B型地铁牵引装置疲劳强度分析

摘要：牵引装置用来实现车体和转向架之间的纵向作用力的传递,其强度可靠性对转向架的安全运行有着重要的影响。本文根据UIC615-1和EN13749或UIC615-4制定计算载荷和计算载荷工况,用有限元方法对B型地铁转向架牵引装置的主要承载结构的强度进行分析。分析结果表明,该结构的牵引装置的结构疲劳强度可以满足转向架运行要求。     

可承受大集中载荷B型内燃动车组铝合金车体的强度分析

以可承受车下大集中载荷的B型内燃动车组铝合金车体为研究对象,介绍了其结构及承载特点.应用有限元软件建立了仿真模型,并且针对17种载荷工况进行计算,分析了车体的刚度及静强度,重点校核了底架设备吊挂区域应力分布情况.研究结果可知:车体结构满足车下各大集中载荷在各工况下的强度需求;在大型设备吊挂位置及动力包检修开孔附近均无应力集中现象;各静强度工况的Von Mises应力均小于对应材料的屈服强度;车体结构合理,车体结构刚度及强度均满足要求.本研究可为该类非标准车体结构设计提供理论依据.     

200 km/h高速客车车体结构分析及改进

全面分析了200km/h高速客车车体的结构特点,建立了结构分析计算模型.通过对垂向载荷工况、纵向拉伸载荷工况、纵向压缩载荷工况、气动载荷工况和运用状态垂向载荷工况的分析计算,结果表明:该车钢结构变形协调,强度薄弱部位主要表现为局部应力集中.解决应力集中问题不应加大构件断面尺寸,而应采用降低应力集中的结构措施或局部补强.     

200km／h高速客车车体结构分析及改进

全面分析了200km/h高速客车车体的结构特点，建立了结构分析计算模型。通过对垂向载荷工况、纵向拉伸载荷工况、纵向压缩载荷工况、气动载荷工况和运用状态垂向载荷工况的分析计算，结果表明：该车钢结构变形协调，强度薄弱部位主要表现为局部应力集中。解决应力集中问题不应加大构件断面尺寸，而应采用降低应力集中的结构措施或局部补强。     

B型地铁转向架轴箱疲劳强度分析

牵引装置用来实现车体和转向架之间的纵向作用力的传递,其强度可靠性对转向架的安全运行有着重要的影响。本文根据UIC615-1~BENl3749或UIC615—4制定计算载荷和计算载荷工况,用有限元方法对B型地铁转向架牵引装置的主要承载结构的强度进行分析。分析结果表明,该结构的牵引装置的结构疲劳强度可以满足转向架运行要求。B型转向架轴箱体结构强度分析根据UIC510-5、ENl3979-1、ENl2082、UIC615-1~DENl3749或UIC615-4或UIC515-4制定计算载荷和计算载荷工况．用有限元方法进行强度分析。轴箱体结构制造材料ZG230-450的许用应力参数,根据GBl1352和机械工程材料性能数据手册确定。轴箱体在确定载荷工况的计算载荷作用下,疲劳强度均满足设计要求。在疲劳强度载荷工况下,轴箱体的应力幅值均小于其对应许用应力幅,其最小安全系数为1．22出现在箱体下部筋板板边的圆弧区域。     

纵向冲动对弹性城轨车辆运行舒适度影响研究

以某地铁B型车为研究对象,基于SIMPACK软件建立由弹性车体结构耦合的刚柔耦合列车动力学模型。对比不同运行工况下的仿真计算结果,探究由于坡道线路和牵引制动而产生的纵向冲动对弹性城轨车辆运行舒适度的影响。结果表明：在牵引力、制动力或坡道附加阻力的影响下产生的纵向冲动使得弹性城轨车辆的舒适度值增大52.87%～163.69%。同时,纵向冲动对车体底架上前、后测点舒适度影响的增大以及牵引制动时弹性车体底架中间测点舒适度值出现的负增长,说明了在评价运行舒适度时考虑车体自身结构弹性的必要性。     

高速列车齿轮箱应力响应与疲劳损伤评估

进行了高速列车线路试验, 研究了GPS信号与齿轮箱结构的受力特点, 获取了扭矩载荷和振动载荷作用下齿轮箱的应力时间历程曲线, 分析了在扭矩载荷、振动载荷作用下齿轮箱的应力响应特性, 并编制了应力谱, 利用疲劳损伤影响参数来反映扭矩载荷和振动载荷对齿轮箱疲劳损伤的影响程度。研究结果表明: 在扭矩载荷作用下, 列车牵引与制动的交替变化会使齿轮箱产生较大的应力响应, 最大应力幅值为25.80MPa; 在制动工况下, 齿轮箱应力呈阶梯形变化; 列车低速运行时齿轮箱吊杆座端部的高应力幅值频次大于高速阶段, 结构疲劳损伤影响参数由0.20减小到0.08, 减小了60.0%。在振动载荷作用下, 列车运行速度由350km·h-1减小到200km·h-1时, 齿轮箱吊杆座端部的应力响应强度由2.08MPa减小到0.97MPa, 降低了53.4%;在同一速度等级下, 列车头部齿轮箱的应力幅值低于列车尾部; 列车由牵引状态转变为惰性运行时, 齿轮箱的应力响应强度由3.4MPa减小到1.0MPa, 降低了70.6%;列车由低速运行转为高速运行时, 齿轮箱端部疲劳损伤影响参数由0.009增大到0.260, 增大了27.9倍。      

时速250km动车组设备舱裙板气动载荷线路测试分析

为制定时速250 km速度等级动车组设备舱裙板气动载荷谱,通过对实际运行中的时速250 km等级动车组设备舱裙板气动载荷开展线路测试研究,并将全线所有列车通过隧道、列车明线交会工况集中起来统计分析,得出了设备舱裙板各测点内外压差的最大值、最小值和峰峰值的统计分布规律.经分析,列车隧道通过、隧道交会、明线交会时,设备舱裙板各点绝对压力的有不同特征;设备舱裙板气动载荷压差峰峰值最大不超过1500 Pa,该值可作为时速250 km速度等级列车设备舱裙板静强度载荷设计输入参考值;压差峰峰值主要集中在1000 Pa左右,该值可以作为时速250 km等级动车组设备舱裙板气动载荷疲劳设计输入参考值.     

全自动驾驶地铁不锈钢车体静强度和模态分析

根据全自动驾驶地铁不锈钢车体结构特点,简化该车体几何模型,建立相应的有限元模型.基于车体静强度计算标准,确定10种车体结构静强度的计算工况.在这些计算工况作用下,计算车体结构的静强度.计算在最大垂直载荷作用下车体结构刚度,以及车体钢结构模态与整备状态下车体结构模态.计算结果表明全自动驾驶车辆不锈钢车车体结构的刚度、静强度和模态均满足车体结构设计要求.     

重载列车纵向动力学仿真模型的有效性分析

针对重载列车纵向冲动问题,根据气体流动理论和机车动力制动特性,开发并完善了重载列车空气制动系统与纵向动力学联合同步仿真系统.对制动系统传动效率与机车电制动系统模型进行修正,细化了模型,提高了仿真系统精度.根据神华线路机车操纵控制指令,仿真机车编组为2+1时的停车与运行制动工况,将仿真结果与神华线路运行试验结果对比.计算结果表明:在空气制动停车与运行工况时,各车位列车管和制动缸压强曲线试验与仿真结果基本一致;在停车与运行制动工况且施加机车制动电流的情况下,车钩力变化试验与仿真结果基本一致,最大车钩力试验与仿真误差在0.7%～14.2%之间,吻合程度较高.     

横风作用下高速列车-桥梁系统气动特性风洞试验

为研究高速列车在运营过程中的气动特性, 分析其气动特性变化机理, 设计了2种高速列车-桥梁系统的气动特性风洞试验方案; 开发并建立了适用于在风洞中的高速列车-桥梁系统试验方法与系统; 试验系统分为运动系统与数采系统2个部分; 运动系统基于惯性驱动原理, 以高速伺服电机为驱动力, 通过高强度旋转传送带将缩尺比为1∶8~1∶30的移动车辆模型在风洞中以最高速度50 m·s-1模拟真实运行环境中运行; 在运动系统的搭载下, 自主研发了一套数采系统, 并在风洞实验室中对有无横风作用下的列车进行了气动特性测试。分析结果表明: 试验方法与系统适用于加减速距离短、瞬时加速度大的试验场景, 且不受车辆外形与基础设施的限制, 可降低设计成本, 提高试验的安全与稳定性; 标准误差与平均值之比均不大于10%, 表明数采系统测试的车辆气动特性有较好的平稳性和可重复性, 能够精准得到列车在不同试验条件下的气动特性; 通过对比有无横风作用下的列车气动特性, 得到列车速度对车辆的气动特性影响极其重要; 列车高速移动时, 其因速度产生的气动影响远远大于横风, 且表面测点平均风压系数最大值可达-10, 反映了静态模型的试验方式不能够满足模拟列车高速运行时气动特性状态。      

珠江黄埔大桥悬索桥无抗风缆猫道设计及其施工关键技术

由于珠江黄埔桥悬索桥所跨越水道水运交通繁忙,故设计采用无抗风缆的猫道系统.文中通过风洞试验对猫道的风致振动稳定性进行了研究,利用试验测得的静力三分力系数后,采用有限元法对猫道在扶手绳参与受力（工况A）及不参与受力（工况B）2种工况下的结构强度进行了验算,计算结果表明本设计方案符合相关设计要求,同时根据本文提出的施工工艺进行施工指导,顺利完成了珠江黄埔大桥悬索桥猫道系统的施工.     

基于波动负载发生装置的液压管路特性分析

为研究汽车制动管路的液压传递特性,以流体力学理论为基础,建立了汽车制动系统液压管路的数学模型。在建模的过程中引入沿程压力损失和局部压力损失对管路压力的影响。建立了带有波动负载发生装置的制动系统AMESim仿真模型,通过改变电机转速的方式分析了制动液流速对管路特性的影响。利用波动负载发生装置试验台进行了台架试验,并在BOSCH-SDL26型汽车性能检测线上进行了波动负载发生装置的实车试验。试验结果验证了制动管路模型能够有效的体现制动管路的压力传递特性。     

中国高速列车气动减阻优化综述

研究了中国高速列车气动减阻优化进展,总结了典型部件的压力分布特性与各部件在列车气动阻力中的贡献占比,评析了惰行试验、风洞试验与数值模拟3种列车气动阻力研究方法,论述了和谐号、复兴号等系列列车头型气动性能的差异,阐述了高速列车头型气动减阻优化方法与技术,梳理了转向架区域、车端连接处、受电弓及导流罩等局部不平顺区域的气动减...     

高速机车制动温升对轴盘配合的影响

利用ANSYS建立了高速机车轴盘制动装置热量传递模型,计算了接触面热阻、间隙导热系数和表面传热系数,研究了其温度场分布特性,分析了制动生热对轴盘制动装置过盈配合的影响。计算结果表明:合理的制动盘和盘毂间隙能增大热阻,减小温度对过盈配合的影响,在结构允许范围内,建议合理的设计单边间隙为0.5~1.5mm;制动结束时刻,选择合理的盘毂厚度可使过盈面平均接触压力减小5.9%~6.6%,以降低温度对过盈配合的影响,建议盘毂合理厚度为8mm。     

高速铁路制动区间钢轨摩擦自激振动研究

为了探究高速铁路制动区间的典型钢轨波磨现象,基于轮轨摩擦自激振动诱导钢轨波磨的观点展开了研究,通过武广高速铁路制动区段的现场调研,掌握该区段的波磨特征并采集相应的轨道不平顺;基于轮轨摩擦自激振动诱导钢轨波磨的观点分别建立制动区段高速列车的动/拖车轮对-轨道-制动系统的有限元模型,并利用复特征值法进行动/拖车轮轨系统的摩擦自激振动分析,比较动/拖车轮轨系统在制动和非制动工况下系统发生摩擦自激振动的可能性,以及在制动工况下动车轮轨和拖车轮轨系统的摩擦自激振动情况;使用控制变量法研究了制动系统摩擦系数和扣件垂向刚度对动/拖车轮轨系统摩擦自激振动的影响规律.研究结果表明：制动工况更容易引起系统的摩擦自激振动;拖车轮轨系统更容易引起系统摩擦自激振动;控制制动装置摩擦系数约为0.30,扣件垂向刚度约为50 MN/m时能一定程度降低轮轨系统发生摩擦自激振动的可能性,进而抑制钢轨波磨的产生.     

基于流动模拟和动力学仿真的高速列车横风运行稳定性研究

以国产CRH3型3节车编组高速列车为研究对象,利用计算流体力学软件Star-CD/CCM＋计算了在不同横风风速和不同车速下的列车气动力荷载;将该荷载导入动力学仿真软件SIM-PACK的列车运行动力学模型中,计算出在不同横风和车速条件下的脱轨系数、减载率和倾覆系数等运行稳定性参数.计算表明：头车的气动性能和运行稳定性受横风的影响最大;根据车辆动力学性能参数确定的列车安全速度限值与横风风速之间并非线性关系.参照有关高速列车运行稳定性评定标准,给出了不同横风风速下高速列车安全运行的速度限值.     

基于改进模糊PID-Smith控制器的高速动车组停车方法

为解决动车组制动过程中电制动与空气制动切换时控制模型参数变化和空气制动延时大的问题, 以提高动车组停车的精确性, 提出了一种改进模糊PID-Smith控制器; 通过分析动车组制动过程中单个车厢的力学模型, 考虑列车制动过程的特点, 建立了关于运行速度和制动力的二阶纯延时传递函数; 将离散化的二阶纯延时传递函数与单个车厢的力学模型结合, 建立了动车组多质点控制模型, 并分析了该控制模型的特点; 提出了一种改进的模糊PID-Smith控制器, 通过引入Smith预估控制器解决了动车组制动过程中空气制动系统延时大的问题, 使用递推最小二乘法在线辨识了模型参数, 以解决动车组制动过程中电制动切换到空气制动时的模型参数变化问题; 采用模糊PID控制器代替Smith预估控制器中的PID部分, 解决了PID参数整定难和鲁棒性差的问题; 采用MATLAB软件对CRH380A型高速动车组进行仿真, 在不同进站速度、不同减速度和不同程度干扰下, 使控制器控制动车组跟踪设定速度, 并与模糊PID控制器的结果进行对比。仿真结果表明: 改进模糊PID-Smith控制器得到的动力单元速度与其设定速度的误差在0.4 km·h-1以内, 而模糊PID控制器的误差在1.0 km·h-1以内; 采用提出控制器得到的停车误差在0.3 m以内, 而模糊PID控制器的停车误差在1.5 m以内; 提出的控制器满足高速动车组运行过程中停车误差小于0.3 m的要求。      

基于高速开关阀的气压电控辅助制动装置

为了满足商用车辆纵向驾驶辅助系统对于自动制动的要求,设计了一种基于高速开关阀的气压电控辅助制动装置。建立了装置的数学模型,设计了抗积分饱和的PI控制器,采用脉宽调制方法动态调节高速开关阀,实现对车辆制动压力的主动控制。搭建了电控辅助制动装置的硬件在环仿真试验平台,对其控制效果进行试验验证。分析结果表明:该装置不仅能够快速准确地响应制动指令,其稳态误差小于0.01 MPa,响应时间小于0.3 s,同时具有安装方便,与商用车制动系统兼容性好的优点。     

新型供电方式有轨电车能量管理策略

为了提高混合动力有轨电车制动过程中制动能量的回收效率,提出一种考虑储能系统始末状态的能量管理策略. 在有轨电车从启动到制动的运行过程中,基于极小值原理对混合动力系统进行功率分配,以实现对超级电容荷电状态（state of charge,SOC）安全范围的有效控制,并保证在制动时刻超级电容具有足够的SOC余量来吸收制动功率;同时,将有轨电车启动、运行过程中的牵引控制策略与制动过程的能量回收策略相结合,采用绝缘栅门极晶体管（insulated gate bipolar translator,IGBT）斩波器与制动电阻相结合使用的方式,抑制母线电压的抬升; 最后基于实际的有轨电车运行工况,在MATLAB/Simulink平台下进行了仿真测试. 结果显示,在有轨电车制动时刻,超级电容SOC均能够按照预期下降到0.4左右,且在制动全过程中,有轨电车母线电压始终处于875 V以下,满足母线电压的控制要求.