列车车顶绝缘子气流场分布及其对积污的影响

列车高速运行过程中,车顶绝缘子表面的积污特性受绝缘子周围气流场分布特性的影响较大,建立车顶绝缘子的外部三维流场模型,利用有限元模拟的方法计算列车在不同的运行速度下,车顶绝缘子周围气流场分布的情况以及空气中的污秽颗粒与绝缘子表面的碰撞情况,结合现场调研,结果表明：车顶绝缘子的积污特性主要受到绝缘子背风面气压分布的影响,伞裙背风面的负压值、污秽颗粒碰撞率以及实测的积污量均呈两端大中间小的规律,且随着列车速度的加快,伞裙背风面的负压值及污秽颗粒碰撞率皆呈现增加的趋势。     

雾霾环境动车组车顶绝缘子积污特性研究

雾霾是雾和霾的组合,空气中的霾会对车顶绝缘子的积污造成影响,而空气中的雾沉降在绝缘子表面润湿绝缘子表面污秽,增大了车顶绝缘子发生污闪的几率。以FQJG2-30/16型车顶绝缘子为试验对象,分析高速气流雾霾环境下雾霾颗粒在绝缘子表面上的受力情况,认为水滴的黏附力是雾霾环境绝缘子表面积污的一个重要影响因素,建立高速气流雾霾环境绝缘子表面雾霾颗粒沉积仿真模型,并通过人工气候室开展不同气流速度下人工模拟雾霾环境绝缘子积污试验,揭示不同风速下雾霾环境对车顶绝缘子积污的影响特性。仿真和试验结果表明:不同气流速度情况下,车顶绝缘子表面积污存在差异。雾霾环境下绝缘子积污量高于非雾霾环境积污量,随着风速的增加雾霾环境积污量与非雾霾环境积污量接近,这是由于高速气流带走绝缘子表面大量水滴造成的。     

污秽颗粒在腕臂绝缘子表面分布规律仿真分析

为解决兰新高铁接触网腕臂绝缘子污闪问题,研究腕臂绝缘子表面积污规律对预防污闪事故发生、保证牵引供电系统安全运行有重要意义。以FQB-25/12型腕臂绝缘子为研究对象,利用欧拉两相流建立积污仿真模型,以污秽颗粒的体积分数为表征参数,分析颗粒浓度、风速、颗粒粒径及来流角度4种因素对绝缘子表面污秽分布的影响。研究结果表明:绝缘子表面污秽体积分数随空气中污秽浓度呈线性增长;随风速的增大,迎风面污秽体积分数迅速增大,背风面污秽体积分数增长较缓慢;随颗粒粒径增大,迎风面污秽体积分数明显增长,背风面污秽体积不断减小;来流角度在-45°到45°变化时,对于大伞裙,上表面污秽体积分数不断减小,下表面污秽体积分数不断增大,对于小伞裙,上下表面积污程度随来流角度与大伞裙相反。     

高速列车车顶高压设备流场特性研究

高速列车车顶高压设备裸露于室外,易受环境影响产生积污。针对高速列车车顶受电弓绝缘子区域的流场特性进行仿真计算,分析高速列车运行情况下的流场结构,对3种不同导流罩下的车顶高压设备流场特性进行对比,得到了不同导流罩对高压设备区域流场的影响。结果表明:侧板型导流罩可增加绝缘子周围气流速度,避免污物沉积。     

车顶环氧复合绝缘子的外绝缘特性研究

通过不同材料和结构绝缘子的对比试验,研究了电力机车车顶用脂环族环氧和憎水性环氧复合绝缘子以及硅橡胶绝缘子的外绝缘特性。针对典型的2种结构和2种材料的环氧绝缘子和1种硅橡胶绝缘子以及传统的瓷质绝缘子试品,进行了工频干湿雾、盐雾和人工污秽闪络电压以及表面憎水性的对比测量,并模拟受电弓支持绝缘子的安装形式仿真计算了外绝缘的电场分布特性,试验研究结果为电力机车车顶绝缘子的选用和运行提供了参考。     

基于边界层减阻理论的高速列车抽吸气减阻特性数值研究

采用计算流体力学方法,研究高速列车表面边界层演变特性以及气动阻力分布规律;通过在列车头车和尾车边界层分离点区域设置抽吸气孔,提出表面抽吸气边界层控制减阻方案,并评估其减阻效果。结果表明:头车和尾车边界层分离点区域分别设置抽吸气孔后,整车气动阻力系数均减小,最大减阻率可达6%。此项研究为高速列车气动减阻提供了新思路,对克服由于空气动力效应带来的提速瓶颈、节约能源具有重要意义。     

防污闪绝缘护套对支撑绝缘子电场分布的影响分析

文章建立二维有限元模型,对不同状态电力机车车顶绝缘子电场进行仿真,分析了绝缘子电场分布特点及防污闪绝缘护套对电场分布的影响。仿真结果表明,安装了绝缘护套的绝缘子中间伞群区域电场畸变率有所增大,绝缘子表面最大电场强度显著下降,有利于降低表面闪络发生几率。研究结果对防污闪措施的设计有一定的参考意义。     

高温超导磁悬浮列车气动噪声特征仿真研究

气动噪声是高温超导磁悬浮列车噪声的主要来源，以新型高温超导磁悬浮列车1∶8缩比的8车模型为研究对象，基于大涡模拟（LES）方法和K-FWH方程，通过建立可穿透积分面对列车在500,550,600及650 km·h-1 4个速度级下的气动噪声特征进行数值仿真研究。结果表明：在U型轨道的约束下，列车周围的气动激扰主要集中在车顶两侧、尾车流线型及尾流区；偶极子声源主要分布在中车车顶表面两侧、尾车流线型及超导线圈后方，尾流区也是重要的气动噪声源区；列车辐射噪声频谱呈现“宽峰”（100～315 Hz）特性，随着车速提升，低频噪声能量增强；4个速度级下测点辐射噪声水平变化规律一致，噪声最大值分别为94.2,96.4,100.1和105.2 dB(A)；随着车速提升，四极子声源能量占比不断增大，当车速大于600 km·h-1时，16个测点的四极子声源平均能量占比超过90%。研究成果可为高温超导磁悬浮列车气动声学优化设计提供参考。     

地铁站厅至站台楼扶梯口处烟控方案探讨

为保证地铁地下车站站台或轨行区火灾时站厅公共区域的安全,调研现阶段保证站厅到站台楼梯或扶梯口处具有不小于1.5 m/s向下气流采取的技术措施,主要有排烟控制方式和防烟空气幕,分析排烟控制方式设计过程中的流速与过流断面面积,认为排烟控制系统中的流速为断面的平均流速,过流断面为站台楼扶梯入口段截面,提出站台除楼扶梯洞口外,...     

基于盐碱沙尘地区的接触网绝缘子污闪预警的研究

盐碱沙尘环境是影响接触网绝缘子安全稳定运行的重要因素,但由于气候条件的复杂性和突发性,常用的污区分布图不能据实反映气候的急剧变化,往往造成接触网绝缘元件污闪事故的增加。利用含盐沙尘颗粒动力学方法,结合盐碱沙尘源区气象特性,建立颗粒物的动态沉降模型,探索沙尘颗粒在接触网绝缘子表面快速沉积规律,分析污秽源区下风向各站点的不同灰盐比以及粒径分布,得出各站点在无降水期间受含盐沙尘天气影响的污闪预警时刻。分析表明,在恶劣天气来临之前,可结合污闪预警信息准确定位,进行清扫工作,为污闪预警系统的制定提供一种有效可行的方法。     

"蓝箭号"机车传动齿轮箱螺栓的失效分析与改进

1问题的提出 某机车厂生产的机车自投入运行以来,其传动齿轮箱与电机连接处的螺栓,由于受到不均匀的电机振动,加之螺栓装配后本身受力偏斜,经常发生断裂.从现场采集的2个螺栓样本来看:1#螺栓断面有清晰海滩状疲劳弧线,为典型的疲劳断裂.2个疲劳源分别位于螺纹部分离端面第8、9相邻扣的螺纹根部,它们各自向中部扩展,最后瞬时脆断,用扫描电子显微镜观察端面,瞬断区未发现明显缺陷.2#螺栓断面同样有清晰海滩状疲劳弧线.疲劳源位于螺杆上第一扣螺纹根部,2个疲劳源中以其中一个疲劳源扩展为主,其扩展面积约占断面的80%,另一个疲劳源扩展面积约占断面的10%,瞬断区约占断面的10%.     

列车车厢内气流分布的数值计算与测定

针对车厢内温度分布不均匀问题,就列车空调设计工况进行数值计算,从理论上得到设计工况下车内气流分布情况。以一节硬卧车厢为研究对象,运用不可压缩流理论建立了车内气流的连续微分方程、动量微分方程和能量微分方程。采用k ε封闭模型,并用半隐式压力 速度耦合即SIMPLE算法计算出车内的速度场和温度场。实验测定空态下车内的气流分布,与数值计算值基本吻合,用数值解代替分散的、有限的实验测点值来进一步分析车内的热舒适性。通过计算分析得出:车厢内的平均风速为0 42m·s-1,处于铁规限定的上限,即车内速度偏高;铺位区和走廊区的平均温度分别为24 4℃和26 8℃。宽度方向上的温度不均匀性为0 75℃·m-1;采用人体热舒适性指标PMV得出特征断面上各铺位上达到热舒适标准的测试点仅为42%。     

青岛地铁上软下硬岩层区间隧道断面设计优化

以青岛地铁3号线宁夏路站—敦化路站化区间隧道上软下硬岩层段为工程背景,利用数值模拟对三种断面隧道施工沉降、衬砌结构受力、塑性区分布、断面开挖面积和配筋面积的变化规律进行研究,并结合模拟结果与现场监测数据对隧道开挖断面进行综合优化。研究结果表明:拱部削尖马蹄形断面能保证隧道施工安全,且断面配筋面积最小,经综合考虑隧道施工的安全性与经济性,为最优断面方案。     

外置转向架包覆对高速列车气动阻力影响

转向架作为高速列车大面积裸露在外且外形复杂的运行部件受到列车底部气流的直接作用,区域气动外形结构对高速列车整车气动阻力具有重要影响。基于三维稳态SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了轴箱外置式转向架不同包覆方式对高速列车气动性能的影响。研究了转向架区域安装小裙板、半包裙板、全包裙板、全包裙板+小底板以及全包裙板+大底板等5种方案下的高速列车气动性能,比较了不同方案下高速列车气动阻力的变化规律,阐明了高速转向架包覆方式对整车气动阻力、车底流动特性以及列车表面压力分布的影响。研究结果表明：随着转向架裙板包覆面积的增加,转向架腔后端板受到的气流冲击逐渐减弱,后端板上的正压分布降低,列车转向架区域周围的边界层厚度逐渐减小,转向架区域内的压力分布差异性逐渐减小,从而实现了列车整车气动阻力系数的降低。与小裙板模型相比,半包裙板、全包裙板、全包裙板+小底板以及全包裙板+大底板模型的列车气动阻力系数分别降低了5.2%、8.65%、10.3%、11.1%。对于轴箱外置式转向架来说,全包裙板+大底板方案可有效改善转向架区域流场,降低整车气动阻力。研究得到的转向架包覆方式将为新一代高速列车气动...     

高速列车受电弓绝缘子的气动噪声计算及外形优化

采用大涡模拟法和FW-H方程计算截面为矩形、圆形、椭圆形时受电弓绝缘子的气动噪声,确定了优化的受电弓绝缘子截面形状。研究结果表明:对同一个模型,噪声在各声接收点的分布规律基本相同,只是幅值不同;对不同模型,声压在各声接收点的分布规律不同;绝缘子截面从矩形→圆形→椭圆形,最大声压所在的频率区逐渐降低;从降低气动噪声的角度出发,优化的绝缘子截面形状应该是椭圆形,且椭圆的长轴应跟气流流向一致;加大受电弓零部件尺寸,减少受电弓零部件数量,有利于降低受电弓的气动噪声。     

基于连续压实质量检测的压实薄弱区域评价指标研究

压实薄弱区域评价是铁路路基填筑工程连续压实质量控制与验收的重要内容。本文针对现行压实薄弱区域评价体系未综合考虑薄弱区域压实指标、面积以及空间分布的问题,提出压实体积的概念并定义薄弱区域压实指标、面积综合评价指标U,引入地统计学中的最近邻指数法并确定薄弱区域空间分布评判指标R。结合沪昆高速铁路路基试验段现场试验数据,比较现行压实薄弱区域评价指标与新指标U、R的评价结果,结果表明:综合使用指标U、R能够较全面地评价薄弱区域质量,新指标U、R的验收目标值分别为1%和0.5。本文研究为进一步完善铁路路基填筑工程连续压实质量评价体系提供了新方法。     

基于Archard磨耗模型的合金钢心轨组合辙叉道岔钢轨磨耗研究

基于Archard磨耗模型并结合有限元静动力分析方法,对重载铁路合金钢心轨组合辙叉道岔岔区钢轨垂直磨耗特性进行了研究,给出了一种研究钢轨磨耗的新方法。研究结果表明:受不同断面轮轨接触特性及轮轨力差异的影响,岔区各断面轮轨接触斑内磨耗量的大小及分布存在差异;辙叉轮载过渡区翼轨磨耗严重的机理是轮轨法向接触应力大于翼轨材料硬度的0.8倍导致了磨耗系数的突变,建议将此区域翼轨镶嵌合金钢材料或采用深度爆炸硬化技术处理;轮轨接触应力随行车速度的增加有所增加,随列车轴重的增加而大幅增加,建议有条件的情况下降低C80,C70列车的侧向过岔速度,以减缓道岔的磨耗速率。     

多年冻土区路基U型水沟热力耦合理论分析及现场试验

针对青藏铁路多年冻土区路基坡脚U型排水渠道的冻胀病害,采用热力耦合的有限元方法对U型排水渠道的温度场和应力场进行数值计算,分析U型排水渠道周围土体的温度场和渠道所受水平冻胀力的分布特点及渠道冻害产生的原因,并对提出的防治措施进行现场验证。结果表明,寒季在U型排水渠道附近将出现二维冻结区域,产生的水平冻胀力可导致其破坏;渠道所受水平冻胀力沿埋深呈不均匀形状分布,中段较大,两端较小;渠道周围换填10cm厚非冻胀填料可有效减小水平冻胀力,使其稳定性明显提高。     

槽型断面斜拉桥塔梁墩固结区应力的数值模拟

以新建沪昆高铁上跨武广客专某槽型断面独塔转体施工斜拉桥为工程实例,分别采用Midas/Civil和Ansys有限元程序建立整体和局部分析模型,模拟分析塔梁墩固结区应力的分布特征;探讨应力集中点附近区域的应力分布情况,明确其影响范围;沿指定路径追踪截面上的应力,揭示其分布规律。研究结果表明:槽型梁底板上下缘拉应力较大,需局部加强;塔柱边边缘、塔梁相交处及固结区内部孔洞附近存在应力集中现象,应适当设置圆倒角;最大压应力点附近区域应力迅速衰减,影响范围较小,最大拉应力点附近区域一定范围内存在较大的拉应力。     

风沙流对戈壁地区挡风墙响应规律的数值模拟分析

基于FLUENT欧拉双流体模型,对兰新铁路沿线既有挡风墙周围风沙两相流运动特性进行数值模拟,得到挡风墙背风侧的流场分布特点以及积沙情况。结果表明:挡风墙背风侧风速廓线变化规律呈指数增长趋势,在0.5 m至挡风墙自身高度区间内变化较为复杂,呈先减小后增加的趋势;挡风墙背风侧近地表气流速度反向增大后沿着初始速度的方向减小为0且继续增大至初始速度大小,风速最大值增加的幅度保持在50%左右,风速越大,气流的削弱作用越明显;当初始气流速度为较小时,线路上积沙较少,沙粒多数堆积在挡风墙背风侧墙角处;随着风速的增加,单位时间内通过挡风墙的沙粒增多,由于过流断面减小,气流扩散,更多沙粒沉积在线路上;在强风地区,布设挡风墙时应考察线路上风向的地表情况,沙源比较丰富时应采用工程治沙措施来减小风沙流密度,达到防沙的目的。