车轮扁疤引起的车轴附加载荷的仿真研究

采用改进的轮轨冲击简化模型,对车轮扁疤引起的车轴附加载荷进行了系统的仿真研究,并对提速后货车车轮扁疤检修规范的修订提出了建议．     

遗传算法结合小波神经网络的列车车轮扁疤故障检测方法

为了寻求一种更加有效的列车车轮扁疤故障分析算法,提出一种通过轮轨噪声来确定车轮扁疤严重程度的检测方法。该方法将遗传算法与小波神经网络相结合,同时为了避免出现局部极小值,加速学习速度,在小波神经网络中增加了动量模型;在搜寻小波神经网络隐含层链接权值之前,使用遗传算法进行计算以优化小波神经网络结构;硬件只需2组麦克风阵列以及2个速度感应器就可以提供实时结果,成本远低于我国现有的检测方法。对不同列车车速下的轮轨信号进行了实时测试,结果表明:与传统神经网络、小波神经网络和遗传算法相比,该方法的检测准确率最多分别提高了16%、11%和3%,并且收敛最快。     

控制车轮扁疤是南昌局货车提速准备的当务之急

通过对车轮扁疤的危害及原因分析,结合南昌局状况,提出控制车轮扁疤的对应措施。     

随机风载下高速列车动力学安全特性

为了研究随机风载下高速列车的动力学特性,提出一种随机风环境下高速列车安全平稳性评估方法。基于Kármán理论和Davenport相干函数通过谐波合成法建立随机风数值模拟模型,并推导随机风作用下的高速列车非定常气动载荷的计算公式。通过SIMPACK建立车辆系统动力学模型,计算不同随机风载作用下的高速列车以不同车速运行过程中的安全性指标及平稳性指标。最后,本文选择了包括脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、Sperling平稳性指标在内的多性能指标作为目标来支持决策。通过仿真对多性能指标进行评价,验证了该模型在强风下高速列车运行动力学特性研究中的适用性。     

高速列车车轮踏面外形优化设计

为了对高速轮对踏面外形进行优化改进,提出了一种基于轮径差相对于轮对横移量的函数为设计目标来反推铁道车辆车轮踏面外形的优化方法,并研制了相应的计算程序.对LMa,S1002G和XP55型踏面的优化结果表明,优化后的轮对踏面外形具有良好的几何接触特性和动态特性.提出了高速踏面选型的优化流程.     

柔性轮对高速列车通过道岔的动力学响应

为研究高速列车在柔性轮对条件下通过道岔时的动力响应,采用刚柔耦合动力学仿真方法,基于CRH380高速列车模型建立柔性轮对结构条件下的车辆—道岔刚柔耦合动力学模型。以柔性轮对高速列车模型为研究对象,通过18号高速道岔,分析轮对柔性与全刚体结构条件下的车辆模型的安全性、轮轨动态相互作用、车体振动加速度及轮轨接触位置分布指标。仿真结果表明,柔性轮对高速列车模型对车辆的轮轨动态相互作用影响较大,对安全性、车体振动加速度及轮轨接触位置分布等动力学指标影响较小。     

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1 400 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。     

高速列车蛇行运动稳定性研究概述

高速列车长期服役的可靠性是高铁建设的首要保证,自激蛇行运动是轨道车辆所特有的一种失稳形式,为了保证车辆的运动稳定性,确保其高速、安全行驶,以高速列车蛇行失稳的理论研究方法为背景,概述了蛇行失稳研究中的主要研究方法及其存在的不足,对近期的研究热点方向进行了概述并对非光滑分岔、非对称运行稳定性等方向进行了展望。对于高速列车的确定性和稳定性而言,在不考虑车辆非线性特性的情况下,一般可以采用特征根法、Routh-Hurwitz准则判定法、最小阻尼系数等方法进行分析;当必须考虑轮轨接触以及悬挂系统等非线性特征时,可以采用特征值变化法、QR算法+二分法、中心流形法、打靶法、延续算法等方法。对于车辆的随机稳定性而言,可以采用随机非线性动力学Hamilton理论、蒙特卡洛法、半隐式的Milstein随机数值模拟、小数据量等方法对随机稳定性、随机分岔以及分岔类型进行分析。由于能够考虑自身结构参数激励、轮轨接触不平顺激励,能得到更接近真实运行条件下的失稳临界速度,随机稳定性、随机分岔的理论研究和试验研究逐渐得到研究人员的关注,成为高速列车蛇行失稳研究的热点方向。     

抗蛇行减振器常见故障对高速列车动力学性能的影响

以CRH380B型动车组为实例,结合实际中常见的抗蛇行减振器故障,基于车辆动力学理论,利用动力学仿真软件SIMPACK建立动力学模型,通过改变抗蛇行减振器阻尼特性来模拟不同故障类型,从而对车辆进行动力学研究.结果表明:当抗蛇行减振器故障后的剩余阻尼力在标准阻尼力50%以下时,对车体平稳性、稳定性、曲线通过性能均有很大影响.其中当抗蛇行减振器剩余阻尼力为标准力值的50%时,车体垂向和横向平稳性指标分别达到了1.85和2.20,脱轨系数达到了0.45,非线性临界速度降低到了271km/h.得出抗蛇行减振器的最佳阻尼特性:当卸荷速度为0.03m/s,卸荷力为8~9kN时,车辆各动力学性能达到相对最优状态.     

横向振动对列车车轮多边形磨耗的影响

针对列车车轮多边形化问题,探讨分析车辆轮对横向振动对车轮多边形化的影响.基于建立的弹性车辆系统动力学模型,以288km/h和468km/h速度为算例,分别研究车辆正常运行和蛇形失稳工况下车轮与钢轨的接触状态,分析横向振动对车轮多边形磨耗的影响,得到车轮横向振动与车轮多边形磨耗阶数之间的关系.研究了车辆运行速度和车轮半径对车轮多边形磨耗的影响规律.结果表明:随着速度的增大,车轮多边形的阶数随车辆速度的变化具有重复性.在每个重复周期内,多边形阶数随速度增大而减少,速度一定时,车轮多边形阶数随车轮半径减小而减少.     

基于金属磁记忆的高铁轮对早期故障检测研究

列车安全性检测是铁路机车车辆工程的重要研究课题。轮对是高速列车行走部的关键部件,传统检测模式只能发现宏观存在的缺陷,而不适用于运行过程中的早期缺陷的发现与状态跟踪。为了实现对早期故障的快速识别与轮对寿命预测,针对传统测试方法在早期检测与动态检测方面的不足,提出了全新的动态检测系统,以满足列车运行的安全要求,还对磁记忆信号与该材料所受载荷状态之间的关系进行了大量的试验研究。研究结果表明：在50~150 kN的载荷区间内,试件的磁记忆信号呈单调变化,变化趋势明显;对试件进行疲劳载荷后发现磁记忆信号的原始值及梯度、峭度等信号特征均有所变化,峭度变化较为明显,能够有效反应材料的疲劳状态。采用金属磁记忆技术进行轮对早期故障检测与动态检测,对于保证列车的运行安全具有重要的现实意义,可为无损检测领域的应用提供借鉴。     

无砟轨道复合不平顺对高速行车的影响

轨道复合不平顺是由多种垂、横向不平顺叠加而成的复杂随机波,是影响轮轨动态作用和行车稳定的重要因素.为研究高速铁路无砟轨道复合不平顺对行车品质的影响,考虑轮轨间复杂接触关系建立了车辆轨道空间耦合动力学模型,分析了轨向-水平、轨向-高低、轨距-水平、轨距-高低4种复合不平顺的动力影响.结果表明:随着复合不平顺幅值的增加,轮轨力、车体加速度、轮重减载率、脱轨系数等均会增大;轮轨力、舒适性指标和安全性指标随着复合不平顺波长的增大而减小;复合不平顺幅值组合变化时,车辆动力响应对水平、高低不平顺幅值变化的敏感程度高于轨向、轨距不平顺幅值变化.长波不平顺激扰频率与车体自振频率一致或接近时,车体会出现一定的谐振,垂、横向振动加速度有所增加.     

超高速列车车地无线通信系统性能分析

为了解现有通信系统在超高速移动场景下的性能,利用系统级仿真平台分析在超高速(600 km/h)磁悬浮列车场景下的LTE-A(Long Term Evolution-Advanced)、5G两种网络系统性能.研究两种通信系统下基于位置的车地通信误码率(Block Error Ratio,BLER)、频谱效率(Spectral Efficiency,SE)以及吞吐量仿真结果,并对网络性能进一步分析.仿真结果表明,LTE-A与5G系统在频谱效率和吞吐量方面可以较好地支持超高速磁悬浮列车列控业务通信,但随着磁悬浮列车远离基站,BLER逐渐上升,最终达到10-1以上,无法有效保障车地通信质量.     

高速列车振动荷载下立体交叉隧道结构动力响应分析

文章运用有限元方法建立了高速铁路立体交叉隧道数值计算模型,分析了高速列车振动荷载下交叉隧道结构的动力响应特性,探讨了围岩级别、行车速度、列车通车方式、隧道交叉角度以及岩柱高度等参数对下穿隧道衬砌结构动力响应变化规律的影响。研究结果表明:围岩级别、行车速度及列车通车方式对下穿隧道动应力响应影响较大;下穿隧道衬砌结构的竖向位移、竖向加速度、第一主应力及第三主应力随着围岩级别提高、行车速度增加、行车方式改变而增大,随着岩柱高度增加而减小;随着交叉角度增加,衬砌结构变形、加速度及第三主应力峰值有所减小,但第一主应力峰值增加,这对于抗压强度大于抗拉强度的混凝土结构是不利的。     

基于优化列车模型上的多模软切换的高速列车速度控制

针对高速列车速度控制的快速性、精度以及多模态切换控制的振荡等问题,提出一种基于T-S型模糊加权的多模软切换控制方法.在建立高速列车运动学模型的过程中,结合真实的列车参数进行了模型参数寻优设计;传统的单质点模型不考虑列车长度,在变坡点会出现较大的速度计算误差,因此结合真实的线路数据提出了附加阻力优化计算方法.再采用T-S型模糊推理对模糊控制、模糊PID控制及PI控制进行软切换控制设计.根据分析结果可知,附加阻力优化计算方法有效地提高了变坡点附近受力计算的精度,减小了速度控制的误差.针对优化后的列车模型所设计的多模软切换控制在兼顾多种控制方法优点的同时,克服了切换控制的振荡问题,提高了高速列车速度控制的精度和舒适度.     

车窗对车辆侧向气动性能影响的数值模拟

采用基于Spalart-Allmaras方程的分离涡模拟(DES)数值模拟方法,就车窗外形对车辆侧向气动性能及流场结构的影响进行分析计算。研究结果表明:车窗对车辆侧向气动性能有较大的影响:和粘帖车窗车体相比,采用凹陷车窗的车辆侧向力系数由0.71变为1.20,升力系数由1.28变为1.74,倾覆力矩系数由-0.27变为-0.63;受凹陷车窗影响,车体顶部气流速度下降,背风区脱落涡被吸附到车窗附近,此处涡核线较多且杂乱;远处涡核较长,脱落涡直径较大;而粘帖车窗车体顶部气流流速较高,背风区脱落涡尺寸较大,且位于靠近车体的部位。数量较多,尺寸较小。     

盾构下穿及列车荷载作用下既有高铁桥梁动力响应分析

为研究盾构下穿时,列车荷载作用下既有高铁桥梁动力响应。以盾构下穿某高速铁路简支梁桥为工程背景,运用有限元软件Midas/GTS建立盾构隧道先后下穿高铁桥梁模型,分析盾构下穿时列车荷载作用下高速铁路简支桥梁动力响应。首先分析了当盾构开挖至桥梁近侧,列车以不同速度200～350 km/h、不同轴重110～220 kN运行时对高速铁路简支梁桥墩顶沉降的影响。接着探讨在不同开挖阶段,速度200 km/h、轴重110 kN的列车动荷载冲击下高铁桥梁墩台顶变形规律。结果表明：盾构开挖至桥梁近侧时,不同速度、轴重列车荷载冲击下,高铁桥梁墩台顶的变形规律基本一致,其沉降在一定时间达到峰值,其后逐渐回升并稳定在某一波动范围内;随着列车速度与轴重的增加,墩台顶沉降峰值越大;盾构开挖时,列车时速低于200 km/h、轴重小于110 kN时其墩台顶沉降峰值当满足高铁桥梁单墩顶竖向沉降控制标准,与列车速度相比,列车轴重对桥梁的动力响应影响更大;列车动荷载作用下,盾构隧道开挖对高铁桥梁墩顶变形的影响主要为盾构开挖至桥梁近侧的初开挖阶段,盾构开挖远离桥侧后墩顶变形基本处于稳定状态。     

基于动网格方法的拍动平板升力分析

针对微型飞行器,采用动网格方法计算了旋转超前、同步、滞后3种拍动模式下的平板升力性能.通过比较分析二维、三维拍动平板的升力性能以及尾涡分布变化,探讨了拍动平板升力性能与其运动规律的关系.计算表明：旋转同步和超前模式下的平板升力系数明显高于旋转滞后模式下的平板升力系数;二维、三维平板升力系数均随角振幅的增大而减小,随相位差的增大而增大,拍动振幅的影响相对较小;角振幅较大时,旋转超前模式中三维平板升力系数均明显高于二维平板升力系数,旋转同步模式中二维、三维平板升力系数变化不明显,旋转滞后模式中仅当小角振幅且小平移振幅时,三维平板升力系数增加较大.     

大平面砂轮磨齿的温升分析

当前平面工件磨削热模型研究较多,但不能应用于齿轮类曲面零件的磨削计算。为此将移动热源法与映像法相结合,在齿轮渐开线圆弧拟合的基础上,建立了大平面砂轮磨齿加工的解析热模型,可用于磨削时齿轮的温升分布计算。同时,在有限元软件ANSYS中对磨齿过程进行了仿真,并将解析热模型和有限元热模型的准稳态温升分布进行比较分析。结果表明,两者的温升分布只在接触区及其与非接触区的交界处存在一定的误差,总体结果吻合较好。其解析热模型可用于齿轮类曲面工件加工时的温升分析。