Safety evaluation for railway vehicles using an improved indirect measurement method of wheel–rail forces

The wheel-rail force measurement is of great importance to the condition monitoring and safety evaluation of railway vehicles. In this paper, an improved indirect method for wheel-rail force measurement is proposed to evaluate the running safety of railway vehicles. In this method, the equilibrium equations of a suspended wheelset are derived and the wheel-rail forces are then be obtained from measured suspension and inertia forces. This indirect method avoids structural modifications to the wheelset and is applicable to the long-term operation of railway vehicles. As the wheel-rail lateral forces at two sides of the wheelset are difficult to separate, a new derailment criterion by combined use of wheelset derailment coefficient and wheel unloading ratio is proposed. To illustrate its effectiveness, the indirect method is applied to safety evaluation of rail- way vehicles in different scenarios, such as the cross wind safety of a high-speed train and the safety of a metro vehicle with hunting motions. Then, the feasibility of using this method to identify wheel-rail forces for low-floor light rail vehicles with resilient wheels is discussed. The values identified by this method is compared with that by Simpack simulation for the same low-floor vehicle, which shows a good coincidence between them in the time domain of the wheelset lateral force and the wheel-rail vertical force. In addition, use of the method to determine the high-frequency wheel-rail interaction forces reveals that it is possible to identify the high-frequency wheel-rail forces through the accelerations on the axle box.

轮轨摩擦系数对低地板轻轨动力响应及车轮磨耗的影响

为了确保低地板轻轨车辆安全且平稳地运行,以某轻轨线路为依托,利用多体动力学软件UM(Universal Mechanism)建立了低地板轻轨车辆-轨道耦合动力学模型。选用LM磨耗型车轮踏面以及R50标准钢轨,以美国六级不平顺轨道谱作为线路激扰。基于Hertz及Kalker简化理论、Archard模型,进行不同摩擦系数共5个工况下车辆动力响应以及车轮磨耗变化规律的仿真分析。在此基础上进一步分析了4个不同运行里程阶段对应共96组车轮磨耗型面下轻轨车辆安全性指标的变化规律。研究了4个不同运行里程阶段对应的不同车轮磨耗型面下车辆过曲线时安全性指标随摩擦系数的变化情况。结果表明:脱轨系数、轮轴横向力、轮轨横向力、车体横向加速度受摩擦系数的影响较为显著,而轮重减载率、车体垂向加速度对摩擦系数的改变并不敏感。车轮磨耗深度随里程和摩擦系数的增加而增大,且相同工况下独立旋转车轮的磨耗情况更加严重。在车辆运行40000 km后,其轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数整体呈现随里程增加而增大的规律,而轮重减载率基本不受运行里程的影响。在不同摩擦系数及运行里程的叠加影响下,轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数的峰值出现的位置不同,而轮重减载率却始终处于较为稳定的状态。

基于模糊控制的独立旋转车轮主动导向问题研究

独立旋转车轮导向能力差是低地板城市轨道交通车辆推广应用进程中必须解决的难题之一。文章基于模糊自适应PID控制策略,以独立旋转车轮左右轮转速差作为控制输入量,利用SIMPACK独立旋转车轮单节车辆动力学模型与Simulink控制策略模型进行了联合仿真研究。以独立轮对的横移量、摇头角、脱轨系数作为考察指标,对比分析了不加控制、施加经典PID控制、施加模糊自适应PID控制3种情况的计算结果,发现主动控制可以有效提高独立旋转车轮的导向能力,并且模糊自适应PID控制策略优于经典PID控制策略。

100%低地板轻轨车的碳纤维及铝合金材料混合车体减重方案

目的:车体结构减重已面临瓶颈,需通过合理选择车体材料来实现减重,故提出了一种应用于100%低地板轻轨车的碳纤维和铝合金材料混合车体减重方案。方法:以某100%低地板轻轨车全焊接铝合金车体为对比对象,分析其车体结构和车体各部位所用材料,并对铝合金车体进行静强度仿真分析。结合各大部件应力水平,按材料减重和安全可靠的思路,提出碳纤维和铝合金材料混合车体方案。其中,确定应力水平较高的车体底架仍采用铝合金型材,其余侧墙、车顶及端墙等部件采用碳纤维+PVC(聚氯乙烯)泡沫复合材料,碳纤维牌号选取T300,碳纤维大部件间采用铆接结构连接。根据EN 12663-1:2010,对碳纤维和铝合金材料混合车体结构进行静强度仿真分析,并运用Tsai-Wu强度准则计算面内应力强度因子,对碳纤维和铝合金材料混合车体进行评价。总结了碳纤维材料的优点及在车体应用的注意事项。结果及结论:碳纤维和铝合金材料混合车体质量比全焊接铝合金车体质量减少15%以上。仿真计算结果表明,碳纤维和铝合金材料混合车体的强度满足要求。说明采用碳纤维和铝合金材料混合车体兼顾了轻量化设计要求和强度要求。

独立轮对在轻轨车辆上的应用

同传统的轮对相比 ,独立轮对由于具有横向稳定性好、磨耗小、噪声低、重量轻且易于实现整车低地板结构的特点 ,近年来已在轻轨车辆上得到大量应用。简要地介绍了独立轮对特点及轻轨车辆发展概况 ,着重讨论了独立轮对在轻轨车辆上的应用情况及发展前景。

弹性车轮在城市轨道交通车辆中的发展与运用

城市轨道交通作为一种快捷、舒适、节能、环保、安全的交通工具已越来越受到人们的青睐,但由于车辆运行时产生的噪声及振动也使城市轨道交通车辆面临严峻的挑战。目前,针对弹性车轮的研究也在不断发展深入,通过对弹性车轮的发展背景与结构分类的论述,介绍了弹性车轮在轻轨车辆上的主要优点,并详细论述了弹性车轮在降噪减振、有限元强度分析、车辆动力学以及轮轨磨耗方面的研究现状。以国内外低地板轻轨车辆为例,介绍了弹性车轮在城市轨道交通中的发展及运用,并论述了弹性车轮在中国轻轨车辆上的运用前景以及弹性车轮今后的研究方向。

槽型轨磨耗演变过程数值模拟

为研究槽型轨磨耗规律,采用多体动力学分析软件UM,基于Specht磨耗模型及轮轨多点接触理论以我国自主研发的70%低地板有轨电车为例,建立59R2槽型轨磨耗计算模型,分析槽型轨在缓和曲线、圆曲线、直线地段的磨耗情况。计算结果表明:圆曲线外侧轨道的磨耗主要集中在轨肩处;当列车通过次数较少时内侧轨道磨耗主要集中在轨头及轨肩处,随着列车通过次数增加磨耗量变大,轨槽磨耗量与轨头及轨肩的磨耗量基本相当;缓和曲线轨道的磨耗量远小于圆曲线上轨道的磨耗量,外轨磨耗集中于轨肩处,内轨集中在轨头及轨肩处;在直线地段上,左右侧轨道的磨耗情况基本相似,磨耗量远小于圆曲线和缓和曲线。

我国自主研发100%低地板轻轨车

对自主研发100%低地板轻轨车从车辆配置、车辆技术特点及参数、牵引系统、制动系统、转向架、铰接贯通道等方面进行了介绍,对近几年出现的无接触网供电技术进行了分析,并对100%低地板轻轨车未来技术的发展方向进行了展望。

锥形弹簧的特点及在城市轻轨车辆中的应用

锥形弹簧具有安装方便、免维护性等特点而被广泛应用于城市轻轨车辆中。介绍了轻轨车辆锥形弹簧的应用,并对锥形弹簧的安装、体积质量、刚度、应变、蠕变以及低温性能等特点进行了分析,为开发轻轨车辆一系弹簧提供了数据支持和参考。

低地板轻轨车辆车体连接铰强度分析

根据5节编组的100%低地板轻轨车辆连接铰型式和受力特点,建立了车体的静力平衡方程组,推导出了连接铰受力的解析表达式。采用EN12663规范,使用有限元分析软件,校核了固定铰上铰的静强度和疲劳强度。

有轨电车的发展历程与思考

首先回顾有轨电车的起源、发展和衰落历程,总结世界各国对有轨电车进行现代化改造的两种做法:针对路权和车辆、仅改造车辆。在此基础上,明确有轨电车的概念,从线路、车站、车辆、信号、运营五个方面详细阐述其技术特征,指出在有轨电车规划建设过程中,应充分认识其运营特点,不能过高估计其客运能力。最后指出,要冷静而理性地思考中国当前有轨电车规划建设热潮,并在有轨电车名称的规范、适用范围、建设标准、对道路交通的影响等方面进行了深度的思考。

100%低地板轻轨车发展与模式

从车辆的编组形式和结构形式、转向架和车端连接装置的选择、车辆运行技术条件等方面具体阐述100%低地板轻轨车的技术特征和国内外发展现状。通过对比分析,提出适合我国现阶段规模化使用的的车辆型式,并探讨了运用在100%低地板轻轨车上的相关新技术,为我国未来自主研发、设计适合国内不同城市需求的100%低地板轻轨车提供参考。

沈阳浑南现代有轨电车超级电容器储能装置的设计及验证

介绍了基于超级电容器技术的用于沈阳浑南现代有轨电车的储能装置,并根据车辆应用要求,对储能装置所需能量进行了计算。通过对计算结果的分析及主要部件参数的计算,设计了一套用于车载的超级电容储能装置;并对储能装置所用超级电容器在所需工况下的电压、电流等输出及输入参数进行了仿真验证,证明了计算结果正确。

基于RSM模型及NSGA-Ⅱ算法的低地板车辆曲线通过性能优化

为了提高优化效率并改变通过单一参数变化对车辆动力学性能进行优化的方式,提出一种基于RSM近似模型及NSGA-Ⅱ遗传算法的车辆曲线通过性能优化方法,以获得更加精确的结果并缩短设计周期。通过建立70%低地板有轨电车动力学模型,以悬挂参数为设计变量,以曲线通过性能指标为响应拟合其RSM近似模型,在近似模型的基础上对曲线通过性能进行多参数、多目标优化。优化结果表明,与原始设计优化方式相比,轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数及轮重减载率均有不同程度的降低,且优化效率得到大幅提高。

70%低地板轻轨车辆轮轨力测试研究

为了测试弹性车轮轮对的轮轨力,根据70%低地板轻轨车辆转向架的一系悬挂结构,开发了一种新的轮轨力测量技术:在一系圆锥橡胶弹簧的钢质下支柱粘贴2组应变片,通过合理布点和组桥消除了垂向力和横向力测量电桥之间的相互干扰,从而直接测得作用在轴箱弹簧上的垂向力和横向力。使用这种方法测试了70%低地板轻轨车辆的刚性轮对和独立轮对的轮轨垂向力和轮轴横向力。

低地板轻轨车辆制动形式探讨

介绍了低地板轻轨车辆制动系统的特点以及目前低地板轻轨车辆制动系统所采用的不同制动方式。

数字化抑制偏磁的100%低地板车载充电机研制

100%低地板车是一种新型、人性化的城市轨道交通车辆。介绍了100%低地板车用充电机的主电路系统结构和控制系统模式,分析了采用隔直电容抑制变压器偏磁的不利影响,并着重对数字化方法抑制高频变压器直流偏磁的控制进行了介绍,最后给出了试验波形。结果表明,采用全数字化控制抑制变换器变压器偏磁的方法正确有效,充电机运行可靠。

城市轻轨车辆及其相关技术的发展

从轻轨车辆总体结构、走行部及电传动等方面详细介绍了城市轻轨车辆的发展情况,其中包括低地板、独立旋转车轮和变流器等技术。同时介绍当前国外城市轻轨车辆的主要应用模式,分析未来城市轻轨车辆的发展趋势。

基于EN 12663标准的单车型100%低地板轻轨车载荷工况研究

以四模块编组单车型铝合金车体100%低地板轻轨车为例,通过对其结构特点及实际应用需求进行分析,在EN 12663标准定义的载荷工况基础上,对其载荷工况进行了研究,以便于该种车型车体的设计、仿真分析及静强度试验工况的选择。

磁流变液制动在低地板轻轨车上的应用

在近代城市轨道交通的发展中,低地板轻轨车得到了快速发展。通过对其制动系统的分析和研究,阐述了低地板轻轨车的制动方式。介绍了磁流变液技术的原理及其在制动系统中的运用。以100%低地板轻轨车辆为例,在Simulink组件环境下建立磁流变液盘型制动器模型,分析了其性能特点,论述了磁流变液制动在低地板轻轨车上的运用前景。