铁道车辆空气弹簧系统最优控制策略及方法研究

铁道机车车辆动力学性能的运行稳定性、平稳性和曲线通过性能是由机车车辆悬挂系统参数和轨道系统参数所决定的。改善机车车辆的运行品质有两条途径:一是提高线路等级;二是合理设计机车车辆的悬挂参数。对新修线路来说,提高线路等级会使造价增加,对于大部分既有线路来说,轨道参数是一定的,要保证机车车辆的运行品质,在很大程度上取决于机车车辆悬挂系统参数的优化选择。半主动控制是近年来机车车辆研究领域发展起来的一门新技术。本文首先介绍了最优控制的基本原理,然后运用半主动控制技术对空气弹簧进行分析,提出了一套以调节空气弹簧阻尼为目的的最优控制方案,并且运用计算机软件SIMULINK对半主动控制空气弹簧悬挂系统进行了计算机仿真。研究结果表明,运用半主动控制技术可以得到更佳的空气弹簧悬挂参数,进而提高车辆的运行平稳性。     

城际轨道交通动车组一系钢弹簧断裂故障问题研究

一系钢弹簧是动车组重要的承载和减振部件,其故障问题主要集中在断裂和磨损上。目前对于钢弹簧断裂故障的分析大多基于仿真和材料学分析方法,而未对其异常受力根源进行深入研究。从振动响应角度对某动车组一系钢弹簧疲劳断裂故障问题进行深入分析,综合理化分析、振动模态测试以及车轮状态调查,找到钢弹簧失效的根本原因,即车轮存在多边形,且其产生的强迫振动导致钢弹簧发生接触性疲劳断裂。通过车轮镟修,解决了钢弹簧断裂故障问题。     

机车车辆车下悬挂箱体设备安装座疲劳寿命仿真优化分析

机车车辆在运行过程中,传递给车下悬挂箱体的随机振动激励与箱体内部结构的固有频率相接近时,会使结构产生共振而发生疲劳破坏。为研究箱体安装座在振动载荷下发生疲劳破坏的原因,基于结构振动疲劳寿命分析方法,采用有限元软件对悬挂箱体结构进行随机振动疲劳寿命分析。然后利用Dirlik法和Miner线性损伤累积准则对箱体设备安装座进行疲劳损伤评估,并对结构进行仿真优化。经分析表明,箱体安装座的疲劳寿命与安装设备的高度、质量以及安装座刚度有关,这些部件参数决定了箱体内部结构的固有频率,从而影响结构疲劳损伤的大小。     

机车一系弹簧动荷系数确定的探讨

对DJ1型机车一系弹簧断裂原因进行分析,认为机车一系弹簧直接承受轮对的冲击,工作条件较为恶劣,一系弹簧疲劳寿命除与弹簧本身质量有关外,还与弹簧的动荷系数取值密切相关,而动荷系数的取值与机车运用线路条件、机车的悬挂方式、机车运行速度及机车牵引负荷有关.不同线路条件应取不同的安全系数,以保证一系弹簧的工作寿命.     

基于APDL语言的套组弹簧参数优化设计

弹簧悬挂系统是机车车辆转向架的重要组成部分,对机车车辆运行是否平稳、能否顺利通过曲线并保证车辆安全运行,起着重要的作用。相对于单卷螺旋圆弹簧,双卷弹簧组在承载相同的载荷时,能在保证与单卷弹簧同样弹性性能的同时大大节省悬挂系统所占的空间,降低应力,提高悬挂系统的可靠性。圆柱螺旋弹簧传统设计采用试凑法,其设计过程费事繁琐,很难得出最有效的设计方案,现建立两级刚度弹簧优化模型的同时,运用了有限元分析软件ANSYS自带的优化单元APDL,通过一阶迭代优化计算弹簧相关参数的最优解,并在强度分析软件ANSYS中,对结果进行了验证。验证结果证明推荐的方法简单有效,能简化套组弹簧的设计过程,提高悬挂系统设计效率。     

铁路客车轴箱钢弹簧断裂失效的分析研究

铁路客车轴箱钢弹簧常见的失效形式为断裂失效,文章从弹簧设计校核、制造过程、运用中相关零部件的影响等方面来分析轴箱钢弹簧断裂失效可能的原因,提出改进方向,为轴箱钢弹簧的断裂失效分析提供借鉴。     

机车车辆动力学研究及发展

机车车辆动力学在最近10年得到迅速发展,考虑车辆—轨道耦合作用的耦合模型得到广泛应用。随着大跨距跨江铁路桥的建设,车和桥的耦合振动会引起接触网的振动,进而影响弓网的耦合振动。因此十分有必要开展接触网—受电弓—机车车辆—线路—桥梁耦合大系统动力学的研究。进行机车车辆动力学性能优化,必须首先确定机车车辆动力学三要素的优先关系,即运行的稳定性—安全性—平稳性,建立以列车为研究对象的模型,同时在模型中考虑机车车辆结构弹性和频变特征悬挂参数以及气流扰动的影响,进而进行灵敏度分析和参数优化。给出考虑频变特性的钢弹簧等效计算方法以及基于循环变量的列车系统动力学建模和计算方法,并验证了计算方法的有效性。     

末端间隙对货车转向架弹簧疲劳寿命的影响

文章分析了料径为24 mm,材质为60Si2CrVAT的K6转向架外圆弹簧1在疲劳试验时,疲劳次数达到80. 3万次时发生断裂的原因。分析结果表明,弹簧工作圈与支撑圈之间的末端间隙过小是导致疲劳失效的主要原因;提出将弹簧末端间隙提高到弹簧工作圈间距的0. 3～0. 35倍的改善措施,并进行弹簧疲劳试验验证,所有弹簧均达到300万次以上的疲劳寿命。     

机车车辆Huck铆钉铆接件疲劳试验分析

介绍了Huck铆钉拉铆技术的优越性能,针对机车车辆Huck铆钉拉铆铆接件因振动疲劳导致铆接件松动及铆钉断裂的情况,利用高频疲劳试验机对机车车辆用的Huck铆钉铆接试件进行疲劳试验,测得其疲劳强度为241.2 MPa。采用幂函数公式对疲劳试验数据进行拟合,得到了Huck铆钉试件的S-N寿命曲线。最后利用ABAQUS和Fe-Safe软件对Huck铆钉铆接件进行了仿真分析,通过试验与仿真的对比分析为机车车辆Huck铆钉拉铆紧固件的疲劳强度评定提供了基础实验数据。     

广州地铁某型车辆一系螺旋钢弹簧断裂问题分析

广州地铁某型车辆频发一系螺旋钢弹簧断裂问题。统计分析钢弹簧断口特征发现,断口有明显的疲劳断裂特征,断裂位置集中在1.0~1.6圈内,出现过第一、第二有效圈并圈磨损的异常现象。在钢弹簧簧丝应变测试中发现40~80 Hz频率痕迹。通过动态仿真分析发现,螺旋钢弹簧在40~80 Hz频率振动激励下出现明显的波动现象,弹簧各圈应力幅值均较低频激励时大,靠近端部的有效圈应力幅值较中间圈增大明显,从而使靠近端部的第一有效圈最早产生疲劳失效。基于分析结果,建议钢弹簧选型设计时,应提高疲劳强度,尽量取大安全系数,提高弹簧自振频率。     

大轴重货车车轮热负荷下疲劳强度分析

随着车辆轴重的不断提高,车轮所承受的工作载荷显著增加,随之而来的车轮疲劳寿命下降将直接影响列车的安全运行。运用有限元分析软件ANSYS仿真分析长大坡道制动下车轮的温度场,根据国际铁路联盟标准UIC 510-5—2003确定计算载荷,计算了32.5 t轴重车轮在计算载荷工况下的应力场。将多轴应力状态转化为单轴应力状态,对车轮辐板进行疲劳强度评定。     

基于疲劳寿命理论的无砟轨道脱空等级划分

采用有限元软件ANSYS建立CRTSⅢ型板式无砟轨道模型,研究脱空形式和脱空程度对无砟轨道疲劳寿命的影响。采用混凝土弯拉疲劳方程计算无砟轨道疲劳寿命,计算时不考虑预应力和温度梯度仅考虑列车荷载的影响。计算结果表明,随着脱空程度增大,4种脱空形式均会显著降低无砟轨道疲劳寿命,且板端脱空的影响最大。据此提出了脱空等级划分原则,并依据无砟轨道疲劳寿命影响系数将无砟轨道脱空划分为轻度脱空、中度脱空和重度脱空3个等级。建议参照离缝的修补方法确定各脱空等级相应的修补材料和工艺。     

机车车辆一系悬挂橡胶弹性元件综述

V形弹簧、锥形弹簧和一系定位节点这三种橡胶弹性元件是轨道交通机车车辆一系悬挂装置的重要组成部分.以转向架和整车需要为出发点,介绍了上述三种悬挂装置的特点、应用情况,并对其技术关键点进行了阐述.     

浮置板与整体道床轨道车轨振动特性对比分析

基于车-轨耦合动力学理论,对钢弹簧浮置板轨道和整体道床轨道进行耦合动力学分析。对比地铁车辆在两种轨道上运行时的车体加速度、轮轨相互作用力、钢轨加速度以及轨道板(道床板)振动加速度等指标,对浮置板轨道的应用具有理论指导意义。对比从时域和频域分别进行,结果表明,将整体道床轨道替换为浮置板轨道后,车体垂向加速度、轮轨动作用力受到的影响很小,时域幅值略微有减小趋势;钢轨加速度和轨道板(道床板)表面加速度有明显增大趋势,所以浮置板轨道在减小板下振动的同时势必会引起轨道结构振动噪声增大以及疲劳伤损加快等弊端,应加以研究控制。     

铁道车辆橡胶弹性元件设计仿真与校验

通过详细介绍一种铁道车辆转向架用橡胶关节的结构设计与疲劳试验设计过程中运用虚拟样机仿真分析的技术手段,说明设计仿真中利用有限元仿真分析技术和实际试验相关联的方法确定产品结构参数;利用车辆系统动力学仿真分析技术和随机载荷统计分析技术确定产品的载荷条件和疲劳载荷谱,通过实际疲劳试验校验设计仿真的可行性和可靠性。     

焊接残余应力对钢结构疲劳性能影响研究

针对机车车辆各焊接承载部件的结构疲劳性能,在广泛参考和借鉴国际上动态承载焊接结构的疲劳研究成果,并对各种现行国内外工业设计标准或规范进行对比研究的基础上,主要就焊接残余应力的结构疲劳性能影响及其考虑方式相关内容进行了详细和深入的探讨.明确在机车车辆各焊接承载部件的焊缝接头疲劳设计、强度评定及寿命预测分析中,必须重视焊接残余应力的疲劳影响作用,并应依据实际结构几何及焊缝接头形式、承载特点、残余应力真实分布等因素,采取适当方法予以合理考虑.     

苏州轨道交通2号线轨道减振措施性能测试分析

在苏州轨道交通2号线隧道内采用III型轨道减振器扣件、中量级钢弹簧浮置板道床以及重型钢弹簧浮置板道床等3种减振措施的代表断面上,采用落锤法测量钢轨、轨枕、道床及隧道侧壁测点的振动时域信号,计算得到各断面上测点的传递函数,并评价分析了这3种减振措施的性能。选取对列车振动较敏感的轨道下穿居民小区路段进行地面振动测试,分析了地下列车运行对居民生活的振动影响。研究结果表明,苏州轨道交通所采取的大埋深及重型钢弹簧浮置板道床等减振措施是卓有成效的。     

列车由车辆段往返正线的接发车能力分析

轨道专业为优化某市地铁拟建线工程中车辆段至正线B站的站间线路，推出了一个新方案。本文就原线路方案和推荐方案分别处于非正常情况时，列车在车辆段与正线间的作业情况进行综合性分析，并从城轨交通信号专业的角度对推荐方案给予技术性支持，该分析可为今后城市轨道交通的同类线路设计提供有益参考。