机车传动齿轮箱温度场数字仿真

机车齿轮箱工作过程中,由于齿轮啮合传动功率损失、轴承传动表面摩擦生热、齿轮搅油功率损失,使得齿轮箱内部及箱体产生了温升。为了计算齿轮箱内温度场,以某型大功率机车传动齿轮箱为研究对象,建立了齿轮箱传热数值仿真计算模型。通过分析齿轮箱的发热机理和对流换热情况,确定了箱体面壁对流换热系数,计算齿轮箱结构生热,并建立热平衡能量方程。使用FLUNENT软件,模拟腔内油气混合物的实际运动情况,求解稳态热平衡能量方程。分析齿轮箱温度分布情况,研究不同转速及不同浸油深度下,齿轮箱温度分布规律变化与其相互关系。研究结果表明:齿轮箱温度场呈现以热源为中心,向外辐射温度递减,同时,随着转速与浸油深度的提高,齿轮箱热平衡温度递增,并在一定范围内呈线性关系。     

高速列车齿轮箱箱体动应力响应及疲劳可靠性研究

高速列车铸铝合金齿轮箱在服役过程中承受复杂的载荷条件和随机应力。以某新型高速列车齿轮箱为研究对象,结合线路试验分析列车运行速度、电机输出扭矩及线路条件对箱体动应力响应及疲劳强度的影响,利用应力—强度干涉理论建立齿轮箱等效应力—疲劳强度干涉可靠性模型,分析齿轮箱箱体疲劳可靠度与服役里程的关系。结果表明:随着列车运行速度和电机输出扭矩的增大,箱体各测点的应力水平均有不同程度的增大,其中端部吊杆座处的应力变化最为明显;当列车运行速度由200km·h-1增加到400km·h-1时,其最大动应力幅值增大约120%,电机输出扭矩由0变为1400N·m时最大动应力幅值增大约150%。此外,线路条件对箱体等效应力也影响显著。随着列车服役里程的增加,箱体疲劳可靠度不断降低,在一定可靠度下,随着铝合金箱体铸造水平等级的提高,齿轮箱箱体寿命延长,铸造孔径为0.5mm时的服役里程是铸造孔径为0.9mm时的3.8倍。     

高速动车组齿轮箱发热量研究

文章从理论上分析齿轮箱内各热源发热量的大小,以及发热量与齿轮箱运行工况间的关系。研究表明齿轮箱的热量来源主要来自搅油损失及轴承的功率损失,搅油损失随着转速的增大而增大,随着温度的增大而减小;轴承的功率损失随着转速的增大而增大,随着润滑油温度的增大先增大后减小,但润滑油温度对轴承功率损失影响不大。     

车轮扁疤对高速列车齿轮箱动态特性影响分析

在高速列车齿轮箱的动力学研究中,由于齿轮传动系统的结构特殊性,难以直接通过传感器测试得到其动态响应,为此通过仿真建立了包含齿轮传动系统和齿轮箱箱体有限元模型的整车动力学模型。根据齿轮传动系统参数和扁疤车轮参数,建立了齿轮箱内外激扰模型。对不同工况下的齿轮箱动态特性进行计算,结果表明:车轮扁疤对于高速列车齿轮传动系统的平稳啮合有恶劣影响,当扁疤激扰达到一定程度时,甚至会引起啮合脱离并造成冲击;箱体的不同位置由于其特征模态的不同而对扁疤激扰的敏感度不同,其中箱体底部和油位观察孔处的应力与扁疤长度正相关性较高,应力和变形较大,为危险区域;车轮扁疤对箱体动应力的影响比齿轮箱内部激扰大,相比箱体内部激扰,车轮扁疤对箱体裂纹的形成有更大影响。     

高速列车传动齿轮箱浸油深度对平衡温度的影响

传动齿轮箱作为高速列车动力系统的关键部件,随列车运行速度的提高,箱内的工作条件急剧恶化.本文针对中国南车集团开发的高速列车传动齿轮箱,采用经验公式,计算分析了在不同转速下,齿轮箱浸油深度对搅油损失的影响.并建立齿轮箱的传热模型,采用有限差分法,在模型验证有效的基础上,计算分析了不同浸油深度对齿轮箱平衡温度场的影响.为高速列车传动齿轮箱浸油深度的选取和运行参数优化提供了理论基础.     

车轮多边形化对高速列车齿轮箱体动态响应的影响

为了研究高速列车齿轮箱体在受多边形车轮激扰下的动态响应,建立了包含齿轮传动系统和齿轮箱体有限元模型的整车动力学模型。进行了线路实测试验和箱体模态分析。对齿轮箱体上裂纹易于萌生处进行了加速度和动应力分析。结果表明:20阶多边形车轮容易引起齿轮箱体的一阶共振,导致振动加速度和应力显著提高,故障工况下的加速度和应力相比正常工况增加了4.6倍和45倍;车轮多边形化对齿轮箱体的影响是局部的,其危险区域为油位观察孔附近和散热筋附近;齿轮箱体发生异常振动时易发生疲劳破坏,箱体的服役寿命随着多边形波深增大而显著降低,应该在运维决策中对破坏危险点进行重点关注。     

某城际列车齿轮箱结构振动疲劳寿命预测研究

齿轮箱结构是动车组转向架传递动力学的核心部件,近年来,随着我国动车组运行速度的不断提升,载荷频率也随之提高,齿轮箱箱体结构因振动而导致的疲劳开裂现象屡见不鲜.针对高速运行条件下某城际列车齿轮箱箱体结构的振动疲劳问题,采用刚柔耦合动力学仿真的方法进行分析.首先建立齿轮箱箱体结构有限元模型,计算模态并与试验测试的模态结果进行对比验证模型的有效性,然后将齿轮箱箱体做成柔性体,建立刚?柔耦合整车动力学模型,为了考察轨道高频激励对齿轮箱振动疲劳的贡献,在轨道不平顺中加入短波不平顺,以轨道不平顺为激励进行线路运营情况模拟,计算对比了原结构和改进方案的疲劳寿命,结果显示改进结构的疲劳寿命较原结构有较大的提升,满足1200万km设计使用寿命的要求.     

齿轮箱轴承的润滑方程分析与温升试验研究

对一种全架悬式低地板轻轨车齿轮箱线路运行中的轴承故障进行研究,为分析齿轮箱轴承温升和润滑之间的关系,进一步优化齿轮箱润滑结构,以降低轴承温度。基于弹性流体润滑原理,建立圆柱滚子轴承线接触几何模型和Reynolds方程、膜厚方程等润滑方程,并用Matlab软件进行数值计算,对于同一种齿轮箱,在轴承滚子转速、润滑油黏度、滚子压力变化相同的同等条件下,得出轴承油膜厚度和温度之间的曲线关系。研究结果表明:油膜处于较薄的状态时,轴承温度较高。由此推出,若轴承部位润滑油量极少,油膜持续处于极薄状态,轴承温度将不断上升。在实践中对齿轮箱的润滑结构进行优化,以增加轴承部位的进油量,经对比试验,优化后轴承润滑油量增加,温度降低。     

动车组齿轮箱功率损失研究与分析

通过对高速动车组齿轮箱功率损失组成和影响因素的分析建立了齿轮箱功率损失模型。结合某型动车组齿轮箱在不同转速和扭矩条件下的试验数据,讨论了功率损失与润滑油温度、转速、扭矩以及传递功率的影响关系。研究表明:在稳定工况下油温直接影响功率损失的大小,在动态工况下转速变化比扭矩变化对功率损失的影响更大,齿轮箱传递效率在受功率损失影响外,同时也受总传递功率影响,齿轮箱在满载功率下传递效率更高。     

网络视角下高速列车部件维修关系网络复杂性研究

采用复杂网络理论和方法,以CRH3型动车组为例,通过构建我国高速列车部件之间的维修关系网络,计算和分析该网络的节点平均度、平均路径长度、网络密度及网络集聚系数,从而揭示该网络的拓扑特征.研究结果表明:CRH3型动车组部件维修关系网络的平均路径长度较短,网络密度较大,且节点度的分布服从指数分布,是一个小世界网络;为利于高速列车投入运营后的维修资源分配和维修策略制定以及降低维修费用,在高速列车设计阶段应该考虑降低高速列车维修时部件间的依赖关系;对于节点度较高或是节点集聚系数较大且影响到列车安全运行的部件,应加大维修资源的分配力度.     

高速列车齿轮箱流场仿真研究

以某型高速列车齿轮箱为研究对象,针对其运行过程中复杂的内部流场进行仿真分析。建立简化齿轮箱油润滑三维模型,进行流场仿真。获得稳定运行后箱体内部不同瞬时的压力和速度,揭示齿轮箱正常工作时内部流体的分布及变化规律。研究结果表明:齿轮箱内部压强随着运行速度增大而增大,最大压强出现在齿轮即将啮合的位置,速度随时间波动最后趋于平稳,最大速度出现在旋转齿轮的齿顶附近。     

高速列车传动齿轮箱功率损失计算方法

传动齿轮箱的功率损失在高速列车的功率计算中非常重要,直接影响到整车的功率设计,以前的功率损失通常在齿轮箱制作完成后,经过型式试验测定而得。本文在查阅和评估大量国外文献的基础上,优选出一套用于高速列车传动齿轮箱的计算方法,并对一实际高速列车齿轮箱的功率损失进行了计算分析。     

HXD2型机车齿轮箱内部压力场分析

文章以HX_D2型机车齿轮箱为例,基于格子玻尔兹曼方法,建立齿轮箱内流场模型,通过改变齿轮转向、从动齿轮转速、从动齿轮浸油深度、润滑油温度等影响因素,对齿轮箱内部压力场进行数值仿真,分析各因素对齿轮箱内部压力场的影响,进而研究齿轮箱内部压力场的动态变化规律。     

基于现车模型和制动控制的基础制动装置热负荷仿真分析

高速动车组制动时会产生巨大的内能,考验着制动盘热负荷能力。通过分析某型高速动车组紧急制动工况的试验数据,针对该型动车组制动盘比热容和导热系数的曲线特性进行了对比,搭建了符合该型动车组的制动盘热负荷仿真计算平台。利用动车组制动盘热负荷仿真计算平台,可为列车在实际线路条件下组织运输、试验提供理论支撑。     

制动控制箱结构特性分析

高速列车用制动控制箱必须满足在复杂载荷作用下的强度及刚度储备要求。以高速列车用制动控制箱箱体为研究对象,使用有限元的方法计算了制动控制箱箱体的结构特性。首先建立箱体结构的三维实体有限元模型,其中对箱体内各功能模块之间复杂的接触条件和部件形状进行简化处理。分别进行了箱体的模态分析,在所有外挂件和自身重量作用下的箱体静强度分析,抗冲击强度分析以及组合载荷作用下的疲劳分析。仿真分析结果表明箱体具有较高的强度储备,能够满足铁路车辆结构强度的要求。     

高速列车通过长隧道引起的热、力效应研究

研究目的:针对列车横截面积与隧道横截面积比值阻塞比的不同,分析计算长隧道内运行的高速列车在不同速度下,由于空气动力学效应引起的列车阻力及热量增加,综合考虑辅助设备发热及隧道壁面热传导导致的能量损失,合理预测不同阻塞比下高速列车运行引起的隧道内温度升高及隧道内温度随时间的变化,得出长隧道内由于高速列车运行引起的热、力效应.研究结论:通过计算与分析表明,列车高速运行导致隧道内阻力变化及热效应的大小,受到列车隧道系统阻塞比的影响比车速的影响更大,列车空调放热是隧道内温度升高的主要因素,壁面摩擦等因素也会导致隧道内热量的进一步增加,行车密度对温度的影响将是非常关键的.对于高阻塞比的列车隧道系统,隧道中部残留的热量还较多,热量积聚效应不容忽视.     

超长地铁联络通道水平冻结温度场变化规律分析

掌握了超长地铁联络通道冻结温度场的变化规律,就能够预测分析地层冻结温度场,可提前判断冻结壁发展状况。以福州地铁2号线某区间超长联络通道冻结施工为例,建立三维有限元数值计算模型,通过对比分析冻结阶段的数值模拟分析结果与实测数据,验证了计算模型的准确性。基于该数值计算模型,研究了初始地温、导热系数、比热容对该温度场影响的规律。结果表明:冻结温度场变化主要分为温度快速下降与相变阶段、温度下降、土体温度稳定3个阶段;冻结壁交圈时间与初始地温、比热容近似呈线性递增关系,初始地温每升高5℃,交圈时间延长2d,交圈时间随比热容增加而延长;冻结壁交圈时间与导热系数呈负相关,导热系数每增高10%,交圈时间缩短1d。     

含水率和低温对黄土热物理参数影响性研究

研究目的:为研究含水率和温度对黄土热物理参数的影响,取宁夏惠安堡黄土为研究对象,运用Hot Disk热常数分析仪,进行不同含水率和温度下惠安堡黄土的导热系数、比热容和热扩散系数的试验研究,并且研究含水率和温度共同作用对黄土热物理参数的影响及其作用机理。研究结论:(1)含水率增加、温度降低会导致土中气的含量减少;(2)液态水和冰的导热系数要高于空气,当含水率增加、温度降低时导热系数增加;(3)水的比热容随温度的降低而增加,冰的比热容随温度的降低而降低,但两者的比热容都高于大气,所以当含水率增加时土样的比热容增加,当温度降低时土样的比热容降低;(4)液态水的热扩散系数随温度的降低而降低,固态冰的热扩散系数随温度的降低而增加,含水率增加、温度降低会导致热扩散系数的增加;(5)本研究结论对黄土地区土木工程的设计、施工等具有一定的参考价值。     

高速列车合金锻钢制动盘温度场仿真分析

紧急制动时的制动盘温度状况与其使用寿命密切相关,而如何准确预测制动盘摩擦表面的温度及温度场分布成为研究摩擦制动盘表面磨损、金相转变及热裂纹的关键技术。本文提出了一种把热辐射系数折算成对流换热系数的方法,建立了锻钢制动盘三维循环对称有限元模型、热输入数学模型及对流散热数学模型。用平均轴制动功率法,对高速列车“中华之星”在270 km/h紧急制动时制动盘温度场分布进行仿真。仿真结果表明,高速列车实施紧急制动时,制动盘摩擦升温最高可达935℃,且高温区域集中在制动盘摩擦表面的中部区域。在1∶1制动动力台进行紧急制动试验,试验结果与仿真数据比较接近,从而验证了该模型的有效性,为制动盘应力场分析及其结构参数优化提供了直接依据。     

强风下高速列车滑膜自适应鲁棒H_∞控制方法

大风环境下高速列车的运行是一个强耦合、高度非线性过程,且随着风速增大和车速增加,这种特性逐渐增强,因此需要更高要求的自动驾驶系统。基于李亚普诺夫稳定性理论设计高速列车自动驾驶滑模自适应鲁棒控制器,该控制器采用自适应控制实时逼近列车不确定性特征的系统输入系数,采用鲁棒H∞控制将自动驾驶系统中模型误差、大风和其他干扰造成的参数变化等所有不确定量减小到最小范围,同时也消除了系统抖振现象。计算出高速列车需要施加的牵引/制动力,通过滑模控制消除系统安全运行速度跟踪误差,实现不同风速下高速列车对给定安全运行速度的高精度跟踪。仿真结果证明了该方法的有效性。