铁道车辆在轨道几何不平顺激扰作用下会产生车体晃动,严重时影响乘坐舒适性和行车安全.对车辆晃动问题进行深入研究后,发现除了传统定义的轨向、高低、轨距等轨道几何不平顺之外,诸如钢轨不均匀磨耗、轨底坡变化等其他形式参数的改变也会对车辆系统产生激扰,造成车辆异常晃动.为研究钢轨廓形变化等因素对车辆系统的激扰作用,将轮轨系统视为整体并进行轮轨接触分析,基于对轮对平衡位置的研究,提出了考虑多种激扰综合作用下广义不平顺的定义以及定量计算方法.基于该方法可量化分析不均匀磨耗和轨底坡变化等因素对车辆的激扰,解释并指导解决部分类型车辆异常晃动问题.
相比其他悬浮模式,混合悬浮具有节能环保、快速高效等优势,是未来悬浮模式发展的重要方向之一.文中提出一种优化的混合悬浮电磁铁结构,利用等效磁路法对电—磁关系进行推导,通过ANSYS仿真分析不同钢板尺寸下的电磁场变化,综合理论和仿真结果,对钢板结构提出改进方案,并通过仿真对结构尺寸进行优化设计;根据某型磁浮列车的悬浮力要求,通过三维仿真对永磁体厚度等参数进行优化设计;最后利用试验台进行悬浮力试验,对比仿真和试验结果.结果表明,改进后的电磁铁能减小漏磁,与传统结构相比悬浮力增大约 15%;仿真结果与试验结果接近且根据实例设计的电磁铁能满足各工况悬浮能力的要求.
文章研究了适用于地铁牵引系统的异步电机无速度传感器矢量控制方法,在闭环全阶转子磁链观测器基础上推导出转速自适应辨识算法,重点针对无速度传感器控制技术在工程实践应用中的难题—带速重投,提出了一种直流脉冲注入结合磁链锁相环以及零转矩修正的两段式带速重投策略.最后通过硬件在环仿真测试以及地面对拖试验证明该无速度传感器控制系统具有良好的动静态性能,并且可以在较小电流、转矩冲击下快速地完成带速重投过程.
针对铁路车辆悬挂件疲劳失效问题,回顾了振动疲劳相关理论和既有公开发表的研究成果.梳理并研究了线路试验、台架试验和仿真评估等适用于铁路车辆悬挂件的振动疲劳强度评估方法;针对动应力测试数据的时域统计评估,提出了适用于带拐点的S-N曲线的等效应力计算公式.阐述了为提高铁路车辆悬挂件疲劳性能,在产品结构设计和运用维护方面可采取的改善措施;为避免系统在周期性激励下发生共振,经分析计算,给出了激励频率比的建议避让区间.最后以实例详细说明了悬挂件振动疲劳评估过程、疲劳问题原因分析、结构优化和验证过程,改进效果显著,表明所提方法对提升车辆悬挂件可靠性、确保车辆安全运用具有指导意义.
文中介绍一种应用于制动夹钳单元、踏面单元等制动器的可靠性试验台.试验台满足UIC 541-01 标准,可完成纵向±2.5°倾角的疲劳试验.同时,基于六自由度平台设计,试验台可模拟制动盘或车轮相对构架±10 mm的横向位移、绕垂向±1°转角及模拟垂向盘片摩擦等工况,模拟车辆运行极限状态,能够对新制动器进行累计不少于 100万次的制动、缓解疲劳试验.
针对转向架非主体结构件进行模态频率规划及试验、仿真的方法以解决共振疲劳问题.首先梳理了车轮多边形、钢轨波磨、轨枕通过、P2共振等轮轨激振频率作为频率优化的边界条件并与IEC 61373中的试验频率范围进行了差异对比,给出了构架上设备大于 100 Hz和轮对上设备大于 250 Hz的模态频率一般建议,并建议基于线路主激振频率按 1.414 或 1.19 作为频率间隔参考系数进行模态频率优化.另外对比了某转向架天线梁实测振动量级高于IEC 61373 的功能振动试验,说明了车轮多边形对振动量级的影响很大,建议优先采用实测振动量级进行试验并给出了试验方法,并针对缺少实测数据的情况给出了一种基于IEC 61373 标准放大的试验量级.最后给出了采用Workbench进行仿真计算的方法,结合转向架管夹座优化示例,通过模态频率计算、随机振动仿真对比分析了结构优化方案的选择,从而实现提高结构寿命的目标.
动车组配置电子沙位显示装置实时检测和显示沙箱中的沙位信息,用于指导日常检修维护工作.文中阐述了电子沙位显示装置的技术要求、组成原理,以及沙位传感器检测原理.对某型动车组在冬季频繁发生电子沙位显示装置不能正确检测沙位信息的故障原因进行了分析,确定故障原因为沙位传感器检测距离设定值不满足低温环境使用要求.提出将沙位传感器检测距离设定值由 0～5 mm更改为1～2 mm的改进措施,以满足-40～+70℃环境温度使用要求,经高、低温试验验证改进措施有效.
建立了动力集中动车组车体的有限元模型,基于结构优化对变压器梁进行减重设计.以质量最小为目标,进行变压器梁在牵引工况下的拓扑优化,根据优化结果进行几何重构,对重构模型进行尺寸优化,达到减重目标.当变压器梁的材料采用Q345时,通过优化设计可以减重 137.7 kg,减重 21.7%.采用Q460 材料时,变压器梁减重了 234.9 kg,减重 37.0%.结果表明文中提出的拓扑优化+尺寸优化的结构优化设计方法对车体零部件减重设计效果明显.
在既有速度 250 km/h中国标准动车组电气柜产品技术基础上,开展了设计优化,从系统角度探讨了多领域成熟技术在动车组电气柜上的应用,提出信息分析与诊断关键算法.通过开发集成化的电气柜产品,研究电气信息数据记录、传输、分析与诊断技术,完成了系统软硬件开发与研制.实践表明该产品可以有效地进行动车组电气柜状态智能自检测.
对大秦线列车管减压量偏大的重载组合列车的制动施加时间、地点、线路数据和机车数据进行了统计分析,确定环境温度升高是引起列车管压力上升的主要原因,通过理论计算的方法研究了不同条件下环境温度升高对列车管压力变化的影响,进而分析其对制动缸压力、闸瓦压力、车辆制动力、列车制动力的影响,结合试验数据分析对车钩力产生的影响,并论述纵向力增大可能带来的隐患,针对这种现象提出了解决建议.研究表明重载组合列车在环境温升较大的中午时刻或者低温季节经过长大隧道时会引起列车管压力上升,造成列车施加空气制动时减压量变大,进而导致列车制动力增强.
针对逆变器供电驱动装置轴承过早失效问题,文中综合运用力学、电学和润滑等相关理论,提出了影响逆变器供电驱动装置轴承过早失效及可靠性的 4个方面关键因素,并提出了电蚀应力修正系数用于解决电蚀应力下轴承寿命远低于理论计算寿命的问题.影响轴承可靠性的 4个方面关键因素分别为:力学冲击耦合电蚀作用、电流路径与类型、轴承疲劳寿命计算模型及计算标准体系、轴承弹性动力润滑状态方程.研究发现:力学冲击耦合电蚀应力可降低轴承寿命至理论计算寿命的 16%以下;驱动装置存在 3 种电流路径和 7 种轴承电流类型,轴承在其电流密度超过 0.1 A/mm2 容易发生电蚀;4 种轴承寿命模型对轴承可靠性计算影响较大,不同应力下计算结果会相差 10倍以上;不同润滑模型会直接影响润滑油膜厚度计算,进而对电蚀程度评估产生影响.另外,电蚀应力修正系数aelectric估计值取 0.16,将其应用于ISO 281 标准中能有效考虑电蚀应力对轴承过早失效的影响,为逆变器供电驱动装置轴承故障分析和可靠性提供借鉴.
文中介绍了一种基于ControlBuild的列车电气逻辑仿真测试平台.该平台基于自主开发的元器件仿真逻辑库,利用自动转换工具对电路图中所有的元器件、连线等进行解析,最终实现在ControlBuild中搭建高度复原电路图控制逻辑的仿真模型,并编写测试用例,利用自动化测试工具,实现电气仿真模型的自动测试.最后以某列车在本平台的应用实现为例,验证了本平台的可用性和正确性.
基于动力学仿真分析,建立了一种适用于 1435/1520 mm轨距转换的 25 t轴重变轨距转向架机车的动力学模型;重点计算了轮对周向间隙和轴向间隙(统称为轮对间隙)对轮轨相互作用的影响,分析了轮对间隙增大对机车运行性能影响,结合相关动力学指标对各项动力学性能进行评定.分析结果表明:变轨距机车考虑轮对间隙后,机车在相同运行条件下的轮轨垂向力、轮轴横向力、轮对垂向加速度和轮对横向加速度峰值略有增大,但增幅在可接受范围内;考虑轮对间隙由设计值增大到磨耗限值时,变轨距机车运行稳定性和平稳性指标略有变差,但各项指标值均在标准规定的限值范围内,表明 25 t轴重变轨距机车的轮对间隙设计限值合理可行.
随着锂离子电池技术的不断发展,该技术在轨道交通领域成为了研究热点并且已经有了一定的应用.为提升我国铁路冷链运输装备的技术水平,提出了基于锂离子电池技术的新型铁路冷藏集装箱供电方案,研究了锂离子电池系统架构,通过对样机不同工况下的运行跟踪,分析了电池系统运行数据,为锂离子电池技术在铁路冷藏车辆装备上的应用提供了参考方案.
传统基于时间的列车编组通用唯一标识符(CstUUID)生成算法无法满足IEC 613752-5 协议对列车灵活编组的要求.基于时间的算法中采用时间戳和设备MAC,并没有使用安全算法,算法安全性不高.针对上述问题,提出了一种基于分布式OID的列车通用唯一标识符生成算法.使用分布式OID构成基础标识符保证算法的唯一性.使用编组标号构成命名空间保证算法的有序性.使用MD5[4]加密算法保证算法的安全性.可以满足协议对于列车编组的要求,并且在算法空间复杂度和安全性方面具有优越性.
提出了以节点最大第一主应力为控制变量,在载荷循环内将各工况下的节点应力在最大第一主应力方向上投影以确定应力变化范围,并采用Goodman图进行评价的疲劳强度评价方法.该方法对于焊缝和母材采用统一的处理方式,便于工程应用.以典型十字角接接头为例,分别采用热点应力法和文中方法进行疲劳强度评价,其结果接近,且方法评价偏于安全.针对某工程实例,本方法给出的高利用率区域与实际裂纹发生位置吻合,基于利用率推导的累积损伤计算与动应力测试给出的评价结果接近,验证了方法的有效性.
以悬挂式单轨综合作业车转向架构架为研究对象,参考EN 13749 和TB/T 3549.1 标准制定了适合悬挂式单轨转向架构架的强度试验工况,对其结构进行了静强度和疲劳强度试验研究.试验结果表明:超常载荷工况下,构架未发现永久变形,最大等效应力为 221.71 MPa,远小于Q345D材料的屈服极限,满足构架的静强度设计要求;模拟运营载荷工况下,采用疲劳极限法对构架的疲劳强度进行评估,最大疲劳应力极限值都位于Goodman疲劳极限图范围内,表明满足构架的疲劳寿命设计要求.
实际工况中,轴承工作的背景环境喧嚣,故障初期,其振动信号相对轻微,因而故障信息不易鉴别.文中从滚动轴承故障机理出发,给出滚动轴承不同部位的故障特征频率计算方法,然后通过峭度值的计算对振动信号进行分析,初步甄别出故障信号;挑选出可疑信号通过小波分解重构,消除噪音干扰,并对重构后的信号做Hilbert包络谱分析,对比尖峰值频率、故障特征频率特征,最终实现故障诊断.
文中从运用角度,成体系研究我国多车型、车种情况下的动车组相互救援机械连挂技术.首先研究各车型、车种在不同高差情况下连挂可行性,针对连挂盲区提出解决措施.在明确统型过渡钩错格要求的基础上结合台架试验明确了可用强度限值.有关结论可为后续动车组相互救援纵向动力学仿真等提供输入.
文中针对CR400BF型动车组辅助变流器主风扇出现的叶轮晃动及螺栓断裂故障,综合故障风扇的拆解检查、结构仿真、现车普查手段,确定了故障原因是叶轮表面积灰引起的动平衡超量,并通过实车振动测试的振动时域和频域分析,验证了叶轮表面积灰对风扇振动的影响.基于克服灰尘积累提出了针对性的优化建议.
