世界高速机车车辆关键技术（下）

高速列车是高速铁路的技术核心，是机车车辆现代化的具体载体。如果说高速铁路是现代高新技术的综合集成，则高速列车是机械、电子、材料、计算机、控制等现代技术综合集成的集中体现。根据国务院批准执行的“中长期铁路网规划”要求，2020年前我国将修建四纵四横客运专线及三个城际快速客运系统共计达12000km以上，为此研究高速列车的关键技术，推进我国机车车辆现代化已成为当前摆在铁路科技工作者面前的紧迫任务。     

轮对蛇行运动Hopf分岔的非线性反馈控制

提出了一种轮对蛇行运动Hopf分岔的非线性反馈控制方法，通过对系统施加非线性反馈控制，使系统的分岔型式由亚临界Hopf分岔转变为超临界Hopf分岔，大大提高了机车稳定运行的运行速度。通过理论分析和数值计算发现：非线性反馈控制项系数c4是改变系统分岔型式的主要参数，增大系数c4不仅改善了系统的运行稳定性，而且提高了乘坐的舒适性；增大非线性反馈控制项系数c4可提高系统的线性临界速度。     

高速轮对空心轴式转向架驱动制动单元系统分析

系统地分析了高速轮对双空心轴式动力车转向架驱动制动单元的组成、结构特点及悬挂方式,对转向架运行过程中单元的运动情况作了详细的计算分析,证明了这种新型驱动方式在实现牵引电机体悬的同时,能够满足高速动力车转向架运动关系的要求。     

列车轮对状态的融合监测系统

为了提高列车轮对故障诊断准确率和改善现有列车轮对状态在线监测方法的不确定性, 结合多传感器信息融合原理, 设计了列车轮对融合监测系统, 采用特征层融合自适应加权算法进行了轮对状态融合监测, 以自适应的方式寻求最优加权因子, 使状态测量值总均方误差最小, 比较了特征层融合自适应加权算法、模糊数据关联算法、变结构多模的状态估计算法和BP神经网络算法的计算结果。比较结果表明: 当轮对两端轴承均出现故障后, 两传感器输出的测量值分别为22.0470和21.0250, 而此融合算法计算出的估计值为4.2642, 融合值最接近真值, 因此, 列车轮对融合监测系统可靠性高, 抗干扰性强。     

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。     

轮对安装偏角对高速铁道车辆动力学性能的影响

为了考察轮对初始安装偏角对高速铁道车辆动力学性能的影响,本文先从理论上分析了初始安装偏角下轮对的受力情况以及安装偏角对轮对行进过程所产生的影响,并通过多刚体动力学分析软件SIMPACK建立了我国高速铁道车辆的动力学模型,分别对车辆第一位轮在不同安装偏下的直线和曲线通过情况进行了仿真研究,研究表明：第一位轮对的初始安装偏角将使车辆的第一和第二位轮对的平衡位置偏离轨道中心线,且发生反向偏转,降低行车安全性;小偏角对平稳性影响不大,但偏角超过1 mrad后将对平稳性造成较大影响;安装偏角将对车辆曲线通过性能造成一定的负面影响,且影响随偏角的增大而增大,因此对于高速列车还应尽量减小轮对的初始安装偏角,尽量将其控制在1 mrad以内。     

机车轮对三维接触精细分析的研究

分析了机车轮对作用载荷的特点，提出用多重多支子结构方法建模、用有限元参数二次规划法求解的机车轮对分析策略，并以我国自行设计的高速动车轮对为例，对其进行了精细分析。同时给出了接触内力分布曲线等主要计算结果。     

高速磁浮列车对轨道的动力作用及其与轮轨高速铁路的比较

研究了现有文献关于高速列车动力学方面的论述, 就高速磁浮列车对轨道的动力作用及其与轮轨高速铁路的比较展开讨论。得到的主要结论是: 地面高速轨道交通应以300 km/h左右的轮轨高速铁路为主体; 在需要400~ 600 km/h超高速的特定条件下, 也可以采用磁浮高速列车, 作为一种补充。因此, 一方面要积极修建上海浦东机场高速磁浮试验线, 一方面要尽早启动京沪轮轨高速铁路的建设。     

告别轨缝撞击的高速铁路

乘坐火车时车窗外“咣当”、“咣当”响起的车轮撞击轨缝声音,曾经是许多人美好的童年回忆。在小学的常识课本上,我们已知道,铁路线上的钢轨由于受热胀冷缩等因素的影响会产生延伸、收缩等变形,而铁路轨缝就是为了弥补钢轨变形而特意留下的。虽然列车通过轨缝时的撞击声充满了旅行情节的诗意,但更多带来的却是列车振动颠簸,甚至是无尽的噪声。     

铁道车辆运行安全评判的轮对爬轨脱轨准则

为了掌握车辆爬轨脱轨机理及主要影响因素,分析了轮对的三维空间受力,推导了轮轨横向力和垂向力比值的一般表示式,假设车轮在达到最大轮缘接触角时为脱轨的临界状态,并认为这时轮轨间出现完全摩擦滑动,导出了不考虑轮对摇头角的临界脱轨判别的二维准则与考虑轮对摇头角和轮轨蠕滑率效应的三维脱轨判别准则,给出了轮轴脱轨系数的定义,采用轮轴脱轨系数和轮重减载率进行脱轨的判别。仿真计算结果表明:二维脱轨判别准则与三维准则相比偏于保守;摇头角越小甚至变负,越有利于防止脱轨,摇头角越大,三维准则的临界脱轨曲线越接近于二维准则的;减小轮轨摩擦系数与增大轮缘角均有利于防止脱轨的发生。     

发展大运低动力作用的轨轮运输系统

根据我国的实际条件及我国铁路的现状，应积极开展轮轨关系的研究，在我国发展大运量低动力作用的轮轨运输系统，以尽可能少的投入，确保铁路运能的不断提高及行车安全。文中并用系统工程的特点，对我国轮轨系统研究中的一些主要问题进行了分析。     

不落轮镟床对工程车的镟修技术

广州地铁四号线新造车辆段内一辆JY600型重型轨道机车在生产作业中,轮对发生擦伤,需要对其进行镟修。而新造车辆段内的TF2000HD型不落轮镟床是专门用于地铁电客车轮对的镟修,不具备镟修工程车的功能。四号线地铁电客车轮对为A型轮缘踏面,JY600型重型轨道机车轮对为LM型轮缘踏面,因此需要根据不落轮镟床轮对镟修过程,来设计制定适合JY600机车的轮对镟修方案。     

发展大运量低动力作用的轨轮运输系统

根据我国的实际条件及我国铁路的现状,应积极开展轮轨关系的研究, 在我国发展大运量低动力作用的轮轨运输系统,以尽可能少的投入,确 保铁路运能的不断提高及行车安全。文中并用系统工程的观点,对我国 轮软系统研究中的一些主要问题进行了分析。      

现代有轨电车线路轨距加宽对独立轮对磨耗的影响

结合现代有轨电车车辆-轨道耦合动力学子模型、轮轨多点接触子模型与Archard材料磨耗子模型,建立了车轮磨耗预测分析模型。与相关参考文献结果进行对比,验证了本文建立模型的准确性。利用该磨耗预测模型计算分析了轨距加宽对现代有轨电车通过小半径曲线轨道时车轮磨耗的影响。结果表明:在相同的线路条件下,独立车轮轮缘磨耗大于非独立车轮,差值最大为0.94 mm,而两种车轮踏面磨耗情况较为接近;曲线半径较小的线路,轨距加宽为10～15 mm时车轮轮缘磨耗较小,而轨距加宽为15 mm时车轮轮缘磨耗较为均匀。研究结果可为现代有轨电车车辆维护提供有益参考。     

关于降低D型轮对返扒率的探讨

Ｄ型轮对是铁路货车转向架中的重要部件，大连机车车辆厂（下称大连厂）生产的Ｃ６２Ｂ、Ｃ６４敞车均采用该轮对，Ｄ型轮对组装采用压力机压入法在油压机上完成１轮对压装过程中出现的主要问题轮对在压装过程中主要出现下列两大类问题，即压装后几何尺寸不合格和压力曲...     

车辆轮对的粘滑振动分析

对两接触物体的粘滑振动进行了详尽的分析,给出了粘滑振动发生的条件。分析了驱动速度的粘滑振幅的影响,应用数值方法对三种不同摩擦模型进行了分析计算,结果表明粘滑振幅与驱动速度的似成线性关系,最后从蠕滑力出发对办对可能产生的扭转粘滑振动进行了分析,指出了左右轮轨摩擦不均及曲线通过内轨先产生的粘滑震动的原因。     

轮对通过曲线轨道的横向稳定研究

利用现代分叉理论对轮对通过曲线轨道的横向振动稳定性进行了分析。本文考虑大蠕滑和较大横向位移,以及轮轨接触的极端情况,建立轮对在通过曲线轨道时的非线性数学模型。通过算例及仿真结果分析得出：当速度大于特定值时,自由轮对通过曲线轨道就会发生轮轨相撞的情况,但此时的振动仍为准周期运动;当速度进一步增大时,横向运动发展为混沌的结论。     

单个轮对通过曲线轨道混沌现象的研究

通过分析传统车辆横向振动建模的不足,提出了建立轮对横向振动的非线性动态模型.给出了应用于单个轮对数字建模的具体实例,并提供了相应算例及仿真结果,分析了系统的准周期解及混沌.     

轨道货架式车辆轮对专用立体仓库的设计

设计了一种用于存储铁路车辆轮对的立体仓库,其货架采用了标准轨距轨道支撑轮对,两个轨道在长度方向上与水平面有一定夹角.仓库利用轮对在倾斜轨道上的重力分量使轮对在轨道上自行滚动行走,省去了托盘和水平搬移动力设备.组合在轨道式货架上的止挡缓冲机构用于隔离各个轮对,避免轮对自行走时相互碰撞,实现轮对自行后的平稳停靠.多个轨道式货架可在垂直方向上堆叠扩展,构成立体仓库,可改善目前轮对的仓储状况,有效地节省占地面积并提高了工装效率.     

连续测量轮轨力的测力轮对技术

本文介绍了用标准的机车辆轮对作为力传感器来连续测量轮轨相互作用的测力轮对技术，并以作者研究的测力轮对为例，介绍了选择最佳贴片位置的方法、电桥设计的一般原则及试验结果处理等技术。