悬挂式空轨车辆新型救援装置技术研究

目前悬挂式空轨车辆所采用的救援设备均存在不足之处,不能及时、快速、自主地对车厢内乘客进行救援。基于此,有必要研发一种新型救援技术与装置,以实现在突发状况下对车厢内乘客及时、快速、自主救援。首先通过需求分析和车辆安装接口确定了顶层设计指标;然后进行方案设计和仿真验证并形成了工程设计方案;接着进行功能样机的生产制造,并对样机进行功能和性能试验;最后结合试验结果对设计方案进行改进优化形成最终的技术方案。

结构优化在轨道车辆密封板设计中的应用研究

基于对HyperWorks软件中的Opistruct平台的研究,将拓扑优化和尺寸优化方法引入到前期的结构设计中,结合车辆运行中的气动载荷数据,为某型号轨道车辆的密封板提出了优化改进方案,从而提高密封板的使用寿命。优化结果表明,在该车型轨道车辆密封板的总质量不增加的前提下,刚度和固有频率均得到了较大的提高,从而有效避开了气动载荷的频率范围,为列车产品的结构设计提供了完善的设计思路。

高速磁浮列车表面微结构气动减阻研究

为减少高速磁浮列车运行时气动阻力,降低列车能耗,开展高速磁浮列车表面微结构气动减阻仿真研究。以国内某型高速磁浮列车为研究对象,建立头车+尾车两编组仿真模型,采用瞬态SST K-Omega IDDES湍流模型开展凹球状微结构对列车气动阻力影响仿真研究。仿真结果表明:在列车尾车流线型顶部区域加设凹球状微结构可降低列车整车压差阻力达12.3%,降低列车整车气动阻力3.2%。此外随着凹球状微结构沿流线型表面布置长度增加,气动阻力逐渐降低,布置长度为0.6倍流线型长度时,减阻比例达到7.6%。采用凹球状微结构来改变湍流流动特性是降低列车气动阻力的有效途径。

高速列车车门凹腔结构的流致振动特性

流致振动是高速列车设计和运维过程中需要重点关注的问题之一。针对高速列车司机室车门区域的凹腔结构,利用数值计算、风洞试验和实车线路试验相结合的方法,分析车门区域的流场特征和车门出现流致振动现象的主要原因,据此对车门两侧凹腔结构和扶手进行优化,并对封堵凹腔和扶手内移2种优化方案进行实车试验验证。结果表明:司机室车门上游凹腔结构诱导的展向涡导致车门表面出现高频的脉动压力,列车运行速度越高,压力波动幅值越大,但波动频率锁定在83 Hz,当压力幅值超过车门承受的限值后,车门将出现流致振动现象;气动拉力和气动侧向力是诱发司机室车门流致振动的主要气动载荷,车门宜设置在车体横截面不变区域;通过优化凹腔结构和扶手的形状能够消除司机室车门的流致振动现象;合理改变扶手位置能够减弱凹腔结构引起的流致振动现象;如果要消除流致振动现象,应将扶手改为盖板结构,或者将扶手截面形状改为非圆形截面。

高速动车组轮对压装过程的仿真与分析

基于ABAQUS有限元仿真软件,对高速动车组轮对压装过程进行数值仿真,计算得到的压装力-压入距离曲线(压装曲线)与实验曲线较好地吻合,验证了轮对压装有限元模型的正确性。在此基础上,分析了压装过程中轮对等效应力的分布和变化特点,得到了等效应力极大值出现的时刻和位置;分析了轮对等效塑性应变的变化特点,发现塑性变形区集中在车轴引入段末端周围的小块区域中;计算了不同压装阶段下的车轮变形,得到了车轮轮毂孔、轮辐和轮辋的变形几何特征。文中建立的有限元模型为优化轮对压装工艺和改进轮对结构参数提供了理论依据。

动车组明线会车工况下的设备舱气流组织仿真研究

对动车组在明线会车工况下的设备舱内气流组织进行了仿真分析,计算采用了将明线会车的外流场与设备舱的内流场分开计算的方法。进行了300km/h、400km/h两种交会速度工况的计算。首先运用ANSYS-FLUENT的动网格方法对明线会车设备舱的外流场进行计算,获得了会车历程中各关键时间点下的设备舱各进、排风口处的瞬态压力值,然后将获得的压力值作为设备舱内流场计算的压力边界条件,以此计算出设备舱在不同会车时间点下的各进、排风口的流量值,进而来探寻明线会车工况下设备舱内的各进、排风口流量的演变规律。

高速动车组废水箱模态与冲击仿真分析

高速动车组运行时产生的剧烈振动对废水箱等车下吊挂设备的结构安全可靠性会带来不利影响。对废水箱进行空箱、半箱水和满箱水的模态计算,并对装满水的废水箱进行三向冲击载荷条件下的强度计算。计算结果表明,随着废水箱内水量的增加,其固有频率会逐渐减小;在三向冲击载荷条件下,车下废水箱的强度能够满足设计运用要求。

基于近场声全息技术的城市轨道交通列车车内声源识别研究

近场声全息技术是进行室内空间噪声源识别的重要技术方法之一,为有效控制城市轨道交通列车车内的振动噪声,提高旅客乘坐满意度,在阐述近场声全息算法原理并验证该原理可行的基础上,采用近场声全息技术对列车内部进行全息扫描,对城市轨道交通列车车内侧墙的全息扫描和实验结果进行分析,得到车内侧墙具体的噪声源位置,车内漏声点主要分布在车门缝隙处,以及车窗周边区域,声辐射较为突出的部位位于车门的下半部分的边缘缝隙,从而为城市轨道交通列车内部噪声控制提供依据。

高速列车车体型材的结构灵敏度分析研究

重点介绍了结构灵敏度分析的相关理论以及研究板厚对灵敏度的影响,文中以地板型材为例,将灵敏度分析引入到列车结构优化中,利用有限元法分析其振动响应及结构灵敏度,为结构优化提供依据。

高速动车组轴箱轴承轴向游隙对轴箱体振动的影响

基于多体系统动力学理论建立了转向架刚柔耦合动力学模型,研究了不同轴向游隙对轴箱体振动的影响。结果表明:当轴向游隙大于0.52 mm时,轴箱体的弹性振动起主导作用,使得其横向振动比垂向振动剧烈,因此建议转向架组装后的轴箱轴承轴向游隙控制在0.15~0.52 mm范围内。

高速列车隧道压力波对周边设施影响机理分析

本文利用计算流体动力学(CFD)方法,建立了列车通过隧道的三维计算模型,采用动网格的方法模拟列车通过隧道的过程,并将数值计算的结果与线路测试结果进行了比对,压力峰峰值误差为2.3%,二者吻合较好。研究了列车在通过隧道过程中隧道压力波对周边设施的影响,包括隧道压力波的形成和传播机理分析,隧道压力波对隧道壁面的影响分析、隧道压力波对山体壁面的影响机理分析、隧道出口微气压波产生机理分析以及列车通过隧道的列车风现象,研究结论为铁路沿线隧道的工程设计提供参考。

高速列车气动性能的尺度效应分析

采用数值模拟方法,研究高速列车在不同运行工况(明线运行、明线交会、隧道通过以及隧道交会)下的尺度效应,探析模型缩比对列车气动力及表面压力的影响规律.结果表明:模型缩比越小,头车及整车的阻力系数越大,升力系数越小.对于单车过隧道以及隧道内交会,模型缩比的变化不影响车体表面测点的压力幅值在车体长度方向的分布特性.当列车全尺寸交会时,车体表面压力变化幅值最小.在不同运行工况下,当模型缩比为1/20时,车体壁面的压力变化幅值最大,相对全尺寸工况,幅值增加最多可达6%.研究结果可为将列车小尺度模型缩比试验外推到全尺寸时的数据修正提供理论依据,同时为模型缩比的风洞试验以及动模型试验的方案设计提供指导.

高速列车头型气动反设计方法

基于支持向量机响应面模型,发展高速列车头型有约束气动反设计方法.为了减少流场计算量,针对反设计指标和约束条件分别建立对应的响应面模型,通过粒子群优化算法寻找满足设计目标值和约束条件的反设计外形.为了验证该方法的有效性,以3辆编组真实外形高速列车的1∶8缩比外形为研究对象,将整车气动阻力系数和流线型部分容积作为设计指标,研究单目标无约束、有约束及多目标无约束反设计方法.结果表明:采用提出的反设计方法能够快速得到满足设计指标和约束条件的高速列车头型,很容易拓展为能够解决任意复杂几何外形的多目标、有约束气动反设计方法,有利于提高高速列车头型工程设计的效率及针对性.

高速磁浮列车头型多目标气动优化设计

针对常温常导高速磁浮列车头型的几何特点,将其分为流线型和设备舱2个部分,采用改进的VMF参数化方法和曲面离散方法,分别进行参数化设计;对提取的12个设计参数,结合计算流体力学方法、支持向量机模型和多目标粒子群算法,以整车气动阻力系数和尾车气动升力系数为优化目标,以头车气动升力系数为约束条件,进行高速磁浮列车头型多目标气动优化设计,并进行设计参数的灵敏度分析;对优化外形进行工程化改进和风洞试验验证。结果表明:参数化设计方法能够利用较少的设计参数描述高速磁浮列车头型;减少计算量且提高优化效率的支持向量机模型的预测精度满足设计要求;头型长度是影响高速磁浮列车气动性能的关键设计参数,水平剖面型线对头尾车气动升力的影响较为显著;较原始外形,采用根据工程设计要求改进的优化外形后,整车气动阻力系数减小19.2%,头车和尾车气动升力系数分别减小24.8%和51.3%。

轮轨接触几何非线性对车辆动力学性能的影响

为探究轮轨接触几何非线性与车辆动力学性能的关系,提出一种新的轮轨接触几何非线性参数,即复合等效锥度,讨论伴随车轮磨耗增加,复合等效锥度对车辆动力学性能的影响。以线性等效锥度为基础,通过不同轮对横移量对应的接触宽度差值占比对线性等效锥度进行加权,得到复合等效锥度。实测磨耗车轮型面,对比随运营里程增加不同轮轨接触几何参数的变化规律。基于UM建立车辆动力学模型,讨论轨道不平顺激励下复合等效锥度与车轮磨耗之间的关系以及对车辆动力学性能的影响。研究结果表明:复合等效锥度考虑了轮轨接触几何状态变化,计算时不受轮对大位移时局部磨耗的影响,可以更真实地反映轮轨接触的非线性状态。与等效锥度相比,中低不平顺激励下复合等效锥度对轨道不平顺的大小更敏感。复合等效锥度与车辆动力学性能之间存在明确的对应关系。随着复合等效锥度增加,车辆稳定性下降。当复合等效锥度超过0.29后,车辆动力学性能指标的变化趋于稳定。通过复合等效锥度,可对线路不平顺等级和车辆动力学性能进行评估,对轨道车辆设计与维护有一定指导意义。

不同风挡内倾角度对高速列车气动性能的影响

采用数值计算的方法,并在线路实车试验验证其合理性的基础上,研究不同车间风挡内倾角度的变化(0°、2°、4°、6°、8°)对高速列车车间风挡块的气动力以及表面测点压力的影响。研究结果表明:两侧风挡所受侧向力对称性较好,不同内倾角度,背风侧两侧风挡所受侧向力方向均指向外侧,呈现“外推”状态;迎风侧两侧风挡,0°、2°、4°所受侧向力方向指向外侧,呈现“外推”状态,而6°、8°所受侧向力方向指向内侧,呈现“内压”状态;风挡区域复杂的流动导致两侧风挡所受侧向力与内倾角度并不是线性关系。相对于原风挡,除个别测点外,风挡内倾2°、4°、6°、8°各测点的压力值均增大;内倾6°、8°方案风挡区域各测点的压力值均为正压。研究结论为指导高速列车车间风挡的气动设计提供了指导。

流场分析在地铁车辆踏面制动温度场仿真中的应用

针对地铁车辆踏面制动,建立了车轮车轴的轴对称简化几何模型,并且根据温度梯度的分布特点划分了疏密不同的有限元网格。根据车辆的加速启动、匀速运行、减速制动和进站停止4种不同运行状态,建立了车轮车轴的热边界条件。采用均布热源法计算制动过程中输入踏面摩擦接触区的热流密度。利用CFD软件对车辆不同运行速度下的车轮车轴附近流场进行稳态计算,进而获得不同速度下车轮车轴各表面对流换热系数的平均值,并利用最小二乘法拟合出平均对流换热系数与速度的函数关系。最后针对国内某一地铁线路,计算了连续两次紧急制动和经过9个车站的模拟运营制动(纯空气)两种工况下的车轮车轴温度场,得到了最高温度点的温度值随时间的变化曲线。

高速列车联轴节故障诊断方法研究

联轴节广泛应用于各类机械设备中,用于连接2个传动部件,同时补偿轴向和径向的偏移。当联轴节发生故障时通常会造成巨大损失。由于联轴节工作时高速旋转,很难通过在联轴节上安装传感器监控其运行状态。文章介绍了一种高速列车联轴节故障的间接诊断方法,即从牵引电机电流和转速信号提取联轴节故障特征以诊断其故障。经过台架试验验证,该故障诊断方法有效。

基于实车试验的高速列车隧道压力波影响因素

搭建列车空气动力学在线实车高精测试平台,对列车通过隧道及隧道交会工况下的压力波特性进行实车测试;探究运行速度、隧道长度、阻塞比、编组长度、交会位置等因素对隧道压力波的影响规律;根据隧道内压缩波、膨胀波在隧道内传播、反射、叠加的原理,推导出隧道通过及隧道交会工况下,最不利单线隧道长度、最不利双线隧道长度、最不利交会位置、最不利编组长度等计算公式。研究结果表明:车体表面压力变化幅值与列车速度的平方成正比;车内压力幅值与列车速度的n次方成正比,n的范围为1.3~1.8,n随着隧道长度的变化而变化;研究结果可为高速列车在隧道内运行时的安全性指标提供了压力波评判依据。

整备车辆悬挂系统垂向衰减特性分析

针对车辆系统的振动特点,搭建了双质量系统垂向分析模型;基于悬挂系统的线性假设理论,求解悬挂垂向衰减方程,探究了悬挂垂向衰减的规律;以某型高速动车组为例进行了实车试验,测得了车辆一位端、二位端以及车辆中部截面垂向衰减曲线,试验结果表明悬挂系统垂向振动以指数形式衰减;同时,验证了被试车辆一位端及二位端悬挂参数匹配的差异性,为车辆参数优化提供了数据积累及技术支持.