新型城市轨道交通车辆切削式防爬器研究

[目的]当前,切削式防爬器存在切削初始峰值力过高问题,会出现刀具脱落或断裂,造成防爬器失效的情况。而且,既有双切削式防爬器极易出现内部切屑在管内堆积的情况。因此需对新型城市轨道交通车辆切削式防爬器进行研究。[方法]先建立切削式防爬器的有限元模型,通过将切削式防爬器的切削力、碰撞吸能仿真结果同相关文献的试验结果对比,验证有限元模型模拟方法的准确性。介绍蜂窝切削复合式防爬器和改进的内外双切削式防爬器的工作原理,并通过有限元模型的模拟计算,分析两种新型切削式防爬器的切削性能。[结果及结论]在切削式防爬器出现初始峰值力的位置设置诱导槽,可以有效地降低该峰值力;诱导槽的深度不小于切削深度效果更佳;诱导槽的宽度过大,会导致二次峰值力的增加,且刀具通过该诱导槽之后切削力会出现较大波动。与传统的抽屉式蜂窝防爬器相比,蜂窝切削复合式防爬器不仅吸能能力极为优秀,还能更换部件,具有可重复利用的特性。新型内外双切削式防爬器能将切屑从管内顺利排出,从而避免了切屑堆积。对比单切削式的防爬器,新型内外双切削式防爬器的吸能性能更优。

基于热阻模型的城市轨道交通铝合金车辆围护结构传热系数计算方法

[目的]根据城市轨道交通铝合金车辆围护结构的特点,研究一种基于热阻模型的K值计算方法,以此提高计算准确度和效率。[方法]将围护结构分为三个层级,根据热阻串并联关系建立了围护结构的热阻模型。位于第三层级的串联热阻,除包括对流热阻、车体热阻和隔热材料热阻外,还包括将传热路径上所有其他热阻等效替代的“简化热阻”。通过理论计算和试验标定的方法确定上述四个热阻后,即可通过热阻串并联关系计算出围护结构的总热阻,进而计算出K值。[结果及结论]与试验结果对比后发现,该方法的计算结果相对偏差在7%以内。由于目前K值试验数据较少,因此需要持续积累数据并标定该热阻模型,以此达到不断提高K值计算准确度的目标。基于该方法还开发出了应用程序,提高了计算效率。

碳纤维复合材料在轨道交通领域的研究方法与应用发展

文章对碳纤维复合材料在轨道交通领域的理论研究方法模型及应用研究现状展开综述,首先总结了当前常用的复合材料特性研究方法,之后针对轨道交通车辆的重要构件阐述了碳纤维复合材料的应用情况和相关研究,最后指出想要实现规模化应用目前仍存在的问题和未来的发展方向。研究结果表明:碳纤维复合材料的研究方法多以理论研究为主,对于轨道交通的大型结构件多采用有限元仿真为主;目前已有的应用集中于车辆的司机室外罩、车身车体、转向架构架等,且均已证实其在力学性能、结构强度等方面符合设计和运行要求;未来应建立轨道交通行业的专用标准体系、优化结构件设计理念和装配工艺、发展原材料产业链并完善生产线、研发配套的运维检修设备。

列车交会时高架轨道箱梁结构振动特性分析

研究目的:针对列车交会运行时高架轨道箱梁结构的振动问题,基于车桥耦合动力学理论,建立多种列车交会工况下的车桥耦合联合仿真模型,从时域和频域的角度分析列车交会运行时箱梁结构振动传递规律,以期为高架轨道箱梁结构振动噪声控制提供理论依据。研究结论:(1)列车双线等速交会时,箱梁结构跨中截面的位移响应大于列车双线不等速交会时的位移响应,其中在箱梁顶板和底板位置,等速交会时的振动位移响应约为列车单向运行时的2倍,不等速交会时的振动位移响应约为列车单向运行时的1.66~1.72倍;(2)列车双线等速交会与单向运行时的箱梁局部振动频率基本相同,但等速交会时的加速度响应幅值约为单向运行时的2倍;(3)列车通过时,翼缘板处振动位移最大,腹板次之,底板最小;(4)本研究成果可为高架轨道箱梁结构减振设计提供理论依据。

列车交会运行时简支箱梁与U梁振动特性分析

为探明列车交会运行时城市轨道交通简支箱梁与U梁的结构振动特性,为桥梁振动控制、结构选型提供理论依据,基于有限元和多体动力学方法,建立城市轨道交通三维车桥耦合模型,对比分析不同列车运行工况下简支箱梁和U梁的振动传递规律。研究结果表明:移动荷载作用下,桥梁结构振动响应以竖向为主,且随着速度增大而增大;列车单向运行与双向等速交会运行时箱梁结构局部振动频率基本相同,但单向运行时桥梁加速度响应幅值约为等速交会运行时的1/2,而等速交会时U型梁加速度响应幅值在部分频段内有一定衰减;进行箱梁振动控制时应重点关注腹板和翼板位置的竖向振动,而进行U梁振动控制时应重点关注底板处的竖向振动和翼板处的横向振动,列车交会频繁地段可增强箱梁底板和U梁中主梁底板处竖向振动控制;在对轨道交通中的高架桥梁选型时,宜根据现场实际工况进行结构稳定性和结构噪声影响等分析。

基于阻尼力调节的城轨车辆复合结构车身减振控制系统设计

为了降低车身振动给城轨车辆复合结构产生的危害,利用阻尼力调节技术优化城轨车辆复合结构车身减振控制系统;在考虑城轨车辆复合组成结构和工作方式的情况下,构建了城轨车辆复合结构模型;在该模型下,结合城轨车辆的运行环境,模拟城轨车身在不同场景下的振动过程;利用安装在车身传感器,获取城轨车辆的实时运行数据,提取城轨车身振动特征,计算车身阻尼力调节量的理论值;采用可调阻尼器作为执行元件,执行可调阻尼力,在系统减振控制器的支持下,实现城轨车辆复合结构车身减振控制功能;通过系统测试得出结论:应用基于阻尼力调节的城轨车辆复合结构车身减振控制系统后,车身振动频率和振动幅值得到明显降低。

B型不锈钢城轨车辆内装轻量化研究

为保障列车的绿色环保,需对城轨车辆进行轻量化设计。该文对城轨车辆内装轻量化进行研究,以现有B型不锈钢城轨车辆内装平台为研究对象,介绍内装系统应用的新材料、新工艺,举例说明内装系统应用新材料及安装新结构所带来的轻量化效果,讨论未来城轨车辆的轻量化发展趋势。

基于复合材料的地铁屏蔽门整体绝缘结构设计

目前国内地铁屏蔽门由于地下工况环境恶劣而普遍容易发生绝缘失效。针对当前地铁屏蔽门绝缘部件易失效、难排查、难维护的问题,文章提出了一种能有效解决屏蔽门绝缘失效及其引发打火问题的整体绝缘的复合材料结构设计方案,完成了各结构部件的绝缘设计,通过试验验证了该设计方案的可行性和有效性,为后续屏蔽门绝缘防护和安全升级提供了指导。

轨道车辆碳纤维复合材料粘接结构超声相控阵技术研究

以轨道车辆碳纤维夹芯复合材料粘接结构为研究对象,介绍泡沫夹芯和铝蜂窝夹芯结构特点,利用超声相控阵检测技术对碳纤维夹芯复合材料粘接质量进行无损检测研究。文章首先理论分析碳纤维泡沫夹芯结构和碳纤维铝蜂窝夹芯结构典型缺陷信号特征,然后使用便携式超声相控阵系统,设置不同参数对不同厚度、不同夹芯方式试件进行无损检测,最后结合A扫描图形分析、B扫描缺陷深度分析和C扫描缺陷平面分析确定缺陷的类型和尺寸信息,并与典型缺陷进行对比,验证各种缺陷的正确性。试验结果表明,超声相控阵检测系统可以有效结合多维多信息的可视化表征缺陷,扫查速度快且重复覆盖性好,超声相控阵可以准确、有效判别夹芯复合材料的面板缺陷、夹芯结构的粘接缺陷,适合轨道车辆领域复合材料检测。

城轨车辆结构服役寿命评估体系研究

目前国内已有多个城市运营的城轨车辆到达设计半寿命期或第二次大修期,甚至部分批次列车已接近30年设计寿命,相关运营公司对处于寿命中后期的车辆能否安全运营、能否延寿及如何延寿等问题格外关注,因此,开展系统性、综合性的城轨车辆结构服役寿命评估体系研究势在必行。通过对国内主要城轨运营公司需求调研,以及对国内外轨道车辆寿命评估技术研究,结合无损检测、理化分析、有限元分析、台架试验、线路试验、疲劳强度及断裂力学等学科,以及北京、广州、上海、天津等多个城轨车辆服役寿命评估项目工程经验,形成了全面、系统的城轨车辆结构服役寿命评估体系框架及流程,为后续开展城轨车辆结构服役寿命评估提供了借鉴和指导,并为形成科学完整的城轨车辆结构服役寿命评估标准奠定了基础。

基于FKM标准的高压电器箱随机振动疲劳研究

当地铁车辆运行时,其高压电器箱会受到随机载荷的作用,为保证行车安全需要保证其疲劳强度满足设计要求。针对某型地铁车辆在运行过程中出现的高压电器箱三位置开关处的铝板安装螺栓松动的问题,文章根据GB/T 21563—2018标准规定的载荷和FKM标准对高压电器箱疲劳强度进行评估,计算结果表明铝板的疲劳强度利用度大于1,疲劳强度无法满足FKM标准要求。通过对高压电器箱进行冲击试验,在纵向随机振动试验中铝板出现了开裂和螺栓松动现象,这验证了纵向随机振动仿真结果的准确性。基于仿真和试验结果,对高压电器箱结构进行改进设计,改进后的高压电器箱疲劳强度满足设计要求。

基于碳纤维复合材料的轨道车辆底板结构优化设计

基于分级递进优化方法对某高速列车底板进行结构优化设计,分级递进优化分为宏观优化和复材铺层优化。宏观优化首先对结构进行拓扑优化,根据最优传力路径设计三种详细设计方案,然后通过仿真分析选择最优方案,将最小重量设置为优化目标进行尺寸优化,最终得到最优底板结构。复材铺层优化在宏观优化基础上在等代设计后以铺层尺寸和顺序为设计变量进行优化。通过分级递进优化,优化后的底板结构比初始结构减重约53.1%,同时刚度提高45.8%,优化效果明显。

钢管混凝土叠合柱在轨道交通场段结构中的应用探讨

随着城市轨道交通的建设发展,车辆基地的数量日渐增大,对车辆基地上盖进行合理开发利用,对节约土地、提高城市地块利用率具有重大意义。特别是在北京、上海、广州、深圳等特大城市,土地资源宝贵,各地均积极推进车辆基地上盖开发,实现车辆基地地块的有效综合利用。盖上开发由早期50 m高逐渐发展到目前150 m高,首层结构柱由原来的普通钢筋混凝土柱到现在的型钢混凝土柱,可见盖上结构柱也经历一个演变阶段。为响应高质量发展目标,进一步节省车辆段、停车场的工程投资,文章以深圳市轨道交通5号线上水径停车场为例,探讨不同于以往柱体结构的钢管混凝土叠合柱在轨道交通场段结构应用中的优缺点,为后续的工程建设提供参考。

车辆结构边缘计算在线监测技术研究与应用

城市轨道交通车辆目前存在服役工况与设计工况不完全一致、车辆服役性能与预期不一致的情况,因此超大城市轨道交通智慧运维对车辆车体、走行部关键承载部件的服役安全提出了新要求。研制基于断裂力学的边缘计算在线监测系统,分析包含车辆结构无损检测、车辆结构强度分析、边缘计算在线监测以及断裂力学材料试验在内的技术框架。基于实际应用需求,介绍系统设计、系统部署与应用,并以某地铁的服役安全评估为例,分析系统对车辆故障预测和健康管理起到的重要作用。车辆结构边缘计算在线监测技术可为车辆结构全生命周期的维护、保养和延寿提供数据支撑。

城轨车辆司机室复合材料裙板防火性能研究

文章以轻量化城轨车辆为研究对象,选取了3种不同成分组成的司机室复合材料裙板,依据EN 45545-2:2020标准进行火焰蔓延、热释放速率、烟密度和毒性试验,结果表明:玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料裙板和碳纤维/玻璃纤维层间混杂增强丙烯酸酯基复合材料裙板均无法完全满足EN 45545-2:2020 HL2级要求,碳纤维/玻璃纤维层间混杂增强聚碳酸酯基复合材料裙板可满足EN 45545-2:2020 HL2和HL3级要求,碳纤维和玻璃纤维混杂聚碳酸酯基复合结构可满足复合材料裙板的较高防火性能要求,并可兼顾轻量化和成本需求。

城轨工程车产品模块化设计应用

为提高城轨工程车设计效率,提出根据现有实例车型、基于现有产品经验和知识的集合,建立城轨工程车产品模块化设计平台,利用模块化设计理念,进行城轨工程车的设计,并成功应用于隧道清洗车的模块化设计,结果表明产品设计可充分利用模块化设计平台,缩短了产品开发周期,能快速响应市场个性化产品需求。

城市轨道车辆车内噪声特性研究

采用有限元法结合边界元法研究按额定速度行驶的城市轨道客车车内噪声特性。车辆行驶工况下车身所受到的结构激励力以车底架上的载荷谱描述,采用有限元计算该激励下车体表面的振动速度,并采用边界元法预报相应的车内声场。最后,分析车身表面不同位置对声场最大声压级点的贡献量及其随频率和空间分布的规律。

城轨列车铰接式转向架转盘轴承的设计

转盘轴承是铰接式转向架的关键零部件。为实现铰接式转向架连接、承载、转向等功能,设计了具有3个套圈结构的转盘轴承。分析了转盘轴承结构,计算了转盘轴承承载安全系数。通过轴承校核和偏载试验,验证了设计的合理性,结果表明,设计的转盘轴承可以满足工作要求。

兼容B型城轨车辆地下固定式架车机机械系统的研制

介绍了兼容B型城轨车辆的地下固定式架车机机械系统的研制及结构。

城市轨道车辆不锈钢车体结构优化探索

从城市轨道车辆不锈钢车体的设计与工艺特点出发,考虑轻量化、模块化、高强度、高可靠性的要求,对不锈钢车体分部类进行结构优化,探索适合我国国情的城市轨道车辆不锈钢车体的合理结构形式。