基于轴箱垂向振动加速度的地铁车轮失圆状态诊断方法

首先,建立卷积神经网络、深度置信网络、支持向量机和以一维卷积神经网络全连接层特征为输入的支持向量机模型(1DCNN-SVM),对比上述模型在地铁车轮失圆状态分类识别上的效果;其次,利用代理模型构建轴箱垂向加速度均方根与车速和多边形磨耗幅值之间的映射关系;最后,通过智能优化算法逆向求解幅值,对比不同代理模型和智能优化算法在多边形磨耗幅值识别上的适用性。研究结果表明:1DCNN-SVM模型在正常、低阶多边形、高阶多边形、随机非圆车轮4类典型的车轮不圆度状态分类识别中取得99.82%的准确性,相比另外3种分类方法,其泛化性能和强化学习能力都具有明显的优势。在车轮多边形磨耗幅值识别方面,基于克里金模型(KSM)和粒子群算法(PSO)的波深识别模型具有更好的预测稳定性和时效性。

不同制动工况下地铁车轮踏面磨耗研究

为研究不同制动方式对地铁车轮踏面磨耗的影响规律,联合ANSYS和SIMPACK软件,建立了车轮-闸瓦热机耦合有限元模型和含有柔性轮对的车辆动力学模型,同时考虑不同制动初速度和制动减速度对车轮踏面温度、踏面硬度、踏面与闸瓦间接触应力及制动距离的影响,分析了不同制动方式下车轮-闸瓦磨耗、车轮-钢轨磨耗和踏面总磨耗的变化规律。结果表明:踏面磨耗随着制动初速度的增大而增大;随着制动减速度的增大,车轮-闸瓦磨耗和总磨耗增大,车轮-钢轨磨耗减小;制动时踏面总磨耗主要受车轮-闸瓦磨耗影响。

基于实测数据的车辆轮对磨耗模型研究

[目的]基于上海轨道交通17号线列车轮对实测数据,研究轮对磨耗规律,建立轮对轮缘厚度和轮径磨耗模型,以提高城市轨道交通车辆的安全性和维护效率。[方法]对轮对实测数据进行预处理,消除数据误差;采用曲线拟合和误差分析方法建立轮缘厚度和轮径的磨耗模型,并以磨耗速率拟合标准差,以及真实值与误差拟合曲线之间误差值的拟合标准差作为该模型的评价指标,评估轮缘厚度及轮径磨耗模型的准确性;分别针对1701次和1721次列车进行轮对磨耗模型验证。[结果及结论]1701次和1721次列车轮对轮缘厚度磨耗速率4次拟合曲线的拟合标准差,以及真实值与误差拟合曲线之间误差值的6次拟合曲线的拟合标准差均接近于零,验证了该车辆轮对磨耗模型的准确性,能够精确预测上海轨道交通17号线同一车型不同列车及同一列车不同位置的轮对磨耗情况。

考虑随机变失效阈值的多相关退化可靠性建模

由于机械部件失效受多个退化过程及外界冲击等各种因素的耦合作用影响,而当前研究多考虑单一因素,并认为失效阈值为定值,未考虑到设备会因退化而导致其抗冲击能力降低的事实,因此同时考虑冲击对退化过程的影响,退化过程对冲击失效阈值的随机不确定性影响以及不同退化过程之间存在相关性影响,提出考虑随机变阈值的多相关退化可靠性模型。此外,通过Copula函数描述不同退化过程间的相关性,给出相关模型的参数估计方法。根据某型动车组的车轮实测磨耗数据进行实例计算,通过蒙特卡罗方法验证模型的准确性,讨论不同退化过程存在相关性对可靠度的影响,对随机变失效阈值进行灵敏度分析,进一步说明所提模型的实用性。

基于Transformer的人工神经网络城轨列车车轮磨耗预测模型构建

针对目前已有地铁列车车轮磨耗预测模型,在大量车辆车轮廓型数据支撑下,分析车轮磨耗规律,如廓形参数及等效锥度等因素与踏面磨耗、轮缘磨耗之间的关系,研究各参数与车轮磨耗之间的相关性。采用数据驱动方式,构建一种基于Transformer的人工神经网络,用于建立车轮磨耗预测模型。试验结果表明,基于数据驱动的车轮磨耗预测网络能够实现车轮磨耗的准确预测,可用于预测车轮使用寿命,减少相关成本,提高经济效益。

基于半赫兹接触的车轮磨耗预测分析

为了对比赫兹与半赫兹接触算法在轮轨磨耗仿真过程中的差异,建立CR400BF动车组动力学模型,分别基于赫兹接触与半赫兹接触算法(STRIPES)进行长距离仿真,用Archard磨耗模型计算磨耗量,以实测250000km踏面磨耗量为参照分别比较两种算法的计算结果。结果表明:不同钢轨廓形对应磨耗量及磨耗分布差异明显;不同磨耗里程下半赫兹接触的接触斑形状差异明显,接触斑面积逐渐增大且最大接触应力逐渐减小;磨耗前期,两种接触算法得到的磨耗量及磨耗分布差异不大,且与实测结果较为接近,但磨耗中后期,两种算法得到的磨耗量较实测结果都偏大且半赫兹接触较赫兹接触更加符合实测结果,原因在于随着磨耗里程增大,轮轨接触不再满足赫兹接触假设。

长大坡道下高速车辆车轮滚动接触疲劳与磨耗仿真

文章建立车轮滚动接触疲劳预测模型和磨耗预测模型,分析长大坡道条件下坡度和车速对动车组车轮滚动接触疲劳和磨耗的影响。车轮滚动接触疲劳预测模型由车辆动力学模型和损伤函数组成,车轮磨耗预测模型包括车辆动力学模型、轮轨局部接触模型、磨耗模型、平滑与更新策略,并基于现场实测车轮磨耗结果对车轮磨耗预测模型进行修正和验证。结果表明:下坡线路是导致车轮滚动接触疲劳的主要工况,并且车速越高或下坡坡度越大,车轮越容易萌生滚动接触疲劳;车辆直线运行时疲劳裂纹萌生位置基本在距离名义滚动圆外侧6~9 mm内,疲劳裂纹萌生角度基本在−10~10°。无论是上坡还是下坡,坡度越大,车轮磨耗越大,30‰坡度的上坡工况车轮磨耗面积约是−30‰坡度的下坡工况的1.85倍。在相同坡度条件下,对于上坡工况,车轮磨耗随着车速的增大而增大,而对于下坡工况,车速对车轮磨耗影响较小。

上海轨道交通1号线01A07型列车车轮轮缘异常磨耗分析

上海轨道交通1号线01A07型列车车轮存在轮缘异常磨耗情况,既影响列车运行安全,又增加维修成本,需研究解决车轮轮缘异常磨耗问题。基于上海轨道交通1号线01A07型列车轮缘实测数据,分析了该型列车的轮缘厚度和轮缘综合值,分析结果表明,该型列车车轮的主要磨耗为轮缘磨耗,且左右车轮轮缘磨耗不均匀,左侧磨耗较右侧严重。基于轮缘厚度、轮缘高度、轮径和运营里程构建了Kriging模型,并用该模型对车轮各参数进行预测,结果表明,该模型能对车轮参数进行预测,预测结果具有一定的理论参考性,但模型是在理想状况下进行拟合的,且拟合的样本本身存在一定误差,因此个别预测数据误差较大,整体预测精度待提高。最后给出了改善车轮偏磨现象和解决模型预测精度问题的建议。

基于传感技术的曳引式电梯轮槽磨损检测方法

曳引式电梯轮槽磨损具有动态发展特征,导致磨损检测的难度较大。为此,提出基于传感技术的曳引式电梯轮槽磨损检测方法。将传感光纤布设成具有特定夹角的光纤组,从光纤应变值中获得磨损的宽度和磨损发展趋势,并构建了包含磨损宽度、方向双参数的轮槽轮廓模型;然后在直角坐标系中,在光纤组应变值对应的直线方程斜率中,引入光纤组应变值的相对离散特征系数,实现对Hough变换的优化。当存在电梯轮槽表面切面到轮槽节圆中心垂直线与曳引式电梯钢丝绳边缘直线拟合时,将对应的光纤应变值映射到极坐标系的正弦曲线,得到该位置与轮槽节圆中心的垂直距离,根据该值与轮槽节圆半径之差即可得到电梯轮槽的磨损量。测试结果表明:该方法可以实现对电梯轮槽磨损数据的准确检测,能够将误差稳定在0.01mm以内。

基于高斯过程的地铁车辆轮对磨耗建模及其镟修策略优化

根据广州地铁车辆轮对的磨耗数据,分析轮对磨耗和镟修的特点。针对踏面直径和轮缘厚度两个形面参数,基于高斯过程建立轮对磨耗的数据模型。根据地铁车辆轮对镟修要求,提出一种轮对镟修的控制限策略。在轮对磨耗模型的基础上,给出该镟修策略的蒙特卡罗仿真模型。然后利用蒙特卡罗仿真方法,以轮对期望使用寿命和期望镟修次数为指标,对不同的轮对镟修策略进行分析,从而实现轮对镟修策略的优化。结果表明:轮对轮缘厚度较大或较小时,轮缘磨损均较严重,而踏面直径的磨损速率和轮缘厚度不具有相关性;当轮缘厚度减少到27～28.5 mm时,通过镟修将轮缘厚度恢复到30 mm,这样的镟修策略能较好地延长轮对期望使用寿命,达到约13.2～15.3年。

基于三维动态有限元模型的轮轨磨耗数值分析

提出基于三维动态有限元模型的轮轨形面磨耗的数值预测方法,应用非线性有限元分析软件ABAQUS建立三维有限元模型,对轮轨滚动接触过程中的磨耗问题进行数值仿真研究。分析中,轮、轨材料采用双线性的弹塑性本构模型,联合使用有限元隐式(静态)和显式(瞬态)求解方法模拟轮轨瞬态滚动接触过程;采用基于微面积的Archards磨耗模型的积分形式,对轮轨材料的滚动磨损进行计算;用基于三次样条插值函数的曲线光滑技术,对磨耗过程的磨损量分布进行光滑化处理,再根据光滑化后的磨损分布来更新轮轨形面;用Laplace网格光滑技术对车轮踏面和轨轮轨头内部的有限元网格进行光滑化处理。以以往轮轨试验为实例对数值分析模型和方法进行了验证,试验结果与数值分析结果具有良好的一致性。

基于蠕滑机理的车轮磨耗模型分析

以C80型货车为例建立车辆动力学模型,利用FASTSI M算法计算出接触斑内蠕滑力的大小和分布,依据Pearce,Zobory,Jendel和Braghin 4种磨耗模型计算轴重、速度、曲线半径和车轮硬度对车轮踏面磨耗的影响程度。结果表明:轴重从21 t提高到25 t时,由Pearce模型计算出的踏面磨耗率是Zobory模型的5.05～4.22倍、Jendel模型的3.77～1.86倍、Braghin模型的15.29～12.35倍;运行速度从60 km.h-1提高到120 km.h-1时,由Pearce模型计算出的踏面磨耗率是Zobory模型的5.13～4.5倍、Jendel模型的3.46～1.4倍、Braghin模型的12.48～16.96倍;曲线半径从5 000 m减小到300 m时,由Pearce模型计算出的磨耗率是Zobory模型的6.06～4.2倍、Jendel模型的1.82～0.91倍、Braghin模型的23.97～13.0倍;直线上车轮磨耗主要发生在踏面接触区,焊接构架式转向架的最大磨耗深度是三大件式的6.4倍、径向式的14倍;曲线上车轮磨耗主要发生在轮缘接触区,焊接构架式转向架最大磨耗深度是三大件式的4.4～1.25倍、径向式的1 126～47.7倍。与试验结果比较表明,Jendel模型能够真实反映车轮踏面磨耗的机理。

硅片精密磨削用砂轮的研究综述

砂轮作为硅片精密磨削加工过程中的关键加工工具备受关注.对硅片精密磨削用砂轮的国内外研究情况进行了总结分析,认为在其制备技术研究方面还需进一步的理论支撑;在磨损与观测评价方法研究方面,宜从砂轮建模入手,结合磨削硅片的材料特性,建立不同磨削阶段的砂轮磨削磨损模型;分析其磨损机理,同时优选砂轮观测评价方法,试验验证磨损过程.

轨道参数对机车车轮磨耗影响的研究

针对轨道参数对机车车轮磨耗的影响问题,以D20E型内燃机车为例,借助SIMPACK软件建立了机车动力学模型。提出根据机车动力学模型、FASTSIM算法与Zobory磨耗预测模型为一体的机车车轮磨耗预测模型,并编制了相应计算程序。利用该模型,分析轨道主要参数对机车车轮磨耗的影响。结果表明:车轮磨耗深度随曲线半径增大而迅速减小;随着轨距的增加,车轮磨耗深度明显降低,磨耗分布范围有所增加;五级谱、六级谱下车轮圆周磨耗深度较四级谱下的结果低;线路等级越差,车轮磨耗分布范围越宽;轨底坡的适当减小可使得车轮磨耗有一定降低;适当减小摩擦系数对于降低轮轨磨耗是有利的。

基于Archard模型的车轮磨耗对车辆动力学性能的影响

为了研究车轮磨耗对高速列车动力学性能的影响,建立了车辆动力学和车轮磨耗耦合模型。考虑车辆通过一条由直线和曲线组成的典型线路工况,采用Non-elliptic模型计算轮轨接触斑上的车轮磨耗量,以累积车轮型面磨耗量及更新型面外形。采用Archard磨耗模型研究车轮面磨耗的分布与发展,以车轮踏面磨耗深度达到0.1mm为型面更新的条件进入下一个磨耗循环的计算。最后加载磨耗后的车轮型面,研究磨耗对车辆系统通过曲线线路时的动力学性能的影响。

CRH_2-300型动车组车轮型面的多目标优化研究

采用ADAMS/Rail软件建立CRH2-300型动车组的动力学仿真模型,并采用京津城际铁路CRH2-300型动车组300km·h-1速度下的实测数据验证仿真模型的准确性;选择武广客运专线所占比例较大的前3位线路线型(直线线路及9 000和10 000m半径曲线线路)的实际参数建立2个线路模型;选择轮轨磨耗指数、临界速度和横向乘坐舒适性作为CRH2-300型动车组车轮型面优化的目标函数,以横向和垂向乘坐舒适性指标、一位轮对脱轨系数、轮轨最大接触应力、轮轨横向力、车轮表面疲劳因子和动车组临界速度应满足的工程应用条件为约束条件,建立CRH2-300型动车组车轮型面多目标优化设计的数学模型。结果表明:装配优化的型面车轮可使CRH2-300型动车组的临界速度较装配LMA型面车轮时提高23%,且轮轨磨耗指数降低18%。

基于Braghin模型的机车车轮磨耗研究

针对D19E型内燃机车车轮磨耗问题,分析了越南铁路基本技术及D19E型内燃机车结构,采用SIMPACK软件建立了D19E型内燃机车动力学模型,并根据越南干线实际情况建立了线路模型。提出了基于机车动力学模型、FASTSIM算法与Braghin踏面磨耗模型为一体的车轮磨耗计算模型,并发展了相应的数值方法。利用该模型对D19E型内燃机车车轮磨耗进行了仿真分析,采用小波滤波平滑方法对踏面磨耗深度数据进行了平滑,并与现场实测结果进行了对比。研究结果表明,磨耗主要发生在踏面上(-50 mm^45 mm)范围内,轮缘根部处磨耗最大;踏面磨耗量的仿真结果与现场实测结果基本一致,说明该仿真模型能较好地模拟机车车轮磨耗的演化过程,可靠性高。

高速列车车轮不圆顺磨耗仿真及分析

为了研究高速列车车轮不圆顺磨耗的发展规律及其对动力学性能的影响,建立车辆-轨道系统动力学和车轮圆周磨耗预测相结合的耦合模型。模型中考虑了车辆系统的一、二系非线性悬挂力、轮轨非线性接触几何关系和非线性蠕滑力,并考虑了轮对的一阶弹性弯曲和扭转振动。轨道模型包括基于Euler梁的弹性钢轨和刚性轨枕。假设车轮型面不发生变化,只有车轮圆周方向不圆度发生变化,并假设车轮不圆顺的发展由磨耗引起。采用Herzt接触弹簧计算轮轨法向力,采用迹线法实时计算轮轨接触几何关系。通过数值仿真研究车轮不圆顺对车辆动力学性能的影响和不圆度的扩展规律。计算结果表明,车轮不圆顺会引起较大的轮轨垂向力,并与车轮不圆顺的谐波阶数、波深和车速有密切关系。由于车轮不圆顺引起的振动频率一般较高,车体平稳性指标对其不一定很敏感,但会增大车体振动响应,影响乘坐舒适性。在车轮初始不圆顺的情况下,随着运行距离的增加,车轮会因磨耗而加剧其不圆顺。轨道激扰不会掩盖车轮不圆度的扩展规律。

应用数值模拟的钢球检测展开轮磨损寿命预测

磨损是轴承钢球展开轮的主要失效形式,展开轮磨损达到一定程度则对钢球表面的展开作用失效。针对展开轮寿命预测问题,根据展开轮结构和展开原理建立展开轮的临界失效条件,以经典的Archard磨损模型为基础,结合有限元法,提出离散化的Archard磨损模型,并建立展开轮磨损寿命预测模型。利用ANSYS软件对展开轮磨损进行数值模拟,得到磨损深度与磨损次数的关系方程。通过算例验证了本寿命预测方法的有效性,为钢球检测展开轮系列化设计和实际应用提供了理论基础。

客车车轮型面的多目标优化设计模型研究

分别以与轮轨磨耗指数、临界速度和轮轨横向力相关的3个函数为目标函数,以圆弧型车轮型面的圆弧半径和圆心坐标为设计变量,以Nadal脱轨系数最大值不超过GB 5599—85标准规定的1.0、轮轨最大接触应力不超过车轮材料剪切强度3倍和车轮滚动接触疲劳因子小于0的要求为约束条件,给出了铁路客车车轮型面的多目标优化模型。以欧洲ERRI 200 km.h-1标准客车为例,利用铁道车辆动力学仿真软件ADAMS.2005/Rail建立铁路客车动力学模型,并用给出的型面优化模型对其LMa车轮型面进行多目标优化设计,结果表明,踏面型面优化后的车辆临界速度提高约50%,车辆通过曲线时的轮轨磨耗指数下降约12%。