牵引动力国家重点实验室加强基础性研究顺利通过世界银行专家组检查

牵引动力国家重点实验室是铁道部唯一的一个国家级重点实验室,承担着我国铁路高速重载新型机车车辆繁重的研究试验任务.自一九九五年正式运行以来,实验室已在机车车辆动力学试验方面,完成了25吨轴重重载货车、160km/h 准高速客车、200km/h 韩国豪华客车及250km/h 高速动力车等七项大型试验,为我国的新型机车车辆研制成功发挥了重要作用。

牵引动力国家重点实验室第二届学术委员会第一次全体会议在我校举行

在我校百年校庆期间,5月16日在西南交通大学牵引动力国家重点实验室会议室召开了牵引动力国家重点实验室第二届学术委员会第一次全体会议。上午为学术委员会全体会议,下午为学术报告会。到会委员共16人,缺席8人。

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。

新型城市轨道交通车辆切削式防爬器研究

[目的]当前,切削式防爬器存在切削初始峰值力过高问题,会出现刀具脱落或断裂,造成防爬器失效的情况。而且,既有双切削式防爬器极易出现内部切屑在管内堆积的情况。因此需对新型城市轨道交通车辆切削式防爬器进行研究。[方法]先建立切削式防爬器的有限元模型,通过将切削式防爬器的切削力、碰撞吸能仿真结果同相关文献的试验结果对比,验证有限元模型模拟方法的准确性。介绍蜂窝切削复合式防爬器和改进的内外双切削式防爬器的工作原理,并通过有限元模型的模拟计算,分析两种新型切削式防爬器的切削性能。[结果及结论]在切削式防爬器出现初始峰值力的位置设置诱导槽,可以有效地降低该峰值力;诱导槽的深度不小于切削深度效果更佳;诱导槽的宽度过大,会导致二次峰值力的增加,且刀具通过该诱导槽之后切削力会出现较大波动。与传统的抽屉式蜂窝防爬器相比,蜂窝切削复合式防爬器不仅吸能能力极为优秀,还能更换部件,具有可重复利用的特性。新型内外双切削式防爬器能将切屑从管内顺利排出,从而避免了切屑堆积。对比单切削式的防爬器,新型内外双切削式防爬器的吸能性能更优。

快速轨道交通列车分段制动防滑控制仿真

轨道交通列车的防滑控制性能过差会影响列车的制动性能和稳定性能,为了提高轨道交通列车的安全性,以分段制动的方式控制轨道交通列车的滑动状态,提出快速轨道交通列车分段制动防滑控制仿真方法。通过分析轮轨间粘着力和滑移变化曲线建立轨道交通列车的纵向运行学模型,并以上述模型为基础,将轨道交通列车的整体制动过程分割成多组制动区段,通过将单位制动区段与滑模控制器结合,实现轨道交通列车的分段制动防滑控制。仿真结果表明,无论是在轨道粘着条件始终维持在较低水平的工况条件下,还是在轨道粘着条件发生突变的工况条件下,所提方法控制下的实际行驶速度均与目标行驶速度吻合,验证了上述方法具有较好的控制效果。

城市轨道交通车体垂向振动对弓网受流性能的影响

[目的]既有对接触网系统动力学仿真的研究大多基于受电弓底座仅有纵向自由度的假设,忽略了轮轨激励引起的车体垂向振动对弓网受流性能的影响,需要将车辆-受电弓-接触网(以下简称“车-弓-网”)作为一个整体予以研究。[方法]分别建立了刚性接触网、柔性接触网两种接触网类型下的弓网耦合动力学模型及车-弓-网多体动力学模型。在案例线路上进行了弓网动态受流试验,对所建的刚性接触网车-弓-网多体动力学模型的计算结果进行了可行性验证。基于列车运行速度为80 km/h、90 km/h、100 km/h、110 km/h及120 km/h五种速度工况,选取了其中两种速度工况对刚性接触网受电弓绝缘子底座处的垂向动态响应进行了分析,并在五种速度工况下分别对两种接触网类型下弓网模型、车-弓-网模型的各动态响应参数进行了对比分析。[结果及结论]所建车-弓-网多体动力学模型的模拟计算结果是合理的。车体振动会对弓网受流性能产生一定影响:柔性接触网下车体垂向振动对弓网受流性能影响很小,可不予考虑;刚性接触网下,与未考虑车体垂向振动的弓网模型相比,考虑了车体垂向振动的车-弓-网模型计算得到的弓网接触压力统计最小值、弓头最大抬升位移均随列车运行速度的增加而增加,弓网接触压力统计最小值变化率的最大值为24.7%,弓头最大抬升位移变化率的最大值为4.2%。

轨道交通车辆转向架轴箱轴承故障声学特性分析

[目的]为解决轨道交通车辆转向架轴箱轴承在轨道服役工况下故障难以辨别的问题,需对该故障声学特性进行研究。[方法]以轨道交通车辆转向架故障轴箱轴承为研究对象,考虑外加载荷和激励,引入非规则故障,结合转子-轴承系统,建立了轴箱轴承系统动力学模型。依据脉动点声源辐射方式,采用数值仿真软件搭建了轴承内外圈非规则故障声音信号模型,探究了轴箱轴承在轨道服役工况下内外圈故障特性,以及载荷、转速对轴承声音信号特征参数的影响。利用轴箱轴承试验台进行了不同工况下故障轴承声音信号试验,并对其结果进行了分析。[结果及结论]内、外圈故障轴承和正常轴承声音信号都会出现对应的特征频率和倍频,但内圈故障轴承声音信号的倍频附近会出现转频的调制频率。随着转速递增,内、外圈故障轴承和正常轴承的特征参数均会出现特有且明显的正相关趋势,其中时域波形指标随转速增大而减小,特征频率幅值随转速增大而线性递增。随着载荷递增,内、外圈故障轴承和正常轴承的特征参数均会出现特有且明显的正相关趋势,其中时域方差指标随载荷增大而增大,特征频率幅值随载荷增大而线性递增。

市域列车牵引变压器声辐射特性与降噪措施分析

为了研究牵引变压器对市域列车车内噪声的影响,建立了牵引变压器电磁场-结构力场-压力声场的多物理场耦合模型和车内噪声仿真模型,分别通过变压器辐射试验和车内噪声试验验证了牵引变压器和车内噪声仿真模型的有效性。牵引变压器噪声仿真模型考虑了铁心材料的各向异性与磁致伸缩的非线性,车内噪声仿真模型考虑了车体结构特征。为了降低变压器对车内噪声的影响,根据牵引变压器辐射噪声产生机理与现场试验结果,从变压器的结构与电磁参数两方面提出了降噪措施。基于所建立的变压器和车内噪声仿真模型,对降噪措施进行了仿真分析。研究结果表明:铁心刚度增加60%与磁通密度降低10%的降噪方案,降噪效果最明显,车内噪声总值分别降低了8.2 dB(A)与4.4 dB(A),且降低铁心磁通密度在50~5000 Hz内对噪声均存在抑制作用;夹件垂向刚度与夹件横向刚度分别增加80%与60%的降噪方案,也可有效降低牵引变压器辐射噪声总值,但仅能抑制一定频率范围内的噪声。

抗蛇行减振器布置对动力车横向动力学性能影响及机理研究

为解释国内某同等级两种不同款动力集中动车组动力车实际运行中表现出的横向平稳性特征差异,针对该动力车分别采用四种抗蛇行减振器布置方式进行动力学仿真对比研究。通过Simpack软件建立整车动力学模型,分析抗蛇行减振器横向安装角对车体前后端横向平稳性及其差异的影响,利用模态分析法探究其对蛇行稳定性与车体横移摇头模态相位差影响。此外,引入抗蛇行减振器附加横向力与力矩相位角,以阐释布置方式对动力车横向平稳性影响机理。结果表明:对于抗蛇行减振器开口向内布置,减小横向安装角对动力车横向动力学性能有利;开口向外布置时,适当的横向安装角有利于改善横向平稳性和蛇行稳定性,明显减小甚至消除车体前后端横向平稳性差异;斜对称和反斜对称布置时,横向安装角对动力车横向动力学性能影响较小,但易形成较大的车体前后端平稳性差异。建议该B0-B0型动力车采用抗蛇行减振器开口向外布置,且横向安装角的选取范围为3°~5°。

钢轨快速打磨车动力学仿真研究

为研究钢轨快速打磨车服役时的动力学性能,建立了考虑打磨小车与大车、磨石与钢轨之间相互作用的钢轨快速打磨车模型,并进行动力学仿真分析,得到了该车在直线和曲线上运行时不同作业状态下的动力学性能。研究表明:钢轨快速打磨车的大车在自运行、非工作和工作状态下的临界速度分别为178 km/h、176 km/h、169 km/h,打磨小车在非工作和工作状态下的临界速度分别为145 km/h、119 km/h,均能满足80 km/h及以上的速度要求。在不同半径的曲线轨道上运行时,大车和打磨小车的曲线通过性能均随曲线半径的增大而提高,且均能满足标准要求。在不同欠超高量的曲线轨道上运行时,欠超高量越小,打磨小车在作业状态和非作业状态下的曲线通过性能越好,作业状态受欠超高量的影响相较非作业状态较小,且打磨小车的曲线通过安全性在所研究的超高范围内均能满足标准要求。

转盘式转向架车辆动力学性能分析

[目的]相比于传统转向架,新型转盘式转向架具有较小的回转阻力系数及良好的曲线通过性能,因此有必要对其车辆动力学性能进行分析。[方法]基于SIMPACK动力学软件,建立转盘式转向架和传统转向架车辆动力学模型;对比分析了两种转向架形式下的回转阻力系数、曲线通过性能、车辆动力学性能;研究了轴承摩擦因数对转盘式转向架车辆的动力学性能影响。[结果及结论]两种转向架形式下,当通过曲线半径为110 m、设置限速为30 km/h时,在新轮和磨耗轮工况下,转盘式转向架车辆的脱轨系数、磨耗数、轮轴横向力显著优于传统转向架车辆,转盘式转向架车辆的轮重减载率略优于传统转向架车辆。当以不同车辆运行速度通过直线线路时,两种转向架形式的车辆平稳性随着车辆运行速度的增大而增大。在新轮工况下,转盘式转向架车辆的横向平稳性明显优于传统转向架车辆,转盘式转向架车辆的垂向平稳性略优于传统转向架车辆。在磨耗轮工况下,转盘式转向架车辆的横向平稳性和垂向平稳性均明显优于传统转向架车辆。当转盘式转向架车辆的回转受到限制时,车辆的稳定性、横向平稳性和曲线通过安全性均随着轴承摩擦因数的增加而恶化,但各值均在标准规定范围内。

城市轨道交通列车防倾覆装置研究

[目的]城市轨道交通列车在其运行过程中可能会出现碰撞、脱轨及倾覆等状况,需对此时列车的动态行为以及防倾覆技术进行研究。[方法]结合车辆实际风挡结构以及车辆运行的动态包络,提出了在车间安装安全带绳索作为防倾覆装置的方案,同时详细说明了该装置的结构及其接口位置。根据城市轨道交通列车动力学参数建立相应的动力学仿真模型,考虑车辆倾覆工况的实际条件,分别对列车进行有、无防倾覆装置的动力学仿真分析,并在合理的位置设置了防倾覆装置。通过动力学仿真软件对该装置的防倾覆效果进行验证,并对防倾覆装置安装座的静强度进行检算。[结果及结论]车间安装安全带绳索防倾覆装置的列车在倾覆力作用下能有效地减小车辆侧滚角,防止车体因侧滚角过大而发生倾覆,满足设计要求。在最大拉力作用下,安全带绳索防倾覆装置安装座的静强度未超出许用应力,其结构强度满足相关标准要求。

重点实验室参与本科教学实践的启示

本文比较了基础、专业教学实验室与重点实验室的差异,着重介绍了重点实验室向本科教学开放的过程、特点及取得的一些成果和体会。

异步牵引电机谐波转矩对机车动力学的影响

基于对机车异步牵引电机谐波转矩的分析,导出了谐波转矩的计算公式,建立了机车动力学计算模型,并对机车直线和曲线运行时的动力学参数进行了计算.计算结果表明,异步牵引电机谐波转矩对驱动装置的动力学性能和机车的纵向动力学性能影响较明显,而对机车整体动力学性能的影响较小.

牵引及制动操纵对重载机车轮轨动力作用的影响

基于列车纵向动力学理论和车辆—轨道耦合动力学理论,建立考虑钩缓系统中车钩纵向、横向和垂向作用力的重载列车—轨道耦合动力学模型。以机车牵引万吨列车为考核工况,分析牵引和制动时机车的受力特点,研究牵引力、制动力及车钩力对机车运行性能的影响过程和影响程度,并对理论模型进行试验验证。结果表明:在牵引、电制动及紧急制动工况下,直线线路上机车的轮重分别较惰行工况降低了约13,7和4kN,单纯的牵引或制动力可降低轮轨横向蠕滑力,间接造成轮轨横向力的小幅增大,但轮轴横向力基本不变;车钩力可通过车钩摆角产生横向分量,并传递到轮轨界面,改变轮轴横向力的整体变化趋势;若车钩偏转3°,在电制动工况下,前部机车承受的压钩力较大,引起的轮轴横向力增幅达18kN,在紧急制动工况下,机车上的压钩力幅值小,引起的轮轴横向力在8kN以内。

高速铁路接触网动力学响应实验及仿真

对接触网在受电弓/接触网垂向耦合振动过程中的瞬态位移和应力响应进行研究。对某试验接触网进行了动应力测试实验,并与有限元计算结果进行比较,误差在10%以内。利用有限元软件ANSYS建立Re250 0型简单链型悬挂接触网的二维模型,采用模态叠加法进行瞬态仿真分析,得到接触网的位移及应力时间历程。结果说明随着车速提高,接触网振动加剧,动态位移和应力显著增加,对接触网的疲劳和安全可靠性会造成严重影响。

基于PC-Crash的交通事故仿真实验设计

建立了PC-Crash软件进行交通事故仿真实验的步骤,用一例行人参与的人车碰撞事故进行了事故过程再现的研究。结果表明,结合事故中的车损情况、人伤分析和现场物证,所设计的交通事故仿真实验能达到交通事故再现的目的,且具有事故再现过程的直观可视性,可用于交通事故再现的本科实验教学课程。

牵引杆附加刚度效应对地铁车辆垂向动力学性能的影响

为了解决地铁车辆踏面过度磨耗、剥离、失圆及产生的车体垂向动力学性能超标问题,通过车辆结构理论分析及动力学仿真,研究了牵引杆的附加刚度效应.结果表明:车辆制动系统不是导致上述问题发生的主要原因,短牵引杆及其两端大的连接刚度引起的附加刚度效应是导致车体对垂向振动冲击敏感的根源;在车辆制动或通过曲线轨道时,牵引杆装置的附加刚度效应可降低二系悬挂系统的隔振能力;考虑牵引杆的附加刚度效应时,车辆对垂向振动的冲击响应显著增大;将牵引杆的连接刚度减小到现有刚度的25%时,可以降低车体对垂向冲击的响应,改善车辆的垂向动力学性能.

城市轨道交通轨枕间距调整对车辆轨道系统的动力学影响

在城市轨道交通建设轨道设计过程中,由于现场客观需要,经常需要局部增大轨枕间距。车辆—轨道动力学理论计算结果表明,轨枕间距局部增大后,刚度不平顺对车辆、轨道系统的动力冲击作用是客观存在的,但是这种冲击作用相对较小,对车辆、轨道系统的动力学影响不是控制轨枕间距局部增大量的因素。

机车牵引销冲击动力学特性分析

基于车辆/轨道耦合动力学理论,分析对比了选用两种方案转向架情况下机车动力学特性,以及对牵引销结构冲击的影响。以某型米轨机车为例,结合国外山区线路特征,使用动力学软件SIMPACK构建车轨耦合动力学模型。通过模拟实际线路工况分析发现直线工况下由于牵引销纵向自由间隙的存在,在较差线路上高速运行时,由于轨道纵向激励的影响使得牵引销受到较大的纵向冲击,原始方案三个牵引销按顺序最大纵向力分别为165 k N、197 k N和167 k N;改进后方案的牵引销纵向力最大值为165 k N、141 k N和186 k N。小半径曲线工况下原始方案牵引销与横向止档发生剧烈碰撞,第二位牵引销所受的横向冲击最大,达到259 k N,而考虑车轮磨耗时,冲击将达到785 k N。改进方案牵引销横向冲击较小,均未超过45 k N。结果表明:通过小半径曲线时,牵引销产生的巨大横向力可能是造成牵引销固定螺栓松动、剪断的原因。在较差线路上,轨道不平顺造成的纵向冲击这也可能引起该问题。