胶轮地铁道岔侧向通过性影响因素分析及优化

[目的]胶轮地铁车辆在道岔区段由胶轮提供走行支撑,钢轮提供导向,轮轨关系较为特殊。为了提高胶轮地铁车辆的运行品质,有必要对道岔侧向通过性进行研究。[方法]依托墨西哥城地铁1号线新型胶轮地铁车辆,分析了车辆的走行机理,建立了车辆动力学模型,提出了车辆道岔侧向通过性的评价指标;对车辆的主要悬挂参数进行了灵敏度分析,得出了悬挂参数对评价指标的影响系数,运用第二代非支配排序遗传算法对影响较大的车辆悬挂参数进行了优化。[结果及结论]将走行轮垂向力、导向轮横向力、轮轴横向力、走行轮载荷转移系数、车体侧滚角作为评价指标,得出空气弹簧垂向刚度对胶轮地铁车辆道岔侧向通过性影响最大,其余依次为垂向减振器阻尼、导向轮径向刚度等。优化后,车体侧滚角降低了8.7%,走行轮载荷转移系数降低了16.0%,车辆满足以45 km/h的速度通过道岔,且车辆道岔侧向通过性得到提高。

转向架构架表面缺陷的磁粉探伤检测算法研究

针对转向架构架磁粉探伤缺陷识别环节人工目测效率低的现状,提出一种基于YOLO-CET(You Only Look Once based on CoTNet-Efficient-Transformer blocks)的探伤图像缺陷自动识别算法,实现对构架表面真伪缺陷的智能识别。以YOLOv5(You Only Look Once version 5)为基础模型,在骨干特征提取网络引入轻量化CoTNet(Contextual Transformer Networks)网络层,实现缺陷特征的多尺度融合与提取。加入高效通道注意力机制,在不增加网络计算量的同时提高模型的鲁棒性和泛化性。增加一个小尺寸缺陷检测头用于减轻不同尺寸特征带来的尺度方差影响,同时引入视觉自注意力模块,增强小目标缺陷的抓取识别能力。利用自建的构架表面缺陷探伤数据集进行测试,结果表明,与YOLOv5相比,所提出的YOLO-CET使检测平均精度提升33.8%,F1-Score提升0.26,浮点运算量仅增加1.5 B,该模型可实现缺陷的自动检测,有效解决背景误判、细小缺陷漏检等问题。

基于负载观测器的PMSM预测电流控制

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)预测电流控制系统在线优化计算负担大和抗负载扰动性能不足的问题,提出了一种基于负载转矩观测器的PMSM预测电流控制策略。首先,基于离散空间矢量调制构建虚拟电压矢量,并利用无差拍的思想对备选电压矢量控制集进行优化,降低电压矢量寻优的计算负担。然后,为了提高系统的抗负载扰动能力,设计降阶观测器对负载转矩进行实时观测,并将负载转矩观测值按比例前馈至电流环,补偿由负载转矩变化引起的电流波动。仿真结果表明,所提电压矢量寻优策略在保证控制效果的同时有效降低了计算负担,降阶观测器的引入明显提高了系统的抗负载扰动能力。

青藏线双源动车组黏着适应性研究

为了分析运行效率更高的双源动车组在青藏线(格尔木—拉萨段)运行的可行性,建立机车动力学模型并进行了验证;采用动力学方法研究了双源动车组机车(动车)和青藏线成熟运营的HXN3内燃机车在直线段、曲线段和坡道上的牵引黏着系数、牵引力、蠕滑率与速度之间的关系;通过对比2个机车的动力学响应,验证牵引工况下双源动车组的黏着特性.通过分析可以发现:1)机车的牵引黏着系数与机车的牵引力成正比,当车速在40~120km/h时,双源动车组机车的黏着系数由0.19降低至0.09,黏着富裕度则由59.0%提高至85.7%;2)在直线段和坡道情况下,双源动车组的黏着富裕度均大于HXN3机车,对适应恶劣外界环境引起的轮轨黏着下降能力更强,对高原环境的适应性更优;3)曲线段,忽略结构引起的黏降差异,R300m曲线时,双源动车组和HXN3型机车的黏降幅度分别为6.3%和6.8%,R800 m曲线时,HXN3型机车曲线黏降幅度为3.0%,而双源动车组低于限值,可以保证有足够的黏着.

基于自适应虚拟阻抗的光储并网系统谐波抑制策略

经虚拟同步发电机(VSG)控制逆变器并网的光储系统在并网运行时,其并网电流易受电网背景谐波的影响而发生畸变。为解决此问题,提出一种基于自适应虚拟阻抗的谐波抑制策略。首先,通过混合广义积分器提取基波和谐波电流分量,并合成虚拟阻抗;然后,根据并网电流中谐波含量与系统功率调度指令变化关系,设计一种根据并网电流谐波含量变化的自适应虚拟谐波阻抗控制策略;最后,通过实验分析表明院在系统调度指令发生变化前后,采用该策略的系统并网电流谐波抑制效果明显,相比于传统控制策略具有更好的电能质量。

自通风永磁同步电机的气动噪声优化

为准确预测和优化自通风永磁同步电机(SVPMSM)高转速下的气动噪声特性,采用计算流体力学与Lighthill声类比相结合的方法对电机气动噪声进行了仿真计算,其中,采用RNG k-ε模型和大涡模拟对电机内流场进行仿真计算,在此基础上利用Lighthill声类比法进行声学求解,并通过试验进行验证。建立无风道的简化模型研究了风扇不同结构参数对气动噪声的影响,利用整机仿真模型研究了风道膨胀腔结构对气动噪声的影响。研究结果表明,电机在4250 r/min转速下整机仿真计算的气动噪声声功率级与试验值的差距为0.6 dB(A),表明仿真模型能够有效预测电机气动噪声。电机优化研究发现,风扇内半径大小和叶片弯曲弧度的变化对风扇流场结果影响较小,因而气动噪声相差不大;相比于叶片数量较少、叶片不等距排布,叶片数量较多、叶片等距排布时有更好的声学特性;在电机风道中加入膨胀腔对电机噪声的低频有较好的降噪效果,加入长度为94.4 mm的膨胀腔比长度为134.4 mm的膨胀腔有更低的声功率级,同时,风道内设置两个膨胀腔比只设置一个膨胀腔有更好的降噪效果。

高转速条件下CVT金属片强度及磨损分析

【目的】金属带式无级变速器(Continuously Variable Transmission,CVT)在高转速条件下运行时,其各零部件间受力关系复杂,当转速超过8000 r/min时,金属片容易发生磨损,导致CVT使用寿命急剧下降。研究高转速条件下金属带金属片强度及磨损,对CVT在电动汽车应用及发展具有重要意义。【方法】建立高转速条件下金属带的力学模型,利用Ansys Workbench软件仿真分析了不同速比、转速等因素对金属片应力、磨损的影响,并通过模拟试验加以验证。【结果】结果表明,高转速下金属片应力随速比增大而增大,金属片侧面磨损随而增大。

轴类过盈配合结构抗微动疲劳优化机理分析

基于比例车轴疲劳试验,分析微动疲劳强度随直径比和过渡圆弧半径的变化趋势,发现微动疲劳强度随直径比的增大而增大,随过渡圆弧半径的增大而减小。但车轴设计标准中校核微动疲劳强度的名义应力不随结构的变化而变化,因此需找到真正衡量车轴微动疲劳强度的力学参量,阐明结构变化对微动疲劳强度的影响机理。采用临界距离法结合MWCM、Dang Van多轴疲劳准则,用相应的等效应力评估微动疲劳强度随直径比和过渡圆弧半径的变化趋势。结果表明:用等效应力评估的微动疲劳强度与实测微动疲劳强度随比例车轴结构的变化趋势一致。将等效应力评估方法应用于实际轮轴,发现预测的强度随结构的变化趋势和比例车轴一致。可以推定,临界距离法结合MWCM、Dang Van多轴疲劳准则的等效应力强度评估方法可以反映铁路车轴真实微动疲劳强度随结构的变化,阐明直径比和过渡圆弧尺寸的变化对车轴真实微动疲劳强度的影响机理,为铁路车轴抗微动疲劳结构优化提供理论支撑。

智能轨道列车动态无线供电系统无源控制研究

互感变化会引起智能轨道列车动态无线供电系统输出功率波动,影响系统的稳定性和可靠性,而传统的线性控制策略动态性能差,不能很好地适应动态无线供电系统。为此,本文基于无源控制理论(PBC)提出了一种适用于智能轨道列车动态无线供电系统的恒功率控制策略。首先,介绍了智能轨道列车DWPT系统结构,建立了系统等效电路模型,分析了传输特性与启动特性,得到了实现系统恒功率输出所需条件。然后,在此基础上,推导出了DC–DC变换器的EL方程,验证了变换器的无源性;基于无源控制理论,通过能量塑造与虚拟阻尼注入设计了无源控制器,并通过控制流入副边DC–DC变换器电流期望值实现系统输出功率恒定。同时,设计了预充回路保护电气设备,利用车载储能设备反向对DC–DC变换器中的储能元件进行预充电,以防止启动瞬间冲击电流过大。在MATLAB/Simulink中搭建相应的仿真模型进行仿真,并搭建300 kW智能轨道列车动态无线供电系统实验平台进行实验。仿真和实验结果表明:相对于传统控制策略,本文提出的PBC策略可使得DWPT系统输出功率不受互感波动的影响,平均功率维持在298.2 kW,且预充回路能抑制启动瞬间的冲击电流,证实了本文所提控制策略的有效性与正确性,具有响应速度快和鲁棒性强等优势。

柴油机激励下的机车车体振动控制研究

为了对柴油机激励下的机车车体振动进行控制,利用SIMPACK建立考虑柔性车体的机车动力学模型,并对模型的可行性进行验证;利用SIMULINK建立经典地棚阻尼控制器和基于模糊控制的地棚阻尼控制器,通过联合仿真对机车车体振动进行控制及其对比分析。结果表明:相比于刚性车体,考虑柔性车体的机车模型仿真数据与现场实测数据吻合度更高;在机车静止状态下,两种控制策略都有一定的效果,但模糊地棚阻尼器振动控制效果比经典地棚阻尼器振动控制效果更佳,其车辆平稳性和舒适度指标分别改善16.67%和46.79%;机车在正常运行状态下,随着机车运行速度的提高,柴油机对车体振动的贡献比例逐渐减小,对于柴油机减振支座的控制效果逐渐减弱,但在实际运行速度范围内,改善效果仍较明显。

城市轨道交通运营数字化平台设计与实践

在国家提出产业数字化转型以及城市轨道交通数字化发展的宏观背景下,文章聚焦于多层级运营管理模式下的城市轨道交通数字化平台设计研究,依托多年实践经验,深入探索并实施数字化平台的设计方案。该平台整体框架由1张感知网、3个核心平台及6大重点应用领域构成,逻辑功能架构实现系统目标层、全局管理层、项目管理层、支撑平台层、生产层与感知层之间的紧密协作与高效联动,形成“1+N”群集大脑为支撑的物理分布式架构。为验证数字化平台设计的可行性和合理性,以现有运营中的数字化平台原型为基础,结合台州和锡澄线路的实际应用案例进行实践检验,充分展示其在提升城市轨道交通运营效率和管理水平方面的显著成效。

地铁轨道不平顺对车辆运行平稳性的影响

轨道不平顺与车辆运行平稳性密切相关。对我国某地铁线路进行了轨道不平顺和车体加速度测试。使用Welch法估计了该线路轨道不平顺谱,分析了全程数据轨道谱,对比了不同曲线形式轨道谱。基于实测车体加速度,初步探究了轨道不平顺对车辆运行平稳性的影响。结果表明:该地铁线路轨道不平顺谱线幅值较小,整体上小于美国六级谱。该条线路不同轨道类型的轨道谱趋势一致,幅值较相近,不同曲线形式和轨道类型对轨道不平顺谱的影响不大。车体加速度和平稳性指标受轨道不平顺的影响均不大,车速对车体加速度和平稳性指标的影响较大,平稳性指标随着速度的增大基本呈现线性增大,且整体上横向平稳性指标高于垂向的。本研究以期为地铁线路运营维护提供参考。

激光熔覆耐磨铁基合金涂层研究现状

磨损失效作为机械部件的主要失效形式之一,会造成巨大的能源消耗和材料损失。激光熔覆技术作为我国重点发展的再制造技术之一,具有修复效率高、性能优异、绿色环保的特点。综合考虑熔覆层与基体材料的热膨胀系数、熔点及润湿性等匹配性因素,铁基合金成为激光熔覆再制造的主要合金材料之一。结合国内外最新相关研究成果,从合金成分、外加强化相、激光熔覆工艺参数(激光功率、扫描速率、送粉率)等方面对激光熔覆铁基合金耐磨性能的影响进行了综述,系统讨论了合金成分、外加强化相、激光熔覆工艺参数对铁基熔覆层耐磨性能的影响机理,并介绍了铁基熔覆层的磨损失效机理。最后对激光熔覆高耐磨铁基合金涂层的未来发展方向进行了展望。

Mo对钛合金激光焊接接头组织性能影响研究

通过制备不同Mo含量焊材,研究了Mo元素对钛合金激光焊接接头组织性能的影响规律。通过XRD、金相组织、维氏硬度、拉伸性能和冲击韧性对焊缝性能进行分析。结果显示,焊缝中心呈现为粗大的原始β相柱状晶,该柱状晶随着Mo含量的增加呈现出先增大、后减小的趋势。原始β晶粒内部存在着若干相互平行、交错的α'针状马氏体,该马氏体贯穿整个原始β晶粒并止于晶界。随着焊缝中Mo含量的增加,焊缝平均硬度呈先减少后增加的趋势,冲击韧性呈下降趋势。由于4%Mo的焊接接头内部存在气孔,650℃下的拉伸断裂位置位于焊缝,其余Mo含量接头的断裂位置均位于母材。

不同焊丝激光-MIG复合焊接SUS301L/Q450NQR1异种钢接头的组织及性能

为了降低成本,采用ER309LSi和CHW-55CNH两种不同焊丝,利用激光-MIG复合焊对Q450NQR1和SUS301L钢板进行对接焊,对比研究了两种焊丝接头的组织与性能。结果表明:两种焊丝接头均无未焊透、未熔合等缺陷,焊缝表面呈明显的鱼鳞纹;ER309LSi焊丝接头焊缝中心区主要为树枝状结晶的奥氏体以及少量铁素体组成;CHW-55CNH焊丝接头焊缝中心区主要由先共析铁素体以和珠光体组成;CHW-55CNH焊丝接头焊缝硬度(374 HV)大于ER309LSi焊丝接头(217 HV);ER309LSi焊丝接头平均抗拉强度(632.3 MPa)略大于CHW-55CNH焊丝接头(608.6 MPa);两种焊丝接头的中性盐雾腐蚀试验结果相差不大,电化学分析试验结果表明ER309LSi焊丝接头的耐蚀性优于CHW-55CNH焊丝接头。综上,当构件受力或耐蚀性要求不严格的时候,可以用价格较低的CHW-55CNH焊丝替代ER309LSi焊丝。

高功率密度永磁电机磁热双向耦合分析

针对电动汽车永磁电机功率密度提高,热负荷增加温升增大,影响电机运行性能和可靠性的问题,基于三维等效热网络法对高功率密度永磁电机进行磁热双向耦合分析。建立电机三维等效热网络模型,计算指定节点温度。将电磁场有限元模型和热网络模型结合,进行磁热双向耦合计算,求解温度分布,确定电机冷却效果。最后利用流固耦合温度场仿真,分析了两者温升计算的差异。基于三维等效热网络法的磁热耦合温度计算准确性较高,且计算时间大幅度缩短,对计算机备置要求较低,更适用于高密度电机初期结构设计。

高速列车车体主结构型材分级优化设计

基于工程力学和结构优化方法,开展了提高车体整体性能的高速列车车体主结构型材的优化设计研究。首先,依据车体中部区域的变形特点建立现有高速列车车体整体模型和车体完整断面的平面模型,并在整体载荷作用下对两模型分别进行了刚度分析,结果表明用平面模型分析整体载荷下车体中部区域的垂向变形可信度高;然后,利用上述平面模型分析整体载荷下车体中部区域垂向变形可信度较高的特点,建立平面优化模型,并在整体载荷下对其进行型材的拓扑优化;再将优化确定的主结构型材筋板形状及布局更新到车体整体模型中,进而基于主结构型材厚度对频率和质量的灵敏度分析开展以车体第一阶频率最大为目标的尺寸优化;最后,对分级优化后的车体进行性能分析,结果表明:在最大垂向载荷下,车体底架边梁最大垂向位移降低了8.9%,第一阶频率提升了5.6%,结构质量减轻了4.1%。

不同孔径、孔型对环槽铆钉连接副预紧力的影响研究

目前轨道交通装备、铁路桥梁、钢结构站房建筑等节点连接主要有焊接、螺栓连接、环槽铆钉连接三种连接方案,其中焊接、螺栓连接已大规模应用数百年,相关的研究内容已趋于完善。但环槽铆钉连接为新型连接型式,国内相关研究较少,本文就不同孔径、孔型对环槽铆钉预紧力力学性能的影响开展了研究,为各领域技术人员使用环槽铆钉产品提供技术参考。

有轨电车液压制动力控制电磁阀应用

[目的]有轨电车液压制动系统中的控制电磁阀主要包括比例减压阀和高速开关阀。比例减压阀因结构特性,耐污能力差,故障率高;而高速开关阀技术目前仅有克诺尔公司应用,国内厂家鲜有涉及。需对比两种控制电磁阀在液压制动力控制中的应用,评估其结构、工作原理及闭环控制性能,为有轨电车液压制动力控制系统设计提供参考。[方法]介绍了比例减压阀和高速开关阀两种液压制动力控制电磁阀的结构和工作原理,详细阐述了基于比例减压阀和高速开关阀的液压制动力控制原理。搭建有轨电车液压制动力控制试验台,采用闭环控制算法对高速开关阀和比例减压阀分别进行0.5 Hz和1.0 Hz正弦波的压力跟随试验,对比实际压力曲线和目标压力曲线的跟随情况。[结果及结论]基于高速开关阀工作原理的液压制动系统,制动力闭环控制精度高,适用于需要制动力精准控制、自动对标的全自动运行线路;高速开关阀制动力控制响应快,防滑能力突出,可减小车轮擦伤风险;高速开关阀相比于比例减压阀具有耐污能力强的特点,可以降低制动系统故障率。基于高速开关阀原理的液压制动系统值得在有轨电车液压制动技术领域推广运用。

城市轨道交通列车融合检测主机系统研究

[目的]为了保障城市轨道交通的安全运营,满足对轨道障碍物以及弓网、走行部和轨道等关键部件的检测要求,以及解决当前各检测子系统相互独立、整车集成冗余的问题,需对列车融合检测主机系统进行研究。[方法]对主动障碍物检测子系统、弓网检测子系统、走行部检测子系统和轨道几何动态检测子系统进行融合设计,提出一种融合检测主机系统,其中:主动障碍物子系统直接通过交换机接入融合主机AI(人工智能)板;其余各子系统先接入前置主机进行数据预处理,再通过交换机接入融合主机的AI板。[结果及结论]该系统能够实时监测列车的运行状态和运行环境,及时发现潜在安全隐患并发出预警,为城市轨道交通的安全运营提供保障;与现有其他独立检测子系统相比,该系统打破了各检测子系统之间的壁垒,简化了整车集成,能缓解车载设备冗余问题,节约列车的整体功耗,降低系统成本,提高系统兼容性和可扩展性,以及提升系统配置、维护和监控等的效率。