基于虚拟样机的机车黏着控制研究

为了抑制轮对空转并最大限度利用轮轨黏着能力,需要开发基于虚拟样机和现代控制理论的机车黏着控制技术.建立了大功率机车牵引列车及电气牵引传动系统的机电一体化动力学模型,考虑到了大蠕滑率时轮轨黏着负斜率特性、电机磁饱和及转矩机械特性,对机车驱动过程进行仿真研究.提出通过检测同一转向架内不同轴之间的最大角速度差和角加速度差,实时计算轮轨黏着度,并采用模糊控制策略的黏着控制方法.仿真结果表明:在不同轨面及运行工况下,黏着控制使得轮轨有效黏着系数保持在黏着峰值,提高了机车的牵引性能;轮对的蛇行运动使得黏着控制中产生波动现象,波动频率与蛇行运动频率一致;针对不同结构参数机车和运行工况,黏着控制参数需要优化以达到最大的轮轨黏着利用率.     

重载轮轨黏着特性的数值分析

基于ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian)有限元建立稳态轮轨滚动接触的三维有限元模型.利用该模型计算和分析重载轮轨滚动接触的黏着特性,并研究不同速度等级对重载轮轨黏着蠕滑特性的影响.用该模型对重载大功率机车车轮在轨道上从制动、惰行到牵引过程进行计算,得到了这一过程中轮轨接触状态的变化规律和黏着特性曲线.在重载大功率机车从制动、惰行到牵引的过程中,轮轨纵向摩擦力由反方向饱和状态逐渐转变成牵引方向饱和状态,而轮轨横向摩擦力始终呈反对称性分布,其最大值位置先是逐渐靠近接触斑中心,然后又逐渐远离之;摩擦力矢量呈旋转分布,其方向从与运动方向相反逐渐变为与运动方向相同,其旋转中心从轮缘附近逐渐进入接触斑,随后又逐渐向轮缘一侧移动;当轮轨纵向蠕滑率较小(≤0.003)时,黏着力随纵向蠕滑率的增加而近似线性增加,但运行速度对此影响不大;进入大蠕滑率(＞0.003)区域后,黏着力随蠕滑率的增加而减小,并且速度越高,黏着力降低得越快.     

我国机车牵引装置模式研究

分析了机车牵引装置与黏着质量利用率的关系,对我国主要的机车牵引装置模式进行了研究,指出机车牵引装置应该具有良好的运动学、动力学性能,以使机车具有良好的黏着质量利用率,并对高速列车、重载机车的牵引装置模式提出了建议。     

机车车辆轮轨黏着-蠕滑问题研究

机车车辆轮轨黏着问题与机车运行存在密切关系。在其他条件不变情况下,牵引轴重必将加大滑动区面积,但随着蠕滑率的不断加大,黏着系数随着轴重增加而减少。黏着控制实质是蠕滑率控制,目的是有效识别和抑制机车空转和滑行,使机车牵引力或制动力在接近轮周牵引力峰值点工作,充分发挥轮轨可用黏着潜力,提高黏着利用率,并根据国内机车黏着利用方面存在的不足提出改进建议。     

采用动态多子群GSA-RBF神经网络的机车黏着优化控制

为解决机车牵引过程中轮轨间最优黏着利用能否获得的问题,提出一种基于高斯RBF神经网络的机车黏着智能优化控制方法。针对黏着极限态优化控制效果的定量评估,定义了同时考虑轮轨间黏着力变化指标和牵引电机转矩波动指标的加权目标函数;提出动态多子群GSA算法以优化RBFNN参数,避免了参数选择的盲目性,提高了RBFNN的收敛速度和学习能力;此外,该方法不依赖被控对象的解析模型,仅基于系统输入、输出信息完成控制器设计,并通过对电机转矩的动态调整,实现轮轨间黏着的最优利用。仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。     

重载铁路机车牵引作用下简支梁桥墩顶纵向力分析

以重载机车牵引作用下新建重载铁路简支梁桥墩顶纵向力特征为研究对象,应用有限元软件建立梁-轨相互作用模型,开展重载机车牵引工况对墩顶纵向力影响的理论分析,并依托一新建重载铁路开展重载机车满级牵引试验验证。研究结果表明:在重载机车牵引工况下,桥墩刚度存在较大差异,刚度较大的墩台顶承担更大的纵向力;随着桥墩与机车牵引位置的距离增大,墩顶纵向力呈降低的趋势,机车在桥墩正上方牵引时墩顶纵向力达到最大值;重载运输中机车满级牵引计算分析时黏着系数宜按电力机车最大黏着系数选取;牵引工况下各桥墩顶纵向力为桥上竖向荷载(30 t轴重机车)的10%～15%,但小于设计活载(ZH,z=1.2)的10%。     

电力机车粘着控制及其仿真研究

近年来我国铁路运输实施高速化、重载化,轮轨粘着时常达到阈值状态。列车安全平稳运行需要有效地利用轮轨间的粘着力,为了提高轮轨粘着利用率就需要深入研究机车粘着控制系统。利用MATLAB软件和ADAMS/Rail软件,搭建包含多体动力学系统、牵引传动系统以及控制系统在内的电力机车虚拟样机仿真平台。仿真结果验证了仿真模型的可行性,组合粘着控制方法有效地抑制了机车空转,达到了设计目标。     

机车黏着极限态驱动装置结构共振研究

机车处于轮轨黏着极限状态运行时,轮轨黏着饱和及负斜率特性使得驱动轮对出现复杂的动力学现象。为了研究机车驱动装置受到轮轨动态激励的响应,首先研究黏着极限状态轮轨的黏滑特点及其引起轮对的动力学问题,然后建立机车的多体动力学模型,仿真驱动装置各结构部件的振动及其振动主频率,得出避免机车驱动装置结构发生共振的参数匹配原则。结果表明:机车处于黏着极限状态运行时,轮轨间黏滑状态会产生驱动轮对的纵向振动和驱动装置的自激振动等典型动态特征;驱动装置自激振动会激发基于结构固有频率的振动,且各结构振动会相互影响。因此,需合理选取牵引电机吊挂关节的刚度,避免基于电机点头振动固有频率及各结构部件固有频率的振动。特别是,若牵引电机转子旋转、轮对扭转振动和轮对纵向振动的固有频率一致,将引起驱动装置结构产生共振。     

HXD_1型机车车轮踏面剥离问题研究

通过车轮检验及在线试验,根据轮轨蠕滑理论,研究了HXD1型机车车轮空转滑行对车轮踏面剥离的影响,结果表明HXD1型机车车轮的空转滑行会引起轮轨间较大的摩擦温升,从而加剧车轮踏面剥离,并从机车牵引特性、黏着控制、防滑性能及增黏沙砾特性等角度,分析了抑制车轮空转滑行、减小车轮踏面剥离的可行性措施。     

铁道轮轨黏着系数

铁道轮轨黏着限制对铁道列车安全运行至关重要,尤其现代高速列车速度已达350—360 km/h,并有向400 km/h甚或以上推进的趋势,所以高速轮轨黏着条件能否支持高速牵引力与制动力就是一个现实课题。时至今日,尚无法用理论方法推算轮轨黏着系数公式格式和数值范围,只能用纯经验方法处理。本文推荐常规列车中不同型式机车(牵引)计算黏着系数的实用公式,并提供3种核算利用黏着系数的方法,基于核算、分析与讨论若干类别的高速列车利用的黏着系数范围与少数既有的高速黏着系数公式之间的位置与关系,最终推荐中国湿轨黏着系数的实用公式(μ_j=0.04+13.7/120+v),作为高速列车(牵引与制动)统一的计算黏着系数公式以及常规列车的(制动)计算黏着系数公式。     

径向转向架机车动力学特性分析

通过理论分析与动力学建模仿真相结合的方法,计算分析了传统机车转向架和径向转向架牵引与导向性能及直线运行稳定性。认为减小轮轨冲角是提高机车曲线通过性能的最有效途径,径向转向架牵引与导向功能达到了良好的协调有利于冲角的减小。同时发现轮对纵向定位刚度只在一定范围内对轮轨冲角影响较大,牵引力作用下较无牵引力作用下轮轨冲角大。     

广州地铁速度120km/h车辆自主牵引系统防滑控制策略优化

阐述了地铁车辆轮轨间的黏着特性,介绍了广州地铁3号线120km/h车辆自主牵引系统的黏着控制策略,重点对列车防滑控制逻辑进行分析,包括滑行检测逻辑和力矩减载恢复逻辑。试验表明,自主牵引系统的防滑控制逻辑能有效检测到滑行现象,及时对力矩进行调整,有效提高了黏着控制性能。     

复杂轨面接触条件下轮轨动态相互作用研究

表面接触状态对轮轨摩擦系数和黏着特性影响显著。基于车辆—轨道耦合动力学理论,建立了考虑轮轨防空转控制的重载列车—轨道耦合动力学模型。利用该数值模型分析了接触状态对轮轨动态相互作用的影响,系统地对比研究了不同防空转控制策略对轮轨黏着性能的影响。分析结果表明：轨面接触状态和防空转控制阈值对轮轨法向相互作用及黏着特性影响显著;相比于定阈值的PID轮轨防空转控制,当采用最优转矩控制策略时牵引效率更高。     

32t大轴重交流传动机车转向架方案探讨

从世界各国铁路重载运输的发展以及目前现状出发,分析了我国发展大轴重交流传动机车转向架的必要性和可行性。并从大轴重机车转向架的结构、牵引方式、轮对定位方式、一二系的悬挂方式、动力学性能、曲线通过性能和牵引性能进行了分析。得出了在不同条件下的悬挂方式和参数配置,并且对构架强度、轮对结构强度和参数以及轮轨接触应力进行了校核。综合各种分析和论证结果,最后认为设计32 t机车轴重转向架的方案是可行的,并且能够满足铁路重载运输发展的需要。     

牵引装置的结构型式和布置对重载货运电力机车黏着重量利用率的影响

文章主要分析了在HXD1B型电力机车的一、二系悬挂系统刚度和驱动装置的结构已经确定的情况下,选用推挽式单、双杆低位牵引装置及其它结构型式的牵引装置,在采用不同的布置方式情况下对机车黏着重量利用率的影响。根据重载货运对启动黏着重量利用率的要求,选用了满足要求的牵引装置的结构和布置。     

高速轮轨黏着机理的研究进展及其应用

轮轨黏着影响列车牵引和制动,对铁路运营效率和行车安全至关重要。论述国内外高速轮轨黏着的研究成果,包括仿真研究和试验研究进展情况。在仿真研究方面,介绍国内外轮轨黏着的理论模型发展和数值方法;在试验研究方面,介绍国内外的试验方法和试验结果。通过对轮轨黏着机理进行研究,揭示影响轮轨黏着的因素及其影响规律。分析现场存在的轮轨黏着方面的问题以及国内外轮轨黏着的控制与利用情况,包括最新的轮轨增黏措施和防滑防空转技术,并对高速轮轨黏着机理未来的研究方向进行展望。     

DF7型机车万向轴法兰联接螺栓松动的原因及防止

DF7型机车具有功率大、牵引性能好的特点,应用于大型编组站和重载列车调车作业.在厂修试验过程中,机车工况转换频繁,柴油机转速升、降幅度较大,使辅助传动系统承受较大的冲击载荷,致使该系统的故障增加.从机车的运用和日常检修情况分析,万向轴法兰联接螺栓松动是DF7型机车辅助传动系统的惯性故障.     

电力机车黏着控制研究

黏着控制决定了交流电力机车能否有效利用黏着,是牵引传动控制系统的重要组成部分。本文解释了机车产生空转和假空转的原因,分析了机车黏着控制的原则,对机车再黏着控制方法的控制条件和控制效果进行了分析,最后给出了我国未来优化机车黏着利用的建议。     

牵引及制动操纵对重载机车轮轨动力作用的影响

基于列车纵向动力学理论和车辆—轨道耦合动力学理论,建立考虑钩缓系统中车钩纵向、横向和垂向作用力的重载列车—轨道耦合动力学模型。以机车牵引万吨列车为考核工况,分析牵引和制动时机车的受力特点,研究牵引力、制动力及车钩力对机车运行性能的影响过程和影响程度,并对理论模型进行试验验证。结果表明:在牵引、电制动及紧急制动工况下,直线线路上机车的轮重分别较惰行工况降低了约13,7和4kN,单纯的牵引或制动力可降低轮轨横向蠕滑力,间接造成轮轨横向力的小幅增大,但轮轴横向力基本不变;车钩力可通过车钩摆角产生横向分量,并传递到轮轨界面,改变轮轴横向力的整体变化趋势;若车钩偏转3°,在电制动工况下,前部机车承受的压钩力较大,引起的轮轴横向力增幅达18kN,在紧急制动工况下,机车上的压钩力幅值小,引起的轮轴横向力在8kN以内。     

轮轨磨损与固体润滑

分析了机车轮轨摩擦副结构的特殊性和润滑条件的苛刻性，指出液润轮轨因润滑剂污染轮轨踏面，导致空转，污染环境，不利于高速，重载牵引。为此介绍一种轮缘固体润滑剂，对固体润滑装置在机车上取代轮缘喷脂器的试验运行润滑减磨效果作了说明。