高速铁路无砟轨道车辆荷载传递特性研究

为进一步探讨无砟轨道荷载设计参数取值,为我国时速400 km及以上高速铁路建设提供重要理论支撑,通过开展无砟轨道静力分析以及钢轨焊缝、车轮扁疤激励下车辆-轨道动力相互作用,揭示列车静、动力载荷特征及传递规律;同时根据轨道承载特点和无砟轨道设计原理,提出车辆竖向设计荷载取值建议。研究结果表明:(1)高速列车车轮扁疤和钢轨焊缝不平顺将造成显著的轮轨冲击,其轮载动载系数最大可达5.79,远高于现行规范取值;扣件系统对扁疤和焊缝不平顺引起的轮轨力高频成分衰减作用明显,扣件支反力的动载系数最大为2.64;(2)钢轨焊缝不平顺引起的轮轨冲击力随着车速提高以及焊缝不平顺幅值的增大而迅速增大,建议500 km/h及以下高速铁路的钢轨焊缝平直度标准取0.2 mm/m;(3)列车轮载通过扣件支反力作用于轨道板,从传递特性的角度来说,以扣件支反力作为轨道板竖向设计荷载更为合理,其动载系数可取3.0,且能满足400 km/h及以上高速铁路的行车需求。

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。

水可压缩性对高速航行体入水过程的影响

为研究流体的可压缩性对航行体高速入水的影响,对不同入水速度和不同入水角度的航行体入水过程进行了数值仿真。结果表明:在不同入水角度情况下,与不考虑流体可压缩性相比,随着航行体入水速度的增加,空泡尺寸逐渐减小、航行体阻力增大。考虑流体可压缩性引起的空泡尺寸偏差最大超过20%,入水运动轨迹速度方向的偏移程度最大可达1.7倍的差距。对于高速入水航行体,流体可压缩性对于流场参数的影响愈加显著。

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。

间歇固结排水条件下上海原状饱和软黏土的动力特性试验

针对高铁列车荷载引起的地基长期沉降,既有动三轴试验研究往往忽略高铁运营期间存在间歇期、加载方式实际为分阶段加载的情况。基于此,本文通过一系列循环三轴试验研究间歇阶段固结排水条件下上海饱和软黏土在动应力影响下的动力特性,并探讨不同动应力和不同加载方式对土体轴向累积塑性应变的影响。研究结果表明:在不同动应力影响下,间歇期固结排水产生的轴向累积塑性应变增量随间歇阶段的后移始终呈非线性减小的发展趋势;当振次相同并且动应力幅值为10 kPa时,分阶段加载产生的累积塑性应变大约是连续加载的3倍;当振次相同并且动应力幅值为30 kPa时,连续加载产生的超孔压大约是分阶段加载产生的超孔压的5倍。分阶段加载使高铁地基产生更大的沉降,对高铁运营的安全性提出更高的要求。

时速400 km高速铁路隧道衬砌表面气动载荷特征和分布规律研究

为研究隧道单列车通过和2列车等速中央交会时隧道内中央处和洞口内压力波动机制和特征,隧道内各测点气动载荷最大正负压值和最大压力峰峰值沿隧道长度方向的分布规律,隧道长度对隧道气动载荷最值的影响,列车速度对气动载荷最值大小、位置和幅值频次的影响,以及基于隧道内最大压力峰峰值的最不利隧道长度的分布特征,采用一维非定常可压缩不等熵流动模型广义黎曼变量特征线法数值模拟方法和雨流计数法进行研究。结果表明:1)单列车通过和2列车等速交会的隧道相同位置测点压力在一定时间内保持相同;列车驶出隧道后,压力波形周期重复,与压缩波/膨胀波在隧道内传播的周期相同。2)在3种速度和0.5~10 km隧道长度范围内,单列车通过时,隧道内最大正压值在距离隧道入口200~600 m的位置;速度增加,部分长度隧道的最大负压值和最大压力峰峰值位置由隧道中央近进口端内一侧变为隧道中央近出口端内一侧。3)当时速为400 km时,单列车通过基于不同隧道压力最值的最不利长度相同,为1.3 km;2列车等速中央交会依次是1.4、0.94、1.2 km。4)隧道单列车通过和2列车等速中央交会的最高幅值等级分别可达到4800~5200 Pa和10000~10400 Pa。

高速列车荷载作用下路基动力特性模拟仿真研究

为研究高速列车荷载作用下路基动力特性,文中利用数值模拟方法建立高速铁路路基工程仿真模型,对高速铁路路基动应力与竖向位移的分布以及衰减规律进行分析。结果表明,随着时间的增加,基床表面竖向位移呈现先快速增加后缓慢增加、再降低后稳定的变化规律,最终的竖向位移值为0.29mm。随着深度的增加,动应力呈现线性降低的变化规律。基床表面支承层动应力下降阶段的斜率为0.068mm/m,钢轨正下方动应力下降阶段斜率值为0.061mm/m,路基中心正下方动应力值下降阶段斜率值为0.053mm/m。所有位置的竖向动位移分布规律均呈现先缓慢下降后快速下降的变化规律。

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.

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。

环形腔多油垫静压推力轴承膜厚高速重载特性

为了研究高速重载对静压推力轴承油膜厚度的影响,采用理论分析和实验验证相结合的方法,依据润滑理论和摩擦学原理推导出环形腔多油垫静压推力轴承旋转工作台转速、载荷与间隙油膜厚度的关系,设计了油膜厚度测试装置,并进行了实验验证。研究结果表明:随着旋转工作台转速升高和承载增大,惯性流量、剪切和挤压热增大,润滑油粘度下降,致使油膜厚度变薄,局部出现油膜破裂和干摩擦,导致静压支承摩擦失效。

重载电气化铁路钢轨电位监测系统

重载高速电气化铁路区段由于牵引电流大和钢轨对地漏泄电阻高,导致的钢轨电位偏高对人身和设备安全造成威胁。本文阐述了钢轨电位的产生机理,分析了其基本特性,并用实测波形和仿真数据验证了钢轨电位偏高情况频繁发生。提出了研究钢轨电位监测系统的必要性,从监测系统中的采集系统、GPS授时同步系统、抗干扰技术进行了详细分析,最后从技术可行性和经济可行性上分析得到,建立高速重载电气化铁路钢轨电位监测系统可行。

一种高速重载码垛机器人机座的多目标优化设计

针对一种高速重载码垛机器人机座的多目标优化设计进行研究。对码垛机器人进行运动学分析、工作空间分析及力学分析，得到机座所受的力和力矩的最大值。建立了机座的有限元模型并通过模态对比试验，校验有限元模型的准确性。通过静力学分析，得到机座的最大应力和位移。通过振动试验。获得机器人工作时机座所受激振力的频率。由以上测试与分析结果确定．以质量最小、最大位移最小为目标，以第1阶固有频率不降低、最大应力小于许用应力为约束条件。通过灵敏度分析选取设计变量，并以其取值范围为约束条件．利用Box—Behnken试验设计和RSM法构造目标函数和约束函数的近似模型，并通过了可信度验证，建立了多目标优化模型。采用NSGA一Ⅱ算法进行求解，得到了优化结果。对比分析表明，在保证强度、刚度及振动稳定性的情况下，质量减轻了8．7％，验证了优化设计的有效性。

轨道-路基动力试验系统的研制与应用

针对室内铁路路基动力模型试验加载面临的困难及列车荷载较复杂这一特点,研制了大型轨道-路基动力试验系统,介绍该系统的主要构成、功能特点及工作原理。在室内进行轴重分别为23t、25t、28t、30t,速度为80km/h的路基动力响应试验。试验结果表明,该系统设计新颖、技术先进、稳定性能好,能较真实地产生列车竖向荷载,为室内开展大比例尺路基模型试验提供了重要平台,目前该系统已用于多项重载铁路和高速铁路路基工程动力响应长期动力性能试验。

高速动车组轴箱弹簧载荷动态特性

国内目前动车组最高运行速度已达到350km/h。在研究高速动车组轴箱弹簧载荷测试技术基础上,对某型高速动车组动力和非动力转向架轴箱弹簧力进行连续10天的线路测试,总测试里程约为11000km。获得轴箱弹簧力动态特性,给出典型工况下弹簧的载荷时间历程,抽样分析高速直线、曲线、道岔、进出车站、进出车库以及制动等典型运用工况下的弹簧载荷特性,并在统计基础上给出弹簧一定运用里程下的弹簧载荷谱以确定载荷出现幅值、次数与测试里程之间关系。研究结果表明,高速动车组载荷特性与运用线路等级密切相关,且弹簧载荷最大值一般出现在等级更差的进出车库、车站以及联络线区段,测试得到的最大轴箱弹簧动态载荷系数为0.28;频域分析结果表明,高速线路区段弹簧力有1.1Hz左右的稳定振动频率,即该测试线路区段存在波长为100m左右的轨道高低不平顺激扰;另外,高速时由于车轮转动引起的弹簧低幅值动态力的主频率为一般为11Hz。研究结果可用于指导转向架设计以及相关理论研究等。

组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道疲劳特性

基于列车—轨道—桥梁耦合动力学理论、无砟轨道与桥梁间纵向相互作用理论及无砟轨道温度场和温度效应理论,建立考虑服役期间无砟轨道钢筋与混凝土的相互作用、无砟轨道混凝土的开裂与闭合效应、无砟轨道荷载时变特性共同作用的桥上纵连板式无砟轨道疲劳寿命预测方法。以高速铁路32m多跨简支箱梁桥上无砟轨道为例,运用该方法研究组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道的疲劳特性。结果表明:为了较准确地预测服役期间桥上纵连板式无砟轨道的疲劳特性,必须同时考虑列车荷载、温度荷载及温度梯度荷载的共同作用;桥上纵连板式无砟轨道的疲劳寿命由梁端处的轨道控制,梁端处轨道板底面混凝土和底座板顶面混凝土更易发生疲劳破坏;气候环境和无砟轨道裂缝间距对桥上纵连板式无砟轨道各部件的疲劳特性有很大影响,武汉地区无砟轨道的轨道板混凝土、底座板钢筋、底座板混凝土的疲劳寿命分别是哈尔滨地区的2.5,3.9和222.6倍,当裂缝间距由2倍扣件间距变为1倍时,无砟轨道钢筋的疲劳寿命增加10倍以上。

350～400km·h^(-1)高速列车作用于声屏障的脉动风荷载特性研究

针对350~400km·h^(-1)高速列车作用于声屏障的脉动风荷载问题,基于三维非稳态的k-ε两方程紊流模型,采用移动网格的数值仿真计算多种车速、多种屏轨距条件下列车通过声屏障区域的动态风场过程,得出声屏障各部位的脉动风荷载时程曲线等各类结果数据及多种参数的影响规律,并与实测资料进行对比分析。结果表明:300~400km·h^(-1)列车脉动风荷载随列车速度的增加而加速增大,与声屏障至线路中心距离呈现近双曲线性反比关系,风压值分布沿声屏障高度呈现底部大、顶部小的规律;理论计算风压值及其与实测列车脉动风荷载时程曲线形状、参数影响规律等均相符较好,部分计算风压量值略大于实测值,原因在于计算中列车及声屏障模型光滑表面的模拟方法忽略了实际粗糙表面的风阻等因素。在仿真与实测的基础上,提出380~400km·h^(-1)高速列车脉动风荷载的最大风压取值建议及广义振动频率范围1.96~4.79Hz等动力设计建议。

高速及重载齿轮材料和热处理发展趋势

针对当前工程实际中所需高性能高速、重载齿轮研究制造中所面临的难题 ,分析了高速、重载齿轮材料及热处理状况 ,指出了解决难题的关键在于改进材料 ,采用低温深层硬化或复合表面处理达到高性能齿轮的要求。

高速和重载下刚柔耦合机器人动力学仿真

为了使高速、重载下工业机器人运动的仿真结果更接近工程实际,以假设模态法为理论基础,采用ADAMS和ANSYS软件联合仿真,将关键的受力部件进行柔性化,建立了刚柔耦合的仿真模型,对相同负载、不同工作速度条件下和相同工作速度、不同负载条件下各关节所受力矩随时间的变化情况进行了分析,可得同样在增大4倍的情况下,末端负载的变化比工作速度的变化对关节所受力矩影响更明显,为机器人在高速、重载工况下工作时关节处电机的选取提供了依据。

径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建

设计了一款带有气缸加载装置的高速重载径向气体箔片轴承实验台,并对一种三瓣式气体箔片轴承进行实验研究.测得该气体箔片轴承起飞转速和起飞转矩均随载荷增大而升高.分别在转速为30000、40000、50000、60000 r/min时采用温度监测法对该种气体箔片轴承进行承载能力测试,测得该气体箔片轴承在不同转速下的极限承载能力分别为380、535、700和810 N.实验期间,在70000 r/min时对双波箔气体箔片轴承进行加载实验,并在51000 r/min时实现1020 N加载,验证了高速重载气体箔片轴承实验台搭建成功.