高速列车再生制动防滑控制及仿真研究

为了高速列车在制动过程中获得最佳黏着力,防止车轮打滑或空转,需要对电机输出转矩进行控制。为此建立异步电机的数学模型和1/4车辆纵向动力学模型,采用直接转矩控制策略控制电机;采用改进的递归最小二乘法预测黏滑曲线的斜率,以判断车轮处于黏着还是滑动状态;利用滑模变结构算法获得最佳参考制动力矩。变轨面条件下的仿真结果表明,上述方法能够有效使切线力系数保持在最大值附近,使滑移率保持在最佳值附近,从而防止因车轮打滑而损伤轮轨。     

在宏观滑行区利用切向力的滑行控制

几乎所有铁路车辆的制动系统都利用轮轨间的切向力进行控制。由于切向力受气候、轮轨接触面、车轮等各种因素的影响,制动性能不稳定,难以防止车轮损伤。滑行控制系统(WSP)是许多车辆使用的有效方法之一。然而,在既有WSP中,制动力是基于车轮转速等有限信息来控制的,因此,在切向力频繁变化的情况下,无法获得最佳控制。提出了一种新型的WSP,它可以根据制动缸压力来判断车轮打滑时的切向力特性。新方法的优点已在台架试验中得到验证。     

基于钢轨支点压力的动车组轮轨垂向力测量方法

在现有运营线路上实时检测车轮踏面擦伤或车轮不圆的铁道车辆运行品质轨旁动态监测系统（Truck Performance Detection System,TPDS）的基础上，基于车辆轨道耦合动力学理论建立刚柔耦合模型，计算得出支点垂向力对各车轮的分配系数，利用钢轨支点处压力传感器的实测数据反算得到车轮的轮轨垂向力，实现了无剪力分区条件下轮轨垂向力的连续检测。选取一高速铁路上TPDS压力传感器测量数据，用本文方法计算轮轨垂向力，并与现有TPDS系统计算方法得到的轮轨垂向力进行比较。结果表明：二者得出的轮轨垂向力具有很好的一致性，相关系数在0.8以上。     

基于轴箱垂向加速度中高频轮轨垂向力软测量模型

利用谱方法和相干函数分析轴箱垂向加速度与轮轨垂向力的频率特性.根据轴箱垂向加速度与轮轨垂向力在波形上具有相似性的特点,采用H1传递函数估计方法和傅立叶变换及傅立叶逆变换,导出轴箱垂向加速度与中高频轮轨垂向力关联的传递函数,建立用于预测中高频轮轨垂向力的软测量模型,并根据相干系数确定了轮轨垂向力软测量模型的适用频率范围为55～90 Hz.利用实测的轴箱垂向加速度和轮轨垂向力数据对轮轨垂向力软测量模型进行验证的结果表明,基于轴箱垂向加速度的中高频轮轨垂向力软测量模型具有较高的预测精度,而且简单实用,为诊断和控制轮轨垂向力大值提供了新的分析手段.     

车轮多边形对米轨机车动力学性能影响的研究

为研究米轨机车车轮多边形化对机车系统动力学性能的影响,建立米轨机车动力学模型,研究车轮多边形的谐波阶数和波深幅值对动力学性能的影响,并计算不同谐波阶数下车轮多边形的波深限值,最后对车轮多边形和轨道激励共同作用下轮轨垂向力的变化趋势进行分析。结果表明:由于米轨机车运行速度较低,车轮多边形化会导致低频振动,使得车体振动响应增大;车轮多边形化会极大地增加轮轨垂向力,但对脱轨系数影响不大;波深限值与机车运行速度及车轮多边形谐波阶数成反比;轨道激励不仅不会掩盖多边形的作用趋势,而且会极大地增加轮轨垂向力。机车在线路上运行时应经常检测车轮不圆度,并及时镟修或者更换车轮,防止出现轮轨垂向力过大或跳轨现象。     

滑动引起的车轮踏面粗糙度与粘着力的动态

铁道车辆的制动很大程度上受制于轮轨间的粘着力，随着既有线速度的提高 ，以缩短制动距 离为目的，有必要最大限度地利用轮轨间的粘着力，以改进滑行控制方式。为寻求最佳滑行 控制条件，把模拟轨道的轨道轮和车轮间的滑动速度，以及滑行(空转)时间作为参数，实施 了实验台试验。试验得出，要增加作为粘着力指标的切向力系数，有效条件为滑动速度20 k m/h～30 km/h，滑行持续时间2.0 s～3.0 s。滑行试验还确认了车轮踏面粗糙度的变化， 生成量大约在0.2 μm以下。今后，对试验前的车轮踏面粗糙度，大约要从0.4 μm大小的 状态进行试验，对粗糙度的变化进行再确认，并积累圆柱接触数据。 　　　　　　　　　刘　鑫　译自《RRR》2000， №5，31 　　　　　　　　　刘凤刚　校     

车轮多边形对车辆动力学的影响分析及在线诊断方法研究

建立了车轮多边形化的车辆轨道刚柔耦合动力学模型,为了研究车轮多边形化对车辆动力学的影响,通过提取轮轨垂向力和轴箱垂向加速度动力学指标,发现车轮高阶多边形会在轮轨接触表面产生高频冲击载荷导致轮轨作用加剧,同时还会激发出轮对和轴箱的一些振动频率而使轴箱振动加强。根据轮轨垂向力限值标准,得到了不同速度下多边形的深度阈值。针对高速列车车轮多边形化的动态特征结合大量的跟踪监测,文中提出了车轮多边形在线诊断方法:通过轴箱垂向加速度频谱在线辨别多边形阶数,定义多边形车轮轴箱垂向加速度系数λ辨识多边形深度。在线诊断的车轮多边形结果与入库检测车轮多边形结果对比,验证了该方法的有效性。     

基于宏观蠕滑区切向力的车轮防滑系统

提出一种新型车轮防滑系统(WSP),在车轮发生滑行时,可以根据制动缸压力确定轮轨切向力的品质。利用台架试验验证了新型WSP系统的性能。     

车轮擦伤对高速轮轨接触行为的影响

在高速列车运行过程中,车轮踏面常因制动或空转打滑而造成局部擦伤。车轮擦伤将产生异常的轮轨冲击力,从而加剧车辆轨道结构的疲劳破坏。为调查车轮擦伤对高速轮轨接触行为的影响,建立考虑车轮擦伤的高速轮轨动力学模型,对新、旧两种车轮擦伤扁疤的几何形状及作用机理进行数值描述和动力学建模。基于动力学仿真计算,对新、旧车轮擦伤激扰下高速车辆的动力学响应进行详细调查,着重分析车轮擦伤对轮轨法向作用力及轮对垂向振动加速度的影响,并系统调查了车速、车轮擦伤扁疤深度及长度对高速轮轨冲击的影响,提出了高速车轮擦伤维修界限的计算方法。     

地铁列车最优黏着控制研究

潮湿、雨雪等轨面条件会导致地铁列车的黏着利用率低,从而降低列车的牵引和制动性能,进一步带来安全问题。为了使轮轨黏着力得到充分利用,建立了地铁列车的单轴牵引模型,设计全维状态观测器对黏着系数进行估计,并通过滑模变结构设计控制器来对电机转矩进行控制调整,基于MATLAB/Simulink进行模型仿真和结果分析。仿真结果表明,这种方法可以实时搜索出不同轨面条件下的最优蠕滑速度,黏着系数保持在最大值附近,提高了黏着利用率。