关于提高钢轨探伤车检测性能的建议

大型超声波钢轨探伤车主要用于检测铁路钢轨内部和表面的各种疲劳缺陷和伤损,是保障铁路安全生产,防止断轨的重要设备。基于探伤车日常使用过程中遇到到各种问题,科学分析,提出应对方法,并对优化探伤车的检测性能提出建议。     

小半径曲线钢轨非对称打磨廓形设计方法

为设计可提升列车小半径曲线通过性能的钢轨非对称打磨目标廓形，对中国现有CN60钢轨廓形进行了几何推导；以钢轨廓形几何参数作为设计变量，以车辆系统多体动力学指标作为综合目标函数，考虑钢轨打磨约束条件，提出了一种针对小半径曲线钢轨非对称打磨廓形的多目标数值优化模型；基于差分进化算法编写了相应的数值计算程序，并选择合理的计算参数求解了优化模型；根据实际线路参数分析了优化后钢轨打磨廓形的轮轨接触几何特性，并验证了列车的小半径曲线动力学性能。研究结果表明:提出的优化方法具有较快的计算速度，优化模型仅迭代了97次即可获得理想的钢轨打磨廓形；非对称打磨使内外钢轨具有差异性的打磨位置与打磨深度，将轮轨对中位置向轨道内侧移动了约10 mm，且不会改变轮缘处的轮轨匹配特性，有效增大了轮对横移10 mm范围内的轮对滚动圆半径差与轮轨接触角差，降低了列车在通过小半径曲线时的轮对横移、轮轨横向力、脱轨系数和轮重减载率，提高了转向架的横向稳定性和轮轨磨耗性能；虽然该打磨方式获得的钢轨廓形增大了轮轨接触应力，但并不会引起轮轨塑性变形。由此可见，该设计方法为提高列车的中小半径曲线通过能力提供了一种可行途径。      

过度磨耗钢轨的打磨廓形设计方法

针对过度磨耗钢轨的打磨，提出一种以圆弧切点为关键参数的钢轨廓形设计方法；以轮轨接触位置为优化区域，以钢轨磨耗和打磨材料去除量作为优化目标函数，以廓形边界范围、凹凸性、脱轨系数和轮轨横向力为约束条件，建立磨耗钢轨打磨设计廓形多目标函数；集成多元模拟退火寻优算法进行求解；为了得到能代表重载线路曲线区段的钢轨廓形，作为优化的输入数据，采用最小二乘距离算法、算术平均算法、加权平均算法和散点重构算法得出4种钢轨代表廓形；使用Pearson相关系数、Kendall秩相关系数和Spearman秩相关系数计算出4种算法的钢轨代表廓形与实测廓形接触点概率分布曲线的相关性，取相关性最高的代表廓形为等效重载线路曲线区段的实际廓形；对某重载线路过度磨耗钢轨的经济性打磨廓形以及采用圆弧型廓形设计方法的优化廓形进行分析。分析结果表明:优化廓形与现场打磨廓形相较，截面廓形磨削量减少69.56 mm2，下降64.98%，脱轨系数小幅增大，轮轨横向力基本不变，轮对横移变化较小，曲线通过性能相近，80万次通过量下的磨耗面积增加2.19 mm2，钢轨的磨耗速率略微增大，整体仍延长了钢轨寿命。      

客运专线斜拉桥梁轨相互作用设计参数

采用非线性弹簧模拟桥梁和轨道的相互作用,根据相关文献的试验结果对模拟方法进行验证。以沪昆客运专线上某槽型截面独塔斜拉桥为算例,采用大型通用有限元软件ANSYS建立了塔-索-轨-梁-墩统一的空间有限元模型,对斜拉桥钢轨纵向力的传递规律进行了分析,研究了纵向阻力模型、斜拉桥结构体系、温度荷载与风荷载等设计参数对钢轨纵向力的影响。分析结果表明:钢轨纵向阻力可按理想弹塑性模型进行简化;与漂浮体系相比,塔梁固结可减小约30%的钢轨纵向力;在计算钢轨伸缩力时可按照梁体升温15℃和拉索升温40℃加载;在风速较大的地区,风力引起的斜拉桥上钢轨纵向力可超过60kN。     

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.     

高温超导直线感应电机的电磁优化设计

主要给出了高温超导直线感应电机的设计和电磁分析方法.根据常规直线感应电机设计公式,结合遗传算法和约束条件得到了当前条件下最优化的电机参数.由于高温超导直线感应电机的特殊性,很难用公式法直接得到准确的电机优化参数,因此用有限元电磁分析软件Ansoft对得到的电机模型进行了性能分析,并根据分析结果修改电机参数,直到电机性能满足设计要求为止.     

动车组车体快速设计系统研究与优化

对动车组车体快速设计系统的模型参数化、程序设计及实现进行研究.采用基于骨架自顶向下、模块化、参数化及Pro/Program的设计方法创建车体参数化模型,借助Pro/Toolkit二次开发工具及Visual Studio开发环境,完成车体快速设计系统的开发和系统优化.指出系统程序优化的重点主要在于车窗车门部分快速设计的程序实现,并提出基于代码调整和算法结构两个层级的优化策略,代码调整方法通过调用自定义函数的方法来优化车窗车门程序,算法结构方法从程序逻辑结构的角度对车门程序进行了优化.最后对比分析了两种方法的优缺点,确定在动车组车体快速设计系统程序设计过程中采用函数调用的方法更加合适.     

钢轨波磨研究进展

为了解轨道车辆运营中普遍存在的钢轨波磨问题,分析了钢轨波磨的形成机理,阐述了钢轨波磨对车辆-轨道系统动力学性能的影响,综述了常见的钢轨波磨检测、监测与抑制方法,并展望了钢轨波磨的研究方向。研究结果表明:车辆-轨道系统耦合振动、轮轨反馈振动、轮轨自激振动和轮轨接触振动是形成钢轨波磨的主因,车辆-轨道结构、线路运营条件、轮轨材料、钢轨型面和车轮踏面轮廓等多方面因素相互耦合作用亦会引起钢轨波磨;重载、高速铁路和地铁钢轨波磨会影响车辆-轨道系统动力学性能和车辆与轨道零部件寿命,也会影响扣件、钢轨、轨枕、轨道板(道砟)和轴箱等零部件的振动特性,各零部件的阻尼、刚度等物理参数与运行条件不匹配时也会造成钢轨波磨,列车长时间运行在钢轨波磨路段时会导致车辆-轨道结构产生强烈共振,造成严重疲劳损伤,影响行车安全;检测与监测是研究和发现钢轨波磨的重要辅助手段,抑制钢轨波磨主要通过改善轮轨接触关系、钢轨打磨、提高钢轨表面材料硬度、添加相关摩擦调节剂和轮轨润滑剂、使用钢轨吸振器技术、优化轮轨系统结构以及调整列车运营规定等措施来实现;目前,钢轨打磨仍是消除和减轻钢轨波磨最直接、最有效和最经济的措施,应提升并改善钢轨打磨技术。      

非接触式方向盘转角传感器检测算法的研究

提出了基于角度传感器检测量程与游标原理算法检测量程为周期的分段函数算法。与传统非接触式方向盘转角传感器游标原理算法进行了对比分析,并对其角度检测范围与分辨率等方向盘转角传感器指标进行了验证。搭建了角度试验台架以及相应的方向盘转角传感器样机。台架试验表明:该算法提高了方向盘转角传感器的检测精度,实现了其检测量程与检测精度的解耦,为实现更高的控制精度与可靠性提供了可能。     

基于DOE与遗传算法相结合的共轨柴油机喷射参数优化

将DOE与遗传算法相结合对共轨柴油机喷射参数进行优化,并对优化方案进行了燃烧分析和试验验证。针对某型共轨柴油机,利用DOE设计了77种共轨柴油机喷射参数技术方案,再以响应面近似模型技术构造优化目标函数,利用遗传算法对该近似模型进行寻优。试验结果证明优化后柴油机油耗降低5%,NOx降低10%,碳烟降低18%。     

基于改进主动轮廓模型的钢轨表面缺陷分割

针对钢轨表面图像灰度分布不均匀、目标缺陷轮廓边缘模糊的问题,提出了以C-V模型和LBF模型为基础的主动轮廓模型分割算法.首先,结合C-V模型和LBF模型建立最小化能量泛函模型,并对模型进行凸优化处理;然后,通过对局部子块进行卷积得到演化曲线内外局部灰度均值;最后,采用Split Bregman迭代算法进行模型求解,解决了C-V模型和LBF模型收敛速度慢、对初始轮廓位置敏感和容易陷入局部最小等问题.使用该模型对含有掉块、钢轨接缝或裂纹缺陷三类常见的钢轨表面图像进行分割,仿真实验结果表明,该模型在初始轮廓位置的选择及分割性能上明显优于单一的C-V模型和LBF模型.     

考虑打磨量的重载钢轨打磨廓形优化设计

为在重载钢轨打磨廓形优化设计中最小化钢轨打磨量，建立了打磨量的钢轨廓形对齐及计算方法，设计以轮轨磨耗指数、轮轨接触应力以及钢轨打磨量为优化子目标的综合优化评价模型，并对不同优化策略的优化结果进行了分析. 首先，通过矩阵旋转变换、曲线拟合及样条插值等理论建立钢轨廓形自动对齐算法，并计算目标廓形打磨量；其次，考虑轮轨磨耗指数、接触应力以及钢轨打磨量，建立综合优化目标函数，采用遗传算法并联合车辆轨道动力学仿真模型求解优化钢轨打磨廓形；最后，运用所建立的钢轨廓形优化设计模型计算分析不同优化策略的设计结果. 研究结果表明:同时考虑轮轨磨耗、轮轨接触应力和钢轨打磨量，优化后曲线外、内轨廓形平均磨耗指数相比初始廓形下降68.9%，内轨接触应力下降39.1%，打磨量下降21.8%，优化效果最佳；只考虑轮轨磨耗和接触应力时，优化后曲线外轨廓形磨耗指数和内轨接触应力下降较为明显，但打磨量下降速率相对较慢，仅为11.3%；只考虑打磨量时，优化后钢轨廓形打磨量下降最快，为24.4%，但轮轨接触应力显著变大.      

几何参数设计对相邻电容传感器性能的影响

针对相邻电容传感器存在的测量信号微弱的问题,研究了相邻电容传感器的几何参数设计对传感器性能的具体影响,并通过几何参数的优化大幅度提高传感器测量性能.提出包括穿透深度、信号强度与噪声抑制、测量灵敏度与动态测量范围的相邻电容传感器性能综合评价细则.针对环形相邻电容传感器进行了极板几何面积变化对传感器性能影响的研究分析;设计了矩形、环形、交叉指形和螺旋盘形4种结构的相邻电容传感器,在等参数同测量环境下,对各相邻电容传感器分别进行电场仿真和边缘电容测量值比较,确定传感器几何形状对传感器性能的具体影响.实验结果表明,相邻电容传感器几何参数对传感器测量信号强度与测量灵敏度影响明显,复杂交叉指形与螺旋盘形的电容传感器测量区域的总体测量灵敏度比单结构的环形、矩形传感器的分别提高了66.8%与33.5%.      

混沌优化算法在协同设计冲突消解中的应用

利用混沌优化算法,对协同设计中建立的约束网络数学模型进行寻找全局最优解操作,以实现冲突消解,最后利用常用寻优函数对该应用的有效性进行了仿真验证.数值试验结果表明,本算法具有结构简单,鲁棒性强,易于实现,效率高的优点,从而能够实时地对协同设计中检测到的冲突进行消解.     

大型群桩基础安全监测传感器选型优化

为优化大型基础工程的传感器系统,合理选择传感器类型,建立了以传感器系统成本为目标函数,以表决系统可靠度为约束条件的多传感器选型优化模型,并用遗传算法求其最优解.为了考虑安装埋设环境对系统可靠度的影响,提出了环境因素折减因子的概念,给出了它的确定方法,并用该因子对不同环境下传感器的可靠度进行修正.以苏通大桥群桩基础传感器系统设计为例,对该模型进行了验证.结果表明,运用该模型,在保证系统可靠度的前提下,能使系统成本降低9.1%.     

UWB传感器网络跨层优化模型的构建与实现

跨层设计是提高无线传感器网络整体性能的一种有效方法．文中在综合考虑MAC层调度、物理层功率控制、网络层路由三方面因素的基础上，结合UWB技术超带宽、低信号功率的特点，以实现网络最大数据传输速率为目标，构建了UWB传感器网络跨层优化模型．仿真实验结果表明，根据模型最优解进行网络配置可充分利用网络资源、显著提高网络的数据传输速率，以构建、求解优化模型的方式解决网络跨层问题是切实可行的．     

零件参数优化设计模型

通过对零件参数设计问题的分析，提出了质量特性的全微分形式，建立了质量损失函数，进而建立了零件参数的优化设计模型，并对模型用小步长搜索法进行了求解，同时还用参数的分析方法求解模型，以了解各种零件参数对质量特性的影响。最后利用一算例对模型及其求解方法进行了验证，并与田口方法作了比较，表明本模型精度较高，结果合理可靠。     

基于改进响应面法的结构模型修正研究

提出采用响应面法进行有限元模型修正.该方法根据方差分析或先验信息进行设计参数筛选,以显式的响应面模型逼近目标函数与设计参数之间复杂的隐式函数关系,通过响应面自身特性进行迭代修正.在此基础上,根据样本点对目标函数贡献的差异性提出通过加权来构造改进的二次响应面,改进后的响应面可以更快地迭代收敛,计算量小,可推广至非线性等复杂模型,某算例验证该方法的有效性.     

基于Kriging模型的改进协同优化算法

为了提高协同优化算法的求解效率,利用Kriging模型,构造系统级近似优化模型,提出了基于Kriging模型的改进协同优化算法.该算法采用置信域与均匀设计相结合的方法,完成近似模型的更新;采用序列二次规划算法,完成优化问题的求解.以经典函数和减速器设计为例,验证了改进协同优化算法.结果表明:该算法能提高计算效率,在减速器设计中,迭代次数减少50%左右.     

铁路钢轨网格化维修规划优化编制模型

优化编制铁路钢轨维修规划,对管理者合理利用维修资源、确保铁路行车安全具有重要意义.本文基于铁路基础设施网格化管理思想,按照一定规则将线性、连续的铁路钢轨设备,分割为等长的小区段,这些小区段称为钢轨网格.以钢轨网格为基本对象,采用多阶段指数Markov模型,个性化描述钢轨网格状态变化规律;在此基础上,采用Markov决策过程方法,以规划周期内的期望总成本最小为目标函数,建立基于状态的维修策略模型,确定一个较长规划周期内的最优维修策略.作者采用了陇海线实际数据对提出模型的有效性进行了验证,计算结果表明,本文提出的模型优于基于阈值的中国铁路既有的管理方法.