Application and development of friction stir welding technology in high speed EMU manufacturing

The application status of friction stir welding technology is introduced,and the application research of advanced FSW technology in the manufacture of high-speed electric multiple unit aluminum alloy body is analyzed,including the application of traditional friction stir welding technology to a combination of a lap joint and butt joint,and butt joint of large thick plate by both sides process,also introduces bobbin-tool friction stir welding to a butt joint and three-dimensional space curved friction stir welding to T-joint. At the same time the future development trend of new FSW technology derived from traditional FSW technology in rail vehicle manufacturing industry is put forward. As the fast developing of critical technology used on railway vehicles,quick applying advanced welding technology will affect products quality,manufacturing cost and production cycle time directly,and it certainly will be one of the approaches to develop markets by all the railway vehicles manufacturing enterprises.

Analysis of torque transmitting behavior and wheel slip prevention control during regenerative braking for high speed EMU trains

The wheel-rail adhesion control for regenerative braking systems of high speed electric multiple unit trains is crucial to maintaining the stability,improving the adhesion utilization,and achieving deep energy recovery.There remain technical challenges mainly because of the nonlinear,uncertain,and varying features of wheel-rail contact conditions.This research analyzes the torque transmitting behavior during regenerative braking,and proposes a novel methodology to detect the wheel-rail adhesion stability.Then,applications to the wheel slip prevention during braking are investigated,and the optimal slip ratio control scheme is proposed,which is based on a novel optimal reference generation of the slip ratio and a robust sliding mode control.The proposed methodology achieves the optimal braking performancewithoutthewheel-railcontactinformation.Numerical simulation results for uncertain slippery rails verify the effectiveness of the proposed methodology.

Investigations on lubrication characteristics of high-speed electric multiple unit gearbox by oil volume adjusting device

In this paper,a numerical simulation model of the flow field in a gearbox with an oil volume adjusting device is established for the first time to study its influence on the lubrication characteristics of a high-speed electric multiple unit(EMU)gearbox.The moving particle semi-implicit(MPS)method is used to numerically simulate the internal flow field of the gearbox of the high-speed EMU under working conditions.The effects of the velocity of the high-speed EMU,the immersion depth,and the oil sump temperature on the power loss of the gears and the lubricant quantity of each bearing are studied and provide an effective tool for the quantitative evaluation of the lubrication characteristics of the gearbox.The lubrication characteristics of the gearbox under different working conditions are studied when the oil volume adjusting device is closed and opened.The results show that the oil volume adjusting device mainly changes the amount of lubricant stirred by the output gear by changing the flow rate of lubricant from the cavity pinion(Cavity P)to the cavity gear(Cavity G),and thus affects the power loss of gears and the lubricant quantity of each bearing.

EMU6动车组气动声学性能分析

采用三维、不可压缩和Lilly LES+FW-H方法,对1:8缩比3车编组EMU6动车组以200,250,300和350 km/h的车速运行时进行气动噪声特性数值模拟,得到列车不同速度级运行时的压力、速度与涡量分布,表面脉动压力、辐射声场等气动与声学性能。研究结果表明:偶极子声源强度主要分布在转向架及其周围的车体表面位置;A计权声压频谱在略小于1 000 Hz频率处测点声压级达到峰值;气动噪声分布频带很宽,噪声能量在1 000 Hz左右较为集中,往高频和低频部分则逐渐衰减;头车流线型附近声压级较大,在尾车以后越远离车体,声压级越小。其研究结果可为高速动车组的气动声学特性优化研究提供参考依据。

车端侧滚减振装置对高速双层动车组动力学性能的影响分析

双层动车组设置较大的二系横向阻尼来抑制一次蛇行引起的共振,而较大的二系横向阻尼会使车辆的横向平稳性变差。针对某型高速双层动车组横向平稳性差的问题,基于车端侧滚减振装置的工作原理建立了车端侧滚减振装置在车体滚摆和摇头运动状态下的数学模型,并将AMEsim软件中建立的减振器仿真模型与台架试验进行验证。最后通过建立车端侧滚减振装置与被试车辆的联合仿真模型,在不改变车辆现有悬挂参数的基础上对车端侧滚减振装置的关键参数进行优化选取。仿真结果表明,车端侧滚减振装置可以在不影响车辆垂向平稳性、保证曲线运行安全性的前提下有效改善双层动车组的横向平稳性。

考虑个体差异的车轮二元相关退化可靠性分析

由于动车组车轮受加工装配及工况载荷等不确定因素的影响,车轮退化过程复杂,存在显著的个体差异及多个性能退化特征量,且多个退化特征量间相互耦合,仅考虑单个性能特征量难以全面反映其退化过程。因此,以轮缘和轮径作为车轮退化特征量,通过随机化尺度参数表征车轮个体差异,采用Gamma过程和Copula函数建立二元相关退化模型,并根据赤池信息准则(Akaike Information Criterion, AIC)筛选Copula函数,得到可靠度解析式。基于某型动车组车轮实测磨耗数据,对车轮进行可靠性分析,同时通过车辆动力学模型进行仿真验证。结果显示:考虑二元相关时的可靠性结果比仅考虑一元退化更贴近车辆实际运行情况;根据动力学仿真结果体现了考虑个体差异的必要性,表明所提模型能够更准确地表征车轮退化过程,可为可靠性分析以及维修决策优化提供理论支撑。

动车组充电机直流支撑电容寿命评估方法研究

充电机是动车组直流供电系统的核心环节,而直流支撑电容是充电机中的关键元件,如何准确评估直流支撑电容的寿命状态对充电机的故障预测及修程修制的合理安排具有十分重要的意义。针对此问题,对动车组充电机直流支撑电容失效机理进行分析,研究不同失效模式对电容退化程度的影响及对应的失效判据;在此基础上,提出一种基于阿伦尼斯模型的电容双应力加速寿命模型;为验证所提模型的正确性,开展基于不同纹波电流和温度的加速寿命实验,通过加速寿命实验确定电容实际失效时间,其与电容双应力寿命模型计算所得的电容理论失效时间相比,误差小于8.7%,验证了所提电容双应力加速寿命模型的正确性。在此基础上,进一步提出动车组充电机直流支撑电容寿命评估方法,实现动车组充电机直流支撑电容在实际运营工况下寿命的准确评估。

服役环境下动车车底装备滑槽疲劳载荷谱的编制与验证

随着动车组向更高速度发展,对列车轻量化的需求愈发迫切。在现有的动车组平台中,将没有横梁底架的车体改为底架滑槽吊挂能够显著减轻设备框架的质量和体积,实现列车轻量化目的。然而,滑槽吊挂引起的最为关切的问题是结构的疲劳强度能否满足需求。为了了解结构的疲劳强度性能,基于服役中动车组车下设备振动加速度,结合现有标准体系,采用服役全周期内工况组合和载荷外推方法,采用累积损伤原理和疲劳试验加速法,编制107次循环次数下的等效振动幅值,并开展滑槽结构疲劳强度试验。研究结果表明:与既有标准体系相比,考虑服役环境的车下设备垂向载荷小于标准值,横向和纵向载荷大于标准值;当轻量化高速动车组大质量车下设备采用滑槽吊挂方式时,结构可以满足30年设计寿命要求。

高速动车组空气弹簧内部流场分析及其对动力学特性的影响

空气弹簧作为高速动车组二系悬挂中的重要元件,直接影响了车辆的运行品质,如何建立更加贴近实际的空气弹簧模型逐渐成为车辆动力学分析的重点。基于流体力学理论对空气弹簧内部气体方程进行了推导,依据动网格理论建立了空气弹簧流体力学模型,并通过台架试验验证了模型的准确性。探索了空气弹簧系统内部湍流的计算方法,研究了空气弹簧不同载荷下的刚度特性,进一步分析了空气弹簧的动态特性。研究空气弹簧系统结构参数对垂向特性的影响,通过对管路不同结构参数下Helmholtz共振频率的计算,得出当空气弹簧激振频率与Helmholtz共振频率相同时,会增大空气弹簧阻尼系数。不同连接管路直径下,频率在1.0~5.0 Hz内,随着频率的增大,动刚度明显增大,当频率大于5.0 Hz之后,动刚度逐渐减小并趋于水平;频率在0.5~5.0 Hz内,连接管路直径越小,阻尼系数越大且具有一定滞后性,当频率大于10.0 Hz之后,阻尼系数趋近于0。不同连接管路长度下,频率在1.0~7.0 Hz内,频率越大动刚度越大,当频率大于7.0 Hz之后,随着频率的增加,动刚度逐渐减小并趋于稳定;频率在1.0~9.0 Hz内,连接管路长度越短,空气弹簧阻尼系数越小。

动车组头车声固耦合模态分析及多目标优化

目前针对高速列车领域声固耦合共振现象的产生机理和影响因素尚缺乏深入探讨,并且基于声固耦合共振理论的车体优化设计也需进一步开展。该研究基于模态等效和质量等效原则建立动车组头车有限元模型,分别进行结构模态、声场模态和考虑内外声场影响的声固耦合模态分析。分析结果表明:结构模态频率符合头车设计规范;声场模态存在与结构模态相近的特征频率,为后续耦合共振优化提供依据;内外声场的耦合作用导致结构和声场系统的模态参数变化,论证了模态分析中考虑声固耦合因素的必要性。基于模态分析结果,对动车组头车结构进行了两项优化设计:以车体质量最小化为目标,车身厚度为设计变量,在满足一阶垂弯模态频率约束条件下进行车体减重设计;为避免耦合共振影响,提取结构和声场固有频率值接近的模态阶次,将二者的频率差最大化作为优化目标,引入车体减重设计模型,形成头车轻量化与舒适性指标同步提升的多目标优化体系。

轮装制动盘螺栓载荷测试及有限元分析

制动盘螺栓对于确保高速动车组制动可靠性和运行安全性非常重要。本研究使用高速动车组制动盘螺栓载荷测试技术,对中国客运专线的轮装制动盘螺栓载荷进行线路测试,获得制动盘螺栓载荷动态时间历程。螺栓载荷包括拉伸载荷、径向弯矩和周向弯矩。通过建立轮装制动盘车轮结构有限元模型,模拟仿真在有轮轨接触下车轮高速旋转过程中螺栓受载情况,并与试验结果进行对照。结果表明,拉伸载荷、径向弯矩和周向弯矩与列车运行速度密切相关。运行速度越大,螺栓载荷的变化越大,且这些载荷随着车轮转动呈周期性变化。同时,各载荷信号上还存在由轮轨激扰引起的小波形。有限元仿真结果表明螺栓杆上各个截面的径向弯矩大小和方向并不一致。车轮内外结构的不对称性将导致螺栓杆上左侧截面的弯矩大于右侧截面的弯矩。

动车组高级修工艺数字化管理系统关键技术研究

为解决当前动车组高级修工艺管理存在的问题,基于高级修部件物料清单(BOM,Bill of Materials)和工艺BOM的构建逻辑,以及工艺基础数据标准化、参数化、结构化的实际需要,融合工艺BOM与工艺流程的映射方法,采用SpringBoot+VUE前后端分离的开发架构,设计了高级修工艺数字化管理系统。该系统实现了高级修工艺编制规范的统一和编制流程的优化,可自动生成工艺流程图和甘特图,并将准确的规格数据传输到制造执行系统(MES),已在中国铁路上海局集团有限公司上海动车段转向架车间开展应用,满足工艺数字化管理和辅助数字化生产的需要。

高速动车组进出隧道前照灯自动开关装置研究

本文针对山区高速铁路昼间行驶隧道多,高速动车组进出隧道需要司机频繁开关前照灯而造成很大的负担和一定的劳动强度等问题,研制出高速动车组进出隧道前照灯自动开关装置,光敏电阻传感器根据隧道内外光照强度不同,单片机自动控制高速动车组前照灯开启或关闭,减轻动车组驾驶员的工作强度,达到高铁运输安全的目的。

Development and engineering application of integrated safety monitoring systems for China’s high-speed trains

With the improvement of the running speed of China’s high-speed trains,the demands for running status monitoring and security assurance of High-speed Electric Multiple Units(EMU)have increased significantly.However,the current safety monitoring systems are independent,which is not conducive to the comprehensive monitoring and information sharing of the whole vehicle.The temperature monitoring of running gear is insensitive to early failures.How to develop a train operation safety monitoring system with strong engineering implementation and high integration is a key problem to be solved.For the monitoring of running stationarity,frame stability and running gear health of China’s high-speed trains,an integrated safety monitoring system framework is designed,and the logic and algorithm for the diagnosis of stationarity,stability and health states of rotating parts are constructed.Monitoring software which fused the temperature,high and low frequency vibration data is developed,and the design and installation of the vibration temperature composite sensors are completed.The research results have realized the integration and comprehensive processing of multiple monitoring systems,completed the improvement from single component and vehicle-level safety monitoring to multi-system,train-level and interactive monitoring.In the process of real vehicle application,the developed monitoring system acquires the vehicle operation status data accurately and in real time.The constructed diagnosis algorithm and logic evaluates the vehicle operation status accurately and in a timely manner,and avoids the progression from fault to accident.The research results show that the integrated safety monitoring system can provide technical support for train operation safety.

我国高速动车组源头质量安全管控研究

截至2022年底,我国高铁的运营里程已达到4.2万公里,到2035年高铁运营里程将达到7万公里,庞大的高铁网络规模给行车安全带来了前所未有的挑战,开展高速动车组源头质量安全管控研究至关重要。首先总结了我国高速动车组质量安全管控的现状,重点包括质量管理体系、质量管控机制、产品交付质量把关、质量问题管理、数字技术支撑五大方面,其次根据历年事故和隐患数据统计,梳理总结出当前高速动车组质量安全管控的产业、产品、技术、供应链等方面的突出问题,提出高速动车组源头质量基础能力支撑、过程管控、技术保障、避免人为的管控方法,最后从国家和行业层面提出构建高速动车组信用体系、形成中国特色技术标准体系、政策助推深度自主化、完善人才队伍建设等对策建议。

雅万高铁动车组车载数据实时传输关键技术及应用研究

针对雅加达—万隆高速铁路(简称:雅万高铁)的车载数据尚未实现实时传输和应用,不利于开展动车组故障诊断及分析的情况,文章基于KCIC400AF型动车组车载无线传输装置的工作原理,设计了车载数据实时传输架构。通过采用车地无线传输安全机制、分布式大数据实时处理和分级多维监控等关键技术,实现动车组车载数据的实时传输,满足安全性与可靠性要求;根据动车组运用维修业务场景,分析车载数据在实时监控与故障处置、参数关联与运营维护决策等方面的应用,提高雅万高铁运营安全保障能力。

动车组检修物资仓储与配送一体化管理系统

为解决动车段(所)检修物资供应效率低、管理落后的问题,研发动车组检修物资仓储与配送一体化管理系统。围绕检修物资供应中的仓储和配送两个核心环节,通过微服务架构、可视化管理等关键技术搭建可感知、可追溯、可弹性扩展的一体化管理系统,实现计划、采购、储存、配送、使用、报废等核心业务的线上办理。应用表明,该系统提升了动车组检修物资供应的管理水平和作业效率,为实现铁路检修物资全生命周期管理提供了技术支撑。

动车组牵引系统接地故障分析及优化研究

动车组牵引系统接地故障为动车组主供电系统最为典型的故障之一,且对动车组安全运营影响较大,文中通过对某型动车组牵引系统接地故障进行分析,查找各方面因素,并从相关部件的设计结构、工艺方案及故障诊断逻辑等方面研究优化措施,降低并预防接地故障的发生。

CR400BF平台动车组牵引系统可靠性评估

对高级修周期间隔延长背景下的CR400BF平台动车组牵引系统进行可靠性评估。基于牵引系统的部件结构及基本的系统组合形式,构建可靠性框图模型;收集整理动车组运营过程中的故障数据,利用直方图法对故障分布模型进行初步判断;通过假定分布模型的参数估计及拟合优度检验,确定各部件的故障分布规律;评估牵引系统各部件及其整体的可靠性指标,绘制可靠度函数图形并进行简要分析。文中所用的分析方法具有较好的通用性,可以进一步推广到动车组其他系统,能够为动车组修程修制改革提供技术支撑。