升力翼高速列车曲线通过时的轮轨黏着性能研究

建立考虑轮轨关系、升力翼及流场耦合特性等因素的车辆系统动力学模型,分析升力翼高速列车曲线通过时的运动姿态和轮轨接触特性响应,研究列车在曲线轨道运行的轮轨黏着性能,探讨轨道不平顺、曲线半径、运行速度及轮轨接触条件对轮轨黏着性能的影响。研究结果表明:气动升力通过改变列车运行动态响应和轮轨接触特性导致内、外侧轮轨垂向力和纵向蠕滑力重新分配,促使内侧轮更易失去黏着;气动升力和运行速度的增大均会劣化轮轨黏着性能,但曲线半径的增大将显著提升轮轨黏着水平;轨道不平顺削弱了轮轨黏着性能,干态、湿态、油态条件下的轮轨黏着性能依次恶化。列车牵引运行时,干态、湿态、油态条件下的轮轨均能满足牵引力安全限值要求,但制动运行时,湿态和油态条件下的轮轨均不能满足制动力安全限值要求。研究结果可为超高速列车的安全运行与节能设计提供技术支持。

面向3min追踪间隔的400 km/h高速列车追踪过程仿真分析

将高速铁路运营速度提高至400km/h有利于提升旅行速度和旅客运输效率。但速度提高会影响追踪间隔,导致能力降低。在梳理高速铁路列车追踪间隔影响因素的基础上,构建了基于距离步长的高速铁路列车追踪运行多智能体仿真模型。通过仿真实验,计算了不同目标速度下的追踪间隔,并分析了各种追踪间隔随目标速度变化的趋势,以及出发及到达追踪间隔对列车牵引制动性能提升的响应情况。实验结果表明,在目标速度400km/h和采用中国标准动车组为基础模拟的牵引制动性能的仿真场景下,列车的区间追踪间隔在3min以内,而出发追踪间隔和到达追踪间隔均大于3min;若提升列车牵引加速度与制动减速度,则可以使列车出发及到达追踪间隔控制在3min以内。

列车运行牵引制动故障分类的随机森林算法设计与验证

列车的运行安全对轨道交通的可持续发展至关重要。牵引制动系统的故障可能导致严重的安全问题和运行延误。通过准确检测运行中的牵引制动故障,可以提高列车安全性,降低事故发生的可能性。本研究旨在提高列车运行牵引制动故障的诊断分类准确性与有效性。首先,基于时序特征的数据分析列车牵引制动故障数据集。设计数据重采样逻辑和特征提取方法,解决原始数据类别不平衡的问题,实现了显著的性能提升。实验表明,在使用相同的数据规模进行机器学习训练时,各个机器学习模型的分类性能均提升了10%以上。接着,建立基于SVM和决策树的机器学习模型,对数据集进行故障分类识别,并通过网格搜索进行超参数调整。此外,尝试多种基于基础分类算法的集成学习策略,并对所设计的模型进行仿真验证。其中,随机森林算法表现突出,测试准确率达到96.12%。通过分析分类报告和混淆矩阵,验证该方法的有效性和可靠性,为列车运行牵引制动故障诊断提供一种新的解决方案。

多工况下列车纵向冲击仿真研究

为了研究多编组列车在惰行、牵引、制动工况下的纵向冲击,该文通过多体动力学软件Simpack中的rail模块建立由2辆机车和8辆货车编组的多自由度列车动力学模型并结合列车实际运行遇到的轨道不平顺问题和不同工况的受力来设置仿真的边界条件,通过仿真结果分析多编组列车在不同工况下受到的纵向冲击。仿真的结果表明,列车在惰行工况下所受纵向冲击较小且纵向冲击力大小与速度大小的关系并不是线性的;紧急制动时的列车间纵向冲击力略大于常制动下的列车间纵向冲击力;在列车牵引与制动时,最大纵向冲击力出现在机车与货车相连的缓冲装置。

基于整车控制功能仿真的城市轨道交通列车模拟驾驶系统研究

为了使列车模拟驾驶系统全面、真实地模拟实际列车的操作体验和故障工况场景,提出一种基于整车控制功能仿真的城市轨道交通列车模拟驾驶系统。通过搭建列车电路仿真模型和各子系统控制功能仿真模型,构建整车控制功能仿真平台,实现列车模拟驾驶系统的核心逻辑运算与仿真控制任务。通过试验验证,该系统实现了列车的控制逻辑仿真、列车特性仿真、人机交互逻辑控制、视景与声音模拟系统联动、故障场景模拟等功能。测试结果表明,该系统能够全面、真实地模拟列车控制逻辑和各种故障工况的列车状态,为城轨交通领域运营人员职业技能培训及列车关键业务系统开发仿真提供可行方案。

山地城市地铁牵引与制动工况下钢轨波磨成因对比研究

目的探究山地城市地铁牵引与制动工况下的钢轨波磨成因。方法基于摩擦自激振动理论,结合山地城市地铁长大坡道区段现场调研,分别构建上坡牵引和下坡制动工况下车辆−轨道系统的动力学模型,对比研究长大坡道区段牵引与制动工况下车辆−轨道系统的动力学特性。分别构建对应区段的轮对−钢轨−牵引系统和轮对−钢轨−制动系统的有限元模型,并采用复特征值法对比研究山地城市地铁牵引与制动工况下的钢轨波磨成因。采用最小二乘法和粒子群算法提出抑制长大坡道区段钢轨波磨的车辆−轨道参数的最优解。结果在轮对−钢轨−牵引系统中存在不稳定振动频率369.93 Hz,其复特征值实部为19.36。在轮对−钢轨−制动系统中存在不稳定振动频率443.92 Hz,其复特征值实部为4.9705。结论在牵引摩擦副与轮轨摩擦副的共同作用下产生的摩擦自激振动,在制动摩擦副与轮轨摩擦副的共同作用下产生的摩擦自激振动,分别是长大坡道牵引与制动区段钢轨波磨的主要诱因,且牵引区段发生的可能性高于制动区段。在制动工况下设置制动压力为5 kN,在牵引工况下设置牵引运行速度为80 km/h,并结合优化后的扣件参数,能有效抑制长大坡道区段钢轨波磨。

全自动运行线路列车自动对位调整功能测试研究

[目的]全自动运行线路列车JOG(自动对位调整)的可靠性与列车停站精度直接相关,需加强JOG功能测试验证。[方法]以上海轨道交通15号线为例,分析了列车JOG功能故障原因,提出了提高JOG可靠性的优化方案,以及新线JOG功能测试验收方法。[结果及结论]对于既有线,可通过优化列车轻级制动参数提高JOG的可靠性。对于新建线路,可通过不同牵引极位和不同列车轻级制动参数下的测试,得到符合线路实际运营情况和列车特性的最佳值,以保障JOG功能;同时,为确保JOG功能的稳定性,需对欠标或冲标0.5~2.0 m以及2.0~5.0 m两种情况分别进行测试验证。

计及列车节能运行影响的城轨储能系统最优化容量配置

优化设计列车运行曲线并合理配置超级电容储能是解决城轨牵引供电系统能量损耗大、功率冲击显著的有效方案。列车运行曲线会直接决定列车的当前运行状态,一方面通过调整牵引电机的工作效率改变供电系统的整体能耗,一方面通过调节列车牵引过程与再生制动过程间的功率差优化储能容量配置。考虑到以上两方面因素的相互制约,本文提出了一种综合的城轨储能系统最优化容量配置方法,旨在兼顾列车节能运行和降低储能容量。首先,利用列车运行的数学模型建立考虑牵引电机工作效率变化的列车能耗函数。然后,考虑多车运行时的能量交互确定列车牵引与再生制动间的功率差函数。进而,重新构建固定时分下考虑系统综合能耗与储能容量的复合经济指标的目标函数。最后,采用遗传算法和粒子群算法相结合的优化算法,得到列车的最优运行曲线。算例分析表明,基于本文优化方法得到的列车运行曲线能够在节能的同时大幅降低超级电容的配置容量。

考虑制动能量转移的复杂电气化铁路牵引用光伏发电系统综合能量管理策略

本研究提出了一种新的光伏发电系统,以有效缓解外部电网的压力,并实现有效的再生制动能量回收。首先对系统的能量控制模式进行了详细的分析;其次设计了一种考虑到相互制动能量转移的综合能源管理策略;利用粒子群(PSO)算法和优化过的粒子群算法,对背靠背变流器补偿功率参考值进行了计算;最后,通过实验来验证这一策略的有效性,并且比较两种算法的仿真结果的收敛性。通过MATLAB/Simulink仿真系统,建立了一个基于背靠背变流器的光伏接入牵引供电系统模型,并且设计了一套有效的能量管理策略和编码算法,以及一系列典型工况下的能源利用、相间制动能量转移情况,以及与不用算法的效果进行比较。经过研究发现,采用提出的系统架构和综合能源管理策略,可以有效地利用光伏发电,最大限度地优化相间制动能量的使用,而且优化后的收敛性也更加出色。

基于YNd变压器-多端口变换器的铁路混合储能系统功率调控策略

为提升电力机车制动产生的大量再生制动能量的回收利用率,同时兼顾补偿单相牵引供电系统在电网中引起的电压不平衡问题,本文提出了一种基于YNd变压器-多端口变换器的铁路混合储能系统(YNd-multiport converter based railway hybrid energy storage system,YNd-MC-RHESS)。首先,分析了YNd-MC-RHESS的工作原理及其工作模式。其次,以提高再生制动能量的利用率为主要目标,基于非线性电流控制,提出了多端口变换器的功率优化调控策略,在交流/直流(AC/DC)变换器中引入非线性控制,提升了多端口变换器的响应速度与混合储能的能量分配效率。最后,基于典型工况,通过半实物动态模拟验证了所提控制策略可以调度功率在不同端口间按需转移,同时不同介质储能功率可合理分配与存储释放。实验结果表明,混合储能装置投入后,再生制动能量的利用率为93.67%,实现了再生制动能量的高效利用。

CRH6型城际动车组空气制动异常施加问题分析研究

CRH6型城际动车组在运用过程中出现闸片磨耗过快的问题,磨耗周期约8万km。根据减速度设计曲线与电制动包络线,列车电制动能力在全速度范围内至少可覆盖常用制动2级。但是大量的动车组上线运营数据显示,动车组在低级位(2级)制动时均补充了空气制动,与理论设计存在差异。针对上述问题,搭建了牵引系统与制动系统地面试验台。为模拟现车条件,电制动请求、电制动反馈线缆长度同现车线缆长度。模拟不同制动级位、不同速度等级下的电空配合工况,利用上位机和万用表分别采集牵引控制单元(TCU)和制动控制单元(BCU)的电制动请求值、反馈值。通过对试验数据分析、研究和对比发现,TCU与BCU内部的A/D电路、D/A电路在转换过程中存在损耗。此外,同一个制动单元内的动车和拖车之间传输的载荷信号也存在衰减。为此,文章从制动控制原理入手,针对采用硬线作为电制动与空气制动传输介质的列车,提出了改进优化方案,在TCU内部设定了电制动补偿系数。优化方案经过了现车验证,应用效果良好。

地铁列车制动未缓解导致牵引封锁故障分析及优化方案

针对宁波轨道交通3号线电客车在行车过程中报气制动未缓解导致牵引封锁列车顿挫行驶的故障,从制动原理、故障上报逻辑、数据分析、软件优化和硬件优化等方面进行了深入探究。基于优化后的软件、硬件用于改善故障上报及处理机制,降低了电客车运营时故障导致的影响,极大地提高了电客车运用可靠性及服务质量,符合宁波轨道交通的发展要求。

曳引驱动电梯制动试验的检验方法研究

在电梯运行过程中,时常遇到电梯制动设备失去应有作用,导致出现严重的电梯安全事故。而电梯性能测试作为电梯质量检测的重要手段,注重检测电梯制动距离值和综合数据,为了保证测试指标和数据的准确性,工作人员要选择合理的试验检测方法,提高检验效果。基于此,本文通过分析试验目标,积极引进先进的制动距离测定方法,明确常用检测方法的优缺点,结合实际测试要求,提出新型的制动距离检测方法。

能量调度装置在电气化铁路中的应用及分析

双碳目标下,实现电气化铁路节能减排和绿色发展至关重要,回收利用列车的再生制动能量是节能降耗的重要手段。根据牵引变电所的能量调度原理,建立含能量调度装置(energy dispatching equipment,EDE)的牵引供电系统数学模型,分析不同工况下能量调度装置在铁路牵引供电系统的调度策略。通过示例分析,基于能量调度装置的调度策略能有效降低牵引变压器的容量,减少运营商的需量电费和计量电费,降低运营商成本,提高能量利用率。

列车再生制动对接触网电压影响研究和对策

大功率交直交列车再生制动功率大,再生制动能量反送回牵引供电系统时,将引起牵引网及接触网电压抬升,尤其当机车位于长大坡道区段制动时,易出现车辆制动性能下降、接触网电压下降、变电所保护跳闸等现象,影响了牵引供电系统的安全和运行。为解决列车再生制动引起的车网电气耦合问题,基于WEBANET仿真软件,模拟分析CRH380AL和HXD1机车在最大制动功率制动时对牵引网及接触网电压的影响,并针对再生制动引起的牵引网及接触网电压升高提出了加装吸能、储能装置、变压器设置有载调压开关、同相供电等措施,并通过仿真验证其有效性。

基于LabVIEW软件的城市轨道交通列车牵引制动试验平台的搭建及应用

目的:为了满足城市轨道交通方向各个专业教学与科研的要求,搭建了由2台电机对拖为基础的城市轨道交通列车牵引制动试验平台,以此来模拟真实的城市轨道交通列车的牵引、惰行和制动等工况。方法:阐述了城市轨道交通列车牵引制动试验平台的构成及基本原理,介绍了公共直流母线系统的技术选型、结构设计及硬件选择等方面的要求。以列车再生制动试验为例,介绍了LabVIEW软件在该试验平台上的具体应用。结果及结论:试验中可实时图形化显示直流母线电压和电流、牵引电机的转速和转矩的变化情况,实现对电机的基本参数采集、记录和图形化展示等功能。该试验平台采用了更小尺寸电机模拟实际牵引电机,节省了实验室空间,但能够取得预期理想的应用效果。通过熟悉和使用该试验平台,可以使城市轨道交通相关专业的学生加深对列车牵引传动和控制技术等理论知识的理解程度。

基于牵引力法的驻车制动性能检测仪研究

随着机动车检测的快速发展,目前的驻车制动性能检测方式存在不足。面向机动车驻车制动性能检测,提出一种以牵引力法进行驻车制动性能测量的新方法,替代原有的传统驻车坡道测量法,以解决城市机动车检测站因场地不足而无法修建长坡道的难题。研制出一套基于牵引力法的自动化机动车驻车制动性能检测仪,以实现机动车驻车制动性能的自动化测试。研制了标准装置,以解决驻车制动性能检测设备的量值溯源问题,保障机动车驻车制动性能检测的准确和可靠。通过试验验证,该方法具有适用性广、精确度高、稳定性强等特点,示值误差不超过+0.8%,对机动车驻车制动性能的检测有重要意义。

基于牵引制动特性的地铁车辆启动策略优化研究

地铁车辆启动控制策略需确保车辆在全线路启动不发生后溜,并且启动冲击在满足不大于0.75m/s^(3)基础上尽可能小,启动时长尽可能短。文章基于现有整车牵引力达到一定阈值后需发送保持制动缓解指令的控制策略,根据车辆牵引制动特性参数提出了当牵引级位达到一定阈值时发送保持制动缓解指令的优化控制策略,通过建立车辆启动加速度模型与后溜时刻车辆受力模型求解发送保持制动缓解指令时刻的级位值。理论分析与现场测试结果表明,在满足车辆全线路启动不后溜的前提下,文章提出的优化策略使得车辆启动冲击明显降低,启动效率明显提升。该优化方案可为地铁车辆启动控制策略提供参考,根据不同的牵引制动特性可求解出不同的保持制动缓解指令发送时的级位阈值。

长大下坡运行下动车组牵引仿真算法研究及系统开发

针对线路仿真中缺少符合动车组制动特点的长大下坡道运行策略问题,提出复杂运行工况下动车组牵引仿真计算方法。基于误差评价的位移逼近算法和变步长迭代逼近算法求解精确的制动点,将传统空气制动的“惰行+制动”运行策略进行拓展,得到适合处理高速电制动长大下坡问题的牵引仿真算法。开发系统运用于实际线路。结果表明,系统提升了制动点求解精确性,能为牵引工程精细化设计提供数据支持。

基于模糊故障树的采煤机液压制动系统可靠性分析与计算

将模糊关系法与故障树分析相结合,先利用专家评判法建立影响因子隶属度关系矩阵,再模糊量化不同矿区的工况条件,与关系矩阵运算得到一个乘因子,故障树底事件平均故障率与该乘因子之积即为当前工况下的故障率,最后代入故障树定量计算出顶事件发生概率。