机车车辆二系弹簧载荷分配优化的改进遗传算法

为解决现有轨道机车车辆二系弹簧载荷优化调整算法在加垫控制性能上的欠缺,避免冗余计算,在构建轨道机车车辆二系支承结构几何模型和二系弹簧载荷分布调整优化模型基础上,提出一种改进遗传算法。该算法针对标准遗传算法求解时存在的加垫位置过多、加垫总量过大的问题,结合二系弹簧载荷增减载系数矩阵的特点,引入加垫位置约束条件改进个体编码方式;针对标准遗传算法在迭代后期存在无为冗余计算的问题,引入车体无张力状态判别条件改进算法优化准则,对提出的改进遗传算法进行实验验证。研究结果表明:所提出的算法因为引入加垫位置约束条件和无张力状态判别条件,在减小搜索可行域的同时有效避免了冗余计算,在获得相同求解精度时,求解效率和加垫控制特性均优于未改进的遗传算法,效率提高35.50%,加垫总量减少28.44%。     

多输出支持向量机混合模型在机车调簧中的应用

机车二系弹簧加垫高度对二系载荷分布有着显著影响.考虑到车体和弹簧有着不容忽略的非线性特性,提出在机理模型基础上引入多输出支持向量回归机作为补偿算子,构建二系弹簧载荷调整的混合模型用于指导调簧.为提高补偿精度,用遗传算法对补偿算子的参数进行全局优化搜索,得到一组最优参数;同时引入均匀设计试验法采集样本数据,减少采样时间.用HX_D1D型大功率机车的实车数据进行试验,本研究提出的混合模型较BP网络混合模型、机理模型具有更小的均方根误差.试验结果表明:本研究提出的混合模型预测的二系载荷与实际载荷间的均方根误差较机理模型减小33.53%,较BP网络混合模型减小23.69%,可进一步提高调簧模型精度,同时计算用时也较BP网络混合模型大为减少.     

基于改进粒子群算法的机车二系弹簧载荷分配优化

针对机车二系弹簧载荷优化调整这一复杂的多变量优化问题,为进一步提高现有求解方法的优化效果和计算效率,将烟花算法融入粒子群算法,提出一种具有分层递阶结构的改进粒子群算法,算法为3层架构,其中,底层是基础层,为加入维变异算子的粒子群算法,是改进算法的基本框架;中间层是融合层,为引入烟花算法爆炸机制的粒子更新层,主要用于扩大算法搜索范围,提高全局搜索能力;顶层是扰动层,引入扰动因子,避免算法因陷入局部搜索而进行的大量无为冗余迭代,加快全局收敛速度。用典型测试函数对改进算法性能进行测试,并将其应用于机车二系弹簧载荷分配优化调整仿真实验。研究结果表明:改进算法与传统遗传算法、烟花算法和粒子群算法相比,全局搜索能力更强,鲁棒性更好,求解精度更高。     

机车二系弹簧载荷均匀性分配调整的混合建模方法

针对机车二系弹簧载荷均匀性分配调整的建模问题,提出综合运用机理建模和神经网络建模的混合建模方法。该方法在刚性车体假定下采用经典力学和数学方法建立机车车体-二系弹簧系统的机理模型,作为调簧主规律模型;用人工神经网络方法建立BP网络误差补偿模型来弥补机理模型的建模误差;二者并联组成混合模型,其输出为机理模型和BP网络模型输出的叠加。研究结果表明:混合建模方法用于二系调簧的多维连续空间系统建模,可大幅提高模型精度;实际调簧过程中使用混合模型可进一步提高调簧精度和效率,使载荷分布最大误差较机理模型减少8%～15%,平均调簧时间缩短25%以上。     

压钩力下重载机车关键参数对其动力学性能的影响

采用某2(B0-B0)轴式机车动力学模型研究了纵向压钩力作用下,重载机车关键二系悬挂参数对机车运行动力学性能和车钩水平偏转行为的影响.动力学模型包括两节B0-B0机车和考虑缓冲器非线性迟滞特性、钩尾与前从板圆弧面间摩擦特性和钩尾扁销止挡特性的扁销钩缓装置.计算结果表明:机车二系横向止挡自由间隙和纵向间距、二系弹簧横向刚度对机车运行安全性指标有较大影响,随着二系横向止挡间隙和纵向间距的增大,当钩尾止挡不发挥作用时,机车轮轴横向力和车钩转角会逐渐增大,当钩尾止挡发挥作用后,钩尾止挡分担偏转力矩,机车轮轴横向力会逐渐减小;随着二系弹簧横向刚度的增大,机车自身稳钩能力增强,轮轴横向力和车钩转角逐渐减小.     

回转窑支承系统疲劳寿命与轴线关系及预测方法

回转窑运行中由于轴线偏移,支承载荷分配不均导致托轮轴疲劳断裂。通过对回转窑托轮轴进行力学分析,导出托轮轴疲劳寿命损伤模型,根据支承载荷分配与轴线偏差的线性关系,得出回转窑支承系统各托轮轴疲劳寿命与轴线偏差的关系;结合现场实例介绍了根据检测回转窑的运行轴线,预测支承系统疲劳寿命的方法,为回转窑的维护与调整提供理论依据。研究表明回转窑支承系统疲劳寿命对轴线偏差的变化非常敏感,合理的进行轴线调整,能有效提高支承系统疲劳寿命,防止托轮轴运行中突然断裂。图2,表1,参10。     

基于有限元的机车轮轴过盈量设计

机车轮轴利用过盈装配来传递载荷,过盈量的大小影响组装应力。利用ANSYS软件建模,并对该结构进行非线性有限元分析,得到轮轴结构和热—结构应力场图。通过机车轮轴装配应力计算,给出了轮轴合理的过盈量.     

基于RBFNN代理模型的高速机车横向动力学性能多目标优化

针对高速机车横向动力学中的悬挂参数优化问题,首先,以国内某型2B0轴式高速机车为基础,采用SIMPACK软件建立该机车动力学模型;其次,以蛇行稳定性和横向平稳性指标为优化目标,同时兼顾新轮和磨耗轮2种轮轨接触状态,通过拉丁超立方试验设计方法对关键悬挂参数进行采样设计;最后,根据试验设计结果构建转向架悬挂参数映射到机车横向动力学性能的RBFNN代理模型,并利用Sobol敏感性和Pearson相关性分析方法来量化悬挂参数对优化目标的影响程度。研究结果表明：在参数给定优化范围内,机车横向动力学性能几乎不受二系横向减振器节点刚度变化的影响;而蛇行稳定性对一系纵向刚度、抗蛇行减振器节点刚度以及抗蛇行减振器阻尼较敏感,前后司机室横向平稳性对二系横向刚度最敏感,在高速机车转向架设计中应该给予重视。此外,将代理模型结合遗传算法NSGA-Ⅲ搭建快速多目标优化平台,并通过动力学仿真结果验证该平台的准确性,可有效替代车辆系统动力学模型仿真计算及优化。     

基于车-椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化

针对高速列车转向架垂向悬挂系统中存在的阻尼匹配问题,根据1/4车体-座椅垂向行驶振动模型,利用Matlab/Simulink建立了转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计仿真模型.以人体振动舒适性最佳为目标,建立了转向架一系和二系垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计数学模型.以轨道高低不平顺作为输入激励,以一系及二系悬挂垂向行程和一系悬挂动静态力之比为约束条件,建立了基于转向架车体-座椅耦合的转向架垂向悬挂系统阻尼比协同优化设计方法.通过设计实例及仿真验证可知,优化后高速列车的乘坐舒适性显著提高,座椅垂向振动加权加速度均方根值降低了21.7%,表明所建立的优化设计方法是正确的.     

宽轨机车水平悬挂参数对临界速度的影响

针对某型宽轨机车,建立了机车转向架临界速度分析模型和10自由度蛇形运动微分方程,利用特征根法求解转向架的临界速度,分析机车水平悬挂参数对临界速度的影响以及一系横、纵向刚度和二系横向减振器参数之间的匹配关系。研究结果表明：二系水平悬挂参数对机车临界速度的影响相对较小;一系横、纵向刚度与二系横向减振器刚度的适度增大均可提高机车的临界速度,合适的二系横向减振器阻尼值可使临界速度达到最高;二系横向减振器最优阻尼值随一系纵向刚度的增加而减小,并逐渐到达稳定值;二系横向减振器最优阻尼值随二系横向减振器刚度的增大而增加;随一系横向刚度的增加,二系横向减振器刚度较小时,二系横向减振器最优阻尼值先减小后增大,二系横向减振器刚度较大时,减振器最优阻尼值也增大。     

橡胶轮转向架稳态曲线通过行为研究

以橡胶轮转向架为研究对象 ,在分析其特殊的轮轨关系的基础上 ,建立了半车稳态曲线通过动力学分析模型 ;以轮轨横向力为优化目标 ,以轮重减载率和侧偏角为约束条件 ,确定了一、二系悬挂参数 ,并对优化值进行了参数稳定性分析 ;在此基础上 ,系统地研究了橡胶轮转向架的稳态曲线通过性能 .     

基于缩比模型的独立车轮转向架蛇行运动研究

独立车轮可绕车轴自由转动,轮轴之间的刚性耦合被解除,导致轮轨纵向蠕滑力消失.轮轴系统在直线上难以自动对中,其导向问题亟须解决.通过将麦弗逊悬架结构应用于独立车轮转向架,并采用相似理论论证缩比模型的可行性,建立同侧转动轴线呈“V”字形倾斜的独立车轮转向架1/20比例模型,并制作样机进行直线运行试验,同时开展全尺寸转向架模型动力学仿真.研究结果表明：新的独立车轮转向架在直线上能够重现蛇行运动现象,仿真结果与缩比试验结果相吻合,并且随着运行速度的提升,独立轮对的蛇行运动愈发剧烈;在轮轴系统中安装刚度为7.5 MN/m的横向弹簧,能够使转向架前轴横向运动幅值和频率分别降低72%和79%;通过调整一系悬挂参数和横向弹簧刚度,可以实现转向架的直线自动对中.     

多层3D芯片中硅通孔分布优化的改进算法

3D芯片中硅通孔(TSV)的位置分布会对总线长造成很大影响,所以对于TSV位置分布的优化有许多算法,逐层进行TSV分配只能做到局部优化.提出用逆向重分配的方法对已有算法结果进一步优化以达到减少总线长的目的.同时提出了一种快速重分配以提高深度优化的运行时间.实验结果表明,对比逐层TSV分配方法,此逆向重分配方法可减少3.7%的总线长;此方法亦可对其他TSV分配算法(如逐网TSV分配、拉格朗日松弛算法等)所得结果作进一步线长优化;而快速重分配可将逆向重分配的运行时间降低为原来的10%.     

高速机车双十字万向轴传动比的正交试验分析

以高速机车转向架中采用的双十字万向传动轴为对象,分析了万向轴传动比和主动轴输入角、车体与轮对间相对位移等６个参数的关系。利用正交试验法着重讨论了各个参数对传动比影响的作用大小,以及各因素之间的交互作用,结果表明相对浮沉运动是影响传动比的主要因素,浮沉和横摆运动的交互作用也对传动比有很大的影响。这些结论将为转向架悬挂系统、驱动系统和电传动控制系统的设计提供参考。     

基于粒子群的改进智能算法在载荷识别中的应用

针对粒子群优化算法(PSO)无法处理反求问题中的病态问题,基于粒子群优化算法,通过遗传算法对粒子群优化算法进行改进,提出一种改进的粒子群优化算法(GAPSO),通过载荷识别对该方法进行验证,并应用于静态载荷识别和动态载荷识别算例中。研究结果表明:改进后的粒子群优化算法既能使粒子群优化算法处理病态问题,又提高了反求问题的求解精度。     

铁道车辆弹性车体垂向运行平稳性最优控制

采用基于轨道不平顺谱的最优控制及包括轮轴间时延的预瞄控制算法,设计了整车的主动悬挂控制规律,对铁道车辆弹性车体垂向动力学模型进行仿真分析.结果表明,基于轨道谱的预瞄控制算法在控制输出力及抑制车体的振动效果方面要略优于单纯基于轨道谱的最优控制算法;基于轨道谱的最优控制可以改善轨道至弹性车体中部的加速度传递率,在控制车体刚体振动的同时,也能抑制车体的整体弹性振动;最优控制算法对车体系统的低频振动及车体弹性一阶垂向弯曲振动控制作用明显,而对车体高频振动基本无抑制作用,据此可以帮助选择助动器的响应频率范围.     

零件设计过程多学科协同优化

基于传统零件设计与优化遵循顺序过程无法达到面向载荷—结构—工艺的全局最优,对轴类零件的过程设计多学科优化进行研究;以质量为系统级目标函数,以集中载荷截面的弯矩和扭矩、安全系数变化、切削加工去除材料总量为学科目标函数,建立过程协同优化模型,以遗传-粒子群算法进行求解,并以某电动助力转向器(EPS)输出轴为研究对象进行优化计算.研究结果表明:输出轴质量减小5.5％,在300N·m扭矩或80N·m助力转矩2种状态下优化后最大变形分别减小4.2％和9.6％,最大应力分别减小4.4％和10.1％.     

转向工况下的分布式电动汽车稳定性控制

为提高分布式驱动电动汽车转向稳定性,解决传统神经网络控制算法收敛速度慢、易陷入局部最优解的问题,提出一种利用粒子群算法优化神经网络的比例-积分-微分(PID)转向稳定控制器,利用横摆力矩和滑移率调整力矩实现横摆角速度和各轮滑移率的控制。在此基础上研究了一种针对转向工况的最优力矩分配算法,通过模糊控制算法对驱动力矩进行修正得到驱动修正力矩,将其与横摆力矩和滑移率调整力矩一起作为二次规划问题进行最优分配,得到各轮最佳驱动力矩。基于联合仿真平台进行了双移线和蛇形等典型转向工况下的性能对比测试。结果表明:文中提出的算法能在保持车辆良好动力性同时维持稳定性,稳定控制器能将蛇形工况打滑现象降低36.4%,最优力矩分配算法能将双移线工况的稳定性提高31.2%。     

基于多体动力学的铁路客车运行不平顺分析

铁路客运中,车辆运行的轨道平顺程度极其影响旅客乘行的舒适程度,需要对此进行深入分析。通过选定国内铁路轨道的线路等级,参考美国轨道不平顺谱密度函数,反演获得轨道不平顺谱的时域激励,并构建车体与轮对的自由度数学模型状态方程以进行简易计算。在车辆动力学仿真软件中搭建客车车体、转向架及二系悬挂系统并对其进行动力学仿真,获得其在选定激励及道路条件下的响应,通过数据后处理,监测其轮轨垂向和横向载荷,并进行脱轨危险性评价,由此肯定国内轨道与车辆的配型。     

列车气动噪声源噪声贡献度研究

摘要：建立某型列车气动噪声计算模型,基于标准湍流模型和大涡模拟（LES）计算车外瞬态流场,用FW-H方程预测了列车远场气动噪声。分别计算了列车整体、车体、受电弓、转向架为噪声源时对外辐射噪声的总声压级和贡献度,并对不同噪声源产生的气动噪声频谱特性进行了分析。计算结果表明：受电弓滑板处具有最大的总声压级,其次在车头和头、尾车转向架处较大;车体和转向架对列车远场噪声贡献度较大,而受电弓对其附近区域噪声贡献度大于远场;车体和转向架噪声主频在400Hz～1250 Hz,而受电弓主频出现在500Hz,且低频噪声幅值很小。列车整体对远场的辐射噪声,与利用车体、受电弓和转向架为噪声源得到的远场噪声叠加相吻合,验证了计算的准确性,对噪声的计算研究有一定的参考价值。