AC 25 kV刚性接触网腕臂支持装置疲劳机理研究

刚性接触网具有结构简单、载流量大、净空要求低等优点,已广泛应用于城市轨道交通中。相较于传统DC 1 500 V刚性接触网,AC 25 kV刚性接触网具有更高的电压等级和更长的供电臂,适用于速度更高的城轨列车,但随着速度的提升,刚性接触网零部件的服役状态将受到严重影响。本文针对AC 25 kV刚性接触网腕臂支持装置开展疲劳特性研究。     

京沪高铁接触网零部件疲劳试验条件研究

接触网零部件长期受各种随机载荷的影响,容易发生低周疲劳。本文针对京沪高铁接触网零部件的现状,利用弓网仿真建立某区间接触网模型,分析吊弦、支持与定位装置的工作载荷和位移分布,设计吊弦、支持与定位装置的疲劳试验条件,得出吊弦疲劳试验的加载范围、循环周期、幅值参数取值;支持与定位装置疲劳试验加载静态载荷后,再对定位点加载位移载荷,得到幅值周期的取值范围。     

高速铁路接触网关键零部件力学特性分析

采用三维建模软件和Ansys软件建立了接触网棘轮、腕臂和吊弦的三维实体模型及有限元模型,通过有限元计算完成了棘轮及腕臂的静力分析,得到棘轮的最大应力点以及腕臂在不同工况下的最大应力点;通过进行吊弦的疲劳实验获取了吊弦寿命的S-N曲线。研究结果为高速铁路接触网关键零部件的优化设计和故障检测提供了依据。     

随机风场下高速铁路接触线风振疲劳分析

高速铁路接触网在随机风场的作用下产生短周期变化的应力循环,影响接触网的疲劳寿命。本文采用Davenport和Panosfsky功率谱分别模拟适用于接触网系统的水平和竖直方向上的脉动风时程,推导了作用在接触网上的气动力。在有限元分析软件MSC-Marc中建立高速铁路接触网有限元模型,通过非线性有限元求解得到随机风场下接触线各单元的应力时程。运用改进的雨流计数法对疲劳应力谱进行统计处理,并经Goodman直线修正,得到每个应力循环的等效应力幅值。基于Palmgren-Miner线性疲劳累积损伤准则,对接触线特征单元的疲劳寿命进行估计。研究结果表明:在强风地区,脉动风对接触网风振疲劳影响较为显著;接触线的风振疲劳不利位置出现在定位点和吊弦点处;风攻角决定了接触线风振疲劳不利位置的具体分布。研究结果可为强风地区接触网疲劳设计、日常维护及故障分析提供依据。     

货车车体疲劳试验载荷谱编制方法研究

以C70车体为研究对象,实测得到车体载荷数据和疲劳关键部位的应力数据。对实测数据用于车体台架疲劳试验的载荷谱编制方法进行了研究,提出了利用车体载荷和应力同步响应关系编制疲劳试验载荷谱的方法。依据损伤等效原则,剔除了对车体损伤无贡献的小应力循环,简化浓缩了应力时间历程。利用载荷和应力测试的同步性,对实测载荷时间历程进行简化和浓缩,编制了适用于车体台架疲劳试验的载荷谱。结合累积损伤理论,对比分析了浓缩前后车体疲劳损伤,验证了该方法的可行性和准确性。     

基于运行工况的接触网零部件疲劳寿命分析

接触网零部件疲劳破坏是接触网常见的故障形式,为减少该类故障的发生,提高维修效率,需预测接触网零部件的疲劳寿命.本文设计了基于运行工况的接触网零部件疲劳寿命分析流程,其中分析工具包括弓网动态仿真平台、支持与定位结构仿真平台和零部件疲劳寿命仿真平台;以京沪高铁某段接触网为分析对象,分析该段接触网零部件的载荷分配,计算支持与...     

接触网复合材料腕臂支撑装置研究

复合材料具有良好的机械性能和电气性能，用于电气化铁路接触网可简化结构、减轻检修工作量、降低运营成本，作为现有接触网腕臂结构的重要补充，可在特殊环境条件下使用。通过分析复合材料的力学性能和电气特性，确定了玻璃纤维增强环氧树脂作为接触网腕臂支撑装置的材料，对所选材料进行基本物理参数和力学参数试验。根据材料性能试验参数研制复合材料腕臂支撑装置，并进行挠度试验。结合挠度试验结果，采用有限元模拟对复合材料腕臂支撑装置进行受力和变形分析，并进行结构优化。优化后的复合材料腕臂支撑装置在工作荷载作用下的最大挠度5.37 mm,破坏荷载作用下的最大应力203.89 MPa,变形和应力满足接触网支撑装置的技术要求。     

高速铁路接触网关键零件的疲劳载荷谱编制

确定接触网系统的关键零部件,编制其疲劳载荷谱,是高速铁路接触网疲劳可靠分析的基础。本文建立接触网故障树模型,结合接触网零部件的故障率统计数据,确定接触网系统的薄弱环节;建立连续28跨的接触网结构有限元模型,针对列车在单弓、双弓两种运行模式分别进行250km/h、260km/h、270km/h、280km/h、290km/h、300km/h等六种速度的振动响应分析,确定接触网系统的关键零部件。对典型工况下关键零部件的载荷历程进行浓缩和载荷分级,采用雨流计数法对载荷计数。利用Goodman直线对载荷进行均值处理,编制关键零部件的疲劳载荷谱。     

基于线路测试结果的转向架构架牵引电机振动试验载荷谱研究

忽略对结构疲劳损伤贡献较小的高频信号和小幅循环的影响，对牵引电机振动载荷进行雨流计数处理，获得三维载荷谱。基于应力均值大于0的Haigh疲劳曲线，构建平均载荷修正方法，将三维载荷谱转换为二维载荷谱。将测试载荷谱扩展至全寿命运行里程，以载荷谱特征参数一致为准则，推断全寿命运行里程下的最大载荷幅值，确定全寿命载荷谱。参考FKM提供的方法，计算变幅循环系数，确定了对应变幅循环的等效恒幅载荷计算方法，构建构架牵引电机振动载荷疲劳试验的恒幅载荷谱。建立有限元分析模型，分别以全寿命里程下的变幅循环和构建的等效恒幅循环载荷谱作为输入，计算了构架电机安装座与横梁上盖板间焊接接头的疲劳强度。计算结果表明，变幅循环和等效恒幅循环载荷谱作用下的结构疲劳强度薄弱区域一致，节点材料利用率最大值分别为0.277 0和0.326 5。构建的等效恒幅循环载荷谱偏于保守，能够有效指导构架疲劳强度试验。     

新型高速铁路接触网腕臂与定位装置研究

对现有4种典型腕臂及定位装置的结构特点进行分析,并利用ABAQUS软件对4种腕臂结构及定位装置在非工作支最大工作载荷下的应力及挠度进行校核。结果表明:各结构在该受力情况下均能满足铁路标准中规定的应力和挠度要求。吸纳现有腕臂和定位装置的优点,在设计原则指导下,以功能需求为出发点,从技术合理性、经济性、感观适宜性综合考量分析后,推荐一种新型腕臂结构及定位装置方案。采用集约化设计理念,使腕臂及定位装置结构更加简洁、合理,零部件数量减小,整套装置的内在质量和外观品质均有所提升,具有创新性、简约化、安全性、经济性和便捷性特点。利用有限元软件对该方案在应力和挠度方面进行校验,结果满足标准要求。     

重载货车车钩疲劳试验载荷谱的编制方法

基于某运煤专线测试的车钩载荷—时间历程研究万吨重载货车车钩试验载荷谱的编制方法。将测试的重载货车车钩载荷—时间历程划分为装煤、重车运行、卸煤和空车运行4个工况,应用Ncode数据处理软件将车钩载荷分解为趋势载荷和小幅值循环载荷两部分,采用变均值法和雨流计数法相结合的方法分别编制了趋势载荷谱和测试载荷谱。基于车钩趋势载荷编制的载荷谱与测试载荷谱虽然在高载荷区比较一致,但在低载荷区相差较大,因此,根据疲劳损伤等效原则,将小幅值循环载荷造成的车钩损伤叠加于趋势载荷造成的车钩损伤,得到力值放大的等效趋势载荷,然后采用等效趋势载荷编制不同工况下车钩疲劳试验脉动拉伸载荷谱和脉动压缩载荷谱。该编制方法可以大幅度减少车钩疲劳试验的次数,提高试验效率。     

典型海洋大气环境的接触网钢腕臂定位装置表面防护体系设计

通过钢结构表面防护方案研究、试验验证和运营线路试挂的方式,构建典型海洋大气环境下接触网钢腕臂的表面防护涂层体系,以保证接触网钢腕臂定位装置在可能的高温、高湿、高盐、污秽粉尘等多因素耦合环境,如近海、濒海、沿江、热带或亚热带山区等环境中在役寿命延长至15～20年。研究表明:(1)接触网钢腕臂定位装置长效防护涂层体系为热喷涂层+环氧封闭层组合的复合涂层体系;(2)所有钢腕臂组件均采用热喷涂涂层作为防护的基础层;(3)管件类外壁及精细零部件涂层体系采用高铝锌热喷涂涂层+双金属环氧封闭涂层;(4)管件内壁采用灌涂环氧涂料。     

基于实测载荷谱的侧架寿命分析

随着铁路提速重载的发展,铁路货车转向架零部件的疲劳裂损率增加。本文通过我国几条典型线路实测,得到我国铁路货车的实测载荷谱。利用有限元仿真得到载荷—应力的转化系数,由实测载荷谱得到应力谱,基于该应力谱计算转向架侧架的疲劳寿命,并和AAR载荷谱的疲劳寿命对比分析,验证实测载荷谱的可用性。     

单线隧道内承力索座工作状态分析

阐述了电气化铁路单线隧道内，在隧道净空有限的前提下接触网采用全腕臂安装方式，承力索应安装在直角三角形桁架结构平腕臂上（160km／h单线隧道内不能用平腕臂结构）与钝角三角形桁架结构抬高斜腕臂上，在温度应力发生变化时，承力索座的两种工作状态的分析与优劣比较．接触网支持结构的变化能够引起其零部件的选型及其功能实现程度上的变化．主要零件工作状态的分析，有利于其功能、结构、材质、工艺及环境适应性上的优化处理，并能够使其更好的服务于接触网系统．     

高速铁路接触网刚性吊弦疲劳试验台研究

吊弦疲劳试验分析对高速铁路接触网性能研究具有重要意义。本文在参考柔性吊弦疲劳试验标准的基础上，提出一款针对刚性吊弦的疲劳试验台设计方案，该试验台采用压缩载荷与力载荷单独加载方式，可施加稳定且连续可调的力载荷，同时加载频率在中、高频率。通过试验台对刚性吊弦进行试验，为刚性吊弦的疲劳损伤机理研究、加速老化试验方法形成提供数据支持。     

高速铁路接触网定位器底座断裂分析及预防整治建议

高速铁路接触网腕臂支持装置大量采用铝合金材质,降低了支持装置的重量,提高了定位点的弹性,但由于铝合金部件机械强度低于镀锌钢件,导致高速铁路铝合金部件出现一些断裂缺陷,特别是定位器底座断裂问题更为严重。对定位器底座受力情况进行研究,使用有限元软件对其应力分布情况进行分析,并对定位器底座材质、夹杂物及金相组织进行检测,提出定位器底座断裂为铸造工艺、振动疲劳及环境污染(SO2和Cl等酸性物质)等综合因素导致,并据此提出预防及整治措施,为高铁铝合金材质零部件的检查检修提供参考。     

基于实测载荷谱的C_(80)车体疲劳寿命评估

结合神华集团C_(80)万吨列车车体载荷谱实测试验,编制了符合神华集团自有铁路线路特征的车体垂向、纵向、侧滚和扭转载荷谱。基于AAR标准中疲劳损伤计算方法和焊接接头疲劳特性,计算不同编组位置车辆关键部位损伤值,基于此评估C_(80)车体关键部位疲劳寿命。通过对比载荷谱下损伤和实测应力损伤并优化载荷谱校准系数,使载荷谱符合实际工程运用要求。     

强风区接触网腕臂支持结构方案探讨

论述了适应新疆强风区电气化铁路接触网上部腕臂支持结构方案的比选过程。近年来国家对新疆地区铁路加大建设力度,既有及新建铁路均按电力牵引设计,其沿线多处为百里及三十里强风区,而风区内尚无成功运营的电气化铁路,接触网的受流质量直接影响机车的运营状态。在电气化铁路接触网设计中,腕臂支持结构作为接触网最基本的悬挂单元至关重要。主要是从国内、外腕臂支持结构的结构组成、连接方式、刚度等方面进行抗风适应性分析,特别是对多灾区国家腕臂支持结构的成功运营经验模式进行分析、比较,最终提出适应于新疆强风区的腕臂结构形式。     

接触网腕臂结构系统动力学分析

根据实际工况建立接触网腕臂结构系统的有限元模型。利用有限元法对此模型进行受力分析,校核其静强度、静刚度。建立腕臂结构系统的动力学模型,通过模态分析得出模型的前10阶固有频率及振型,并通过谐响应分析计算在外载荷的影响下结构的共振频率。通过对腕臂结构系统的动力学分析,得出在外载荷作用下,整体结构系统不会发生共振现象,与实际工程项目相符,为工程实际提供理论支持。     

香港西部铁路圆断面隧道接触网悬挂方式研究

介绍了香港西部铁路的概况和交流25kV电气化铁道圆断面荃青隧道接触网设计的情况,论述了可调角度腕臂底座与弯形腕臂相结合的方法在利用圆断面隧道空间,实现圆断面隧道内的链形接触悬挂方面的作用,对相似工程接触网设计有一定的参考意义。