侧风下高速列车车体与轮对的运行姿态

应用流体动力学理论,建立了高速列车空气动力学模型,计算了作用于高速列车车体上的气动力和气动力矩;应用多体动力学理论,建立了车辆系统动力学模型,分析了在不同风向角、侧偏角与合成风速下高速列车头车车体和轮对的运行姿态。计算结果表明:在不同侧风环境下,头车车体始终向背风侧横摆和侧滚;当风向角为90°时,车体的横向位移和侧滚角最大;当列车车速为350 km.h-1,侧风风速分别为13.8、32.6 m.s-1时,列车头车车体最大横向位移分别为74.2、171.7 mm,最大侧滚角分别为3.1°和8.4°;当列车车速为200 km.h-1,风速不小于32.6 m.s-1,且风向角为90°时,列车头车一、二位轮对均向背风侧横移,背风侧车轮易发生爬轨现象,三、四位轮对均向迎风侧横移,三位轮对迎风侧车轮易发生爬轨现象;四位轮对的横移量和摇头角均小于前三位轮对,相对安全。     

基于Virtual.Lab软件的高速列车结构噪声仿真分析

从高速列车车内噪声频率特性入手,分析了高速列车低频结构噪声在车内声场中的重要作用.通过采用Virtual.Lab软件,创建了某高速列车中间车车体的结构噪声计算模型,并在Virtual.Lab软件中进行了声振耦合计算,分析了在车体转向架上方振动加速度激励情况下,车内噪声的频谱特性.结合经验性的测试结果,计算得到的结果具有一定的参考意义.通过创建更为准确的结构噪声计算模型,分析列车结构噪声的特性,为今后的高速列车研发设计提供参考.     

基于实测数据的列车坡道阻力修正模型研究

为了使列车运行仿真计算结果与实测的列车运行数据更接近,确保仿真系统能够切实有效地分析研究铁路运输生产实际,通过对比研究牵引计算方法计算结果与列车运行监控记录装置实测的数据之间的差异,识别出误差产生的主要原因,并分析了计算误差与坡道类型及列车编组之间的影响关系. 通过理论计算与实验测试,提出了基于测试结果对列车坡道阻力计算模型进行修正的方法与模型. 对修正计算模型和原始模型的计算结果与实测数据进行对比分析,结果表明,修正后的计算模型与实测数据更加吻合,平均计算误差从14％降低到5％. 目前,该模型已成功应用到内燃牵引货运列车节能优化操纵指导系统,取得了良好的实用效果.     

基于ANSYS子模型的网格收敛 尺寸快速分析方法

为快速确定列车车体在门角、窗角等关键区域合理网格尺寸,获取合理应力场分布,结合ANSYS子模型分析技术与APDL二次开发语言技术,提出了一种自动化的网格收敛尺寸快速分析方法.该方法可对列车车体模型在门角、窗角等关键区域进行自动化子模型创建、网格重划分、求解与后处理结果提取.最终达到快速确定列车车体模型关键区域网格收敛性尺寸的目的.分析结果表明,在1#门角网格尺寸减小到10.6 mm时,车体门角的数值计算应力误差小于5%.该方法为列车车体有限元模型在应力集中区域的网格收敛性判别及网格尺寸确定提供了一个高效的途径.     

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为了使列车运行仿真计算结果与实测的列车运行数据更接近,确保仿真系统能够切实有效地分析研究铁路运输生产实际,通过对比研究牵引计算方法计算结果与列车运行监控记录装置实测的数据之间的差异,识别出误差产生的主要原因,并分析了计算误差与坡道类型及列车编组之间的影响关系. 通过理论计算与实验测试,提出了基于测试结果对列车坡道阻力计算模型进行修正的方法与模型. 对修正计算模型和原始模型的计算结果与实测数据进行对比分析,结果表明,修正后的计算模型与实测数据更加吻合,平均计算误差从14％降低到5％. 目前,该模型已成功应用到内燃牵引货运列车节能优化操纵指导系统,取得了良好的实用效果.     

基于ARMAX代理模型的车-桥耦合系统可靠性研究

为探究车-桥耦合系统可靠性的效率和精度,建立列车-桥梁的耦合振动模型,并采用自回归方法模拟轨道不平顺. 回顾ARMAX （auto-regressive moving average exogenous）模型的基本原理,提出了基于ARMAX代理模型的车-桥耦合系统可靠性分析框架;利用代理模型获得列车响应预测值,并与直接蒙特卡罗模拟（monte carlo simulation,MCS）法结果进行对比,探讨了代理模型在分析行车安全时的计算精度和可靠性分析效率. 结果表明:代理模型预测列车竖向和横向加速度响应的效率显著高于MCS法,约为3个数量级;预测竖向、横向车体加速度的精度分别为98.66%、86.55%,求解精度较好,可显著提高车-桥耦合系统可靠性分析的效率.      

货运机车车钩缓冲装置动力学仿真模型(英文)

分析了不同钩缓装置的工作原理,采用控制系统仿真方法建立了考虑实时性对中钩肩与钩尾摩擦副作用的钩缓装置结构模型,采用函数查表法建立了具有迟滞特性的非线性缓冲器模型,采用由2台8轴机车及1辆简化货车组成的列车模型对DFC-E100与13A/QKX-100钩缓装置进行了仿真研究,同时对车体稳钩能力进行了理论计算。计算结果表明:钩缓装置模型能够较好地反映机车钩缓装置的实际运行状态,DFC-E100钩缓装置车钩在纵向力超过一定值后才会发生明显偏转,钩肩结构能够有效地防止车钩的过度偏转;机车配备DFC-E100钩缓系统时车体稳钩能力的仿真结果及理论计算结果与实测结果的误差分别为4.23%和10.65%。13A/QKX-100系统车钩钩尾摩擦副是影响其承压行为的关键因素,其能使车钩在承受纵向压力时不发生明显偏转。     

高速列车整备车体谐振分析

针对高速列车车体与设备和悬挂之间的谐振问题,利用ANSYS对某高速列车整备车体及其车下吊挂设备进行仿真分析,结合该车体在线路试验中测得的悬挂系统的振动加速度,以此来识别车体和悬挂系统的模态参数,进而判断车体和车下设备及悬挂之间是否有谐振产生.针对该车车体仿真计算结果,为了提高车体整备状态一阶垂弯频率,质量较大的车下设备...     

高速列车透射噪声与结构噪声的分离

高速列车噪声是影响车内旅客舒适度和铁路沿线居民生活质量的重要因素,如何有效的降低噪声是高速列车设计者们所关心的问题之一.研究表明,高速列车的车内噪声由透射噪声与结构噪声组成,如何有效的从车内噪声中分离出这两种噪声成分将为列车的减振降噪设计提供一定的指导作用.本文以高速列车实车噪声数据为研究对象,首先运用多种数字信号处理的方法对高速列车噪声数据进行了分析,总结了高速列车噪声的主要特点;然后通过对列车静止时和运行时的噪声透射情形分别进行建模和分析,指出可以利用车体的频响特性作为反映车体隔声性能的声学参数,并提出了一种计算频响特性的简便算法;最后,利用该算法从实车噪声数据中计算出了车体的频响特性,并在此基础上实现了透射噪声与结构噪声的分离.     

纵向冲击下高速列车车体承载极限数值模拟

进行了高速列车车体6005A-T6、6082A-T6铝合金的静态拉伸和动态压缩试验,识别了0.001~2 500 s-1应变率范围内2种铝合金的材料应变率效应,建立了对应的Johnson-Cook本构模型;构建了高速列车典型车辆的显式动力分析模型,完成了刚性墙冲击车体过程仿真,研究了车钩稳态载荷、冲击速度、加载方式对车体承载极限的影响;分析了高速列车一号车和二号车车体在冲击载荷下的变形演化,通过应力变化临界点确定了车体的承载极限,并对列车在更高能量配置模式下的车体承载性能进行了验证。研究结果表明:在0.001~2 500 s-1应变率范围内,6005A-T6和6082A-T6铝合金应变率敏感系数分别为2.9×10-3和8.5×10-3,应变率效应不明显;纵向动态冲击载荷下,应变率强化对铝合金车体结构承载力影响不明显,惯性效应是其承载能力高于静态极限的主要原因;纵向冲击载荷从车钩位置传递时,一号车和二号车车体的动态承载力水平显著高于车体许用静态压缩载荷;冲击载荷下的车体结构承载力可为高速列车碰撞各界面能量分布问题中吸能元件平台力取值提供上界;可适当考虑提高车体许用压缩载荷以扩大列车端部吸能部件力学参数设计域,以满足更苛刻需求下的列车被动安全性能。      

新型电缆贯通供电系统载流机制

新型电缆贯通供电系统能够取消电分相环节,延长供电距离,并有效治理电气化铁路中的电能质量问题. 但电缆牵引网（cable traction network, CTN）包含不同的电压等级,基波电流要首先经过牵引网的各个环节,最终汇聚到列车负载;而列车发射的谐波电流要经过两级渗透,最终返送到公用电网. 为研究电缆贯通供电系统的载流机制,针对CTN的特殊拓扑结构,根据双口网络分析方法,建立了车网耦合系统等值电路;分析了CTN中的电流传输规律;利用仿真模型,研究了CTN中的谐波电流分布与中心变电所（main substation, MSS）的谐波电流含量. 研究结果表明:当系统内有8个短回路时,单车工况下,基波电流主要在列车所在的单侧供电区间传输;机车电流与MSS电流之比小于4 （牵引变压器变比）;MSS谐波电流含量较列车处最多降低了43.5%.      

新建电气化铁路牵引负荷预测

为了评估新建电气化铁路对电网电能质量的影响,提出了一种基于实测数据的牵引负荷统计预测方法.该方法基于大量的牵引负荷实测数据,在统计分析其分布特征的基础上,选择带电有效系数、最大值、方差和偏度系数作为描述牵引负荷概率分布的主要特征量;应用模糊C均值聚类法,将42组牵引负荷实测数据分成10类,根据铁路设计部门提供的牵引负荷特征值,判断新建电气化铁路牵引负荷归属10类概率模型特征库中的某一类,进而可知其概率分布,采用蒙特卡洛抽样,即可获得新建电气化铁路牵引变电所馈线电流的预测数据;用均方差指标对拟合曲线进行误差校验,误差均在0.1以内,证实了方法的有效性.      

高速铁路长大坡道动车组运行性能分析方法

当动车组运行通过长大坡道时,车辆与轨道的耦合振动作用会对列车牵引制动效率产生重要的影响.为更准确地分析动车组列车通过长大坡道时的运行性能,基于车辆-轨道耦合动力学理论,考虑列车牵引制动行为与线路平纵断面的影响,建立高速铁路长大坡道动车组运行性能分析模型,采用线路试验数据对模型进行验证,对比分析三维模型与传统一维模型的差...     

市域铁路牵引电缆贯通供电方案及潮流算法

研究了市域铁路牵引电缆贯通供电方案，该方案全线贯通式供电，设置一主一备两个主变电所，在主变电所内设置同相供电装置. 对贯通式供电时双边供电、单边供电下供电臂距离的设置进行了建模求解，模型以电压损失作为约束条件，通过逐渐增加列车数量的方式，求得供电臂所能承担最大列车数量，进一步得到供电臂距离的可行值，为牵引变压器位置的设置提供参考和校验. 采用基于线路的牵引供电系统建模，将牵引供电系统分为电缆层和牵引层，提出适用于牵引电缆贯通供电的分层交互迭代潮流算法. 该算法在层内进行潮流求解，同时层之间进行变量取值修正，以实现交互迭代，能够达到矩阵降阶、提高计算效率的目的. 在本文案例分析中，相较于传统供电方案，牵引电缆贯通供电方案再生制动能量利用率提升至99.15%，每年通过再生制动能量利用可以节省的电费为2 955万元，一次性投资可以节省大约13 672万元.      

电气化铁路同相储能供电系统能量管理及容量配置策略

为进一步降低电气化铁路对三相电网的负序影响,兼顾牵引变电所节能经济运行,提出了一种电气化铁路同相储能供电系统能量管理策略和容量配置方案.首先,以三相电压不平衡度限值为约束,确定了不同负序超标情况下储能装置启动阈值;而后,建立了储能供电系统负序补偿模型,计算储能装置充放电电流;最后,以牵引变电所实测数据为例,给出储能装置容量配置方案,并计算验证了所提能量管理策略的可行性和正确性.研究结果表明：该同相储能供电系统通过实时控制储能装置充放电,可实现负序满意度补偿、负荷削峰填谷、兼顾再生能量利用,负序补偿度由储能装置放电功率决定,削峰填谷效果和再生能量利用率由储能装置启动阈值和储能容量决定;储能容量一定时,越小阈值,再生制动能量利用率越高.     

论新一代牵引供电系统及其关键技术

与既有电气化铁路牵引变电所换相接入电力系统不同,提出新一代牵引供电系统,即在同一电力系统内实现电气化铁路无分相的同相贯通供电系统.本文讨论了与新一代牵引供电系统相关的三项关键技术:一是牵引变电所采用组合式同相供电技术,治理负序,取消变电所出口处的分相;二是新型双边供电技术,取消分区所处的分相,减小均衡电流及其对电力系统的影响,同时,调整功率因数,保证牵引网电压水平;三是牵引网分段供电与测控技术,将供电臂适当分段,运用同步测量技术,更准确、更及时地判别故障类型与部位,并把故障限制在最小范围内.文章还说明了系统的经济性和可靠性.      

高速列车动车转向架气动噪声数值分析

为研究高速列车动车转向架气动噪声特性,建立了动车转向架空气动力学模型,采用定常RNGk-湍流模型与宽频带噪声源模型对其气动噪声声源进行初步探讨,并结合非定常LES大涡模拟与Lighthill声学比拟理论进行了远场气动噪声分析。研究结果表明:动车转向架气动噪声源为轮对、构架、牵引电机1、枕梁、垂向减振器、抗侧滚扭杆等结构的迎风侧凸起部位,且构架对动车转向架远场气动噪声的贡献最大,其次为轮对和抗侧滚扭杆,然后为垂向减振器和枕梁,牵引电机1、牵引电机2、空气弹簧和横向减振器对远场气动噪声的贡献较小。动车转向架远场气动噪声是宽频噪声,具有衰减特性、幅值特性和气动噪声指向性。在低频部分能量较大,中心频率为25、50Hz,且分布规律不随运行速度的改变而变化。      

电气化铁路同相储能供电技术

为进一步优化电气化铁路牵引变电所经济节能运行,提出了一种电气化铁路同相储能技术研究方案. 该方案基于运行图和历史数据,以负荷削峰为控制目标,实时控制储能装置充放电,治理以负序为主的电能质量问题;同时,降低系统对设备容量要求,节省运行费用,并能有效利用列车再生制动能量. 以京沪高铁实测数据分析了同相储能供电系统解决负序的有效性,并以飞轮作为储能装置进行了仿真分析和试验验证,最后分析了同相储能供电系统的经济性能. 研究结果表明:同相储能供电技术可取消50%电分相环节,治理负序的效果由储能装置功率决定,当储能装置功率为牵引负荷功率95%概率大值的10%时,可降低负序限值10%.      

交流电气化铁路牵引电缆供电分析

为了实现交流电气化铁路牵引电缆供电,采用双芯电缆电磁感应原理和Carson原理,研究了电缆与接触线分流系数,分析了电缆的波阻抗和自然功率,并将电缆牵引供电的能力与自耦变压器供电进行比较.结果表明:当电缆截面积大于240 mm2时,电缆分担电流是接触线的3倍以上,表明电缆供电能力是自耦变压器供电能力的1.13~1.34倍.仿真结果表明,当供电臂延长至100 km时,线路电压质量仍能得到保证.      

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电力是现今大部份铁道系统的动力来源． 可靠、有效率及安全的电力输送对整体铁道服务质素尤为重要，跟其它大型工程系统一样，铁道供电系统的设计，运作及筹划相当倚重计算机仿真．本文将回顾铁道供电系统仿真的模型及一般常规，并通过模拟结果例子及实际应用，介绍最新的模拟方式发展．本文亦对铁道供电系统仿真的未来挑战作出评论．