不同侧风模型下的高速列车安全性研究

为了研究适用于高速列车侧风安全性评价的风载模型和评价指标,基于均匀风假设和空气动力学结果建立了定常稳态风载模型,基于EN 14067—6—2010标准提出的瞬态风速分布模型和准静态理论建立了瞬态中国帽风载模型,基于AR模型建立了随机风载模型。建立了具有86个自由度的某高速动车组头车详细的动力学仿真模型,并将不同风载模型作为外部激励施加到车辆上。采用数值仿真方法,研究不同的风载模型和轨道激扰对运行安全性评价指标数值的影响,从而确定适合高速列车的风载模型和安全性评价指标,给出高速列车不同运行速度下的临界安全风速。结果表明,采用瞬态中国帽风载模型且不施加轨道激扰、用侧风倾覆系数评判运行安全性,适合我国高速列车的侧风安全性评价。     

基于载波移相控制的脉冲整流器直流侧支撑电容电压谐波抑制研究

以电力牵引交流传动系统中两重化脉冲整流器拓扑为研究对象,以实现其直流侧支撑电容电压谐波抑制为目标,首先从理论上分析了直流侧支撑电容容量的设计方法;然后分析了稳态运行时直流侧电压高次谐波的产生机理,并重点分析了两重化脉冲整流器载波移相控制方法对直流侧脉动的影响.理论分析表明直流侧电压高次纹波主要分布在2倍开关频率附近,载波移相控制技术可以有效地抑制直流侧2倍开关频率附近的纹波电压,从而减小直流侧电压纹波系数.因此在传统直流侧支撑电容容量设计方法的基础上,加入载波移相控制可以进一步减小所设计的支撑电容大小.最后对未添加载波移相控制和添加载波移相控制的方法分别进行了计算机仿真和半实物试验测试.Matlab仿真和dSPACE半实物测试结果都验证了理论分析的正确性和有效性.     

高速动车组供风系统建模与仿真分析

以CRH3型动车组供风系统为研究对象,通过分析供风系统的工作原理和动车组耗风设备组成,建立了供风系统的仿真模型,并对供风单元和整车供风特性进行仿真。得到了供风单元的供风特性以及整车空气充风特性,研究结果与试验结果相符,满足设计使用要求。此研究方法为高速动车组供风系统的设计和匹配研究提供理论依据。基于AMESim软件建立的供风系统仿真模型,为动车组空气系统相关研究提供支持。     

强侧风下高架桥上轨道列车的安全运行

城市轨道列车在高架桥上运行时会受到强侧 风的影响,危及列车的安全运行。结合北京地铁 13 号 线、昌平线等线路的实际情况,针对强侧向风下列车的 安全运行问题,采用 SIMPACK 软件建立单车三维动力 学仿真模型。以高速列车在侧向风下的空气动力学模 拟计算得到的风载荷数据为基础,推导出列车在低速行 驶的风荷载,分析强侧风对列车在高架线路曲线段上 动力学性能的影响。结果表明,在强侧风影响下,列车 的轮轨动力参数考察指标( 如轮轨横向力、脱轨系数及 减载率) 均显著增大。最后提出在强侧风影响下,列车 在不同曲线半径下安全运行的最高车速参考值。     

实心车轴单轮对的脱轨试验与数字仿真

从轮轨关系的角度介绍实心车轴单轮对脱轨的研究现状及脱轨的数字仿真分析。在准静态条件下,在全尺滚动试验台上进行了试验,研究了轮对冲角以及作用于爬轨侧轮缘和非爬轨侧轮缘上的垂向载荷的比率等参数对试验结果的影响。本文在试验结果的基础上,分析了现有的一些评判脱轨的准则,并提出了2个新的评判准则。建立了一个基于爬轨过程的轮轨接触数学模型,并利用数字仿真结果与实测试验的结果对比,验证了该模型的正确性。     

侧风下列车气动力特性风洞试验的数值模拟

介绍了采用CFD模拟再现用于研究侧风场景典型风洞试验的工作进展。对非结构网格进行了RANS,对笛卡尔网格进行了LES,并研究了各种方法的适用性。     

直线感应电机牵引互馈试验台控制策略研究

在分析直线感应电机动态数学模型的基础上,研究一种新型的能量互馈式直线牵引传动试验系统.主要讨论该系统的构成及运行原理.直线牵引传动试验系统由两台直线感应电机组成,一台作为电动机,另一台作为发电机.系统用于模拟牵引电动机的负载特性,并能将电动机输出的机械能通过发电机转变为电能送回到直流母线.该系统具有高效节能、控制灵活等优点.在分析互馈双电机推力平衡关系的基础上,提出基于矢量控制的互馈双电机联合控制策略,研究牵引电机侧速度调节和负载侧推力模拟的方法.仿真和试验结果都表明,采用互馈双电机联合控制策略的直线感应电机牵引互馈系统具有良好的稳态性能和动态调节能力,验证了所提方案的正确性.     

双馈风力发电机的稳态分析

在给出双馈风力发电机工作状况和等效电路的基础上,介绍了双馈风力发电机的稳态分析,对其定子和转子侧电流的计算过程进行了推算;随后,在已知电机额定参数的条件下,计算出满功率时定子和转子侧的能量和电流,对双馈风力发电机的稳态分析进行了仿真;最后,用双馈风力发电机组满功率发电实验时的电流波形验证了理论分析的正确性。     

桥下高速行驶列车对桥梁主梁位置风环境的影响研究

高速列车行驶时对周围的压力场和速度场产生强烈的变化,激烈的空气动力效应对周围环境产生一定作用,从而影响周围建筑和结构的抗风安全性。由于采用风洞试验测试手段研究此类问题在技术上尚存在难以克服的困难,因此,以计算流体力学Fluent软件为仿真平台,采用"动网格"技术,编写UDF列车行驶路线程序,对无侧风、微小侧风以及桥梁设计侧风速作用下高速列车以不同列车速度通过桥底的数值模拟,并对行车路线方向的桥梁主梁断面进行布点监测,给出高速列车通过桥底区域时的速度和压力空间分布规律,计算各侧风速、不同列车速度情况下列车风对桥梁主梁局部位置的冲击载荷,从而研究各工况下列车风对桥梁主梁的气动作用,为桥梁设计单位提供具有参考价值的结论和建议。     

基于PSCAD的电流互感器饱和特性分析

电流互感器（TA）是电力系统中的重要传变设备,但电流互感器的饱和可能引起微机继电保护误动和拒动。文章通过应用电力系统仿真软件EMTP/PSCAD对电流互感器的饱和特性进行了详细分析,建立了电流互感器模型;并且,针对二次侧不同负载情况,对稳态饱和和暂态饱和情况进行了仿真分析,从而为研究饱和问题提供了依据。此基础上。提出了以二次电压为附加判据的TA饱和检测算法,仿真结果验证该算法能正确检测电流互感器饱和问题。     

基于大涡模拟的高速列车横风运行安全性研究

结合高速列车空气动力学和多体系统动力学,研究横风对高速列车运行安全性的影响.首先采用大涡模拟计算方法,研究了不同横风风速下高速列车非定常气动载荷的时域及频域特性,列车周围流场结构及相应的非定常流场特性.然后建立高速列车多体系统动力学模型,将得到的气动力作为外加载荷作用于列车上,研究了不同横风风速下定常气动力和非定常气动力对直线上高速列车运行安全性的影响特性,计算结果表明,与定常气动力相比,作用于车身上的非定常气动力使列车的振动加剧.最后参照高速列车的安全运行标准,对高速列车的安全运行进行分析,为横风下高速列车的安全运行提供参考.     

二维和三维弓网耦合动力学模型适用性分析

针对二维和三维弓网耦合动力学模型,根据接触网模态、接触压力、接触线抬升位移、弓头振动加速度及其频谱特性,分析了两种模型在弓网耦合动力学仿真中的区别;采用三维弓网模型分析了接触网在横风作用时,接触线风振位移对弓网接触压力的影响。计算结果表明二维和三维弓网模型获得的仿真结果基本一致,弓网横向相对运动对其垂向动力学行为影响较小;三维模型适用于横风条件下的弓网动力学仿真,横风载荷对弓网接触压力具有显著影响,导致弓网受流质量变差。     

基于标准研究横风下车辆运行安全性简化方法

为了探究一种分析车辆在横风作用下运行安全性的简化方法。基于标准EN14067-6中简化三质量模型和气动系数的预测公式,编制Matlab程序绘制国内某速度160 km/h动力车的风特性表,对该动力车在横风作用下运行安全性做出评估。三质量模型力矩平衡公式表明若未平衡力方向和横风风向同向,车辆运行时更容易被倾覆;由风特性表可知,该动力车在横风风速为33 m/s作用下,车辆不受未平衡力时,安全运行速度可达到200 km/h。因此该动力车过曲线遇到恶劣的横风时,应及时调整车辆运行速度到均衡速度附近,可以保证运行安全。利用三质量模型力矩平衡公式和预测公式可以简化地评价车辆在横风作用下的运行安全性。     

风障对侧风作用下列车行车安全影响的数值模拟研究

侧风引起的列车安全事故偶有发生,列车的侧风安全性问题也受到越来越多的重视。风障是解决列车在侧风环境下行车安全问题的主要手段。本文基于计算流体动力学的基本理论,结合新疆列车翻车事故,利用FLUENT软件,对列车在侧风环境下的三维绕流情况进行数值模拟,分析不同开窗情况对列车运行安全的影响;并通过计算未安装风障和安装50%孔隙率风障时列车三维绕流下的压力分布、流线和气动力,分析列车在侧风作用下的稳定性,以及不同开窗情况下风障对列车行车安全的影响。计算结果表明:合理的风障设计可以明显提高列车的运行安全性。     

高速列车隧道压力波浅水槽模拟试验研究

当高速列车进入隧道时,在列车前端的隧道空间引起空气的不稳定流动并形成压力波,压力波的形成可以通过自由表面水波运动的水波高度与可压缩流体运动压力的相似关系来模拟。本文介绍了自建的浅水槽模拟试验装置,并利用该装置研究了高速列车进入隧道时引起的压力波动。实验结果表明,压力波浅水槽模拟试验方法及其试验台的研制是成功的,测试结果可以用来校核复杂结构隧道压力波的数值计算。     

直接空冷单元流场特性数值研究

通过数值模拟,分析风速、平台宽度、挡风墙高度、挡风墙形状等因素影响下的空冷单元空气流动的变化规律。研究结果表明,环境风速对流场影响较大,随着环境风速的增加,轴流风机的通风量降低,当环境风速为11m／s时,轴流风机流量为无风时的63％;空冷平台宽度对流动传热特性影响很小;加装挡风墙下延对空冷单元轴流风机吸风量有显著提高。     

横风作用下高速列车安全运行速度限值的研究

横风作用下的列车安全运行速度限值应通过列车气动特性和车辆轨道动力学特性的分析得到。以我国CRH3型高速列车实车为原型,考虑真实受电弓、转向架等列车的细部特征,假定列车在平地上行驶,对列车速度分别为200、250、300、350和380km/h,横风速度分别为10、15、20、25和30m/s,风向角为90°的25个工况进行气动特性的数值模拟,并采用国内实测轨道谱和德国轨道谱分别对这25个工况的车辆轨道动力学性能进行仿真计算和对比分析。结合国家标准和技术规范,给出CRH3型列车在平地上运行时,横风风速与列车最大安全运行速度之间的对应关系,为横风作用下的列车运行安全控制提供参考。     

铁道车辆侧风倾覆安全性研究

通过理论分析,提出了基于风速、风向角、线路服役条件,车速、车辆参数的车辆侧风倾覆安全性计算方法,为车辆侧风倾覆安全性的计算提供参考。     

横风作用下高速机车的气动性能

采用三维定常、不可压N-S方程和k-ε双方程湍流模型,利用有限体积法对不同路况下运行的列车进行数值模拟计算,分析车速、风速及路堤高度对机车气动性能的影响。研究结果表明:路堤高度的升高、车速的变大、横风风速的增大、横风风向角的变大都会使得高速机车的气动力变大,但由于本文中车速相差不大,因此,车速的变化对高速机车气动力的影响相对其余几种因素较小。     

列车空气制动系统仿真的有效性

根据气体流动理论建立货运列车空气制动系统模型,概述管路内气体流动方程、制动系统中用到的各种边界方程和容器内气体压力的计算方法。利用基于气体流动理论开发的列车制动仿真系统,计算长、短编组列车的常用制动、缓解和紧急制动特性,并与试验结果进行对比。结果表明,计算得到的列车管、制动缸、副风缸、加缓风缸等的空气压力随时间的变化与试验结果非常接近,说明基于气体流动理论的空气制动仿真系统能够很好地模拟制动系统中气体流动和阀内动作过程。该仿真系统可以模拟最多4台机车组成的组合列车,不仅能仿真制动系统动态压力变化过程,而且其计算结果可以用于制动距离的计算,并通过数据传送实现列车纵向动力学分析程序的无缝连接。