直接带回流线供电方式的牵引网综合载流能力计算研究

针对采用直接带回流线供电方式的牵引供电系统,提出一种牵引网综合载流能力计算方法。从牵引网单导体入手,基于热力学理论建立电流通过导体时满足的热平衡方程,并分析方程中涉及的各热量有效计算方法,最终获得单导体载流量计算式。结合牵引网系统各导体空间位置关系和导体基础电气参数等,基于多导体回路法得到各导体电流分配系数。按各导体载流量除以相应的电流分配系数得到对应各导体载流能力,获得牵引网综合载流能力。所述方法在计算牵引网导体载流量时结合牵引供电系统实际情况,推导牵引网各导体载流能力时考虑了牵引网中传输导体及回流导体构成的实际回路,计及了各回路自感及互感的相互影响。     

考虑管状导体模型和轨中电流的钢轨电位计算

在直流牵引供电系统中普遍存在钢轨电位过高的问题,而现有钢轨电位计算仅考虑钢轨直流电阻模型,但是轨中电流包含大量1～50Hz和部分6倍频成份.将钢轨等效为管状导体模型,通过实测典型频率下的钢轨内阻抗,拟合确定P60钢轨等效管状导体参数;建立钢轨-地分布式参数模型,提出在多个牵引变电所、多车的复杂工况下考虑钢轨等效管状导体...     

关于钢轨淬火线电力谐波的治理

1 问题提出 　　钢轨全长淬火线主要设备为大功率晶闸管中频电源,该中频电源是一种利用晶闸管把工频交流电变成中频交流电.通过感应圈给钢轨表面加热,然后经过冷却,达到给钢轨表面淬火的目的.由于晶闸管中频电源是一个高次谐波源,它会向电网注入大量的谐波电流,所谓谐波,就是频率为50Hz基波频率整倍数的一系列正弦波.如二次谐波频率为100Hz,三次谐波频率为150Hz…….虽然谐波的幅值比基波幅值小很多,但当它们和基波叠加在一起时,就产生一个50Hz的非正弦量,使原有电网的正弦波形发生畸变,谐波的幅值越大,电网波形畸变越严重,谐波的主要危害有:……     

基于集肤效应的地铁短路时间常数研究

在充分利用广州地铁实测数据基础上,通过建立恰当的短路计算模型,证明了在地铁短路过程的发展阶段其短路电流的时间常数是不断变化的;同时,对集肤效应进行了深入的理论分析,通过对实际情况的适当简化,进行了相关仿真研究;在仿真结果的基础上,总结了地铁走行轨在集肤效应的影响下电阻和电感参数随频率变化的情况。     

扣件系统频变和温变特性对钢轨振动特性的影响

为研究扣件系统刚度和阻尼的频变以及温变特性对钢轨振动特性的影响,针对钢轨-扣件系统,采用格林函数法推导钢轨任意位置的位移导纳,计算考虑扣件系统频变和温变特性后钢轨的点导纳和位移导纳,并与不考虑扣件系统的频变和温变特性情况进行对比。研究结果表明:在一定频率范围内,激振频率的增大会提升扣件系统的刚度,降低系统阻尼,进而增大钢轨的共振频率,并加剧钢轨大于钢轨共振频率的高频振动响应,不利于高频振动的纵向衰减,但对钢轨的pinned-pinned振动无影响;在一定温度范围内,温度的降低会提升扣件系统刚度和阻尼,有助于减弱钢轨小于共振频率的低频振动响应,却会加剧钢轨的高频振动,进而加剧钢轨振动辐射噪声。     

不同类型机械绝缘节快速暂态过电压产生机理

通过对列车经过第一类和第二类绝缘节的快速暂态过程进行理论分析,建立列车经过2种机械绝缘节的等效暂态模型,研究机械绝缘节快速暂态过电压的产生机理,并推导其计算公式。利用ATP-EMTP电磁暂态仿真软件搭建列车经过2种机械绝缘节的牵引回流等效电路,对快速暂态过电压产生过程进行模拟和仿真计算。结果表明:列车车轮带负载脱离机械绝缘节的瞬间,相当于在绝缘节两端钢轨处施加1个方向相反、大小相等且均等于牵引电流瞬时值的冲击电流,产生的快速暂态过电压与该电流成正比;第一类绝缘节快速暂态过电压幅值等于牵引电流瞬时值与该类绝缘节冲击阻抗的乘积;第二类绝缘节由于与扼流变压器并联,其快速暂态过电压幅值远小于第一类绝缘节,在站场正线及出站方向等牵引电流较大的区段不应设置第一类绝缘节。     

电气化铁路接触网载流量计算方法

接触网载流量是电气化铁路的基础设计参数。传统方法计算接触网载流量时,只考虑接触网各导线自阻抗和导线间互阻抗对电流分配系数的影响。本文基于牵引网多导体传输线数学模型,给出了考虑回流电路影响时的接触网载流量计算方法,结合带回流线的直接供电方式牵引网和AT牵引网实例,对接触网载流量及各导线的载流利用率进行了计算。结果表明,当牵引网中存在距离接触网较近的回流导体时,传统方法计算出的导线电流分配系数存在明显误差。     

高速列车作用下双块式无砟轨道与路基垂向耦合振动分析

针对双块式无砟轨道和路基的结构特点,建立车辆-轨道-路基垂向耦合动力学频域分析模型,模型充分考虑机车车辆、双块式无砟轨道和路基的相互耦合作用。车体、转向架和轮对被视为多刚体系统,一系和二系悬挂用弹簧阻尼元件模拟;双块式无砟轨道和路基系统视为多层叠合梁模型,彼此用弹簧阻尼元件联结。推导双块式无砟轨道和路基系统振动响应的解析表达式,计算得出轨道和路基耦合系统的动柔度特性,结合虚拟激励法提出该模型在轨道随机不平顺激励时动力学响应的求解方法,分析高速列车荷载作用下双块式无砟轨道和路基的随机振动响应及其振动传递特性。研究结果表明:在10～5 000Hz频率范围内,钢轨的动柔度幅值远大于道床与路基的动柔度幅值,而道床动柔度幅值在30Hz以上频段大于路基的动柔度幅值;钢轨振动的能量分布频段较道床和路基要宽,道床和路基振动主要集中于163.9Hz左右频段;对于无砟轨道和路基耦合系统的振动功率,钢轨最大,道床次之,路基最小;道床和路基振动功率在100Hz以上中高频段,衰减比较快,而在100Hz以下低频段,其衰减不明显;在300Hz以上高频段,钢轨-路基间振动衰减较大,其主要原因是受钢轨-道床间振动衰减波动的影响。     

纵连轨道板上拱安全升温幅度简化计算方法

针对既有研究未考虑钢轨影响的不足,基于等效截面法和势能驻值原理,构建了考虑钢轨作用的纵连板式无砟轨道上拱分析模型,推导了轨道板安全升温幅度计算公式,并与既有文献和有限元结果进行对比验证该计算方法的准确性。利用该计算方法分析了安全升温幅度的参数影响规律。结果表明：提出的简化计算方法能够较准确计算安全升温幅度,可应用于无砟轨道稳定性分析与结构设计;钢轨升温幅度较大时可能加剧轨道板失稳,因此在相关研究中有必要引入钢轨的影响;轨道板安全升温幅度随着钢轨升温幅度和轨道板弹性模量的增大而减小,随着轨道板厚度和砂浆层剪切强度的增大而增大。研究结果可为纵连式无砟轨道优化设计和养护维修提供参考。     

功率流理论在无砟轨道振动研究中的应用

为研究无砟轨道振动的能量特性,应用功率流理论推导了有限元功率流法的计算公式,并以桥上减振双块式无砟轨道为例说明了功率流理论在无砟轨道振动研究中的具体应用。研究结果表明:采用功率流理论可以解释振动能量在无砟轨道振动系统中分布、传递、存储和耗散的机理,为无砟轨道振动控制及优化设计提供理论基础;在桥上减振双块式无砟轨道结构中,钢轨的振动能量主要集中在100~2 000 Hz的中高频范围,而道床板和桥梁的振动能量主要集中在20~200 Hz频率范围内;在简谐荷载作用下,振动能量通过扣件和减振垫时的衰减量各达到24 d B。     

地面堆载引起的邻近地铁隧道变形分析

为研究地面堆载引起的地铁隧道变形,首先采用Boussinesq基本解计算地面堆载作用在隧道上的竖向附加应力,再将隧道简化为搁置在利夫金地基上的Timoshenko长梁,考虑土介质的连续性和隧道剪切效应,给出地面堆载引起的邻近地铁隧道变形的计算公式,然后将公式计算值与使用EulerBernoulli梁模型计算结果和工程实测数据进行对比,最后对隧道变形影响因素进行了分析。结果表明:使用Euler-Bernoulli梁模型计算明显高估了隧道沉降量和内力,本文计算方法结果更精确;相对于堆载宽度,堆载长度的变化对隧道变形的影响更显著;距地面堆载中心的水平距离较小时浅埋地铁隧道沉降较大;隧道沉降量随地面堆载密度增大而逐渐增大,但堆载对隧道的影响范围不受其影响。     

考虑轨面设备的无绝缘轨道电路道砟电阻回归测量方法

针对无绝缘轨道电路中因补偿电容和调谐区单元等轨面设备影响而难以准确测量道砟电阻的问题,提出由轨面电流幅值测量、参数拟合和回归计算3部分组成的道砟电阻回归测量方法.根据传输线理论,构建轨面电流幅值包络模型,分析道砟电阻、补偿电容和调谐区设备对轨面电流幅值的影响规律;对轨面电流幅值进行指数拟合,得到不同道砟电阻所对应的衰减...     

排流网情况下地铁迷流分布规律的研究

地铁列车运行时产生的迷流，会对地铁系统及埋地金属结构产生电化学腐蚀，影响其使用寿命及安全运行。地铁迷流很难直接测量，一般通过钢轨纵向电阻、钢轨对地电阻和对地电压等参数来间接计算。作者提出了无排流网情况下的地铁迷流计算公式，建立了考虑排流网情况下的地铁迷流解析公式，修正了原来的迷流估算公式。指出虽然总的迷流并不会因为安装排流网而减少，但流入结构钢筋的迷流明显减小；在排流网与钢轨纵向电阻相同的条件下，流入结构钢的迷流与负荷电流的比值，将减小为无排流网时的平方倍，这证实了排流网的有效性，为迷流的监测与防治提供了理论依据。     

武广客运专线牵引网载流能力确定

高速客运专线牵引负荷特征较普速铁路有很大变化,在供电能力的诸多因素中,牵引网载流能力已经成为主要控制因素。文中结合牵引网导线的结构、材质、运行环境等,从热传导理论出发,分析、推导了牵引网导线载流能力计算的公式和方法,得出了牵引网各导线在不同工作温度下的载流能力数值。并针对武广客运专线采用AT供电方式,对AT供电方式牵引网各导线的电流分配系数进行了计算。最后,结合牵引网各导线载流能力和导线电流分配系数计算结果,确定了武广客运专线牵引网载流能力,解决了这一难题。     

基于柔性轮轨模型的车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动影响的仿真研究

采用ANSYS有限元软件结合SIMPACK动力学软件建立基于Timoshenko梁的柔性轨和柔性轮模型的车辆—轨道耦合动力学模型,以典型的高阶车轮谐波磨耗(阶次为18~21阶,幅值为0.01~0.04mm)激扰作为系统的输入激励,对比分析在柔性轮柔性轨模型与刚性轮轨、柔性轮刚性轨和柔性轨刚性轮模型下高阶车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动响应的影响。结果表明:当车轮谐波磨耗激扰激发轮对固有模态引起共振时,基于柔性体模型计算出的振动响应幅值大于基于刚性体模型计算的结果,而当激扰频率远离共振模态频率时,基于刚性体模型计算的振动幅值大于基于柔性体模型计算的结果;总体上,轮轨垂向力、钢轨及轴箱振动加速度随着车轮谐波磨耗幅值、阶次及列车运行速度的增大而增大;在车辆速度300km·h-1、车轮多边形阶次为20时,车轮多边形幅值0.04mm激起的钢轨及轴箱振动加速度峰值约为幅值0.01mm下的2.5倍;当车轮多边形幅值固定、阶次由18阶增至21阶时,激起的钢轨振动加速度仅增大约1.6倍、轴箱振动加速度级增大约5.7dB,相较于多边形幅值而言,多边形阶次对轮轨系统振动响应的影响较小。     

铁路连续梁桥竖向有载自振频率研究

采用车-桥系统相互作用的计算模型,对连续梁桥竖向有载自振频率进行了推导计算,并计算了当20辆相同参数的提速客车通过3×64 m铁路栓焊下承式连续钢桁梁桥、3×40 m铁路上承式连续钢板梁桥以及40 m 4×72 m 40 m部分预应力混凝土连续箱形梁桥时,车-桥系统的竖向有载自振频率。结果表明,当桥上满布车辆时,连续梁桥的竖向有载自振频率呈周期性变化,并且有载自振频率与无载自振频率的最大偏差随梁本身质量的增大而减小。     

钢轨表面裂纹涡流检测定量评估方法

采用ANSYS软件,针对1块表面有长9.0 mm、宽0.2 mm、深度分别为0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.0和5.0mm裂纹的钢板建立涡流检测模型,仿真计算表面裂纹深度与磁感应强度的关系,得到近似服从指数关系的拟合曲线。在实验室制作钢轨表面裂纹试块,钢轨表面垂直裂纹试块的裂纹深度分别为0.5,1.0,2.0和5.0mm,钢轨表面斜裂纹试块的等效垂直深度分别为1.0和2.0mm且倾角分别为15°,30°,45°和60°;按照指数关系对试块表面裂纹深度与涡流检测信号电压幅值的关系进行拟合,得到可靠度高的指数函数式。截取1段表面带有自然裂纹的钢轨进行涡流检测试验,再利用拟合得到的指数函数式计算钢轨表面裂纹的深度,并与实际测量结果进行对比。结果表明:利用拟合的指数函数式评估深度约为2mm以内的钢轨表面裂纹时,表面裂纹深度的计算误差不超过10%,但是随后误差越来越大,因此采用涡流检测方法能够对2mm以内深度的钢轨表面裂纹进行有效检测及定量评估。     

浸石蜡对碳滑板载流摩擦磨损性能影响研究

为研究在载流条件下浸石蜡对碳滑板摩擦磨损性能的影响,在环-块载流摩擦磨损试验台上试验浸石蜡、未浸石蜡2种纯碳滑板与铜银合金接触线在载流条件下的摩擦磨损性能,并对比碳滑板在不同载荷、滑动速度、电流情况下的表面形貌变化。试验结果显示,浸石蜡对碳滑板载流摩擦磨损性能的影响与电弧烧蚀紧密相关。石蜡及其有机产物加剧电弧烧蚀,石蜡的不完全分解会削弱滑板的载流摩擦磨损性能,通过减小法向载荷、加快滑动速度、增大电流均能显著加剧浸石蜡碳滑板在试验中的电弧烧蚀。浸石蜡碳滑板的摩擦系数的变化规律是：随法向载荷、电流的增大呈现减小的趋势,随滑动速度的增加先增大后减小,60km/h时摩擦系数最大;浸石蜡碳滑板的平均电弧能量、磨耗量随法向载荷的增大呈现减少的趋势,随电流的增大而增加,平均电弧能量随滑动速度的增加而增大,磨耗量随滑动速度的增加先增加后减少,60km/h时磨耗量最大;在低速（40km/h）和高速（80km/h）时浸石蜡增强碳滑板的耐磨性能。     

新建隧道下穿施工引起既有铁路轨道变形的理论计算模型

新建隧道下穿施工将引起上覆既有铁路轨道产生不平顺，导致列车振动加剧，进而降低旅客乘车舒适性。为此，提出新建隧道下穿施工引起铁路钢轨变形的理论计算模型。首先，采用高斯分布公式预测新建隧道施工引起铁路路基顶面沉降；然后，将轨道视为无拉力弹性地基上的梁，推导路基沉降引起轨道挠曲变形计算式。通过与室内模型试验结果和现场监测数据比较，对提出的理论模型进行验证。探讨铁路线路与新建隧道间的水平夹角、钢轨抗弯刚度、路基顶面沉降槽宽度系数对钢轨挠曲变形的影响规律。该计算条件下，当路基沉降槽宽度系数小于2 m,新建隧道垂直下穿施工将导致上方有砟铁路轨枕产生局部空吊现象；增大钢轨抗弯刚度，可以减小钢轨挠曲变形幅值；增大铁路线路与隧道之间水平夹角，可以减小钢轨挠曲变形波长；增大路基沉降槽宽度系数，轨道挠曲变形幅值逐渐减小，并且波长逐渐增大。     

基于最大转矩电流比控制的永磁同步牵引电机电流的精确计算

为提高基于最大转矩电流比控制的永磁同步牵引电机电流的计算精度,对现有的电流计算公式进行研究,找到了现有电流计算公式存在误差的原因,指出内置式凸极永磁同步电机的L_d随i_d的变化较小,而L_q随i_q的变化较大,需要考虑L_q对i_q的偏导,从而提出了一种优化后的最小电流精确计算方法。对数台永磁同步牵引电机进行了试验测试,测试数据与计算数据吻合良好,证明了该最小电流精确计算方法的准确性。