基于振动加速度的转向架构架载荷反演研究

获取铁道车辆构架空簧、附属部件、轴箱弹簧及橡胶节点等关键接口在服役过程中的载荷特征是落实轨道车辆结构健康监测工作需要解决的关键问题。文章建立车辆系统动力学模型,推导了考虑转臂轴箱局部细化的车辆横向、垂向的动力学模型,并以此为基础使用卡尔曼滤波方法,通过系统状态方程对系统状态量进行估计反演计算,探索转向架构架载荷的估计方法。研究结果表明:考虑轨道不平顺激励的情况下,转向架构架的垂向载荷估计值与仿真值的相关性达到0.8以上,横向载荷估计值与仿真值的相关性超过0.6,估计值与仿真值时频域的变化趋势一致性较好。综合以上结果,可以证明该载荷估计方法在针对轨道车辆构架的关键接口载荷的反演计算中具有足够的精确性和稳定性,能够为后续对转向架关键位置的损伤监测与评估、剩余寿命计算和结构设计优化提供数据依据。

基于有限元模型修正技术的刚柔耦合关系研究

为了尽可能避免因车轮形成中央凹陷踏面磨耗而使铝合金车体产生振动疲劳问题,有必要以有效的有限元模型修正技术来合理构建高铁车辆的刚柔耦合关系。针对德国ICE3原型及一次蛇行现象,提出一种高速转向架动态设计方法,以整车稳定性态分析图来明确自适应改进方向,即λ_(eN)≥λ_(emin)而λ_(emin)=(0.03-0.05)。借用(半)主动车间减振技术,跨越不同速度等级的铁路专线运行亦可实现对中央凹陷踏面磨耗的自清理。拖车TC02/07刚柔耦合仿真与两次跟踪试验在抖车形成机制上得到了具有一致性的分析结论:牵引变流器产生主频约9.2/9.3Hz的横向耦合共振,对车顶的横向角焊缝造成了严重疲劳损伤,但是只要牵引变流器横移模态频率>12 Hz,最好14 Hz,转向架振动报警的安全阈值则可适度提高。

轨道交通车辆构架焊接数字化产线建设关键场景研究

为提高轨道交通车辆转向架构架焊接制造的智能化、数字化水平,并稳定产品质量、提高生产效率、改善作业环境、降低人员配备、降低生产成本,文中基于构架焊接工艺流程,以焊接产线的生产要素为导向,以工艺仿真、数字孪生为工具,以智能化、数字化运维为方向,重新构建了产线总体建设方案。通过对产线方案的分析和阐述,并重点对产线建设过程中的关键场景进行研究,使智能化设备安装使用、数字化过程数据监控分析得到应用,为轨道交通车辆制造企业积累智能化、数字化产线建设实践经验。

基于缩比模型的独立车轮转向架蛇行运动研究

独立车轮可绕车轴自由转动,轮轴之间的刚性耦合被解除,导致轮轨纵向蠕滑力消失.轮轴系统在直线上难以自动对中,其导向问题亟须解决.通过将麦弗逊悬架结构应用于独立车轮转向架,并采用相似理论论证缩比模型的可行性,建立同侧转动轴线呈“V”字形倾斜的独立车轮转向架1/20比例模型,并制作样机进行直线运行试验,同时开展全尺寸转向架模型动力学仿真.研究结果表明:新的独立车轮转向架在直线上能够重现蛇行运动现象,仿真结果与缩比试验结果相吻合,并且随着运行速度的提升,独立轮对的蛇行运动愈发剧烈;在轮轴系统中安装刚度为7.5 MN/m的横向弹簧,能够使转向架前轴横向运动幅值和频率分别降低72%和79%;通过调整一系悬挂参数和横向弹簧刚度,可以实现转向架的直线自动对中.

机车车辆材料应用现状和发展趋势

机车车辆是目前连接我国各个地域,实现人口和货物高效流动的重要交通工具,作为综合交通运输体系的骨干,关乎着我国的国民经济和民生水平,是我国实现可持续发展的重要基石。《新时代交通强国铁路先行规划纲要》明确指出优化列车服役性能,实现更高效的运输服务是建设现代化铁路的重要指标。这也使得对机车车辆材料的选择愈发严苛,基于列车车辆安全性、舒适性、运行速度以及装备轻量化的多重要求,新型材料的研发和设计已成为我国机车车辆蓬勃发展的坚实基础。本文阐述了机车车辆用材料的应用现状,概述了国内外机车车辆的车体材料和转向架结构材料的发展趋势,分析了先进轻量化材料替代现有的机车车辆材料的可行性和应用前景。

基于车辆系统稳定性分析的晃车现象研究

基于多体动力学软件MSC.ADAMS的Rail模块建立CRH2高速检测车的动力学仿真模型,并利用实验数据对该模型进行验证,结果表明所建立的动力学仿真模型准确。利用该模型对CRH2高速检测车进行稳定性分析的结果表明:CRH2高速检测车上心侧滚振型的阻尼因子绝对值随着车速的提高先增大后减小,在100km.h-1附近达到最大;随着车速的提高,转向架整体蛇行振型的阻尼因子绝对值也呈先增大后减小的趋势,在运行速度为230km.h-1时达到最大,表明此时CRH2高速检测车稳定性最佳。分析晃车现象的结果表明:轮轨关系不匹配使转向架整体蛇行振型的阻尼因子过小,导致晃车现象,在仿真中将轮对内侧距由1 353mm改为1 360mm后,晃车现象消失;当速度为200km.h-1时,CRH2高速检测车上心侧滚振型的振动频率为1.6Hz,阻尼因子为负且非常接近0,导致上心侧滚振动衰减较慢,从而也会产生晃车现象。晃车现象与车辆系统的蛇行失稳不是同一概念,在实际的应用中应加以区别。

基于虚拟激励法的轨道车辆垂向振动响应分析

针对传统的随机振动分析方法计算复杂、计算量大的问题,提出采用虚拟激励法求解轨道车辆的垂向振动响应,建立某型车辆的垂向动力学模型,求解车辆的垂向振动响应并验证模型的正确性。与传统求解方法的计算结果比较表明,虚拟激励法适合于求解车辆的垂向振动响应,并且计算简单。在频域内对车辆垂向振动响应的分析表明:随着车辆运行速度的提高,车体、前后转向架以及一位轮对的垂向加速度的功率谱密度和振动主频均增大,轮对的垂向振动经一系悬挂传到转向架,再经二系悬挂传到车体,其振动频率f降低,振动幅值迅速减小,传到车体上时振动已变得很弱;f>5Hz时,车体、前后转向架和一位轮对垂向加速度的功率谱密度均随着一系阻尼器两端橡胶节点刚度与一系弹簧刚度比值的增大而增加,尤其是车体和前后转向架的垂向加速度的功率谱密度变化更为明显,因此降低橡胶节点的刚度有利于提高车辆运行的平稳性。

高速列车与桥上板式轨道动力学仿真分析

运用轮轨关系,建立高速列车—板式轨道—桥梁系统空间耦合动力学模型。运用列车—线路—桥梁动力学仿真通用软件TTBSIM,分析高速列车以不同速度通过桥梁时,机车车辆、板式轨道及桥梁的动力特性。结果表明,桥上板式轨道能够保证行车的安全性、舒适性和桥梁结构的安全性。

列车交会压力波对高速磁浮列车横向动态响应的影响分析

以上海磁浮列车为研究对象,将车体、夹层、摇臂、摆杆以及悬浮架作为弹性体,磁系、二系悬挂、磁铁连接装置和其它弹性辅助元件作为弹簧—阻尼单元,建立了整车动力学计算模型。对列车交会瞬态压力冲击作用下的高速磁浮列车进行横向动态响应研究。研究结果表明,在磁浮列车高速运行时产生的交会压力波作用下,车体产生了较大的横向振动,经过二系悬挂的缓冲作用后悬浮架的振动明显减小。

重载货车轴重与速度匹配关系研究

基于重载货车—轨道耦合动力学模型,采用机车车辆与线路最佳匹配设计方法,进行货车轴重与速度的匹配研究。结果表明:25,27,30和40t轴重重载货车容许通过轨道低接头的速度应分别小于110,100,90和60km.h-1;40t轴重重载货车以60km.h-1速度在直线线路上运行时,其轮轨垂向力为249.6kN,非常接近英国铁路250kN轮轨垂向力的限值;在我国现有以60kg.m-1钢轨为主的干线铁路上开行30和40t轴重重载货车,对轨道结构的破坏比现有低轴重货车严重得多,但开行27t轴重重载货车是可行的;40t轴重重载货车在600m半径的曲线轨道上以40～120km.h-1速度运行时,轮轨垂向力最大值超过了英国铁路的250kN轮轨垂向力限值,轮轨横向力最大值非常接近我国《铁道车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》所规定的77.80kN容许限值,另外轮轨磨耗功非常大,因此40t轴重重载货车还不能直接应用于我国现有60kg.m-1钢轨的轨道。

基于弹性构架的地铁车辆动力学分析

为避免车辆弹性动力学分析中自由度数多、求解方程慢的问题,运用Guyan矩阵缩减理论选出模型中能描述动力学行为的部分。运用Ritz模态向量叠加理论考虑构架的弹性变形对地铁车辆动力学行为的影响。用车辆系统的位形坐标与构架的模态坐标建立刚—柔混合多体系统动力学模型,使自由度得到缩减。从而较快得到地铁车辆具有构架弹性振动的动力学响应,其结果与刚体动力学模型相比有明显差别。

基于列车动力响应的铁路桥梁损伤诊断方法

以桥梁单元的刚度下降率作为损伤指数,通过列车—桥梁耦合振动理论计算列车动力响应对桥梁损伤指数的灵敏度,并构建立灵敏度矩阵和建灵敏度方程,利用约束优化方法求解灵敏度方程得到各单元的损伤指数,实现对桥梁损伤的诊断。应用该方法对1座简支梁桥进行损伤诊断的结果表明:该方法对轨道不平顺不敏感;利用列车车体和转向架的加速度、速度和位移响应均能对桥梁进行准确的损伤诊断,但这3种响应信号中的位移响应最难测量,而且相对于转向架而言,在车体上更容易布置传感器,因此建议优先选用车体加速度和速度响应作为桥梁损伤诊断的输入;该方法既能诊断桥梁单一位置的损伤,也能识别桥梁多个位置的损伤。

70%低地板轻轨车建模及动力学分析

建立了70%低地板轻轨车的动力学计算模型,对建模过程中非动力转向架、独立车轮、车体间的铰接结构等关键部件的处理方法进行了分析,并运用SIMPACK多体动力学仿真软件分析了该计算模型的运动稳定性、曲线通过性及运行平稳性等动力学性能。结果表明,该车具有良好的蛇行运动稳定性、曲线通过性及运行平稳性,能够满足运行的要求。

列车系统运行平稳性研究

在车辆动力学模型的基础上,建立由3辆拖车组成的列车动力学模型。建模过程中考虑列车系统中存在的轮轨接触几何关系非线性、轮轨蠕滑率/蠕滑力的非线性、钩缓装置作用力的非线性以及车辆模型一、二系悬挂作用力的非线性等因素。研究车间连接刚度和连接阻尼对列车运行平稳性的影响。仿真结果表明,车间横向连接刚度和横向连接阻尼系数对列车的运行平稳性影响较大,而车间垂向连接刚度和垂向连接阻尼系数对列车的运行平稳性影响很小。在列车中的相邻两车之间安装横向减振器能够有效地提高列车的横向运行平稳性,并能够改善列车的垂向运行平稳性。仿真结果还发现,在转向架悬挂参数相同的情况下,单一车辆的运行平稳性指标大于列车的运行平稳性指标。

高速客车转向架构架焊接接头疲劳可靠性分析

为研究构架焊接部位的疲劳可靠度,根据国内Q345焊接头的疲劳数据,结合包含超长寿命概率S-N曲线,建立了动车组转向架焊接构架横向对接、横向T形和纵向T形焊接头的概率疲劳S-N曲线。以我国高速动车组典型的CRH2动车组转向架构架为研究对象,确定了其焊接构架吊挂点附近31个焊接头局部的疲劳应力。结合概率疲劳S-N曲线进行了较大应力部位的疲劳寿命预测和可靠度评估。结果说明:齿轮箱吊座与横梁附近的焊接部位是较危险的部位;在置信度97.5%、可靠度0.975下的寿命为3.88×108循环;在置信度97.5%、寿命为109循环的可靠度为0.948 2。

车辆整备状态车体垂弯频率优化方法研究

为提高轨道车辆整备状态车体垂向一阶弯曲频率,提出基于灵敏度分析和车下设备弹性吊挂参数设计方法优化车体垂向一阶弯曲频率。以车身型材骨架厚度为设计变量,用模态灵敏度理论对车体垂弯进行优化设计;结合改进车下设备与车体连接方式,研究了不同吊挂形式及刚度对车体垂向弯曲频率的影响。研究结果表明:采用灵敏度分析调整车体敏感部件厚度后,车体垂向一阶弯曲频率由9.70Hz提升至10.60Hz,但车体质量相应增加0.93 t;而采用基于车下设备弹性吊挂参数设计的方法,设置下吊设备固有频率为7Hz时,整备状态车体的垂向一阶弯曲模态频率提升至10.51Hz,相对而言基于弹性吊挂参数设计的方法更易于实际工程应用且不增加车体结构质量。

高铁运用经济速度与安全稳定裕度调控

作为京沪高速晃车现象及其现场调控的跟踪调研,通过动态仿真、线路试验和构架动荷特征等多方面综合分析,可以确认抗蛇行软约束技术优越性,如在两到三个镟轮周期内连续保持踏面磨耗的均匀性。面对长交线路高铁运营,还必须认清欧系车辆所存在的两个基本不稳定问题及其所造成的诸多典型故障:即转向架稳定裕度不充裕问题和高速列车稳定鲁棒性问题。从振动失效或振动疲劳分析角度来看,高铁运用必须采取以预防为主的技术对策,以进一步改善其技术经济性。转向架优配协调解决了上述两个基本不稳定问题,充分展示新一代高速转向架三大稳定特征:适度拓展速度空间系统优化构架动荷、克服轮轨激扰与磨耗消极影响以及更加强调高速列车稳定鲁棒性能。

基于刚柔耦合的轨道车辆转向架构架疲劳分析

对某型地铁车辆转向架构架在运行使用过程中局部区域出现裂纹的问题,首先,基于固定界面模态综合法,通过构架主自由度缩减得到了该型构架柔性体模型,从而建立该型地铁车辆刚柔耦合多体动力学模型;然后,结合一种基于柔性体计算结构动应力的方法,探讨该型构架的动应力响应,得到该型构架的振动特性;最后,采用准静态应力叠加法对构架电机吊座结构进行了疲劳寿命预测。仿真结果与该型构架实际出现疲劳破坏的位置吻合,从而验证了基于刚柔耦合模型对构架进行疲劳分析方法的正确性。结果表明,利用这种方法可以在构架前期开发阶段为其疲劳寿命预测提供理论依据。

牵引电机架悬参数对动车转向架稳定性的影响

建立了转向架系统横向动力学模型,结合模态分析技术,通过多参数仿真计算,发现电机悬挂参数和质量参数对稳定性的影响很大,并且存在一个电机悬挂最佳频率,小于该频率时系统可获得较高的稳定性;计算结果还表明,一系悬挂参数、二系悬挂参数和轮轨参数对最佳频率的影响很大。

加拿大直线感应电机车辆技术

从车体、内装、转向架、牵引和制动系统等多方面,系统地介绍了加拿大MK Ⅰ型、MKⅡ型直线电机车辆技术；分析两种车型各自的技术特点,提出可供我国借鉴的主要技术成果。