高速列车盘式制动器散热筋结构散热研究

为了提高高速列车制动过程的安全性,需对制动盘散热筋结构进行优化设计。文章运用ANSYS-workbench软件建立三维瞬态模型,基于能量折算法对8种方案下不同结构参数的制动盘进行温度场仿真,研究在制动初速度为350km/h时的一次紧急制动工况下,散热筋高度、排列密度和排流角的改变对制动盘温度场和热应力场影响的变化规律。仿真发现：增加散热筋高度、增大排流角、降低排列密度有助于制动盘散热;在紧急制动工况中,最高温度点在制动盘面,最大热应力在散热筋侧面;8个方案中,方案7满足初速度为350km/h的高速列车制动要求,最高温度相对最低,最大热应力可降低36MPa。     

高速铁路列车制动盘散热筋布置间距研究

[目的]当列车设计速度达到400 km/h等级后,车下流场环境会更加复杂,使得制动盘阻力、功率消耗加剧问题更加凸显,需要对该速度等级下列车制动盘散热筋的最优布置间距进行深入研究.[方法]基于圆柱型散热筋结构,通过有限元仿真手段建立模型,并输入了相关参数值.针对相邻两周散热筋的圆心距d周设置了四个计算工况,针对相邻两周间的距离d径设置了五个计算工况,分别计算不同d周向、d径向对制动盘温升、阻力及散热功率的影响,进而得到d周向及d径向的建议取值.[结果及结论]d径向=40 mm(即散热筋与制动盘边缘的距离同制动盘直径之比为0.75)时,制动盘温升达到最低值,制动盘的性能较优;散热筋直径为d周向的一半时,制动盘综合性能最优.     

城市轨道交通车辆制动盘散热筋设计及有限元分析

[目的]目前,城市轨道交通车辆的制动盘散热性能有待提升,因此,有必要研究新型散热筋的优化设计方案。[方法]采用有限元分析的数值模拟方法,通过计算机辅助设计软件,建立新型散热筋的制动盘三维模型。提出不同散热筋设计方案,利用有限元分析技术对不同散热筋设计方案进行热分析模拟。通过比较不同散热筋设计在轴装制动盘和轮装制动盘上的热传导效率和散热路径,评估不同散热筋制动盘的散热能力。[结果及结论]轮装直板式散热筋和轴装圆柱式散热筋设计方案均显著优化了散热路径,提升了热量从热源向外部冷却介质的转移效率。散热筋的循环对称设计有效降低了制动盘生产过程的复杂性,同时最大限度地减少了对车轴等相关部件的损伤,能够为列车的安全可靠运行提供保障。     

高速列车制动闸片散热有限元分析

通过ANSYS有限元建模,分析了高速动车组制动闸片散热问题,探讨了闸片温度随制动时间、制动距离变化的规律。     

高速列车制动盘摩擦副的优化

对高速列车上使用的制动盘进行强化散热设计,采用在制动盘摩擦面开导流槽的方法,使其能够对制动盘摩擦面起到进一步散热的效果。根据摩擦学、流体力学、传热学原理对制动盘导流槽进行设计并分析,采用计算流体动力学软件FLUENT分析了制动盘摩擦面导流槽内流场的分布情况,通过ANSYS10.0有限元软件对制动盘的温度场进行了仿真分析。最终验证了在制动盘表面开导流槽存在强化散热方面的作用。     

高速动车主变流器热管式空气冷却器散热性能试验研究

介绍了高速动车主变流器冷却器工作原理,研究了其热管式空气冷却器的传热特性,掌握机车IGBT功率模块冷却器在正常运行过程中的散热量和基板温度的工作范围,为散热器的选型和设计提供了科学依据。     

制动盘对盘形制动摩擦性能的影响

在1：1惯性力矩制动试验台上对2种不同石墨形态的铸铁制动盘与混杂纤维增强酚醛基制动闸片配副时的摩擦磨损性能进行了研究。结果表明，制动盘对盘形制动摩擦性能有明显影响。     

高速列车尾车垂向偏置对列车气动性能影响

在长期的高速列车运营过程中,极易形成前后车辆的不同形式偏置,造成列车气动性能改变,甚至可能引发行车平稳性问题,极大影响乘坐舒适性和安全性.以高速列车尾车作为研究对象,探究尾车上下偏置时,高速列车尾部流场变化以及气动特性.基于SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了350 km/h高速列车尾车无偏置、尾车下降20 mm、尾车下降40 mm、尾车下降60 mm、尾车上升20 mm、尾车上升40 mm以及尾车上升60 mm 7种工况下列车的气动性能,分析高速列车气动阻力的变化规律,揭示了不同垂向位移下高速列车尾部流场特性以及列车表面压力分布情况.研究结果表明:高速列车尾部垂向位移对列车整体气动阻力影响较小,但对高速列车气动阻力分布以及流场特性造成一定影响.当尾车偏置位移达到60 mm时,列车车体气动阻力相对于无偏置工况分别降低了-1.11%和2.64%,转向架气动阻力相对无偏置情况下分别降低了11.35%和-17.43%.此外,尾车偏置对列车近尾流区域流场结构有一定影响,尾车鼻锥下方排障器周围漩涡结构由双漩涡结构向单漩涡结构转变;鼻尖处漩涡结构随着尾车高度下降而增大,随着尾车高度上升而逐渐变小.本研究结果丰富了列车尾部偏置情况下的相关研究,对列车检修以及CR450高速列车设计等具有重要指导意义.     

高速列车机车车辆的牵引性能

在采用感应电动机作为牵引电动机时,牵引与电制动特性不仅取决于感应电动机的参数,还取决于逆变器的性能。由于逆变器无法将直流转换为一个理想的交流值,必须考虑谐波的产生以及类似问题。分析认为高速列车最显著的变化是彻底减小了运行阻力。500系新干线列车的运行阻力约是0系的一半。最新的新干线列车以300km·h-1速度运行,却比0系新干线列车甚至其他国家的高速列车耗能少。     

不同风挡内倾角度对高速列车气动性能的影响

采用数值计算的方法,并在线路实车试验验证其合理性的基础上,研究不同车间风挡内倾角度的变化(0°、2°、4°、6°、8°)对高速列车车间风挡块的气动力以及表面测点压力的影响。研究结果表明:两侧风挡所受侧向力对称性较好,不同内倾角度,背风侧两侧风挡所受侧向力方向均指向外侧,呈现"外推"状态;迎风侧两侧风挡,0°、2°、4°所受侧向力方向指向外侧,呈现"外推"状态,而6°、8°所受侧向力方向指向内侧,呈现"内压"状态;风挡区域复杂的流动导致两侧风挡所受侧向力与内倾角度并不是线性关系。相对于原风挡,除个别测点外,风挡内倾2°、4°、6°、8°各测点的压力值均增大;内倾6°、8°方案风挡区域各测点的压力值均为正压。研究结论为指导高速列车车间风挡的气动设计提供了指导。     

基于列车运行线分布的客运专线列车运行图动态性能分析

分析客运专线列车运行图中运行线分布模式,采用异质度描述列车运行线之间的发车时间间隔和到达时间间隔的关联性,给出列车运行图异质度计算公式,用以定量分析列车运行图动态性能。通过对列车运行图实施调整过程计算机仿真验证异质度计算公式的合理性。以武汉至广州客运专线列车运行图3种典型列车运行线分布模式为例,计算得到的列车运行图异质度分别为0.64,0.68和0.11,仿真得到的列车运行图动态性能依次为较差、最差和最好。由此可知:列车运行图的异质度越低,其动态性能越高;给出的列车运行图异质度计算公式是合理的。     

升力翼对高速列车非定常气动性能影响研究

为评估升力翼高速列车的可行性,基于列车空气动力学和车辆多体系统动力学,分析在明线无风及横风环境下,有无升力翼的高速列车非定常气动特性和动力学性能。采用改进的延迟分离涡数值模拟方法对有无翼高速列车的非定常气动特性、气动载荷时域及频域特性进行对比分析。将非定常气动载荷作为输入边界加载到列车系统动力学模型,探究有无翼高速列车的动力学响应特性和性能指标之间的差异。研究结果表明：无风及横风环境下,安装升力翼后列车周围流场涡结构发生明显变化;有无翼时,各车辆受到的气动载荷主频主要集中在0～10 Hz,与车辆悬挂模态对应的频率接近;明线无风下,尾车受到的侧力、侧滚力矩及摇头力矩幅值较大,使得尾车摇头更加明显,安装升力翼后各车辆的上浮量及轮重减载率明显增大;明线横风下,安装升力翼后,头车迎风侧的车轮减载量增加导致轮重减载率及倾覆系数增大,运行安全性恶化。     

横风下风阻制动板对高速列车气动性能影响的仿真分析

[目的]随着列车运行速度的提高,采用多种制动方式成为高速列车紧急安全制动的有力保障,风阻制动作为轮轨黏着制动的补充而广受关注.风阻制动板安装后,将影响列车的流线型,在横风条件下甚至会影响列车运行安全.为保证列车在大风环境下的行车安全和制动性能,需要对横风下不同制动板形式对列车气动性能的影响规律进行深入研究.[方法]采用三维、定常、不可压缩N-S方程和k-ε两方程湍流模型,开展有无横风和不同制动板高度对高速列车流场规律和气动力的影响研究.[结果及结论]仿真研究结果表明,横风下列车车身和制动板的气动阻力沿车身方向递增,横向力则递减,当制动板高度从0.5 m提高到1.0m时,制动板阻力占总阻力的比例从54.89％提高到69.92％,最高达到56 kN;制动板横向力占整体横向力的比例小于1％,不同高度制动板对列车整体横向力的影响较小;制动板对来流有一定的滞止作用,距离较近的制动板存在流场相互干扰;制动板对于横向力的影响较小.通过制动板的前期设计,风阻制动足以成为列车制动的有效方案,且对列车的运行稳定性影响较小.     

风载作用下高速列车曲线通过性能研究

在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,高速列车的运行安全性表现出复杂的变化规律,因此需要针对风载作用下高速列车的曲线通过安全性进行深入研究。采用空气动力学和车辆动力学相结合的分析方法,考虑车速和风速变化、实际轮轨匹配及线路激励情况,建立瞬态风载模型、横风作用下高速列车空气动力学模型及车辆动力学模型;对高速列车在不同车速和风速作用下的气动载荷变化规律进行分析,并对其以不同速度通过不同欠超高曲线线路时的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等车辆关键动力学参数的变化规律进行分析,研究风载和曲线欠超高对高速列车脱轨和倾覆的影响。结果表明：风速变化引起的侧向力系数变化幅度大于车速;在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,除轮重减载率安全裕量明显降低外,轮轴横向力的安全裕量也降低,且车辆关键悬挂部件工作状态恶化,其中二系横向止档的位移迅速增大且工作状态接近压并,左右两侧空气弹簧压力差也迅速增大,车辆动力学性能的安全裕量明显下降。     

车轮踏面常规磨耗对高速列车动力学性能的影响

利用线路跟踪试验采得的车轮常规磨耗数据,通过动力学仿真分析了高速列车在不同磨耗阶段时的横向稳定性、运行平稳性和曲线通过性能。以国内某型高速列车为研究对象,利用多体动力学软件VI-rail建立了高速列车动力学模型,并验证了模型的有效性。根据线路跟踪实测数据,获得了车轮镟修后4种不同磨耗阶段下的踏面形状数据。研究不同磨耗程度下车辆运行速度对模型动力学性能的影响,分析车轮动力学性能参数随速度及磨耗量的变化规律。仿真结果发现,车轮踏面磨耗对临界速度、脱轨系数、轮轨横向力及横向平稳性的影响较大,而对轮重减载率、垂向平稳性指标影响较小。研究结果对高速列车踏面外形的优化及踏面检修具有一定的指导意义。     

少筋混凝土重力式桥墩抗震性能分析

基于2个呈弯曲破坏桥墩的拟静力试验结果,建立适合少筋混凝土重力式桥墩滞回分析的有限元模型,对少筋混凝土重力式桥墩的抗震性能进行研究,分析剪跨比、轴压比和配筋率对桥墩位移延性、刚度退化和耗能能力的影响。研究结果表明：轴压比越大,桥墩的刚度退化速率越快,延性性能越小及耗能能力越弱;剪跨比的增加会使桥墩的刚度退化速率减慢,延性性能增强,但是耗能能力受配筋率的影响较大,配筋率越低,规律越不明显;提高配筋率可以显著提高桥墩的抗震能力;少筋混凝土重力式桥墩破坏时呈现出现脆性破坏特征,延性性能不足。     

考虑轴箱布置的高速列车动力学性能分析

为了改善高速列车小半径曲线通过能力,通过推导极限曲线半径,理论分析了轴箱内置和外置结构对曲线通过能力的影响,并构建了这2种轴箱布置方式的高速列车动力学模型。通过对2种轴箱布置结构的高速列车动力学性能进行仿真比较并得出以下结论：在高速运行条件下,2种布置方式模型各项动力学指标均满足要求;在保证足够的抗倾覆能力的同时,轴箱内置式高速列车垂向动力学性能和小半径曲线通过性能要优于轴箱外置式列车,在小半径曲线路段（如站场线等）有良好的适用性。为高速列车轴箱布置参数设计和动力学仿真研究提供理论支持和借鉴。     

新型纤维复合筋增强无砟轨道板变幅疲劳性能试验研究

为评估变幅疲劳对无砟轨道板疲劳性能的影响,通过试验测试了7块无砟轨道板,每块轨道板具有相等的横截面刚度,所使用筋材分别为钢-连续纤维复合筋(SFCB)、玄武岩纤维复合筋(BFRP)和传统钢钢筋;试验参数主要考虑荷载水平和加载顺序的影响。试验结果表明,SFCB增强的轨道板具有更高的疲劳极限,当荷载水平超过疲劳极限时,SFCB增强轨道板的挠度,裂缝宽度和应力仍处于受控状态;相比之下,传统钢筋和BFRP筋增强轨道板的疲劳寿命和刚度均显著降低;疲劳极限内,荷载加载顺序对SFCB和BFRP筋增强轨道板的疲劳性能影响不大,在此期间,疲劳损伤仍由最大荷载水平控制。     

串列升力翼对高速列车曲线通过气动性能影响

为研究串列升力翼对高速列车曲线通过时气动性能的影响,建立了带串列升力翼的高速列车气动仿真模型,模拟了列车高速通过曲线时的流场特性与气动力情况,对比分析了有无串列升力翼的高速列车通过曲线轨道时列车周围的流场变化,研究了串列升力翼对列车气动性能的作用规律,分析了曲线超高对升力翼列车气动性能如横向力、倾覆力矩的影响。结果表明：安装串列升力翼后列车表面压力分布及流线流向发生明显改变,安装升力翼可明显提升高速列车的气动升力及升阻比,但气动阻力也随之增大。在5种工况下安装串列升力翼的列车较普通列车气动阻力和升力分别增加了约53%和92%,横向力增加了约77%,安装升力翼后列车升阻比提升了约87%。带串列升力翼高速列车在通过不同曲线超高的曲线线路时,气动阻力及气动升力变化很小,横向力和倾覆力矩均随曲线超高增加而增大。     

回转质量系数对高速列车牵引电算的影响

高速铁路电动车组在列车编组方式、牵引及制动性能、列车运行控制模式等方面与普速铁路旅客列车有着较大区别。本文以高速动车组列车牵引计算特点分析为基础,从回转质量系数因素阐述了高速列车牵引计算指标参数的影响,并推导了基于回转质量系数的高速列车加速度、运行时分、加速距离及制动距离等指标国际单位制表达式,最后以CRH3型动车组及京津城际铁路线路纵断面为依据,进行模拟计算分析得出回转质量系数对牵引计算指标的影响规律。