轨底坡耦合轮径差对地铁车辆动力学性能及轮轨接触特性的影响

为了研究轨底坡耦合轮径差对于地铁车辆动力学性能及轮轨接触特性的影响规律,设置了3种轨底坡工况(1/20、1/30和1/40)和5种轮径差工况,通过建立地铁车辆动力学仿真模型和轮轨接触三维弹性有限元模型,分析轨底坡耦合轮径差对地铁车辆直线平稳性和曲线通过性能的影响。结果表明:直线路段车辆平稳性指标受到轮径差变化的影响大于轨底坡变化的影响,轮轨等效应力和接触应力会随着轮径差的增加而增大;曲线路段的各个动力学指标会随着轮径差的增加而增大;综合考虑动力学指标和轮轨接触特性,直线路段下尽量减少使用1/20轨底坡;曲线路段下,可以选择1/30轨底坡,减少轮径差对车辆的影响。

车轮不圆工况下轨底坡对地铁车辆动力学性能影响及最优匹配研究

针对车轮不圆引起的车轮型面变化对轨底坡设置产生的影响,运用SIMPACK软件建立地铁车辆-轨道动力学模型,设置9种轨底坡和2种车轮不圆工况,选用直线和4种不同半径曲线,分析轨底坡耦合车轮不圆对车辆动力学性能的影响;以轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、轮对横移量和磨耗指数作为评价指标,基于熵权法建立多目标优化模型,对车辆直线运行平稳性和曲线通过能力进行评价,得到轨底坡和车轮不圆的最优匹配方案。研究表明,车轮存在不圆时,轨底坡变化对横向平稳性的影响大于垂向平稳性;车轮不圆会增加轨底坡对轮轨垂向力、轮轨横向力、轮重减载率的影响程度;存在车轮不圆时,直线线路以及R300、R400、R500和R600 m这4种曲线线路下,外/内轨最优轨底坡分别为(1/40,1/30)、(1/20,1/30)、(1/40,1/30)、(1/30,1/30)和(1/30,1/30);无车轮不圆时则为(1/40,1/30)、(1/30,1/40)、(1/30,1/30)、(1/30,1/30)和(1/40,1/30)。该研究可以为车轮维护及运营线路设计提供技术支持。

地铁车辆以磨耗车轮通过钢弹簧浮置板轨道时的较好平稳性速度

[目的]为使地铁乘客获得较好的乘车体验,探究轨道线路铺设浮置板时车体平稳性较好的通过速度区间。[方法]利用仿真软件建立了地铁车辆-浮置板轨道-路基的动力学模型,分析了标准车轮及磨耗车轮通过地铁有无钢弹簧浮置板轨道时的车体振动状况。对比了不同速度条件下,增设浮置板前后车体垂向平稳性指标时域及频域的变化;对比了车体在浮置板轨道系统下,车体以磨耗车轮与标准车轮通过时,车体的垂向振动加速度等参数时域及频域的变化规律。[结果及结论]不同速度时,浮置板会使列车的平稳性指标增大,相比无浮置板时平均增长了5.8%;横向平稳性指标在速度低于60 km/h时,其对平稳性指标有减小作用。浮置板系统中,磨耗车轮的存在会加剧车体垂向振动,这种现象在列车高速行驶时表现更突出。地铁车辆通过轨道时的垂向振动加速度频率主要集中在低频区段的0~10 Hz,横向振动加速度频率区段主要集中在0~30 Hz。地铁车辆通过存在浮置板路段且速度在48~60 km/h区间时,磨耗车轮的车体垂向平稳性指标在1.8左右,横向平稳性指标在1.1左右,数值均较低,即车体振动及横向运动较小,平稳性较好。

语义数据标注的轻量化轨道扣件故障检测方法

针对常规深度学习网络规模大、对现场设备硬件要求高且人工标注位置数据复杂费时等问题,提出了一种语义数据标注的轻量化轨道扣件故障检测方法。该方法仅对训练数据做语义标注,改进轻量化Transformer模型,嵌入梯度加权类激活映射(gradient-weighted class activation mapping,简称Grad-CAM)模块对模型输出的特征图权重作映射处理,可将模型对轨道扣件检测效果可视化。将获得的激活图进行二值化定位检测目标位置,实验结果表明,在真实铁路环境下,改进的轻量化轨道扣件模型的准确率为94.31%。

基于结构与性能结合的数字孪生研究进展

近几年,研究人员提出了一种结构与性能结合的数字孪生技术,能够解决一些生产制造系统不可观测性、时变性和设备空间的局限性等问题,有效对研究对象的关键部位进行实时性能预测。对结构与性能结合的数字孪生技术的现有研究进行总结整理。首先从实时性能、数据获取、分析技术等方面,将其与传统数字孪生技术进行对比,同时阐述了两项技术的功能、优点以及应用场景。其次,从结构与性能结合的数字孪生技术实现框架入手介绍其各组成部分,包括代理模型、实时有限元分析、物理虚拟场景构建等组成部分。最后,对该技术的未来发展趋势进行了展望。

地铁车轮非周期不圆对车辆动力学性能的影响

针对车轮非周期不圆(out-of-roundness,OOR)对车辆动力学性能的影响,采用半径偏差法建立了非周期不圆车轮模型,以径向跳动量作为评价非周期不圆的主要参数,设定不同的左、右轮径向跳动量差值,计算车轮非周期不圆径向跳动量差值对车辆振动加速度、轮轨垂向力等动力学指标的影响。结果表明:随着左轮和右轮径向跳动量差值的增大,车辆临界速度降低,振动响应增大;随着运行速度的提高,径向跳动量差值会显著影响车辆运行平稳性;同时车轮径向跳动量差值还会显著影响轮轨垂向力和轮重减载率,当径向跳动量高的车轮在外侧轨道时,更易产生较大的轮轨垂向力,当径向跳动量高的车轮在内侧轨道时,更易发生车轮连续性跳轨。综合分析上述动力学特征,采用轮轨垂向力和轮重减载率作为判断径向跳动量安全限值的指标,地铁车辆运行速度为60 km/h时,径向跳动量差值限制为0.4 mm;运行速度为70 km/h时,径向跳动量差值限制为0.3 mm。

表面硬化对地铁轮轨磨耗性能影响的实验研究

针对地铁轮轨的表面硬化问题,为了进一步降低轮轨的磨耗,通过对某实际运营线路中的钢轨和两种不同车轮钢的摩擦磨损进行实验研究,探讨了材料表面硬化对轮轨耐磨性的影响规律。首先,采用了赫兹模拟准则,对典型工况下地铁车辆的轮轨接触情况进行了模拟;然后,选取了某地铁线路现役的轮轨材料作为研究对象,并确定了其垂向载荷、运转速度和轮轨试样尺寸等实验参数;最后,采用GPM 60摩擦磨损实验机搭建了测试平台,进行了轮轨接触模拟实验,分析了表面硬化与地铁轮轨磨耗性能之间的规律。研究结果表明:车轮试样的磨耗率随表面硬化程度提高而下降,初始硬度较高的微合金化地铁车轮钢表现出更高的表面硬化程度和更好的耐磨性,相较于CL60钢,其磨耗率可降低35.1%,与其匹配的钢轨磨耗率可提高7.8%,轮轨总磨耗率可降低1.6%;建议在运营初期,对轮轨接触面进行喷丸强化处理,预先提高其表层硬度,以减少轮轨磨合阶段时间和初期磨耗量。

地铁轮对复合故障对车辆动力学性能的影响

地铁车辆运行中轮对踏面所产生的异常磨耗故障会影响车辆的动力学性能,严重时可危害行车安全。为分析当轮对同时出现多种故障复合时的车辆动力学性能的变化,利用多体动力学仿真软件SIMPACK构建车辆动力学分析模型,并对轮对踏面施加多边形化和沟槽两种故障。通过比较不同轮对踏面在轨道不平顺下的平稳性指标和安全性指标变化,从而分析出轮对复合故障对车辆动力学性能产生的影响。结果表明,复合故障轮对较单一故障轮对更不利于车辆的动力学性能,且复合故障兼具单一故障的影响特性,沟槽故障主要影响横向平稳性,多边形故障主要影响垂向平稳性并且对轮重减载率的影响显著,故障轮对加速通过曲线线路引起安全性指标值的改变要比减速通过时更大。

地铁车轮不对称磨耗对车辆动力学性能的影响

为了研究车轮不对称磨耗对地铁车辆动力学性能的影响,根据实测地铁车轮型面数据的不对称磨耗现象,设置了车轮同相不对称磨耗、反相不对称磨耗、前后不对称磨耗和初始型面4种工况.运用多体动力学软件SIMPACK建立车辆系统动力学模型,分析比较4种工况对车辆动力学性能指标的影响.结果表明:同相不对称磨耗的车辆安全性能最差,其次是反相不对称磨耗,前后不对称磨耗工况的表现较好,对车辆的安全运行和车轮的维护和镟修具有一定的指导意义.

不同敏感波长轨道不平顺对现代有轨电车运行性能影响分析

为了探究轨道敏感波长对现代有轨电车运行的影响,通过对某独立轮现代有轨电车在不同波长激励时的动力响应指标进行分析,得到电车的敏感波长范围;并以此生成轨道不平顺激励,分析线路在施加此激励前后,车辆通过时参数变化。电车在直线线路运行时,轨向和水平不平顺主要影响横向加速度,高低不平顺主要影响垂向加速度。电车在曲线线路运行时,轨向和水平不平顺分别影响电车的中低速和高速曲线通过性能,两者同时作用时对电车曲线运行具有综合的影响效果,高低不平顺主要改变电车高速曲线运行状态。方向水平逆向不平顺对电车安全性影响会随着波长增大而减小,合理曲线超高能够降低影响,通过分析敏感波长与电车运行的关系,对电车通过不同激励路段形成指导。

基于改进Faster R-CNN的CRTSⅡ型轨道板裂缝检测方法

高速铁路无砟轨道伤损检测维修的准确率和时效性关乎高速铁路的运营安全,采用机器视觉技术进行高速铁路无砟轨道板裂缝伤损检测可极大提升检测工作的准确率和效率,为此根据CRTSⅡ型轨道板裂缝伤损样本数据特点,提出一种基于改进Faster R-CNN的方法对轨道板裂缝进行检测。该改进方法将检测问题转化为定位问题,精简网络模型,其主干网络选用残差网络,避免网络深度过深而导致学习速度下降;引入引导锚框,以减少冗余锚框,提高检测针对性;采用Soft-NMS算法,改善轨道板裂缝检测的重叠状况,提高裂缝检测效果。为评估该改进方法的可靠性,建立CRTSⅡ型轨道板裂缝检测评价标准,并依据该评价标准将改进方法与R-FCN,YOLO-v5,Faster R-CNN及YOLOx网络算法进行对比测试。结果表明:提出的改进方法综合表现优于其他算法,具有更高的准确率以及最小的漏检率,最佳模型查准率为95.9%,查全率为89.6%,相较于其他几种经典算法分别提高了约2%~4%和2%~6%,能够较好地应用于CRTSⅡ型轨道板裂缝检测场景。

轨道车辆车体焊补设备的设计

基于摩擦搅拌焊技术,设计了轨道车辆车体焊补设备,可用于轨道车辆车体侧墙的维修。从工作原理、机头、升降机构、固定机构、电气控制系统等方面对这一焊补设备进行了介绍。

不同牵引特性城轨列车车轮磨耗与疲劳研究

针对列车频繁牵引起动对车轮磨耗与疲劳损伤产生的影响问题,在恒定牵引力的基础上,探究了不同牵引特性曲线恒功率区转折点速度对车轮磨耗与疲劳的影响规律。采用SIMPACK和MATLAB软件进行联合仿真,建立了不同牵引特性下城轨列车动力学模型和基于Archard的车轮磨耗模型,分析在牵引电机不同起动转矩下牵引特性曲线恒功率区转折点速度对城轨列车轮轨蠕滑率、车轮磨耗深度、磨耗面积以及疲劳指数的影响规律。结果表明:列车牵引起动过程中,电机起动转矩越大,轮轨蠕滑率、车轮磨耗深度和磨耗面积也越大,而疲劳指数则越小;电机起动转矩一定时,随着列车牵引特性曲线恒功率区转折点速度的增大,轮轨蠕滑率、车轮磨耗深度和磨耗面积也增大,疲劳指数则有所减小;当电机起动转矩从800 N·m增大到1400 N·m,车轮磨耗深度和磨耗面积增长率最大为6.9%和12.6%,而疲劳指数下降率最大为7.2%;当恒功率区转折点速度从50 km/h增加到80 km/h,车轮磨耗深度和磨耗面积增长率最大为4.4%和4.3%,疲劳指数下降率最大为1.9%。本文研究了车辆起动转矩与恒功率转折点速度变化对车轮磨耗与疲劳的影响规律,可为车辆牵引特性设计和电机控制以及车轮运维提供参考。

不同曲线半径下轨底坡与轮径差最佳匹配研究

为了研究不同曲线半径下地铁车辆动力学性能最优的轨底坡与轮径差最佳匹配,运用SIMPACK软件建立了地铁车辆动力学仿真模型,设置9种轨底坡工况和5种轮径差工况,以轮轨横向力、轮对横移量、脱轨系数、轮重减载率和轮轨磨耗指数作为车辆动力学性能的评价指标,以4种不同C型曲线半径作为研究对象,分析45种轨底坡和轮径差耦合工况下各指标的变化规律。采用熵权法对各指标进行加权求和处理,得到不同工况下的车辆动力学性能综合得分,最终分析得出车辆在不同半径曲线下轨底坡和轮径差的最佳匹配。研究结果表明:在300,400,500,600 m这4种曲线半径下,外轨轨底坡、内轨轨底坡和轮径差最优匹配方案分别为(1/20,1/40,+1),(1/20,1/40,+1),(1/30,1/30,-1),(1/40,1/30,-1)。

轨底坡耦合车轮动态型面下地铁轮轨接触特性

为探究地铁车轮型面动态变化与轨底坡设置的关系,跟踪测试了运行里程5万、8万、14万公里车轮磨耗型面,研究轨底坡耦合车轮动态型面时的轮轨接触特性;以车辆动力学理论为依据,根据实测地铁车辆参数,建立了车辆系统动力学模型;基于轮轨接触几何关系和非赫兹滚动接触理论,建立了轮轨滚动接触计算模型;以轮轨接触点和接触位置、滚动圆半径差、接触角、等效锥度、蠕滑率、接触斑面积和最大接触压力作为轮轨接触几何和力学性能指标,分析轨底坡耦合车轮动态型面对轮轨接触特性的影响规律。结果表明:LM标准型面和5万公里车轮磨耗型面与1/20轨底坡匹配时轮轨接触点分布均匀;随着运行里程增加,车轮磨耗型面变化,轮轨接触恶化,轮对横移量4 mm下,8万和14万公里车轮磨耗型面与1/20轨底坡匹配时各指标出现断点。

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。

基于排队论的某食品零售店收银系统优化研究

对于某食品零售店高峰期排队结账时间较长的问题,提出两种针对性的解决方案。通过选取节假日客流高峰时间段的数据进行现场采集,基于运筹学中的排队理论对该食品零售门店高峰期两小时的实际客流进行统计,运用python建立M/G/2模型,利用真实数据进行模拟仿真,根据仿真结果提出两种可行的优化方案,并对优化方案进行仿真计算。计算结果表明,不论是收银系统的改变还是排队模式的改变,都能够更加充分地利用环境资源、硬件资源和人力资源,能帮助该类门店缓解高峰时期客流拥堵的现象,由此见得,优化后的系统相较于优化前更加高效合理。这样门店就能够将更好的服务提供给消费者,从而提高消费者的满意程度,为企业带来更大的效益,门店可以根据实际情况安排合适的优化方式。

基于Transformer-LSTM网络的轴承寿命预测

轴承是旋转机械设备中的重要部件,由于工况、材质、加工方式等原因,轴承寿命时长相差许多。传统的并行或串行神经网络预测方式,对数据集有一定要求。因此,需要一种能够适用于不同数据长短的轴承剩余使用寿命预测网络。为此提出了一种能够预测不同寿命时长的Transformer-LSTM串并行神经网络预测模型。通过将Transformer解码层进行重构,并与长短期记忆时序神经网络(long short-term memory,LSTM)网络结构融合,实现轴承寿命数据的串并行预测处理。试验结果表明Transformer-LSTM神经网络能够精准预测长、中、短不同寿命时长的轴承失效时间,具有较强的模型泛化能力,提升轴承寿命预测精度与模型的泛化能力。

可见近红外波长标准物质的研制

为拓宽标准物质波段范围,采用物化性能稳定的掺杂有镨钕稀土元素的玻璃作为可见波长的标准物质的原材料,同时采用物化性能稳定的聚苯乙烯片(厚度1 mm)作为近红外波长的标准物质的原材料,利用二者互不影响的特点,并且将其叠加使用会拓展波段范围,由此研制了可见近红外波长标准物质。以F检验法对样品的均匀性进行了检验,用线性拟合法对样品的稳定性进行考察,通过溯源至国家基标准的方式解决了溯源性,确定了标准物质中的波段范围为430 nm~2 550 nm,不确定度为0.1 nm~1.0 nm。弥补了当前标准物质中波段范围覆盖太窄的缺陷。

变位设计对斜齿轮系统动态特性影响研究

为了研究不同变位设计下斜齿轮的动态特性,以标准斜齿轮和变位斜齿轮为对比研究对象,基于拉格朗日动力学建立了斜齿轮传动系统动力学模型;采用解析法求解变位斜齿轮时变啮合刚度,分析了不同变位系数对啮合刚度的影响;将不同变位设计下的斜齿轮时变啮合刚度与动力学模型结合,分析了不同变位设计对斜齿轮系统动态特性的影响。结果表明,斜齿轮正传动修正能够减小时变啮合刚度,从而减小啮合力;负传动修正能够增大时变啮合刚度,从而增大啮合力。研究可为后续斜齿轮传动的设计和优化提供一定的参考。