铁路货车事故虚拟演练系统的设计与实现

为了提高铁路货运行业从业和参与人员的安全意识,降低铁路安全演练成本,设计实现一套多终端铁路货车事故虚拟演练系统。系统采用模块化设计,主要由3部分组成,包括知识学习模块、事故模拟模块和考试系统模块。系统采用多终端设计模式,提供虚拟现实(VR)端、桌面端、移动端和移动VR端供用户使用,各个终端在交互方式、学习便利性等方面可优势互补,为用户提供一套沉浸感强、高参与感和体验友好的演练系统。为了增加培训人员的学习效率和使用意愿,提出了一种新的腿部绑定位置跟踪器实现演练人员在场景中自然行走和大范围移动的人机交互方案,该方法通过腿部绑定位置追踪器将人物在真实空间中的原地踏步运动转换为在虚拟空间中的位置移动。同时提出一种事件自动触发的智能弹窗设计,达到了演练人员在虚拟环境中更加智能地引导学习的效果。系统的实现将为铁路货车工作人员的培训提供一种全新的方式。     

基于数据驱动的高速铁路动车组列车头尾车车轮踏面缺陷预测方法

[目的]踏面缺陷是高速铁路动车组列车车轮失效的主要表现形式之一,严重影响了动车组运行的安全性及乘客的乘坐舒适性。车轮踏面缺陷主要集中在头尾车,可能是多种因素共同作用的结果,需要寻找一种能综合多种影响因素的预测方法。[方法]基于某铁路局动车组列车的车轮镟修数据,每个数据样本包括10个特征(4个名义特征和6个连续特征),对数据进行预处理。通过合成少数类样本过采样技术对不平衡数据集进行处理,构建了标准化数据集。建立了DNN(深度神经网络)模型,对底层特征进行组合,形成了特征的高层抽象表示。通过网络结构调整和超参数优化得到了模型的最优学习效果。对模型进行训练并测试,验证了该模型的预测效果。[结果及结论]基于数据驱动的头尾车车轮踏面缺陷预测方法具有较高的预测精度和较优的综合性能,其预测精确率达92.5%,可有效预测头尾车车轮踏面损伤的发生概率。     

基于车辆动力学和改进AGREE算法的高速列车稳定性综合可靠性分析

可靠性分析是高速列车全生命周期的核心问题,直接关系到车辆服役安全和运维成本。随着高速列车的大范围、长周期运用,开展包括可靠性建模、可靠性分配、失效规律建模、维修周期优化在内的综合可靠性分析已成为当前的重点和难点。本文创新性地将车辆结构、车辆系统动力学与可靠性理论融合,以高速列车稳定性为研究对象,提出了一套综合可靠性分析方法。首先基于车辆稳定性机理、系统逻辑关系和失效模式分析,建立了高速列车稳定性可靠性分析模型;其次提出了基于正交试验与极差分析的单元重要度算法、基于历史累计失效率的历史失效度算法、以及改进的结构复杂度算法,进一步提出综合考虑重要度、结构复杂度、历史失效度以及各单元工作时间的改进AGREE可靠度分配算法;同时基于可靠性分析模型和单元历史失效规律,提出了以可靠性为中心的维修周期优化方法;最后,以国内某型高速列车稳定性系统的综合可靠性分析算例验证了所提出方法的可行性和有效性。     

下一代高速列车关键技术特征分析及展望

未来高速列车的主要设计理念和概念随着新技术的不断出现正在发生很多根本性变化,这也是下一代高速列车研究的热点技术问题和重要内容。其核心技术主要体现在速度、效率、环保和节能降耗等诸多技术指标的优化。针对下一代高速列车关键技术特征的研究现状进行详细的技术分析,并在国内外高速列车未来技术的相关文献成果基础上,对下一代高速列车的关键技术问题进行系统整理和分析,对一些关键技术进行定性和定量研究。结果表明,下一代高速列车的关键技术的研究,对于我国掌握下一代高速列车的设计技术及关键问题的发展方向十分迫切。     

基于改进峭度图法的滚动轴承故障诊断

针对在强烈背景噪声和随机脉冲干扰下滚动轴承故障信号难以提取的问题,提出了一种改进的峭度图方法进行滚动轴承的故障诊断。该方法先通过计算特定频带信号包络的功率谱幅值的峭度,再按照峭度最大原则确定最优解调频带,然后根据最优解调频带获得带通滤波后的解调信号,通过对解调信号进行频谱分析来识别滚动轴承的故障及其类型。通过仿真和试验两种方式,对比分析了改进峭度图法和快速峭度图法诊断滚动轴承故障的效果,验证了改进峭度图法的有效性。分析结果表明:改进峭度图法比快速峭度图法能够更加准确地确定共振频带,并且在强烈背景噪声干扰下也能准确识别轴承故障。     

高速列车踏面凹形磨耗及其动力学影响规律

踏面凹形磨耗是我国高速列车服役过程中车轮磨耗的主要形式,踏面凹形磨耗随镟修后里程逐渐加剧,将引起轮轨接触关系的变化,进而引起车辆动力学性能的恶化。为揭示我国高速列车踏面凹形磨耗的特点和规律,通过对国内某高速动车组的部分车轮进行长期跟踪测试,并基于测试结果研究踏面不同位置的磨耗量,发现磨耗中心位置与名义滚动圆的偏离现象,提出基于离散点直接积分的磨耗面积表征方法。进一步通过数学推导、多体动力学建模与仿真、以及车载实测振动数据的分析验证,研究不同踏面凹形磨耗程度情况下,车辆临界速度、轮轨作用力、振动信号的蛇行运动频率等动力学特性和指标随车轮旋修后运行里程的变化情况,总结得到踏面凹形磨耗对高速列车动力学的影响规律。     

考虑风载的高速列车受电弓静强度分析

铁路高速化在带来方便快捷运输条件的同时,也使列车及其相关结构所受的空气阻力急剧增大,为保证受电弓的安全运行,有必要开展气动载荷作用下的受电弓静强度分析。基于ANSYS Workbench的静强度分析功能,现对气动载荷作用下的受电弓静强度分析方法进行了探索,分析了气动载荷的影响效果,并实现了气动力作用下V500高速受电弓的静强度校核。结果表明,V500高速受电弓弓头在气动力作用下呈抬升趋势,该型弓具有良好的气动性能;对比开、闭口运行工况下的结构承载分布情况和部件应力,V500高速受电弓闭口运行性能略优于开口运行性能;受电弓平衡臂、弹簧盒、上臂杆和底架的应力主要由气动载荷引起;V500高速受电弓各部件均通过强度校核,满足静强度设计要求。     

动车组全列车轮运维全过程退化数值模拟方法研究北大核心

车轮是动车组的关键零部件,在长期服役过程中会发生状态退化,影响动车组的安全平稳运行;同时,动车组的全列车轮均是成组运行、成组检修,各车轮的退化具有整体同步性和个体差异性,并且邻近车轮在运用和检修过程中相互影响。车轮退化具有影响因素多样、参数互相影响、随机性强的特点,因此提出一种动车组全列车轮运维全过程退化数值模拟方法。针对车轮磨耗、缺陷和镟修等运维过程的关键环节,采用了考虑各环节相关因素、退化规律及其不确定性的概率模型,再通过闭环迭代实现车轮退化过程的数值模拟;为模拟动车组全列车轮在不同随机环节影响下的退化过程,提出了基于Monte Carlo仿真的车轮退化数值模拟方法;最后,基于我国动车组运维数据,给出了建模与模拟算例。结果表明,该方法能够有效预测动车组全列车轮退化过程的平均水平及其不确定性,进而实现车轮剩余寿命预测,并结合车轮运维成本评估,支撑车轮高级修限值优化,降低车轮运维全过程成本,改善动车组维修经济性。