高速列车头型多目标气动优化设计

为提高明线运行的高速列车气动性能,以头车气动阻力和尾车气动升力为优化目标,对高速列车头型进行了多目标自动优化设计.以某新型高速列车为原型,建立了包含转向架区域的高速列车参数化模型,提取了7个设计变量,分别控制鼻尖高度、端盖开闭机构顶端高度、驾驶室车窗高度、水平最大外轮廓线横向宽度、头型中部辅助控制线凹凸度、转向架区域横向宽度和隔墙倾角,并基于计算流体动力学理论,建立了高速列车空气动力学模型.应用该模型计算作用在列车上的气动力,通过多目标遗传算法自动更新设计变量,实现了高速列车头型的自动优化设计.对优化目标与设计变量的相关性进行分析,结果表明:驾驶室车窗高度和转向架区域横向宽度对头车阻力影响最大,头型鼻尖高度和中部辅助控制线凹凸度对尾车升力影响最大;优化后得到6个Pareto最优头型,与优化前的头型相比,头车阻力最多减小3.15%,尾车升力最多减小17.05%.      

高寒地区高速列车制动性能仿真研究

运用Simpack建立了高速列车动力学模型,分析了高寒地区列车制动过程中的受力情况,设计了400 km/h高速列车紧急制动与最大常用制动减速度曲线,并进行了黏着校核。结果显示所设计的减速度曲线能满足400 km/h高速列车的制动需求。运用MATLAB/Simulink建立制动系统模型,通过仿真计算得到高寒地区干燥和冰雪条件下紧急制动距离和最大常用制动距离。     

高速列车紧急制动距离的探讨

通过对国内外高速列车紧急制动距离及紧急制动减速度的对比、计算、分析,提出我国高速列车制动初速为300 km/h时的紧急制动距离建议.     

时速250km以上高速列车制动模式曲线算法

研究了时速250 km以上高速列车制动系统,分析了高速列车的运行阻力、制动力与制动距离.根据目标距离模式曲线理论,建立了高速列车的制动模式曲线分段迭代模型.应用MAT-LAB/Simulink软件,分析了CRH2-300型高速列车在平直道上、15‰与25‰直坡道上的运行阻力的变化,对比了CRH2-300型和CRH3型高...     

高速轮轨速度极限探讨

在高铁运用与理论实践基础上,提出了抗蛇行频谱特征匹配原则,并作为超高速转向架技术方案研究的基本指导准则之一.根据基于抗蛇行频带吸能机制的稳定新理论,以ICE3系列作为基准转向架,通过必要的参数优配,制订了超高速转向架优配方案.动态仿真分析表明：400 km/h超高速运用存在3大技术难题：即抗蛇行减振器性能可靠性、车体横向振动响应频带增宽和电机横摆自激振动.尽管这3大技术难题在技术与理论上可以得到解决,但是超高速运用已经丧失了其商业价值.冲击600 km/h打破法国574.8 km/h世界纪录,不仅具有十分重要的现实意义,而且也具备技术可行性.但是时速500 km/h以上,将出现车轮纵向蠕滑不稳定问题.根据威金斯理论,这是高速轮轨速度极限的重要技术标志之一.     

高速列车转向架空气阻力的数值模拟

为了研究转向架的空气阻力特性,建立了列车空气动力学模型.基于三维定常可压缩N-S 方程和k-ε两方程湍流模型,采用有限体积法对速度为400 km·h-1的高速列车空气动力学性能进行了数值模拟,分析了车底结构对转向架气动力的影响.研究结果表明:转向架区域的流场结构非常复杂,转向架前后都会有漩涡形成;高速列车各转向架所受气...     

快速轨道交通列车转向架区域噪声预测分析

轮轨表面粗糙度激励轮轨系统振动并辐射噪声,决定着轨道交通主要噪声来源的转向架区域噪声.以时速为160 km/h运行的快速轨道交通列车为研究对象,基于有限元-边界元法、模态叠加法建立轮轨噪声预测分析模型,应用该模型调查了车轮表面粗糙度对于轮轨噪声的影响;进而基于声线法建立以时速160 km/h运行的快速轨道交通列车转向架区域噪声仿真预测分析模型,以文中预测分析得到的轮轨噪声和现场实测得到的转向架区域气动噪声、辅助设备噪声为声源,研究转向架区域噪声特性随车轮表面粗糙度的变化规律.结果表明:转向架区域外侧场点噪声随车轮表面粗糙度的增大而增大.车轮表面粗糙度主要影响315~5 000 Hz频率的转向架区域外侧场点噪声,与车轮表面粗糙度较好的工况,车轮表面粗糙度较差时,转向架区域外侧场点噪声的总声压级均增大5.5 d B(A)左右.     

高速转向架轮对参数化设计与验证

为提高转向架轮对的设计效率,基于参数化设计理论,提出了一种面向性能的参数化设计方法.通过轮对结构参数与动力学、强度性能参数的关联分析,提取轮对的关键设计参数,并以此实现三维参数化自动建模,进而进行模型的动力学及强度评价,通过修改关联设计参数,以实现快速优化设计.基于此开发了高速转向架轮对参数化设计系统,并验证了所确定的设计参数的合理性及设计方法的准确性.     

高速列车表面气动噪声偶极子声源分布数值分析

以Lighthill方程为基础,采用边界元法并与计算流体动力学相结合,对高速列车表面气动噪声偶极子声源进行数值分析,以获得高速列车表面气动噪声偶极子声源分布.探讨了不同车速工况下列车车身表面气动偶极子声源的强弱及其分布特征,在此基础上对基于表面气动偶极子声源的列车外部气动声场进行了数值分析.研究表明:列车运行速度为270 km/h、频率为2.5 kHz时,声压级在90 dB以上的气动偶极子声源主要分布在车底转向架附近,其最大声源声压级约97 dB,是高速列车主要的气动噪声源区.     

客运专线列车速度-间隔控制机理与计算

给出了制动率、制动距离、作业时间等参数取值和最小追踪间隔的计算公式．不同的全制动距离阶段划分方式及其设备配置决定了高速客运专线信号控制及列车运行方式．列车的速度-间隔控制采用一次制动模式曲线方式并以速度分级模式曲线方式作为备用模式．缩短同方向列车到站追踪间隔是缩短追踪间隔的关键．对于速度大于250km／h的旅客列车，通过进站提前减速，用一次制动模式曲线方式能够实现3min追踪间隔．在客货混线运行条件下，当车站到发线有效长不大于1200m，咽喉区长度不大于800m，120km／h的货物列车制动率0．8时，能够实现5min追踪间隔；200km／h旅客列车采用制动率为0．6即能实现4min追踪间隔．     

稳健性优化方法在铁道车辆优化中的应用

采用一种基于灵敏度分析的稳健性优化方法,以某铁道车辆转向架悬挂参数为设计变量,针对该车辆的稳定性进行了优化设计,并结合正交试验参数灵敏度分析方法对优化后的悬挂参数进行了灵敏度分析.研究结果表明,稳健性优化设计得到的悬挂参数不仅使该车辆拥有较高的临界速度,且临界速度对各悬挂参数的灵敏度均很低,文中优化后车辆的临界速度达到了505 km/h,当各悬挂参数改变时,临界速度变化不到5％.     

两种提速型转向架侧架的强度分析

针对目前提速使用的设计时速为100 km/h的转8AG型和转8G型货车转向架侧架,采用有限元分析方法进行静强度计算.分析结果表明,转8AG型和转8G型货车转向架侧架整体上满足强度要求,应力最大部位发生在承台拐角、轴箱拐角和三角透视孔部位,这些部位在车辆实际运行中应给予重点关注.对转8AG型侧架进行了静强度测试,测试结果与计算结果基本一致.同时对转8AG型和转8G型侧架进行了比较分析,结果表明,转8G型侧架的强度指标明显优于转8AG型侧架.     

400 km·h-1变轨距动车组转向架关键技术综述

针对国内400 km·h-1变轨距动车组转向架的研发和设计问题,在借鉴国外成熟变轨距转向架技术的基础上,重点研究了国内高速变轨距动车组转向架的5个关键问题,即牵引电机布置方式、轮对驱动方式、轴箱轴承、变轨机构、基础制动及撒砂装置,对研究中发现的问题提出了相应的解决措施。研究结果表明:电机架悬和体悬都可以给制动盘的安装让出空间,但是电机与所驱动的车轴之间都会产生相对位移,需要采取运动补偿措施;为了满足400 km·h-1变轨距动车组车轴尺寸和转速要求,需研发新型轴箱轴承;变轨机构的存在会使转向架簧下质量增大,所以研制的变轨距转向架应尽量采用轻量化设计;考虑到制动效率和夹钳随动问题对变轨距转向架制动效果的影响,基础制动应优先采用轴盘制动,其次为轮盘制动;动车组转向架尽量不采用撒砂装置,若非用不可,考虑在砂箱和喷砂嘴之间采用软管连接,以适应变轨距时的运动补偿;在对变轨距转向架进行研发的同时,应注意地面变轨设施的广泛使用,使之达到简统化、标准化的要求;变轨距转向架的研制必须考虑不同轨距铁路的限界要求,轨距相差越大,对限界要求也就越高。所研发的动车组整车于西南交通大学滚振试验台上,在施加中国客运专线线路谱激扰的情况下,最高运行速度达到了602 km·h-1,并于2020年10月21日成功下线。      

基于智能路钮的超高速公路虚拟轨道系统研究

为提高超高速公路行驶安全性，使用结构分析和数学模型的方法研究基于智能路钮的高速公路虚拟轨道系统. 该系统由路面子系统、车载子系统和服务中心子系统组成. 安装车载系统的车辆接近写入路钮时激活虚拟轨道系统，阅读器读取标签路钮的位置坐标和该处道路线形信息，同时数据处理模块读取线形参数并处理得到道路切线与车身角度，读取前轮偏角、车辆速度和相邻两个标签路钮之间的距离，利用计算模型得到车辆在相邻两个标签路钮之间行驶时方向盘的转动角速度，并将控制参数发送给转向电机. 研究结果表明，当超高速公路设计车速分别为140，160，180 km/h时，只要保证路钮间的距离分别小于1.33，1.50，1.69 m，就可保证车辆偏离中心线的距离小于0.5 m. 因此，基于智能路钮的虚拟轨道系统可将车辆限制在虚拟轨道内行驶，保证超高速公路的安全性.     

等参单元在货车转向架强度计算中的应用

推导了八节点六面体等参单元的应变矩阵、刚度矩阵,对该单元的位移解收敛性和畸变敏感性进行了分析。针对转向架强度分析的特点,在MATLAB平台上开发了一套求解位移的有限元程序。该程序通过读取ANSYS软件输出的数据文件中的模型信息,采用八节点六面体等参单元,求出单元刚度矩阵及单元体积力矩阵,组集单元,引入位移边界条件,得到一组以节点位移为未知量的多元线性方程组,求解得到单元节点位移。最后对160 km/h货车转向架侧架的主要载荷进行了位移计算,结果与ANSYS软件计算结果基本吻合。     

桥上列车高速运行引起的地面振动试验研究

为了研究高速铁路高架段车致地面振动的传播和衰减规律,以津秦客专线32m简支梁桥区段为工程背景,实测高速列车以速度250~385km/h通过时的三向地面振动响应,并对实测数据进行时域和频域分析。研究结果表明:近场测点的加速度时程呈现出明显的列车周期性加载现象,轴距及前后车相邻转向架间距的激励频率起主要作用;地面各测点在顺桥向、横桥向和垂向3个方向上的振动优势频率范围为25~80Hz;随着距离的增加,垂向地面振动在优势频段显著衰减,而顺桥向和横桥向地面振动在1~80Hz频段内均明显衰减;各测点在各测试车速下,垂向地面振动比顺桥向和横桥向大,而同一测点在顺桥向和横桥向的地面振动加速度级最多相差2dB;顺桥向和横桥向地面振动在距振源约30m处出现放大现象;车速为250~320km/h时,近场总体振动加速度级随车速增加而增大约6dB,但车速为330~385km/h时的各测点总体振动加速度级相差不超过2dB。      

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简要分析了影响城市铁路最高设计速度的主要因素，研究了提高设计速度的利弊。以实际线路为背景，运用铁道部重点实验室开放实验平台TraMCES，从旅行速度、能耗、时间节约等角度模拟计算了80km／h、100km／h以及120km／h等设计速度下城市铁路系统的各项运营指标。通过对一条平均站间距为2.64km、全长37km的线路的案例分析，结果表明：与80km／h最大设计速度相比，100km／h的最大设计速度可以压缩旅行时间12.1%，但能耗将增加22.7%.     

铁道车辆转向架构架多轴疲劳强度有限元分析方法

铁道车辆转向架构架在服役过程中承受复杂的多轴疲劳载荷,为构架结构的设计和分析带来困难.本文以某车辆转向架构架为研究对象,为获得构架在复杂多轴载荷作用状态下的应力分布状态,分别建立构架板壳有限元模型和实体有限元模型,并参照UIC 615-4、TB/T 2368-2005和TB/T1335-1996标准,确定计算工况,对该转向架构架强度进行分析计算,并根据ORE B12/RP17提供的钢材Goodman疲劳曲线图,编写后处理程序对构架进行疲劳强度评估.结果表明：两种有限元模型计算分析结果趋于一致;构架结构的应力分布状态呈现面内应力分布占优的状态;采用最大主应力对其进行疲劳强度评估是合理的;两种建模方法获得的构架静强度、疲劳强度评估结果的一致性说明：采用板壳模型代替实体模型对构架进行有限元强度分析是可行合理的,可节省计算资源.     

高速列车运行时不同转向架区噪声特性

以中国某型高速列车为研究对象, 针对高速列车运行时主要噪声来源之一的转向架区噪声开展试验研究, 掌握其噪声特性和规律, 研究了不同类型和位置的转向架区噪声特性, 预测了不同速度下转向架区噪声水平和频谱特性; 基于一定的假设, 采用测试数据类比法对车头转向架区噪声成分进行分离。研究结果表明: 列车在200~350 km·h-1速度范围内运行时, 车辆主要噪声源集中在转向架区; 转向架区噪声表现为车头转向架区噪声大于车尾转向架噪声, 200 km·h-1运行时车头转向架区噪声大于车尾转向架区噪声约3 dB(A), 主要原因为在车头转向架处气流冲击导致的气动噪声大于车尾转向架处涡流导致的气动噪声; 中间动车转向架区噪声大于中间拖车转向架区噪声, 200 km·h-1运行时中间动车转向架区噪声大于中间拖车转向架区噪声约5 dB(A), 主要原因为相比于中间拖车转向架区噪声, 中间动车转向架区增加了牵引系统噪声; 随着运行速度的提高, 转向架区噪声在全频段内显著提高, 噪声峰值频率也会增大, 主要原因为车轮滚动噪声所致, 速度越大, 其轨枕冲击频率越高; 中间拖车转向架区噪声随速度增长的3次方关系符合轮轨噪声随速度的增长趋势, 对于车头转向架区噪声来说, 气动噪声成分更加显著, 并且随着运行速度的提高, 气动噪声所占比重呈增加的趋势。