高速铁路27.5kV电缆金属护层的雷击感应电压

在建立并验证高速铁路27.5kV电缆分布式参数等效模型的基础上,采用MATLAB软件仿真研究接触网避雷器经接地电阻接地、避雷器故障导致绝缘子发生雷击闪络2种工况下,雷电流波经接触网入侵电缆线芯导体时接地电阻和土壤电阻率对电缆金属护层雷击感应电压的影响,以及电缆长度、雷电流波陡度对电缆金属护层雷击感应电压的影响。结果表明:电缆金属护层的雷击感应电压最大值随避雷器接地电阻的增加而增加,呈线性关系,当接地电阻增加到10Ω时,入侵电缆线芯的雷电流最大值约为13kA,说明避雷器发挥的保护作用受限;避雷器故障导致绝缘子发生雷击闪络时,如果土壤电阻率大于800Ω·m,电缆金属护层的雷击感应电压最大值超出外护套冲击耐受电压,可能导致击穿外护套;长度为500m的电缆其金属护层的雷击感应电压最大值最小;电缆金属护层的雷击感应电压最大值随着雷电流波陡度的增大而增大,但增长率逐渐下降。     

雷电波对通信设备危害的实验研究

通过实验分析了典型通信设备电气连线和接口耐受雷电冲击电压、工频交流电压、直流电压和冲击电流能力，研究了雷电冲击波沿不同距离网络线和电话线传播时末端电压波形及电压升高的原因，得到了系列实验数据，提出了对电话线和网络线保护器安装位置、限制电压和通流能力的要求。     

城市轨道交通成套开关装置绝缘参数研究

我国城市轨道交通成套开关装置绝缘参数至今没有可依据的国家、行业标准.通过对国内外城市轨道交通直流1 500 V成套开关装置绝缘参数的分析、对比,提出了一系列经济可靠并可应用于实践的绝缘参数:对工频耐受干试电压和湿试电压、雷电冲击耐压、空气间隙和爬距,推荐了欧盟EN 50123-1标准的参数;其中对工频耐受干试电压和湿试电压、雷电冲击耐压,还推荐了GB/T 11022-1999标准的参数.     

橡胶缓冲垫层保护下棚洞结构落石冲击力学响应研究

采用以橡胶为原料的废弃轮胎作为垫层材料,利用有限元软件建立落石冲击棚洞结构模型,研究落石冲击速度、橡胶缓冲垫层厚度对棚洞结构最大等效应力、结构动能、节点位移等的影响。结果表明:在竖向落石冲击作用下,棚洞结构中间跨的横梁端部为受力不利位置;落石的冲击速度越高、橡胶缓冲垫层越厚,橡胶垫层的缓冲作用越显著;在冲击荷载作用下,棚洞结构横梁下部会承受较大的拉应力,应加强横梁底部的钢筋布置。     

上道通信信号设备的雷击试验

为了保证综合防雷系统安装的SPD与通信信号设备端口的耐雷电水平协调配合,厂家必须提供设备端口的额定冲击耐受电压水平Uw的数据,因此必须对通信信号设备进行雷击试验。阐述了通信信号设备雷击试验的范围、试验波形的选取、试验法和合格判定标准,并提出加速编制通信信号设备雷击试验的标准。     

计及绕组波过程的牵引变压器防雷分析

雷电冲击过电压有较大的幅值及陡度,侵入牵引变电所会对主变压器的绕组纵绝缘造成危害。为研究雷电侵入波对牵引变压器的影响,建立牵引变电所EMTP暂态模型,考虑雷击进线杆塔时,分析有无避雷器保护对牵引变压器上过电压参数的影响。安装避雷器后,变压器上的过电压幅值降低到最大允许耐压值以下,但其陡度减小幅度较小,对牵引变压器绕组的绝缘安全存在威胁。通过建立基于时域有限差分法的绕组多导体传输线模型,分析变压器绕组在雷电波入侵时的波过程。结果表明,雷击引起变压器绕组极不均匀电压分布,且前端绕组过电压幅值及振荡频率较高,存在绝缘隐患,应针对该位置进行重点保护。     

地铁架空地线的雷电防护作用研究

研究目的:随着雷击故障日益突出,地铁工程中开始利用架空地线进行雷电防护。但地铁中为车辆供电的架空接触网架设在轨道上方、绝缘水平很低,与电力系统输电线路差别较大,有关设计规范中缺少相应的规定,导致目前国内地铁工程中对架空地线的防护作用缺乏系统研究。工程中已实施的方案存在较大差异,有必要进行系统的研究。本文采用电气几何模型法,研究得出架空地线安装位置与雷击闪络次数、避雷器放电电流的关系,提出了架空地线防雷接地解决措施,最后提出工程应用建议。研究结论:(1)地铁架空地线可降低接触网雷击闪络次数,且导线高度越高时效果越明显,地铁工程中利用架空地线进行雷电防护是有益的;(2)架空地线安装在导线上方和安装在支柱顶部时接触网总闪络次数差别不大,工程中推荐采用安装在支柱顶部方案;(3)架空地线对保护绝缘子用带串联间隙金属氧化物避雷器的动作冲击电流具有分流作用,架空地线安装在支柱顶部高度以绕击的次数低于0.1次/100 km·a(以40个雷暴日计)为指标进行校验取值,推荐安装位置为高出导线1 m;(4)当架空地线兼具防雷使用时,应做好架空地线的接地,并阻止正常运行时杂散电流就地泄放,建议接地引下线串接由气体放电管和金属氧化物电阻片构成的雷电冲击接地器;(5)本研究成果可应用在城市轨道交通领域。     

27.5kV电气化铁道干式变压器

27．5kV电气化铁道干式变压器除保持了环氧树脂浇注型干式变压器绝缘水平高、抗短路、耐雷电冲击和体积小、重量轻、安装方便、使用寿命长的固有优点和特点外，还针对电气化铁道采用的—相接地、三相不对称供电制式引发的电压波动大，谐波含量高等特点．提出和解决了干式变压器的电压标准、绝缘水平、接线组别、电压波动及负荷过载、试验检测标准等问题．并解决了产品设计、工艺制造中铁芯、电流密度、绝缘爬距、     

滚石冲击EPS新型复合拦石墙现场原位试验研究

以聚苯乙烯泡沫（Expanded Polystyrene,EPS）新型复合拦石墙板为研究对象，以合璧津高速公路危岩防护工程为背景，首次开展滚石冲击拦石墙现场大型原位试验，研究滚石冲击EPS复合拦石墙动力作用过程，揭示EPS泡沫板在滚石灾害防治结构设计中的耗能减震机理。采用有限元分析软件验证了现场试验结果的准确性，并讨论了钢板夹层厚度对结构耗能效率的影响，为提高结构抗冲击性能引入钢管耗能器进行结构优化。结果表明：EPS复合拦石墙降低了滚石冲击接触压力，最高可达43%；保持EPS缓冲层厚度不变，其材料密度越小，则耗能效果越显著，但EPS缓冲层密度降低的同时也将导致复合结构的抗冲切破坏能力下降；钢板夹层越厚，结构耗能效果越好，相较于15 mm钢板，35 mm钢板耗能效果可提升约25%；布设耗能器可有效提高结构抗冲击能力，且在结构中心位置布设耗能器时效果最佳，耗能效果提升31.8%；耗能器个数与结构耗能效果呈正相关关系。     

电气化铁道接触网用瓷绝缘子防污闪新途径研究

在分析瓷绝缘子污闪产生的原因的基础上，介绍防止污闪的措施，提出通过精选瓷质材料，设计产品结构，采用现代制造技术，提高瓷绝缘子的防污闪性能。采用等静压技术制造的瓷绝缘子，在满足国家标准规定的机械强度的前提下，可以使瓷体杆径减小，伞径增大，从而增大爬电距离，提高瓷绝缘子的污闪电压；设计的开放式伞形结构充分利用了空气动力学原理，提高了瓷绝缘子的自洁性，增强了瓷绝缘子的耐污能力；采用新途径制备的瓷绝缘子的人工污秽耐受电压值比国家标准规定的36kV提高到了40kV。     

CRTSⅢ型无砟轨道基础结构冲击试验与数值分析

利用CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基系统实尺模型开展落轴冲击试验,同时运用Ansys/LS-Dyna软件进行轨道-路基落轴冲击动力有限元模拟分析,在试验结果和数值结果对比验证的基础上,系统研究落轴荷载作用下轨道和路基结构动应力分布规律,比较落轴高度和加载位置对动应力分布的影响。研究结果表明:试验结果和数值结果具有较好的一致性,两者可以相互验证,互为补充。轨道结构各层动应力均在钢轨正下方达到最大值,动应力幅值沿线路横向分布总体上呈驼峰形分布;沿线路纵向大致呈正态分布,自密实层应力幅值在板端附近有明显地回弹。路基动应力幅值底座板宽度范围内,沿横向分布比较均匀,在底座板宽度范围外快速衰减;沿线路纵向大体上呈正态分布;路基动应力幅值沿深度的衰减速度随着深度的增加而减小,在基床内衰减较快,基本呈线性或者分段线性衰减,在路基本体内衰减非常缓慢。轨道和路基动应力幅值总体上随落轴高度增加而线性增加,但沿线路纵横向分布规律不变。相对于板中加载,板端加载时轨道和路基各层面动应力幅值均有所增大,越靠近加载点增幅越明显,但是2种加载条件下轨道和路基结构应力幅值分布规律基本一致。     

某地铁转向架构架端部开裂机理及分析

针对某B型地铁在正常运营过程中发生转向架构架端部开裂问题,文中采用运营模态分析和线路试验开展断裂机理研究。首先文中基于PolyMAX方法识别出构架在实际运营中的工作模态,其中构架端部存在频率为222.9 Hz,阻尼比为0.72%的纵向摆动固有模态;然后通过分析轴箱、构架端部加速度和动应力时频特性以及对典型区间轨道调查发现,车辆以60 km/h的运营速度通过含有波长为80 mm钢轨波磨的弹性短轨枕区段时,构架端部与轨道固有频率重合,从而导致结构共振引发疲劳破坏;在相同工况条件下,构架端部安装加强筋改进后的结构,其振动加速度和动应力均比原方案减小90%左右,同时对改进前后构架端部进行寿命评估,结果表明安装加强筋后的构架端部损伤值大幅降低,满足转向架的使用寿命要求。     

APM300系统靴轨冲突影响因素分析

APM300系统车辆采用第三轨受流,受流器通过供电轨轨缝处时会产生较大的冲击。采用UM软件建立了受流器动力学模型,根据供电轨和受流块的接触特性提出了受流器靴轨冲突评价指标,并仿真分析了供电轨轨缝位置偏差和受流器弹簧刚度对受流器靴轨冲突的影响。仿真结果表明：轨缝前后绝缘轨接的前凹后凸和前高后低情况恶化了受流器通过轨缝的安全性;增大复原拉簧刚度有利于减小靴轨最大间隙、减小受电靴横向加速度的最大值。为确保受流器平稳通过供电轨轨缝处,要将供电轨轨缝的横向安装位置偏差和纵向高差严格控制在1.5 mm以内,或将横向安装间隙控制在1 mm以内、将纵向高差控制在2 mm以内;当复原拉簧刚度低于3 000 N/m时要及时更换。     

单元双块式无砟轨道支承层假缝设置优化

单元双块式无砟轨道支承层假缝与道床板伸缩缝对齐设置能够有效引导支承层裂缝发展,但伸缩缝位置轨道结构竖向抗弯刚度较小,列车通过时基床应力应变幅值较大,且在多雨潮湿环境中,雨水等杂物易侵入下部基础,破坏结构稳定.针对支承层假缝与道床板伸缩缝对齐设置存在的缺点和不足,对支承层假缝设计进行优化:伸缩缝位置支承层上表层铺设一定长度的土工布,土工布中心线与伸缩缝中心线重合,土工布两侧支承层分别切割深度为支承层厚度1/3的假缝.土工布的铺设使得板端形成一定长度的分层隔离区,通过对不同长度隔离区设计方案在温度、温度梯度或列车荷载等作用下的响应分析,并结合现场施工经验,发现隔离区长度在800～1 000 mm或1400～1 600mm时结构性能良好.综合考虑,土工布铺设长度选为1 720 mm.     

CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基动力响应现场试验研究

为研究运营多年后高速铁路无砟轨道路基振动特性，对沪宁城际高铁路基段进行了现场实车测试。结果表明：板端位置，无砟轨道路基各结构层振动加速度值沿垂向快速衰减，呈指数趋势；板中位置，无砟轨道路基各结构层振动加速度值沿垂向平缓衰减，呈大致线性趋势。路基面和路肩处振动加速度值在板端、板中位置均较为接近；板端特殊位置主要对轨道板和底座板的振动响应有放大效应，且列车速度对板端振动加速度的放大效应最为显著。无砟轨道路基结构中轨道板、底座板振动位移随列车运营速度的变化大致呈线性关系，而路基封闭层和路肩位置振动位移随车速提高变化趋势不明显，与京津、武广、郑西等高铁路基内侧所测动位移分布规律一致。     

高速动车组轴箱弹簧疲劳失效机理研究

自哈大高速铁路开通以来,某动车组转向架发生轴箱弹簧断裂故障多起,断口均位于第一工作圈距弹簧端部60mm处,断裂弹簧的平均寿命里程为165万km。本文通过断口形貌分析、弹簧在线载荷识别以及接触应力有限元仿真,对该轴箱弹簧的失效原因进行了分析。断口的宏、微观分析表明,弹簧发生了典型的疲劳断裂。将轴箱弹簧标定为测力弹簧,在运用线路上实测了弹簧垂向载荷和横向载荷时间历程,结果表明,该弹簧运用中未受到超出其动态设计规范的冲击载荷,其垂向和横向载荷均为随机动载荷,其中垂向载荷最大幅值为3.72kN,横向载荷最大幅值为1.18kN。利用ABAQUS有限元程序仿真分析了弹簧接触应力随垂向和横向载荷的变化规律,结果表明,第一工作圈距弹簧端部60 mm处的等效接触切应力值最大,与实际断裂位置相吻合。     

高速动车组轴箱弹簧有限元分析与特性研究

以高速动车组轴箱弹簧为研究对象,利用软件Hyper Mesh建立弹簧有限元模型。考虑弹簧支撑圈与工作圈在大挠度情况发生接触,对接触区进行网格细化。将该模型导入软件ABAQUS中进行有限元计算分析,通过静应力标定试验进行验证。结果表明,有限元分析结果和静应力标定试验结果比较一致,相对误差在允许范围内,验证了有限元计算模型的正确性。采用有限元分析与弹簧最大应力计算公式相结合的方法,推出轴箱弹簧刚度特性曲线,并通过曲线的线性拟合,得出其刚度值为352.1 N/mm。分析轴箱弹簧发生疲劳断裂位置,获得该位置当量应力与接触应力随弹簧挠度变化的应力曲线,得出最大接触应力为164.6 MPa,验证了接触应力对端部接触区当量应力具有较大影响。因此在制造过程中,可以调节支撑圈与第1工作圈间隙来减少接触应力的影响。     

CRH2动车组车辆间减振器的最佳布置位置及动力学行为研究

以CRH2的动力学参数为基础,基于多体动力学软件Universal Mechanism建立了6动2拖8辆编组的动车组列车系统动力学模型。从列车的稳定性、平稳性和曲线通过性能3个方面考量,将无纵向减振器与有纵向减振器的两列动车组进行对比分析,研究表明,车辆间加装纵向减振器由于加强了车辆间的耦合作用,可提高列车的蛇行稳定性及非线性临界速度,但是,过大的阻尼和节点定位刚度会降低列车的曲线通过性能,增加轮轨磨耗;通过研究车辆间纵向减振器的不同安装位置对列车动力学性能的影响,确定了其最佳安装位置为车体底架端部左右两侧,与车钩中心线等高,横向跨距3.2m处。     

钢桁梁腹杆插入式节点杆端应力分析与探讨

研究目的:为便于制造与安装,大跨钢桁连续梁桥往往在采用整体节点,腹杆与主桁节点连接时,腹杆插入节点板中,采用高强螺栓两面连接。由于仅连接杆件的两个面,另外一面(或两面)不直接承受节点板传递的荷载,必然存在剪力滞效应。通过建立钢桁梁腹杆的几种典型截面的有限元模型,研究两面连接腹杆端部的应力分布,从而掌握腹杆端头板件应力分布的规律并用于指导钢桁梁桥节点设计。研究结论:杆件端部最大正应力均发生在螺栓群末端;一般来说,杆件板厚越大,螺栓连接沿杆件长度方向的排数越多,最大正应力与名义正应力的比值越小;截面形式变化、板件厚度变化不会对最大剪应力的发生部位产生影响;杆件中部,截面应力趋于均匀,剪力滞效应不显著。     

桥上长枕埋入式轨道层间连接状态分析

针对桥上单层长枕埋入式无砟轨道的层间连接状态,建立长枕埋入式无砟轨道力学模型,应用有限元法,分析在多种工况作用下道床板和桥面板层间受力情况。结果表明:在整体降温、列车荷载、温度梯度和荷载组合的作用下,板间剪切应力在道床板两端达到最大,并从板边到板中逐渐减小,且道床板厚度的变化对层间连接状态有影响。在荷载的作用下,道床板板端一定范围内剪切应力会超过设计值2.75 MPa,产生层间破坏,影响轨道结构的耐久性,需要配置钢筋或者采取拉毛等措施加强层间连接作用,以使道床板能够正常使用。根据《钢结构设计规范》中钢筋连接件的计算公式对250 mm厚的道床板进行配筋设计,为长枕埋入式无砟轨道的推广使用提供理论依据。