朔黄铁路重载列车线路适应性仿真研究

为了明确重载列车对朔黄铁路的适应性,利用"斜楔-弹簧"简化方法建立了摩擦式缓冲器模型。模型仿真与实测数据的对比结果具有较高的一致性,表明该缓冲器模型可有效模拟缓冲器动态行为。基于实验数据拟合得到的经验公式,建立了列车空气制动模型并验证了模型的正确性。通过动力学仿真的方法,分析了重载列车在朔黄铁路上运行的全程车钩力,并研究了列车在坡道上的纵向动力学特性。结果表明:几次较大车钩力发生时,列车均位于下凹型变坡道上;列车在变坡道紧急制动的最大车钩力大于平直道。理论计算表明,变坡道也会引起车钩压力,是造成纵向冲动变大的原因,坡度差越大产生的车钩力越大,且和列车制动的位置有关。对不同坡度组合的变坡道进行列车制动仿真,验证了纵向冲动是列车制动不同步及坡道共同作用的结果,两部分产生的车钩压力叠加可得到列车在变坡道上制动产生的车钩力。     

重载列车纵向冲动动力学分析及试验研究

构建基于货车冲击试验数据的缓冲器修正模型模拟缓冲器动力学特性,该模型包含附加阻尼和黏滞摩擦;建立列车空气制动系统多参数数学简化模型表征重载列车空气制动特性;建立以缓冲器动力学模型及空气制动系统模型为基础的列车纵向冲动动力学模型,分析重载组合列车在不同线路条件和制动作用下的纵向动力学行为。结果表明:缓冲器动力学修正模型能较为真实地反映出冲击试验中缓冲器的磁滞特性、尖峰现象及过渡曲线的平稳连接;列车空气制动系统模型能够仿真获得与试验结果相近的制动缸充气特性曲线;采用列车纵向冲动动力学模型仿真获得的大秦线重载组合列车纵向车钩力分布与列车试验值相符。     

重载机车车钩的设计与制造

以某型机车车钩为研究对象,建立了重载机车车钩结构的三维模型和有限元模型,在此基础上对重载机车车钩进行结构静力分析,计算该重载机车车钩在不同工况下的结构强度,并进行了样机的制造,最终通过拉吨试验。结果表明,车钩结构的整体结构强度要求为重载机车车钩进行结构优化设计与制造提供理论依据。     

3万吨列车编组方案车钩力研究

重载列车事故多与车钩力过大相关，降低车钩力是重载列车最需优先考虑的因素。本文利用列车纵向动力学仿真系统，仿真分析了3万吨列车各种编组模式的车钩力水平。根据列车运行使用常用制动和可能的最大车钩力发生工况，选择常用制动减压50 kPa制动停车、常用制动减压170 kPa、紧急制动和常用制动减压50k Pa后缓解四种工况分析各种编组列车车钩力水平。计算结果表明，3万吨重载列车车钩力最优编组方案为1+108+1+108+1+108+1，常用制动减压50 kPa、170 kPa和紧急制动最大压钩力分别为-426 kN、-900 kN、-1447 kN，常用制动减压50 kPa后缓解最大拉钩力为446 kN。1+162+1+162+1编组方案次之，1+1+1+324编组方案不适合3万吨列车。     

重载列车安全运行非稳态冲动模型研究

在列车空气制动与纵向动力学联合仿真模型基础上,建立以车辆质点运行轨迹为自然坐标系的纵向作用力传递模型。建立线路模型求得连挂车辆处在线路中的位置坐标,应用双向逼近法求解心盘处坐标。将车体与车钩位置坐标构造成矢量,采用数量积与矢量积方法分别求解车钩摆角的大小和方向。再基于缓冲器与车钩间力的作用关系,求解车钩横向和垂向分力。应用力矩平衡原理建立准静态车辆模型,参考单轮对脱轨评价指标对列车运行安全性进行评估。对运行在大秦铁路上单编万吨列车进行仿真,分析列车制动、线路条件、列车运行速度等综合因素对安全指标的影响。着重分析列车冲动的机理,为列车安全平稳操纵提供参考。该系统实现了同步仿真计算列车操纵中制动、纵向冲动、线路运行条件及脱轨安全性指标等与列车运行相关的重要数据,并能够同步显示。     

货车连挂方式对万吨重载列车循环制动过程纵向冲动影响分析

基于纵向动力学理论,分析了货车连挂分别采用车钩、两连挂和三连挂的3种万吨重载列车编组在长大下坡道上循环制动过程中的纵向冲动特征,结果表明:3种列车编组循环制动周期内车钩力和加速度沿列车方向分布规律一致,其最大拉钩力和最大压钩力均出现在列车中部,最大加速度出现在列车端部;列车循环制动过程中的最大车钩力出现在制动缓解后,车钩力呈现出"先拉后压"的趋势;制动初速对循环制动过程中的纵向冲动影响较小,其纵向车钩力和加速度均随车钩间隙增大而增大。实际运用中应根据线路条件合理搭配使用牵引杆,兼顾其启动和曲线通过能力。     

大秦线重载车钩惯性裂纹问题研究

通过现场调研,对大秦线重载车钩的惯性裂纹问题进行了分析研究;通过有限元静强度仿真分析和试验的方法对裂纹产生的原因进行了对比验证,并提出了相应的改进措施和建议。     

重载货车17号车钩疲劳寿命试验与可靠性预测

以小子样分析法研究重载车钩疲劳寿命及其可靠性。车钩疲劳试验用载荷谱按大秦线实测纵向车钩力编制,依据小子样设计的疲劳试验方法,进行车钩疲劳试验。采用Bootstrap方法,分析出17号钩体的安全运行里程与可靠度之间的关系。试验研究结果表明:17号钩体的疲劳可靠性基本与实际运行情况较好吻合。当前的车钩疲劳试验及可靠性分析方法可用来预测同类车钩产品的安全运行里程。     

重联动车组车钩导流罩设计及空气动力学性能研究

设计出一种能改善重联动车组重联区域空气动力学特性的多级车钩导流罩结构，并基于计算流体力学，分别建立重联动车组结构优化前后的两种空气动力学计算模型，通过数值仿真模拟了动车组在平地工况以350 km/h速度运行的基本气动性能，并对仿真结果进行对比研究。结果表明：新型车钩导流罩结构能够有效降低动车组平地运行阻力，总阻力可减小4.47%;列车表面压力分布、周围流场显示结果与阻力分布一致，该二级导流罩可以有效改善列车运行空气动力学性能。     

空重车混合编组方式对重载列车纵向力的影响

建立了1万吨级重载列车纵向动力学仿真模型,使用Runge-Kutta法对其运动微分方程进行了求解,并编制了Fortran软件求解程序。以紧急制动工况为例,比较了不同空重车编组方式与纯重车的车钩最大压缩力．对不同牵引方式下的空重车混编提出了合理建议．有助于提高列车运行安全性能。     

重载搬运机器人的动力学仿真及控制系统设计

关节型重载搬运机器人各运动关节动态性能和能量耗散水平直接影响机器人以及运动规划的可达性。以ABB公司生产的IRB460型重载搬运机器人为研究对象,针对其机械本体结构特性,建立重载搬运机器人三维模型。若仅考虑回转轴、大臂和小臂组成的三个自由度,重载搬运机器人系统模型可简化成空间三关节机器人系统模型;依据拉格朗日力学方程建立重载搬运机器人系统动力学模型,利用机械臂逆运动学和五次多项式插值算法完成对多关节机械臂空间轨迹规划。通过动力学仿真分析可知,重载搬运机器人各运动关节的动态性能变化稳定且能量耗散较小,且能够沿着预定轨迹完成PTP模式的运动控制。最后,搭建控制系统仿真实验平台,提出一种重载搬运机器人控制系统模型,实验结果表明,所设计的重载搬运机器人控制系统能够准确、稳定的控制各运动关节运动,验证了各运动关节驱动电动机功率参数选择的合理性,为实际的工业生产应用奠定了理论基础。     

直联压缩机两种不同控制方法的比较研究

建立了空压机的负载数学模型,对其负载进行了分析。建立了永磁同步电机的数学模型,给出了一种用于交流永磁同步电机速度控制的滑模控制器。根据永磁同步电机的控制特点和空压机负载特点进行Simulink仿真,仿真结果表明,加滑模控制器时,电机转速波动较小。最后,对用永磁同步电机驱动直联便携式空压机做实验。实验结果表明,与常规的PI控制策略相比,滑模变结构控制改善了系统的动态性能,有较强的鲁棒性。永磁同步电机驱动空压机效率高,转速波动小。     

基于T-S模糊变权重MPC的智能车轨迹跟踪控制

为了协调智能驾驶车辆的轨迹跟踪精确性和稳定性，提高控制算法对不同工况的自适应能力，提出基于Takagi-Sugeno模糊变权重模型预测控制(Takagi-Sugeno fuzzy model predictive control,T-S FMPC)的轨迹跟踪控制策略。以前轮转角为控制变量建立MPC控制，并以实时横向位移误差和横摆角误差为模糊输入，通过T-S模糊控制在线优化MPC目标函数权重，协调权重矩阵对轨迹跟踪精确性和稳定性的影响。基于Carsim建立分布式驱动电动汽车的整车动力学模型，基于Simulink建立控制策略，通过双移线工况仿真及实车试验，验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明，相比于传统MPC控制，所提出的T-S模糊变权重MPC控制可降低横向位移误差达62.24%，有效提高轨迹跟踪精度；并且可使前轮转角波动减小37.46%、横摆角误差减小84.19%，显著增强轨迹跟踪稳定性；试验结果表明，在20 km/h、沥青路面双移线工况下，横向位移误差在0.12 m以内，横摆角误差在1°以内，且前轮转角控制曲线平滑，说明所提算法具有良好的控制效果和实用性。     

暴风雪条件下列车气动特性及倾覆稳定性分析

为研究高速列车在恶劣气候条件(暴风雪)下的气动特征及安全性等问题,将采用欧拉双流体模型进行数值模拟的方法应用到对CRH-2高速列车在暴风雪条件下的研究中。开展了对列车周围空气流场的分析,建立了流场与列车受力之间的关系,提出了有关列车稳定性的临界倾覆速度的计算方法;在强侧风及强侧风和强降雪耦合的两种情况下对列车的倾覆稳定性进行了评价。研究结果表明,两种情况下列车倾覆临界速度的趋势相似,而且在强侧风及强降雪情况下,列车的侧向力系数、侧滚力矩系数比较单纯的侧风天气条件显著增加;降雪工况下列车的临界速度比无降雪时减小20%~50%,即降雪条件下,列车更容易发生倾覆;计算结果可以为在暴风雪条件下列车的安全行驶提供参考。     

考虑转向架影响的重载货车车厢模态特性

为深入研究转向架对重载货车动力学特性的影响,以某空车工况的40t轴重矿石车为研究对象,在实车装配模型的基础上建立了整车及车厢的力学仿真模型,并应用有限元法对二者进行了模态分析。对实际车辆进行了模态实验研究,通过计算结果及实验结果的对比,从刚体振型及弹性体振型两个方面考察了转向架对重载货车车厢模态特性的影响。研究表明,转向架的质量、刚度及边界条件均会对模态计算结果产生影响,整车模型能更精确地描述实车的模态特性。     

基于间隙热源法的车轮踏面制动摩擦温升研究

针对传统模拟车轮踏面制动摩擦热流边界的加载方式存在的不足,如均布热源法计算精度较低和移动热源法计算效率较低,提出基于间隙热流加载法的车轮踏面制动摩擦温升有限元计算方法。以重载列车紧急制动为研究对象,通过与以往的移动热源法和均布热源法进行对比,研究新方法的计算精度和计算效率。计算结果显示:在计算精度方面,新方法不仅可以达到移动热源法的计算精度,还能体现均布热源法无法模拟的因闸瓦和踏面的接触-脱离现象导致的车轮踏面温度时间历程曲线波动现象。在计算时间方面,新方法的计算效率与均布热源法的相当,但新方法的计算速度比移动热源法的快4.3倍。     

列车轮对测量机液压系统设计与应用

通过分析列车轮对几何参数的测量需求和控制时序特征,设计了列车轮对测量机液压控制系统。针对列车轮对存在偏载的实际工况,探讨了基于位置同步调节控制的双缸升降液压回路的设计方法。通过生产实际运行结果表明：所设计的列车轮对测量机液压系统在轮对几何参数测量过程中,工作稳定可靠,并且能够有效消除列车轮对偏载对测量机正常运行所产生的不利影响。     

一种车辆后轮质心侧偏角为零的控制算法研究

采用前馈＋反馈的控制策略,通过对车辆二自由度模型进行计算,建立了车辆转角数学模型,并由本文采取的控制策略导出了前馈比例系数和横摆角速度比例反馈系数;在此基础上,应用MATLAB软件建立了仿真模型,采用斜坡函数作为前轮输入信号。仿真结果表明,后轮保持与前轮同步反向偏转,达到了质心侧偏角为零的控制目标,实现了4个车轮在转向过程中均为纯滚动,满足了阿克曼转向原理。     

[轨道交通运维技术]基于离散时间贝叶斯网络的列控中心可靠性分析

针对动车组列控中心在实际工作环境中的故障同时具有多态性和动态性的问题,提出一种依据列控中心各单元的功能逻辑关系来建立离散时间贝叶斯网络的分析方法。归纳部件的多种故障模式并描述列控中心故障的多态特性,采用EM算法优化更新条件概率表;针对列控中心动态失效问题,建立动态贝叶斯网络模型,将一次任务划分为启动、运行、制动三个阶段,在各个阶段通过重要度和敏感性对该模型进行可靠性分析。最后,以CTCS-2级列控系统的列控中心为例,对该离散时间贝叶斯网络模型进行验证和分析,结果表明该方法能够很好地表征列控中心的多态性和动态性。     

铰接式高速列车运行平稳性及其试验研究

以高速列车的运行平稳性为研究对象,采用面向对象的建模技术,建立了三车铰接编组、带车端悬架的三车编组以及单车的垂向及横向非线性动力学模型,进行了时域和频域计算分析。研究表明车辆间采用铰接方式进一步增强了车辆间的耦合,能有效地保证列车高速运行时的平稳性,减振性能比仅采用车端悬架的方案优越,并且运用时域仿真给出了车端悬架参数的优选范围。研制成功的铰接式高速试验车组在室内振动台上进行了试验研究,试验结果表明在轨道高激扰的条件下,该设计完全能满足高速运行下的舒适性要求。