列车气密性静态泄漏理论模型与计算

基于一维等熵流动理论推导了列车气密性静态泄漏状态方程, 考虑泄漏孔流量系数, 得到了压降泄漏时间和总泄漏时间计算公式; 数值模拟了列车气密性静态泄漏的动态过程, 并研究了长细比分别为1∶1、1∶4、1∶8和1∶16, 车内初始气压分别为6、5、4和3 kPa时, 泄漏孔长细比和车内初始气压对列车气密性的影响。分析结果表明: 在车内空气压力从3.0 kPa下降到0.8 kPa的过程中, 数值仿真和理论公式计算得到的压降时间分别为20.25、20.23 s, 与试验结果的相对误差分别为1.41%和1.51%;当泄漏孔长细比为1∶8和1∶16时, 列车车厢内空气压力下降时程曲线基本一致, 泄漏孔气流流量保持不变; 泄漏过程中泄漏孔的气流速度呈现中间大周围小的分布特征, 这是由泄漏孔壁面的黏滞作用引起的; 根据出口截面的中心速度和质量流率得到泄漏孔流量系数为0.71, 车内初始气压对相同指定压力下降时间的影响不足1%;若压降范围一致, 随着初始气压的增大, 压降时间减小, 压力从4 kPa下降到1 kPa的时间为24.18 s, 从5 kPa下降到2 kPa的时间为19.80 s; 数值仿真得到的压降泄漏时间与理论计算结果的最大相对误差为1.22%, 表明理论模型与数值仿真计算方法可以用于计算列车泄漏面积或气密性。      

高速列车隧道车内外压力变化的实车试验

基于350 km·h^-1中国标准动车组在大西高铁科学试验段的实车试验，结合压力保护阀工作状态，研究了列车通过试验段全程的车内外压力变化特征，分析了隧道长度、线路坡度、隧道群和列车速度对车内外压力变化的影响；针对EN 14067-5—2010中实车试验最大压力变化量的估算方法和TB/T 3250—2010中“整车车内可构成一个气压密封舱”的条文进行了实测数据验证，研究了整车气密效率的变化特征以及其与车内压力舒适性的关系。分析结果表明：EN 14067-5—2010中车外压力峰值计算方法得出的结果与实测数据存在较大差异，对其中列车和隧道壁面摩擦导致压力变化进行变量替代修正后的计算与实测差异明显减小；在压力保护阀关闭状态下，列车通过大坡度隧道后车内外长时间保持较大压力差；车厢内端门、风挡通过台门、司机室门的关闭几乎不存在气密性效果，整列车内贯通空间可视为一个气压密封舱；头车端和尾车端进入隧道引起的压力变化以及空气与列车和隧道壁面摩擦引起的压力变化与列车速度的平方成正比；整车气密效率随隧道长度的增大呈减小趋势，且其减小会带来车内人员耳部不适的问题。研究成果可为进一步认识高...     

可承受大集中载荷B型内燃动车组铝合金车体的强度分析

以可承受车下大集中载荷的B型内燃动车组铝合金车体为研究对象,介绍了其结构及承载特点.应用有限元软件建立了仿真模型,并且针对17种载荷工况进行计算,分析了车体的刚度及静强度,重点校核了底架设备吊挂区域应力分布情况.研究结果可知:车体结构满足车下各大集中载荷在各工况下的强度需求;在大型设备吊挂位置及动力包检修开孔附近均无应力集中现象;各静强度工况的Von Mises应力均小于对应材料的屈服强度;车体结构合理,车体结构刚度及强度均满足要求.本研究可为该类非标准车体结构设计提供理论依据.     

隧道内时速160公里货运列车交会压力波数值模拟

高速是我国铁路货运列车发展的主要目标之一,货运列车快速通过既有普速线隧道时,会诱发车外压力波动并可能引起车体疲劳破坏等问题.应用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,研究了我国新研发的时速160公里货运列车隧道交会压力波的形成机理和沿列车运行方向车外压力的分布特性,分析列车速度和车型对隧道压力波的影响.研究结果表明:两列车隧道中央等速交会时,车外的压力由于受到对向列车的气动作用、以及隧道内压缩波和膨胀波的反复作用,导致车外的压力不断波动;沿着列车运行方向,越接近车尾,车厢外的最大正压值和最大压力峰峰值越小,最大负压值越大.车速越大,压力波动幅度越大.不同车型下,对于头车、中间车和尾车的最大正压值,全侧开式快捷棚车比塞拉式快捷棚车分别大22.05%、12.33%和67.74%;对于最大负压值,其值分别大4.58%、14.56%和13.29%;对于最大压力峰峰值,其值分别大15.40%、13.63%和16.84%.     

线控液压制动系统轮缸压力变化特性

为了降低线控液压制动系统轮缸压力波动,采用稳态压力变化值表征轮缸压力变化率,研究了轮缸压力变化率在轮缸工作压力范围内的变化规律,推导了轮缸稳态压力变化值的计算公式,采用试验方法测得了系统稳态压力变化值随占空比与初始压力变化的脉谱图.计算结果表明:在升压过程中,轮缸压力变化率与初始压力的关系存在拐点,在拐点右侧,压力变化率随压力升高而降低,而在拐点左侧,压力变化率随压力升高而升高.不同占空比下轮缸压力变化率曲线的拐点对应的轮缸压力大体相同,此压力是活塞终止行程压力,在本系统中,此压力约为2.9 MPa.在压力变化的全部范围内,压力变化率与占空比之间的关系近似呈线性.     

空气弹簧对车辆曲线通过性能的影响

建立了考虑左右空气弹簧垂向耦合模型的车辆系统数学模型,由理想气体的状态方程得到空气弹簧的力学方程,分析了车辆通过曲线时车辆与空气弹簧的动态特性。仿真结果表明:由于高度阀的动作,车辆在驶出曲线后各空气弹簧的压力不一致,导致车体不能回到静平衡位置;车辆以正常速度通过曲线时,车辆曲线通过动力学性能变化不大;在车辆多次通过同一种曲线的较恶劣工况时,空气弹簧内气压变化范围是一定的;增加抗侧滚刚度能明显抑制车体侧滚,从而减小空气弹簧内气压的变化量;增大空气弹簧横向跨距,并选择合适的刚度和阻尼,能使车辆驶出曲线后各空气弹簧压力接近静平衡值。     

高速列车车内中高频气动噪声计算方法

利用SST k-w湍流模型计算了高速列车的外部非定常流场,提取了车身表面的脉动压力；基于统计能量分析理论,建立了高速列车车内中高频气动噪声分析模型,确定了模型中各个子系统的参数,计算了由车外脉动压力诱发产生的车内气动噪声.计算结果表明:高速列车车头的脉动压力变化最剧烈；在中高频范围内,司机室和乘客室的声压级随着频率的增...     

CRH3高速列车隧道压力波特性浅析

高速列车通过隧道会引起较大的车内外压力波动,带来乘客舒适性问题和车体较大的气动疲劳载荷.与常规速度的列车比较,隧道压力波是高速列车车体设计和通风系统设计中所必须要考虑的问题.基于已研制的一维可压缩非定常不等熵流动和广义黎曼变量特征线数值计算程序,给出了CRH3高速列车单车通过隧道和两列车隧道交会过程中隧道内压力波和车外压力波的形成过程,分析了同一编组上不同车厢车内外压力和压差的变化规律,以及8节车辆和16节车辆两种编组长度对车内外压力和压差的影响特征,得出了会车压力波变化比单车压力波变化更加剧烈,建议今后以隧道内会车工况为研究内容,研究车内外压力和压差的变化,确定最恶劣的会车工况和车内外压力和压差,为列车设计提供依据.     

输油管道土压力分析

应用ABAQUS有限元软件,采用库伦摩擦模型模拟管土接触面上的法向和切向行为,建立了管土结构有限元分析模型.应用该模型;分析了管周土压力的分布、大小和管土相对刚度.结果表明:管土相互作用对管道受到的土压力分布和大小有重要影响;管道竖向和水平向土压力在管径宽度和高度范围内大致呈抛物线分布,当管座地基与同填土刚度不同时在交...     

客运列车耐冲击吸能车体设计方法

为了减轻客运列车碰撞事故造成的损失,实现被动安全保护,对组成列车的动车、客车车体结构提出了新的设计方法,重新分配车体各部分刚度,设计出具有合适吸能结构的耐冲击车体,车体结构均按前、中、后三种纵向刚度设置,前后两部分为可以产生塑性变形的弱刚度吸能结构,中间部分为仅产生弹性变形的强刚度弹变结构。当列车在正常运行时,车体有足够的强度和刚度,需要满足有关规范规定的强度、刚度要求;在较高速下发生碰撞事故时,吸能结构能够沿所需方向产生塑性大变形吸收足够冲击动能,保证机器间和乘客区不发生破坏,并延缓碰撞作用时间,降低碰撞瞬间最大减速度,使撞击减速度在人体承受范围内。     

对称型多输出齿轮马达的泄漏分析与容积效率

为了研究对称型多输出齿轮马达的泄漏与容积效率，通过对称型多输出齿轮马达的内部结构计算出内外马达不同连接方式下的几何排量，分析了马达的主要泄漏途径，通过建立泄漏的数学模型归纳不同连接下泄漏的一般表达式；同时搭建试验平台测试对称型多输出齿轮马达的容积效率. 研究结果表明:当马达的进出口压力由0.9 MPa增加至5.9 MPa时，内马达工作时容积效率由94.2%下降至80.2%，外马达容积效率由92.5%下降至73.6%，内外马达同时工作时容积效率由88.8%下降至63.2%，差动连接时容积效率由86.0%下降至62.7%；当进出口压差为5.9 MPa时，内马达单独工作容积效率最高为80.2%，差动连接下马达的容积效率最低为62.7%.      

负重型外骨骼机器人液压阀块流道的流场分析及优化

为了研究负重型外骨骼液压动力单元温升及噪声过大的问题,利用ANSYS Fluent软件对负重型外骨骼液压阀块内部流道主要组成部分Z型流道和交叉流道进行计算流体动力学仿真,分别设计了5组不同尺寸的仿真试验,分析不同流道尺寸下流体速度稳定性与压力损失变化情况. 仿真试验表明,对于流道直径为5 mm的外骨骼动力单元液压阀块交叉流道压力损失随着进出口流道偏心距的增大而增大,流体速度在偏心距为 1.25 mm时稳定性最好;Z型流道压力损失在进出口流道之间的距离为 17 mm时达到最小,流体速度随着该距离的增大其稳定性上升. 优化过后的样机试验表明,液压阀块最大温度下降了3.3 ℃,最大噪声下降了7.6 dB.      

水冷型质子交换膜燃料电池温度控制策略

为了解决传统温度控制策略在质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)电堆实际操作过程中存在的强耦合性,避免在电堆电流大幅加载时电堆内部出现短时高温,提出了一种基于电堆空气入口压力变化的改进温度控制策略.该策略以冷却水入口压力为调节目标,通过调节冷却水泵的转速控制冷却水流速,调节散热器风扇转速控制电堆冷却水入口温度.考虑电堆极板耐压的条件下,在自主搭建的多功能PEMFC测试平台上对传统控制策略与改进控制策略做了实验对比.结果表明,改进温度控制策略使冷却水入口温度最大超调量减小34.7%,冷却水出入口最大温度偏差减小17.8%,实现了较高的控制精度;电流从120 A降低到90 A时,调整时间最少缩短100 s,提高了系统的响应速度,满足燃料电池发电系统对温度控制的需求.      

锂离子电池温升特性分析及液冷结构设计

针对电动汽车动力电池的温升发热导致温度分布不均及过热现象，根据电池的热物性参数及不同环境温度下的内阻，建立电池包生热分析模型；测试采集并拟合电动汽车的母线电流，通过仿真分析得到不同车速下电动汽车电池包的温升情况；进行典型城市工况实车试验，测取不同车速下电池包内温度测点的温升数据并拟合成温升曲线，通过仿真与试验结果对比，验证所建立的热分析模型的准确性；在此基础上，设计双进双出的液冷散热管道结构方案，分析在1C放电倍率下该液冷散热方案的散热效果. 研究结果表明:锂电池在高温（50 ℃）下，内阻仅为13.9 mΩ，而在低温（?30 ℃）时，内阻却达到了21.5 mΩ；电动汽车在新欧洲行驶工况（NEDC工况）和匀速工况（40、50、60、70 km/h）下的最高温升分别为1.8、2.6、3.6、5.3、8.0 ℃；所设计的U型结构液冷管道可以有效地降低电池包温升，提高电池包的温度均匀度.      

硬岩掘进机液压阀块设计方法

为了改善基础振动下液压阀块流道流通品质，基于有限元原理建立了基础振动下流道的仿真模型并验证了仿真模型的正确性；分析了基础振动下不同流道的布局方式，工艺孔结构参数，进出口流道长度对流道压降特性的影响；提出了基础振动下液压阀块的设计流程. 研究结果表明:基础振动下U型流道压降特性最好，Z型流道最差；U型流道工艺孔长度越短，流道压降平均值和压降波动越小；Z型流道工艺孔长度为3.5倍工艺孔直径，V型流道的工艺孔长度为3倍工艺孔直径时，流道压降平均值和压降波动较小；工艺孔直径略大于进出口流道直径时，有利于减小基础振动的影响；出口流道的长度在3倍出口流道直径以上时，有利于避免流道出口处于转弯后流场的恢复区. 新的设计方法能够有效减小阀块内流体压降大小，提高压力稳定性.      

地铁车辆辅助变流器的气动噪声研究

为了解决地铁车辆辅助变流器噪声超标1.5 dB（A）的问题,基于数值模拟和噪声测试相结合的方法,对辅助变流器的气动噪声特性进行了分析. 首先通过大涡模拟计算辅助变流器的气动噪声源,然后基于声类比法计算气动噪声源在流道和外部空间的声传播,最后分析风机与流道的涡流和噪声分布云图,对比各测点声压级频谱仿真和试验结果的变化趋势. 研究结果表明:在距离出风口0.4 m处仿真和试验的峰值频率均为290 Hz,量值仅相差5%,说明仿真方法正确可行;风机进口速度不均匀度过大、风机叶片涡流过多是导致风机噪声过大的原因;通过在风机进口增加方形整流网,改善了风机进口速度不均匀度,减少了风机叶片涡流,实现相同测点总声压级降低2.5 dB（A）.      

全压式交变机的设计与试验

由于目前活塞往复式交变试验机无法对气体介质压力仪表、真空仪表、正负压压力仪表及差压类压力仪表在静压环境下进行交变试验,设计了能在上述环境下进行交变试验的全压式交变机. 首先按照一般压力表、精密压力表和数字压力计型评大纲中对交变试验要求的上限、下限、频率和次数等参数进行分析;其次通过对可产生正弦压力波的发生装置进行选型,通过计数器采集正弦波频率,并控制进气电磁阀在规定的交变次数内试验自动停止. 样机试验结果表明:通过可控进、出气电磁阀产生的压力正弦波上限、下限和频率范围覆盖型评大纲要求的范围,上、下限控制误差不大于0.3%;通过可控进、出气流量阀控制的交变频率误差为型评大纲要求的不大于 ± 5次/min;计数模块统计次数与实际试验次数一致.      

基于分段控制的MMPC排气管段几何建模方法

MMPC系统排气歧管出口形状与入口形状有较大差异。为降低歧管内的流动损失,需要入口形状沿歧管轴线平滑过渡到出口形状,确定歧管截面形状沿歧管轴线的分布规律是实现平滑过渡的前提。给出一种基于分段控制的MMPC排气歧管几何建模方法,建立对出口、入口形状近似程度不同的一组截面,通过各截面在扫描路径上的位置变化,控制MMPC排气歧管段的平滑过渡,为MMPC排气管段的优化设计建立基础。