口规范-互联互通接口规范互联互通系统总体要求》,分析了CBTC系统内部计轴区段的状态处理,提出了CBTC系统内部计轴区段的状态机模型,并给出了CBTC系统内部处理计轴故障报告占用的方法。同时,还探讨了CBTC系统直接对实际空闲的计轴故障占用区段进行复位的可行性,并对两种提高计轴系统可用性的方法进行了比较。[结果及结论]IEEE 1474系列标准并不强制在CBTC系统中装备计轴。然而,考虑到CBTC系统的降级模式,通常在CBTC系统中装备计轴。在计轴出现故障并永久报告占用时,可采取的处理方法包括:人工复位以清除计轴故障、通过CBTC处理使CBTC列车正常运行,以及配置计轴监督区段以规避单一计轴区段失效对系统功能的影响。

列车轴质量和土工格室加固道砟对路基沉降的影响

建立有砟轨道-路基三维有限元模型和土工格室模型,利用相位荷载模拟列车动荷载,研究列车轴质量和土工格室加固道砟对路基沉降的影响。模拟结果表明:在正弦相位荷载作用下,各轨枕之间位移变化基本一致;随着列车轴质量的增加,有砟轨道沉降显著增加;铺设土工格室加固后,有砟轨道的侧向位移和竖向沉降分别降低了约60%和11%;在重载情况下,土工格室加固效率有所降低,但改变土工格室刚度可以改变其加固效率;当土工格室刚度在400~800 MPa时,对重载路基的加固效果较好。

桥梁跨度对跨座式单轨车桥耦合振动的影响分析

轨道梁结构对跨座式单轨车辆的稳定运行影响很大。为探究桥梁跨度对单轨车辆车桥耦合振动的影响规律,基于铁木辛柯理论和有限单元法建立连续的柔性轨道梁模型,运用多体动力学理论,通过UM建立单轨车辆车桥耦合动力学模型,在UM仿真界面设定不同的桥梁跨度和行车速度,仿真分析直线工况下桥梁跨度变化对车辆系统振动影响规律及运行平稳性的影响。结果表明:随着桥梁跨度增大,轨道梁跨中位移动力学响应值整体呈上升趋势,且当桥梁跨度超过16 m时,这种上升趋势更加明显;轨道梁跨中竖向加速度和轨道梁跨中横向加速度动力学响应值均随着桥梁跨度的增大而增大,然后又缓慢减小,桥梁跨度的变化对于轨道梁跨中横向加速度的影响较小;随着桥梁跨度增大,车体质心竖向位移动力响应明显增大,而车体质心横向位移略有减小;车体质心竖向加速度随着桥梁跨度的增大而增大,而横向加速度受桥梁跨度变化的影响很小。因为桥梁跨度增加会使单轨车辆运行的竖向平稳性指标和横向平稳性指标均有所增加,车辆运行平稳性变差。因此,将桥梁跨度控制在一定范围内对单轨车辆的稳定运行具有十分重要的意义。

新型钢岔枕结构设计及力学特性研究

首先介绍钢岔枕的应用和研究情况,提出既有钢岔枕在应用过程中存在的系列问题,并设计一种整体铸造形式的新型钢岔枕。新型钢岔枕材料采用QT400-18,其断面尺寸与普通混凝土岔枕相当,不影响大机捣固。其次,计算并提出一种新型钢岔枕,主振频率分别为127.4 Hz和130.9 Hz的扭转振动模态和主振频率为169.7 Hz的弯曲振动模态,其他高频振动模态主要来源于其侧壁顶部自由端的振动变形。最后,为研究新型钢岔枕在实际应用中的受力和变形特性,利用有限元法,建立新型钢岔枕在实际应用中的静力学模型,以此为基础,研究列车轴重、通过速度和钢岔枕下道床刚度取值对其自身受力情况和竖向位移量值的影响。经计算:新型钢岔枕强度满足要求,自身变形较小;当列车轴重为17 t、通过速度为80 km/h时,新型钢岔枕最大等效应力为64.4 MPa,轨头顶面最大竖向位移为1.42 mm,新型钢岔枕最大竖向位移为1.36 mm;仅提高速度至120 km/h时,新型钢岔枕受力增加16.7%,位移指标增加16.2%;仅提高列车轴重至29 t时,新型钢岔枕受力增加71.3%,位移指标增加71.1%;当底部道床刚度增加1倍时,新型钢岔枕受力增加22.5%,位移指标降低12.7%。

离轴拖挂轮式移动机器人跟踪控制研究

针对离轴拖挂轮式移动机器人挂车的轨迹跟踪控制问题,基于拖车和挂车运动轨迹的相对曲率关系提出了一种动态跟踪方法。建立离轴拖挂轮式移动机器人的运动学模型和动力学模型。通过拖车和挂车位置几何关系给出了两车的速度关系,进而得到两车运动轨迹相对曲率之间的关系。基于曲率关系将挂车的运动任务转化为拖车的运动任务,并结合动态跟踪方法设计比例积分反馈控制器完成拖车的运动任务。最后通过模拟仿真实现了挂车精确的轨迹跟踪控制,仿真结果表明在所提控制器的作用下,挂车在拖车的拉拽下可精确地跟踪目标轨迹曲线。由于所使用的动态跟踪方法引入了目标轨迹曲线的相对曲率,极大地提高了跟踪的精确性。

基于振动加速度模态分解与重构的轨道局部不平顺分析方法

低地板轻轨列车的异常振动信号多为非平稳非线性信号,针对传统时频分析方法在非平稳非线性信号处理上的局限,提出将Hilbert-Huang变换(HHT)应用于低地板轻轨列车的异常振动分析研究。针对经典HHT采用的EMD方法存在的模态混叠等困境,提出了先利用完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)对振动数据进行分解,再通过相关系数法剔除趋势项分量,利用小波阈值法对高频含噪分量去噪,对去噪后的高频分量和低频信息分量进行加权重构,最后进行Hilbert-Huang变换的优化处理流程。以某型低地板轻轨列车为研究对象,通过HHT得到轴箱垂向加速度的Hilbert谱,获取时间—瞬时频率—瞬时能量对应关系并实现冲击点定位,结合边际谱分析振动特征计算质量指数,判断低地板轻轨列车的异常振动原因及故障模式,结果表明该方法对低地板轻轨列车振动的特征提取与振动冲击分析有效可行。

某出口100 t铁路起重机转向架的研制

文章介绍了某出口100 t铁路起重机转向架的研制目标、主要研究内容、主要技术参数、转向架主要结构、仿真计算及试验情况。该转向架主要用于铁路机车车辆脱线事故的救援工作,特别适用于电气接触网下、隧道和桥梁上的铁路事故救援工作。同时兼有轨道维护、大吨位构件的安装和重型货物的装卸用途。该转向架试验结果表明,转向架的构架静强度符合GB/T 3811—2008《起重机设计规范》要求,所测应力均小于相应工况下的许用应力。4轴转向架存在曲线通过困难、轮轨横向力大等问题,通过合理的结构设计,使转向架具备半径70 m的曲线通过能力,曲线通过试验中未发现转向架零部件间发生干涉现象。装配该转向架的100 t伸缩臂式铁路起重机已运行近六年,车辆运用状态良好,闸瓦磨耗均匀,未出现任何不良现象,深受用户好评。

大秦重载铁路计轴与轨道电路共缆传输方案研究

大秦线是我国第一条双线重载电气化运煤专线,随着运量的逐年增加,线路尤其是隧道内因煤尘所导致的道床漏泄增大,造成轨道电路“红光带”故障,严重影响运输效率。为此,从彻底解决问题、工程改造影响范围小、方案可实施性强的角度出发,提出计轴与轨道电路共缆的传输方案。首先设计叠加系统整体架构,明确关键模块功能及系统工作流程;其次设计关键部件,并结合现场情况提出工程改造方案,指导叠加系统现场安装与实施;然后确定叠加系统应用技术范围,进一步对叠加系统进行整体测试,得出测试结论符合预期要求;最后对该方案进行经济性分析,论证实施该方案的必要性及推广价值。

重载铁路货车轴载作用下嵌入式轨道受力变形分析

为研究嵌入式轨道在重载铁路中的适用性,采用有限元法,建立嵌入式轨道有限元模型,从钢轨应力、钢轨位移、轨道板位移的角度分析货车轴载对嵌入式轨道结构受力及变形的影响,并针对现有嵌入式轨道结构进行优化研究。研究结果表明:货车轴载对嵌入式轨道轨头应力、轨底应力、钢轨横向及竖向位移影响显著,其中,轨头应力、钢轨横向位移均超过限值要求,但其对轨道板位移影响较小;采用75 kg/m钢轨替换60 kg/m钢轨后,轨头应力显著减小,但钢轨横向位移仍然超过限值要求;在此基础上,随着填充材料弹性模量的增大,钢轨应力及位移均显著减小,且均在规范限值内,填充材料弹性模量建议取为400 MPa。

挂载式动态轨道检查仪的研发

为及时掌握轨道几何形位状态,研制了一种挂载式动态轨道检查仪。该检查仪可挂载于运营车辆上,作为轨检车以外的轨道几何形位动态检测补充装置,实现对线路轨道几何形位的日常检测。在分析挂载式动态轨道检查仪检测原理基础上,提出系统的总体结构,研究多传感器数据采集技术,数据时间同步与对齐、里程匹配、时空转换重采样等数据处理技术,以及“轮对姿态角-轨道几何形位”解算模型,并开发成果管理与应用子系统。现场应用结果表明,挂载式动态轨道检查仪运行稳定可靠,其数据采集与处理系统可实现多源数据在时空维度上的高一致性,基于轴箱姿态角解算的轨道几何形位重复性好,准确性满足线路日常巡检需要;成果管理与应用功能完善;设备结构简单,安装、拆卸便捷。

内轴箱悬挂高速动车组转向架抗倾覆稳定性研究

内轴箱转向架由于轴箱悬挂内置大幅度降低了车体的抗侧滚刚度,影响其运行性能。为提高其抗倾覆性能,内轴箱转向架通常采取安装抗侧滚扭杆和提高一系悬挂垂向刚度的措施。文章提出了一种抗倾覆装置,以提高内轴箱悬挂高速动车组转向架抗倾覆稳定性。该装置由2条互不连通的回路组成,安装在轮对轴箱和构架之间。在分析抗倾覆装置的基本原理、刚度特性和车辆动力学模型之后,利用MATLAB/Simulink软件,联合AMESim和SIMPACK软件进行联合仿真,得到车辆在不同速度条件下通过大半径曲线时的动力学性能和动态包络线。结果表明,采用抗倾覆装置可以在保证车辆运行稳定性的条件下大幅提高车体的抗侧滚能力,在车辆脱轨系数和轮轴横向力等安全性指标方面有着更优异的表现,同时有着较小的动态包络线。

基于轴箱垂向振动加速度的波磨谷深值估算方法及应用

针对利用轴箱垂向振动加速度虽可定性、但不可定量评价波磨的问题,结合中国以波磨谷深值作为波磨整治依据的现状,基于中国高铁线路和典型服役车辆参数建立轮轨动力学模型,并采用实测轴箱垂向振动加速度数据进行验证;定义波磨谷深值与波长比值为轨面变化率ξ,统计轴箱垂向振动加速度上包络线累积概率99.73百分位数作为波磨状态表征量A,采用非线性最小二乘法和有理式方程,拟合300 km·h^(-1)速度下40~180 mm波长波磨激励下A与ξ关系式;推导基于高速综合检测列车轴箱垂向振动加速度的谷深值估算式,并在高铁线路上应用谷深估算值评价波磨状态。结果表明:基于实测轴箱垂向加速度得到的谷深估算值与谷深实测值相关系数为0.95,两者均方误差为0.016 mm;采用谷深估算值进行波磨整治决策时的误判率约为9.73%;应用基于高速综合检测列车轴箱垂向振动加速度估算的谷深值既能定性、又能定量地评价波磨状态,还能为波磨整治决策提供技术手段。

3万吨重载列车作用下小半径曲线段轨道结构横向稳定性分析

建立了朔黄铁路3万吨C80重载列车纵向动力学模型、机车和车辆动力学模型及轨道结构有限元模型,分析了重载列车通过小半径曲线段时最大车钩力分布、车辆运行安全性以及轨道结构横向稳定性。结果表明:3万吨重载列车最大压钩力一般大于拉钩力,压钩力最大值主要出现于第二个万吨编组的前部和第三个万吨编组的中部;3万吨重载列车作用下压钩力、拉钩力、轮轴横向力、轨排横向位移的最大值分别为1205.00、1062.10、83.88 kN和1.22 mm,均小于安全限值,满足列车运行安全和轨道结构横向稳定性要求;通信故障情况下脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轨排横向位移均大于正常通信情况下,且其最大值均出现于半径400 m曲线段。

实际运营条件下的地铁钢轨波磨试验研究

针对地铁线路波磨病害,对一条采用了多种轨道结构、钢轨表面已经形成了多种钢轨波磨特征的实际地铁线路进行静态、动态试验,统计轨道结构与钢轨波磨的对应关系,分析车轮非圆化、车辆载重、列车速度和钢轨波磨波长对转向架轴箱振动的影响。结果表明:线路所有轨道结构上均存在钢轨波磨,按波磨严重程度区分依次是普通短轨枕、弹性短轨枕、凸台橡胶浮置板区段。通过镟轮改善了车轮的偏心磨损后,轴箱的振动加速度仍保持较高水平,车辆载重的变化不会影响轴箱的振动水平。轴箱振动加速度随车辆速度降低而降低,降速运行可以有效改善钢轨波磨对轴箱振动的影响。钢轨打磨可以有效降低短波长钢轨波磨诱发的轴箱振动,但对于长波长钢轨波磨,打磨后波磨依然显著存在,钢轨打磨不能有效缓解长波长钢轨波磨导致的车辆轴箱振动。

基于小波时频分析的车轮多边形和轨道不平顺分析研究

车轮多边形和轨道不平顺是当下影响地铁车辆运行品质的最主要原因。轴箱的振动是轮轨耦合振动的最直接反映,车轮多边形引起的周期性激励和轨道不平顺信息可以从轴箱振动信号中分析出来。本文使用西门子SimcenterTestLab振动控制采集分析系统采用小波变换对实测轴箱振动信号进行时频分析,得到车轮多边形引起的振动主频在59.81~88.45Hz的范围内,本方法可快速得到被测车辆车轮多边形情况以及定位轨道不平顺较为严重的区段,为工程师分析车辆异常振动提供依据。使用小波变换对轴箱振动信号进行时频分析的方法相较于传统车轮和轨道测试手段更为方便可靠。

基于有限元方法的重载铁路有砟轨道力学分析

随着我国铁路运输系统的快速发展,为解决重载列车的安全运行对轨道更高强度要求的问题,本文采用有限元软件建立了包含轨道、轨枕、道床、土体的重载铁路轨道的仿真模型,在验证了有限元模型可靠性的基础上,分析了轨道应力应变分布规律;研究了不同的轴重参数、道床参数、轨枕参数对重载铁路轨道受力影响。结果表明:列车载荷作用时,两根轨道的应力分布基本相同;列车轴重增大,轨道最大应力和竖向位移不断增大;随着轨枕弹性模量增大、轨枕间距减小、道床厚度和弹性模量增大时,轨道最大应力和位移逐渐减小。

轴承滚子缺陷激励下高铁轴箱系统振动特性研究

以某型高速列车转向架上轮对和轴箱系统为研究对象,构建一种包含轴箱轴承滚子缺陷的车辆-轨道耦合动力学模型,并利用现场试验数据验证轴箱轴承−车辆−轨道耦合动力学模型的有效性。通过仿真计算获得在京津线轨道随机不平顺激扰工况下轴箱的振动加速度时间历程以及轴承滚子与外圈的接触载荷时间历程,结合轴承滚子缺陷数学分析模型,研究轴承滚子缺陷激扰工况下轴箱系统内部结构的接触振动特性。研究结果表明:当轴承滚子出现缺陷时,轴箱横向和垂向振动加速度包络谱在滚子故障频率和2倍滚子故障频率的倍频处出现振动加速度峰值,且以保持架旋转频率10.32 Hz进行振幅调制;缺陷滚子与外圈接触载荷频谱主要分布在0~100 Hz的低频段,在200~1000 Hz频段内出现以轴承保持架旋转频率为频率间隔的一系列峰值;随着轴承滚子缺陷宽度的增加,滚子与外圈接触载荷中高频段所占成分逐渐增加,表明轴承滚子缺陷宽度的增加会逐渐引起轴承滚子与外圈的中高频激振,加强轴箱轴承内部构件之间的动态作用从而加速轴承的疲劳破损失效;列车运行速度在250 km/h左右时,仿真数据表明轴承滚子缺陷宽度需限制在1 mm以内,尽量减少因轴承滚子缺陷宽度过大而引起的滚子与外圈接触载荷升高造成结构疲劳等一系列问题。

多轴分布式驱动无人车辆极限操纵状态整车集成控制方法

包络线控制起源于航空航天工业,它提供了飞行状态的安全保障和机动边界,为飞行器控制带来了良好效果。基于8×8多轴分布式驱动无人车辆和包络线方法核心思想,提出一种将车辆推向极限的整车动力学控制器。通过建立轮胎滑移圆提出一种新的方法以用于评估车辆驱动力状态,并将轮胎滑移状态与车辆“g-g”图相结合,用来实现无人驾驶状态下逼近车辆操纵能力极限,发挥车辆动力性能与灵活性能,同时确保在轨迹跟踪时的跟踪精度,精准高效地完成平台任务。考虑外界环境不确定扰动与因素变化对极限状态下车辆稳定性影响,基于车辆横向动力学模型的稳定特性分析,获得不同条件下稳定域相平面,并探索其变化机理、归纳数学描述表达式。通过对车辆稳定相平面的分析,提出以车辆横摆力矩为输出的稳定保持控制器。针对上层控制器驱动力与横摆力矩的输出,设计下层转矩分配控制策略,通过冗余执行器的最优分配实现整车性能发挥。整车集成控制策略部署于一辆8×8原型试验车辆,在越野路面上进行多项科目测试,试验结果表明:在高速条件下,无人车在轨迹跟踪中具有更好的动力性能和安全性能。

曲线半径对跨座式单轨车桥耦合系统振动影响

为探究轨道梁的曲线半径对跨座式单轨车桥耦合系统振动的影响,基于拉格朗日动力学方程式,在考虑柔性轨道梁的情况下,采用UM建立跨座式单轨的车桥耦合系统。研究通过设置固定曲线超高率,改变轨道梁曲线半径和行车速度来分析不同曲线半径的轨道梁对单轨车桥耦合系统的影响。分析结果发现:100 m曲线半径的轨道梁,其竖向振动位移和车体质心竖向位移对车辆速度的变化较敏感,稳定轮和导向轮在大超高率和速度变化较大时,左右侧轮胎径向力出现较大差异,将使轮胎磨损,并且车辆通过性差。曲线半径为200 m~300 m时,轨道梁和车体的振动幅值变化小,导向轮与稳定轮两侧受力均衡,10%超高设置适中。当曲线半径更大时,在固定超高情况下,车体离心力减小,车体出现内倾趋势,两侧稳定轮和导向轮的径向力出现明显差异,车辆长期行驶在此工况下也会导致两侧轮胎磨损不均。综合分析,曲线超高随曲线半径的增大而减小,可使车辆具有良好的通过性。