Optimal allocation method of electric/air braking force of high-speed train considering axle load transfer

Reasonable distribution of braking force is a factor for a smooth,safe,and comfortable braking of trains.A dynamic optimal allocation strategy of electric-air braking force is proposed in this paper to solve the problem of the lack of consideration of adhesion difference of train wheelsets in the existing high-speed train electric-air braking force optimal allocation strategies.In this method,the braking strategy gives priority to the use of electric braking force.The force model of a single train in the braking process is analyzed to calculate the change of adhesion between the wheel and rail of each wheelset after axle load transfer,and then the adhesion of the train is estimated in real time.Next,with the goal of maximizing the total adhesion utilization ratio of trailer/motor vehicles,a linear programming distribution function is constructed.The proportional coefficient of adhesion utilization ratio of each train and the application upper limit of braking force in the function is updated according to the change time point of wheelset adhesion.Finally,the braking force is dynamically allocated.The simulation results of Matlab/Simulink show that the proposed algorithm not only uses the different adhesion limits of each trailer to reduce the total amount of braking force undertaken by the motor vehicle,but also considers the adhesion difference of each wheelset.The strategy can effectively reduce the risk and time of motor vehicles during the braking process and improve the stability of the train braking.

DAMAGE TOLERANCE ANALYSIS ON HOLLOW AXLES OF HIGH SPEED MOTOR TRAINS

According to the rules of UIC515-3, the service loads of the axles are defined, which include some different loads cases as follows： the static loads; the impact loads resulted from running through the rail joints and unevenness rails; the loads through curves and from braking. Through the calculating and analysis, the stress distribution of the hollow axles is obtained for 200 km/h high speed motor trains used in China. At the same time, the fatigue crack growth of hollow axles is studied, and the initial surface cracks of 2 mm depth caused by hard objects strike or the other causes are discussed. On the basis of the linear elastic fracture mechanics theory, the stress intensity factor of the crack of the geometry transition outside the wheel seat is also studied. Associated with fatigue crack propagation equation and the corresponding crack propagation threshold, the crack propagation characteristics under different shapes are calculated. Then the running distances are educed with different shapes propagating to the critical length, and the estimation of the residual lives about hollow axles which are the reference values of examine and repair limit of the hollow axle is given.

Determination of an Equivalent Loading Circle Which May Represent the Loading of the Dual Wheels

This work aims to look for a simplifying surface that can represent the effect of the dual wheels on the variation of the stress and deformation state prevailing during the passage of traffic loads. This was facilitated by the results of Thiam (2016) [4] obtained on the distribution of the vertical contact stress in the space described by the dual wheels. The analysis of the results of this study, on all the loading circles considered, shows that the radius loading circle equal to 0.181 m makes it possible to most probably represent the effect of the dual wheels. With this new surface, the effect of the dual wheels can be determined in 2D. The choice of this load is confirmed by a study in case of overload. Thus, the single axle with dual wheels is represented by a simplified diagram equipped on each side by a disk of radius 0.181 m. These results are obtained using a numerical simulation under Cast3M with a gravelly lateritic pavement.

基于TMD的车致箱梁振动控制模型试验研究

为研究调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)在控制轨道箱梁结构振动中的应用,以高速动车组和CRTS-Ⅱ型板式无砟轨道-箱梁结构为原型,设计制作了几何相似比为10∶1的车-轨-桥耦合振动缩尺模型系统,分析了TMD在不同质量比、不同位置以及不同安装数量等工况下对箱梁顶板和翼板的减振效果。结果表明:TMD质量比为0.02时减振效果优于质量比为0.01时的减振效果,在考虑结构安全及经济性的条件下,可优先选择质量比更大的TMD;不同TMD安装位置对箱梁各部件的减振效果不同,安装TMD的板件处振动响应得到了明显抑制;安装2个TMD对箱梁结构的减振效果优于安装1个TMD,其减振范围也有所提升。研究结论可为高架轨道箱梁结构的减振设计提供参考。

基于多视角信息融合的公路桥梁车辆荷载时空位置识别

针对现有方法在复杂交通场景下难以准确获取桥上车辆荷载时空分布的问题,提出了一种基于多视角信息融合的车辆荷载时空位置识别方法.首先,开发了vadYOLO-StrongSORT模型,可在单视角下同时检测和跟踪车辆;然后,在图像标定和跨视角车辆匹配基础上,采用自适应加权最小二乘法进行多视角信息融合以修正车辆轨迹;最后,结合车辆轨迹和车轴配置,重构车轴荷载的时空位置分布.通过模型试验评估了所提方法在典型交通场景下的性能.结果表明:相较于基于单视角的车辆位置识别方法,多视角信息融合方法在跟踪稳定性、定位精度和抗遮挡性能上有显著提升;变道场景下,所提方法的最高平均定位误差低于2.0 cm,明显优于单视角方法的17.0 cm;多车遮挡场景下,所提方法的车辆捕获率可达100%,而单视角方法最高仅为72.5%;同时,与其他检测跟踪模型相比,vadYOLO-StrongSORT在试验中取得了最高的识别精度.

基于实测数据的货车编队荷载作用特征分析

货车编队技术是货运交通智能化的重要研究方向之一。以货车编队的荷载作用为研究对象,在明确货车编队的横向、纵向控制模式的基础上,调研并总结了国内外货车编队的实测项目;基于AUTOPILOT项目的实测数据,分析了货车编队的横向和纵向荷载分布特征,并在此基础上分析了货车编队的轴载作用影响。结果表明:货车编队的轮迹横向分布标准差为7.14 cm,仅为传统货车的1/3,具有明显的“渠化”特征;货车编队在以100 km/h的速度行驶时,车头时距可低于0.8 s,约为相同速度下传统货车的27%;与传统货车相比,货车编队运行轴载作用次数具有“高频”特性,对现有路面结构的抗疲劳性能提出更高的要求。

不同当量轴载作用下结冰路面抗滑性能变化规律研究

路面抗滑性能受路面水环境影响巨大,不同的交通荷载也会对抗滑产生影响,开展不同当量轴载作用下结冰路面抗滑性能变化规律研究意义重大。通过在交通部公路交通试验场开展实车实验,研究了不同路段、不同当量轴载作用次数与不同结冰厚度条件下,路面摆值变化的规律,厚冰层表面温度与摆值的关系,以及室内实验和室外实验结果对比。结果表明:厚冰层表面温度每上升1℃,路面摆值将下降0.87BPN。由于受试验条件限制,不同轴载作用下结冰路面抗滑测试数据未能呈现明显的变化规律。

山地齿轨旅游车辆特殊性及顶层指标研究

齿轨交通系统通过车辆齿轮与地面齿条啮合驱动,突破了轮轨之间的黏着限制,具有爬坡能力强、绿色环保、运营成本低等优点,是山区环境轨道交通建设的重要方向之一。山地齿轨交通系统在国内尚处于起步阶段,齿轨车辆尚未形成谱系化的技术标准。齿轨车辆与轮轨车辆相比存在较大差异,为明确山地齿轨旅游车辆特殊性及顶层指标,分析山地旅游轨道交通特点,结合国内山地齿轨旅游轨道交通工程项目进展情况,提出车辆在大坡度运行能力、大坡度与缓坡贯通能力、轴重、观光性能等方面的特殊性需求。研究米轨及标准轨在山地旅游轨道交通的适应性,分析轨距对车辆结构、限界以及轨道结构的影响,明确在运量较小的线路中应优先采用米轨形式。提出车宽分别为2.65,2.5 m以及2.3 m的三种谱系化车辆技术指标体系,明确车辆外形尺寸及载客量,提出运能在486~7320人/h范围的列车编组形式。分析齿轨线路特点,提出齿轨旅游车辆的牵引制动性能指标应介于高速铁路车辆与城市轨道交通车辆之间。

纵向冲动对大轴重内燃机车曲线紧急制动安全性影响分析

针对纵向冲动对大轴重内燃机车曲线紧急制动时安全性问题,建立33 t轴重内燃机车牵引3万t重载列车(2+2+0)的纵向动力学模型和包含钩缓系统的短编组(机车+机车+虚拟车体)车辆动力学模型,采用列车模型对紧急制动工况下的列车纵向冲动进行分析,基于列车纵向冲动和短编组模型分析纵向冲动对机车曲线安全性的影响。研究结果表明:列车纵向冲动会进一步加大机车曲线紧急制动时的轮轴横向力、脱轨系数等,对机车曲线运行造成不利影响,考虑压钩力1 500 kN比不考虑纵向冲动时的脱轨系数、轮轴横向力分别增大1.8%、12%;曲线半径减小、下坡道坡度越大会进一步加大不利影响;列车制动初速度越大,产生的纵向冲动有所减小,但由于轮对横移量增大,导致曲线车轮脱轨系数增大。

3万t重载列车制动工况纵向力关键影响因素分析

为保证3万t重载列车的常态化安全运行,建立长大重载列车纵向动力学仿真模型,使用瓦日线重载列车试验数据对其进行验证,利用该模型分析3万t重载列车的ECP制动系统、同步操控性、变坡点坡度差和车辆轴重等关键因素对制动工况下列车纵向力的影响。结果表明:25 t轴重的3万t重载列车在紧急制动下使用ECP制动系统比使用LOCOTROL无线同步操控技术的组合列车编组各车位最大压钩力下降25%~55%;若组合列车发生无线通信故障,在8‰坡度差的“V”形坡道上所允许使用的最大减压量不超过50 kPa;组合列车在“A”形变坡区段上的安全坡度差不超过13‰,“V”形变坡区段不超过10‰。30 t轴重的3万t组合列车在常用全制动和紧急制动下比25 t轴重可降低车钩力约40%。

基于可变元胞与跟驰理论的元胞自动机模型

为准确模拟桥址随机车流荷载,提出基于可变元胞与跟驰理论的元胞自动机(cellular automata,CA)模型。首先,重新定义元胞构成,提出以车辆为核心的动态可变元胞,并将精确的轴间距和轴重信息融入车辆元胞,实现车辆荷载的精确模拟;然后,引入跟驰理论,提出基于跟驰理论的状态演化规则,推导每辆车的专有加速度,实现车辆微观交互的模拟;最后,提出基于实测动态称重系统(weigh in motion,WIM)数据的发车规则,依据WIM数据,重构任意时段的实际车队,并建立基于车头时距的发车规则,重现车辆通过WIM时的运动状态。基于所提出的发车规则和动态演化规则,实现车辆从进入道路到驶离道路全过程时空位置的准确模拟,结合融入精确轴载的车辆元胞,实现随机车流荷载的模拟。基于实测WIM数据验证所提模型的可行性和先进性。结果表明:可变元胞可以精确模拟车辆荷载;提出的状态演化规则可以根据不同车辆的运动状态计算得到每辆车的专属加速度,准确模拟每辆车在自由行驶和跟驰行驶时的不同运动状态;新发车规则可以重构任意时段的实测车队,结合新状态演化规则,可以实现桥址任意时段随机车流的模拟。结合精细化车辆荷载模拟和合理的车流模拟,可实现桥址随机车流荷载模拟。

考虑轨道不平顺激励的轴箱轴承振动特性分析

轴箱轴承在运行工况下的振动特性对于保障行车安全具有重要意义。首先,基于Ansys与Simpack联合仿真平台,分别建立了轨道-车辆系统动力学模型和考虑外圈局部故障的轴承座-轴承有限元模型;其次,对动力学模型施加轨道不平顺激励,输出轴箱径向载荷作为有限元模型的外载荷;然后,将仿真值与理论值进行对比,证明了所建立的轴箱轴承联合仿真模型的有效性;最后,基于此模型分析了轨道不平顺激励时不同宽度故障以及不同故障边缘对轴承振动特性的影响。结果表明:随着故障宽度的增加,轴箱轴承整体振动加速度RMS逐渐变大,故障冲击的幅值以及包络谱的特征能量值先增大后减小;随着故障边缘平缓程度的增加,轴箱轴承整体振动加速度RMS值、故障冲击的幅值以及包络谱的特征能量值逐渐降低;轨道不平顺激励增加了轴承的振动。

在线热处理U20MnH钢轨耐磨性能试验研究

通过对在线热处理U20MnH钢轨进行磨损试验研究,并结合显微镜和扫描电镜观测到的试样磨损表面和剖面的形貌特征,分析了不同载荷条件下钢轨的磨损行为特征和变化规律。结果表明:分别在1 200 N、1 500 N、1 800 N载荷的条件下,在线热处理U20MnH钢轨磨损量随载荷的增大而显著减小。

基于虚拟样机的某多轴车辆制动轴荷特性分析

文中对某多轴单纵臂车辆的行动部分进行了虚拟样机建模,依据总体任务指标及相关法规对其进行了不同制动强度工况下的制动过程仿真.通过对仿真结果的综合比较,分析得到了各轴在不同制动强度下轴荷动态分布特性,为车辆行动部件及车体的结构强度校核设计,以及各轴制动力的匹配优化设计提供了参考依据.

长大纵坡沥青路面车辙发展规律与轴载换算修正系数研究

现有设计规范未对长大纵坡路面做出特殊设计规定,直接套用设计规范忽略了其受力特点,不能较好地保证路面使用性能及寿命。为实现特殊路段路面结构差异化设计,该文基于实测沥青混合料动态模量、全年交通量及温度数据,利用自主开发的温度-轴载分析软件,将真实交通量转换为标准轴载。采用Abaqus软件,建立实测轴载与温度耦合作用下的车辙模型,分析长大纵坡对车辙发展规律的影响。研究表明:坡度增大导致速度降低,容易引发长大纵坡路段沥青路面车辙病害的发生。基于车辙等效原理,提出不同坡度及坡长下的轴载换算修正系数,为长大纵坡路段沥青路面的差异化设计提供理论依据。

重卡桥壳轴向环向补料液压胀形内压加载路径的确定

轴向环向补料液压胀形变形过程复杂,合理的加载路径确定困难,成形时易发生失稳起皱及胀裂。通过变形分析,揭示了轴向环向补料液压胀形两个阶段各典型位置发生变形所需内压的变化规律,确定了线性增压—恒压—线性降压的加载路径,推导出各阶段的内压计算公式,给出了上控制模平面高度与最大扩径量的关系。针对某载荷10 t重卡桥壳,通过有限元模拟及工程试验验证了加载路径的正确性,揭示出加载路径线性降压段的降压系数、上控制模高度系数对管坯成形质量的影响,确定了二者的合理范围,消除了失稳起皱及开裂的隐患。

发射载荷作用下特种车辆动态响应仿真分析与优化

基于HyperMesh-LS-DYNA有限元建模与仿真方法,探究了特种车辆在发射载荷作用下车体的稳定性问题。以某型特种车辆为研究对象,在车辆数值仿真模型中构建了悬架等相关柔性化组件,对车体在发射载荷作用下的稳定性进行分析,发现发射载荷未能均匀分散到各支撑结构,且在发射底座、 g-h轴对应轮胎与地面的接触压力较大,发射筒摆动幅度较大。基于上述结果,提出调整支腿结构的刚度阻尼系数和增加附加支撑结构两种优化方案,以达到减小车辆与地面的接触压力以及车体纵向摆动幅度的目的,并进行了仿真验证。结果表明,辅助支撑的数量与位置对车体稳定性的影响较大,靠近底座以及数量越多,对车体稳定的保持效果较好,其中在g-h轴之间增加一对附加支腿,底座接触力减少16%;在b-c、 g-h轴之间同时各增加一对附加支腿,底座接触压力减少20%,发射筒摆动幅度范围缩减12.1%。

某铰接式铁水罐车动力学性能分析

文章基于多体动力学软件Simpack建立了某铰接式铁水罐车的动力学模型,从理论和仿真两方面计算了不同铰接位置时的轴重分配情况;对比分析了不同铰接位置铁水罐车曲线通过性能,结合轴重分配确定了最佳铰接位置,并校核了最佳铰接位置时铁水罐车的非线性临界速度;最后研究了轨道不平顺、曲线半径等线路参数及运行速度对铁水罐车小半径曲线运行安全性的影响。结果表明,最佳铰接位置是车辆枕簧中心与一位轮对中心的纵向距离为其与中间轴箱后臂铰接点纵向距离50%的位置,此时铁水罐车各轴轴重分配均衡,曲线通过性能最好;铁水罐车非线性临界速度为40km/h,满足运行要求且有一定的安全裕量;轨道不平顺对铁水罐车小半径曲线运行安全性能指标有显著影响,曲线半径次之,曲线超高影响不大,并在不同的轨道不平顺和曲线半径下选取了较安全的运行速度。

Hierarchical methodology to evaluate the quality of disparate axle load data sources for pavement design

Axle load data are an essential input for pavement design,yet for most North American agencies,there is uncertainty about the quality of axle load data obtained from weigh-inmotion(WIM)systems,the applicability of these data for pavement design,and potential opportunities to integrate axle load data from disparate sources.This article presents a novel and practical methodology to evaluate the quality of axle load data from WIM systems and roadside weigh scales through a series of hierarchical analyses designed to test data validity.When applied using data from Manitoba,Canada,the methodology quantified the uncertainty of axle loads measured at the weigh scales and piezo-quartz WIM,concluding that both could be used for pavement design applications.Data collected at piezo-polymer WIM sites exhibited poorer data validity;however,application of site-specific temperature correction factors significantly improved data validity at these sites.The article describes how other data quality dimensions,including spatial coverage,temporal coverage,and long-term data availability,could be considered when determining the suitability of disparate axle load data sources for pavement design.Application of the methodology enables a pragmatic evaluation of the quality and limitations of commonlyavailable axle load data,revealing uncertainties and data needs relevant for pavement design practice.

基于小波变换的光纤轴载信号降噪方法研究

随着道路交通基础设施进入更加注重养护和管理的新阶段,精确掌握车辆轴载参数,对交通基础设施的设计、管养以及安全具有重大意义。现以光纤传感技术采集到的轴载信号为研究对象,旨在通过小波变换的方法来提升轴载信号降噪效果,优化信号分析的准确性。基于实验室采集的轴载信号来构建仿真信号,并通过定量对比,分析不同小波基和分解层数对降噪性能的影响,识别出最优的降噪参数组合。结果表明,8阶Symlets小波基结合5层分解层数在降噪处理中的性能最优,显著提高了信噪比,并有效降低了均方误差。该研究成果为实际光纤轴载信号的降噪处理提供了理论依据和实践指导,对智能交通水平提升和道路科学养护管理具有积极的推动作用。