动车组车下设备防松防脱结构分析

本文结合我国在线运营的高速动车组设备舱及车下吊装设备结构,开展防松防脱分析,重点对动车组设备舱裙板、设备舱底板、车下设备吊装、车下吊装设备自带底板、活动检查门部位进行分析,并对存在松脱隐患的结构进行了优化改进。     

高速列车设备舱支架疲劳裂纹机理研究

设备舱裙板支架作为连接设备舱底板和裙板的承载部件,在运用中承受来自裙板和底板的气动压力以及振动载荷,出现疲劳裂纹。开展支架裂纹断口的宏观分析,统计开裂支架的运用里程;基于高铁客运专线线路测试,得到明线运行、会车以及隧道运行、会车工况下设备舱裙板和底板的内、外侧气动压力以及压差值;对支架进行线路动应力测试,得到开裂部位的等效应力和一阶主频;采用脉冲激励法进行设备舱支架模块的模态试验,得到支架的垂向和横向一阶模态频率。研究结果表明,支架发生裂纹的主要成因是裙板、底板内外气动压力差产生的激励与支架自振频率具有交集,支架产生共振,共振现象使支架结构产生较高的应力幅值。该研究对确保高速列车运用安全以及为支架的新结构设计提供了参考。     

高速列车转向架区域气动特性及流场规律研究

为研究高速列车转向架区域的气动性能及流场规律,建立列车空气动力学模型,基于SST k-?两方程模型对运行速度分别为250 km/h、300 km/h和350 km/h的高速列车气动性能进行了数值模拟,分析动车及拖车转向架各部件对列车气动性能的影响。计算结果表明:列车运行速度对转向架阻力的影响是显著的,其中对头车转向架影响最大;头车转向架的阻力占总转向架阻力的54.9%,其中构架和轮对分别占35.6%和46.5%,部分部件由于前后压差形成负阻力;拖车转向架的流场结构比动车转向架更加复杂,闸片等部件对转向架区域的流场结构有显著影响;转向架区域外形和设备舱隔墙倾角也会影响其流场结构,斜角入口比直角入口的流场结构更加复杂。     

高速列车设备舱格栅通风性能仿真分析

为实现抗风沙型动车组的封闭式设备舱的通风格栅合理布置,建立包含车底设备舱通风格栅和舱内设备的高速列车空气动力学模型,采用CFD方法对高速列车运行时的设备舱流场进行数值模拟,分析格栅布置方式对设备舱通风性能的影响。结果表明:格栅的通风性能主要受格栅布置位置处裙板外侧压力的影响;头车裙板上靠近一位端的位置适宜布置出风格栅,靠近二位端适宜布置进风格栅;中间车裙板上靠近一位端的位置适宜布置出风格栅,其他区域适宜布置进风格栅;尾车裙板上中间区域适宜布置进风格栅、两端适宜布置出风格栅。另外,设备舱底部出风口对其附近的格栅进风性能也有一定影响,设备舱内风机的格栅进风阻力受列车运行速度的影响较小。设计阶段可定性地利用裙板上格栅位置与格栅进排风性能的关系,初步确定适宜的格栅布置方案。     

350km/h高速列车风致安全研究

结合高速列车空气动力学和多体系统动力学,系统研究了350km/h高速列车的风致安全特性.首先建立了头车-中间车-尾车编组的高速列车空气动力学模型,研究了不同侧风速度(包括不同风速大小和不同风向角)下高速列车气动载荷的变化规律.然后建立拖r动-拖编组的高速列车多体系统动力学模型,将得到的气动载荷作为外加载荷作用于列车上,研究了高速列车的运行安全性和运行姿态,为侧风下350km/h高速列车的安全运行提供参考.     

高速动车组隧道运行车体和设备舱压力研究

高速动车组进入隧道运行,动车组前方会形成压缩波和膨胀波,导致动车组的车体和车下设备舱受到比明线运行更大更复杂的压力负载,影响高速动车组运行的安全性和稳定性。高速动车组的车体和车下设备舱结构设计,需要预知高速动车组进入隧道运行工况下车体和设备舱的最大压力负载。本文基于350km/h高速动车组3辆编组简化三维计算模型,仿真计算350km/h高速动车组进入隧道运行工况,高速动车组车体和车下设备舱外表面的压力分布。研究350km/h高速动车组进入隧道运行工况,高速动车组车体和车下设备舱外表面的压力变化和最大压力负载。研究结论为:350km/h高速动车组进入隧道运行,车头前端外表面最大压力为7567Pa,设备舱前端板外表面最大压力为-5569.4Pa,设备舱裙板外表面最大压力为-5690.1Pa,设备舱底板外表面最大压力为-6590.7Pa。     

高速列车设备舱底板的振动特性研究

为了优化设备舱底板的振动疲劳特性,建立了刚柔耦合多体动力学模型,分析了在武广谱载荷谱的线路条件激励下,底板关键位置的振动和车速的关系。研究发现,车辆设备舱底板的振动总体趋势是随着速度的增加而增加,但是在250km/h的时候,纵向振动幅值会比300km/h的要大。根据动力学仿真结果提取出载荷的大小,进行了有限元强度分析,得到了底板的最大应力和开孔位置的最大应力。滚动台试验数据和仿真结果一致,验证了模型的正确性。最后对底板进行了优化,加厚设备舱底板的厚度。对比发现,优化后的整体最大应力由8.78 MPa减小到4.79MPa,开孔处的最大应力由1.65MPa减小到0.95MPa,底板的强度性能得到了大幅度提高。     

高速列车车下设备振动加速度无线测试仪

针对高速列车是全封闭式的动车,介绍了基于Zigbee低功耗无线通信模块JN5139和C8051F023单片机为基础,用于采集高速列车车下设备振动加速度无线测试仪的设计,详细阐述了无线通信模块、抗混叠滤波、A/D转化、时钟电路、大容量数据存储系统等功能模块的硬件设计以及相互之间软件逻辑控制.试验表明该测试仪能实现高速列车车下设备振动加速度检测功能,是非常有效的测试系统.     

典型工况下动车组设备舱气动载荷与损伤规律

京广高铁武广段运用的CRH-3C型高速动车组设备舱内支架、裙板吊挂等焊缝位置以及其它应力集中点常有疲劳裂纹出现,而该现象在京津城际上运用的同型号动车组中却比较罕见。针对这种现象,考虑是武广段大量的隧道群所致。为了对此进行验证,在某动车组设备舱内裙、底板布置了大量气压和应变传感器,在沪昆高铁南昌西-宜春段进行了不同速度下大量的隧道通过、交会等典型工况测试,获得了丰富的气动载荷和动应力数据。以此试验为基础,对若干工况下,关键位置气动载荷和动应力的变化规律进行研究发现,伴随气压幅值突变,大多位置应力水平均有提高,裙板中央以及靠近车头的前部底板等处尤为明显。上述结论对武广段的CRH-3C型动车组设备舱疲劳破坏现象给出了合理解释,并对今后基于不同线路特点,有针对性的动车组型号选择和设备舱结构的优化设计提供了建议。     

[设计与优化]市域铁路智慧站台门系统关键技术

针对市域铁路站台门面临的多种车型混跑、列车高速过站风压对站台门产生冲击等现状,提出了智慧站台门系统设计的关键技术及方案。基于升降式站台门技术实现了对多种车型车门位置的兼容,应用智能候车引导技术实现了乘客乘降出行的智能指引,通过智慧运维技术实现了设备的预防性维修和可靠性运营。同时,构建了车站区间气体流动的不可压缩三维不定常紊流模型,仿真分析了列车高速过站过程中气流流动特性,通过数值仿真求解了不同过站速度下站台门承受的风压冲击,并结合试验测试对其进行了验证。研究表明,当列车过站速度达到220 km/h时,距离站台边缘1.2 m处最大活塞风压为1913 Pa,小于设计许用压力2050 Pa。仿真分析及试验结果证明了站台门系统设计的安全可靠性。     

环境风对高速列车设备舱通风量影响研究

为保证动车组在恶劣环境和高温条件下安全运行,采用数值计算的方法,对恶劣风环境条件下列车设备舱通风量随风向角的变化规律进行了模拟研究。计算结果表明,动车设备舱通风量随风速增大而先增大后减小,拖车设备舱通风量随风速变化波动较大,基本处于增大趋势。动车设备舱、拖车设备舱通风量最大分别为14.88 m3/s、15.32 m3/s。     

CRH5G车设备舱疲劳强度分析

随着高速动车组的大量投入使用,其运行安全性显得十分重要。设备舱是动车组的关键部件,其主要作用不仅能够改善列车空气动力学性能,还可以保护车下设备。本文以CRH5G动车组设备舱为研究对象,基于有限元分析理论,利用Ansys、HyperMesh和Workbench等有限元分析软件,按照《EN 12663-2010》标准和《TJ/CL 342-2014》技术要求,确定施加8个工况载荷,应用名义应力法,对设备舱进行疲劳强度仿真分析,基于《BS 7608-1993》标准和《IIW-2008》标准,运用Miner损伤累积理论,对8个工况下应力比较大的部位进行疲劳强度评估。     

强风沙环境下高速列车气动特性及冲蚀性研究

为研究高速列车在风沙环境中运行时的空气动力学性能及冲蚀特性，基于Navier-Stokes方程和标准κ-ε方程控制模型，运用FLUENT软件中离散相模型（DPM）对沙粒进行离散化处理，对气流进行连续化处理。数值模拟了高速列车运行速度为250km/h，风速为20m/s时，高速列车在风沙环境下的表面压力、气动阻力、黏性力及冲蚀特性，采用欧拉-拉格朗日方法进行求解计算。研究结果表明：列车在高速运行时最大正压主要在分布在车头鼻翼处，受风沙影响时列车的表面压力有所增大；列车运行的速度越大或沙粒颗粒直径越大，车头冲蚀越严重；在风沙环境下行驶时，头车阻力系数增加了32%，车尾增加了25%，升力和黏性力有不同程度的减少。     

高速列车受电弓区车内噪声研究与控制

针对高速列车受电弓区噪声相对较高的问题,提出受电弓减振安装方案,并在模拟实车环境下验证了其降噪效果和可靠性。首先,在某高速列车上进行了线路运行条件下受电弓区振动和噪声测试,分析发现结构振动是该区域噪声传播的重要方式,设计了一种独特的锥形椭圆结构减振座,用于受电弓弹性安装;其次,搭建了模拟现车试验台,验证减振座的降噪效果;最后,进行了总计252万次的疲劳试验以验证减振座的可靠性。试验结果表明,该减振座能够有效减小受电弓振动对车体的激励,从而降低该区域的噪声,降噪效果约为4dB(A),其疲劳可靠性能够满足线路运行要求。     

典型路基结构对高速列车横风气动特性影响分析

由于地域及环境的限制,高速铁路采用多种路基结构如平直地面、不同高度路堤、高架桥等,当列车运行在路堤及高架桥上时,车体周围的绕流流场比平直地面更加复杂。在强横风的作用下,不同的路基结构上的高速列车横风气动特性存在明显差异,不合理的路基结构将影响列车的横风安全性。同时列车结构复杂,转向架、受电弓等都对列车的流场特性有重要作用,过于简化的短编组列车外形不能够精细反映列车的真实气动特性。为研究典型路基结构对高速列车横风气动特性的影响,以9编组动力集中型高速列车实车为研究对象,考虑风挡、转向架、受电弓等细节特征,对列车运行速度为200 km/h,横风速度分别为20 m/s、30 m/s、35 m/s、40 m/s,路基结构分别为平直地面、3 m路堤、6 m路堤、高架桥等四种场景下的高速列车空气动力学性能进行了仿真计算和对比,分析了不同路基地面条件下列车的横风气动特性的差异及规律,为横风条件下复杂路基结构的列车运行安全控制提供了参考。     

风沙环境下高速列车气动性能研究

为研究高速列车在风沙环境下的气动特性,基于多相流中的欧拉模型理论,建立了高速列车空气动力学模型。数值计算分析了高速列车在0°与90°风向角下的气动特性变化规律。计算结果表明:与无沙情况相比,列车在0°与90°的风向角下,头车的正压区域变大,尾车的正压区域变小,沙尘对头车的冲击最为严重;在0°风向角有沙情况下,列车头车、中间车、尾车的阻力均增大,列车总阻力增大6%左右,头车向下的升力与尾车向上的升力均变大,中间车的升力基本不变;在90°风向角有沙情况下,头车与中间车的阻力变大,尾车阻力变小,列车的总阻力变大,头车、中间车和尾车的升力均减小、侧力均增加。     

风机布置方式对设备舱内外流场的影响研究

风机的布置方式对列车的运行影响甚大。利用CATIA、ANSYS等软件进行建模、仿真分析、数据处理,总结出不同风机布置方式在列车上下行时设备舱内外的流场情况,明确合适的风机布置方式能提升设备舱内气流流动速度,并能帮助排风。该项研究为多风机的气流场研究以及今后风机的合理选择与布置提供了理论依据。     

山区高速列车车体动态气密性阈值特征的数值模拟研究

由于高速列车通过隧道时产生较大压力波动,传入车内引起司乘人员出现耳感不适等问题,使得列车采用气密性车体技术和压力保护装置技术。气密性车体的应用对高速列车的制造和运营成本产生了较大影响,在满足车内压力舒适性标准前提下合理制定车体气密性指标是上述重要手段之一。针对我国山区高速铁路隧道长度特点,基于我国研制的时速350km标准动车组和国内隧道断面面积特点,在应用一维可压缩不等熵非定常流动模型的广义黎曼变量特征线方法获得大量工况列车通过隧道时的车内外压力波动特征前提下,归纳不同时间间隔标准下的编组长度、速度、隧道长度、时间常数对车内压力变化量的最大值影响规律,将车-隧系统进行耦合分析,提出针对不同时间间隔标准下密封列车车内压力的最不利隧道长度。依据中国、德国、UIC、ERRI不同标准的阈值要求计算列车时间常数,拟合出时间常数阈值随隧道长度增加的变化曲线,总结对比四种不同标准下时间常数阈值的理论数学关系式。     

8车编组重联及16车编组下高速列车气动性能研究

为研究长大编组情况下高速列车的空气动力学性能,基于Navier-Stokes方程及标准k-ε湍流模型建立高速列车空气动力学计算模型,计算两列8车编组重联及16车编组情况下的高速列车空气动力学性能。数值计算结果表明,在重联区域,8车流线型处的流动分离直接作用于9车,影响了两车的气动阻力分布,8车阻力系数为0.094,9车阻力系数为0.145,8车编组重联整车气动阻力较16车编组增大0.060。重联编组下,向上升力最大的是8车,升力系数为0.073,向下升力最大的是头车,升力系数为-0.101。对于16车编组,向上升力最大的是尾车,其升力系数为0.054,向下升力最大的为头车,其升力系数为-0.088。研究结果对长编组高速列车气动性能优化具有参考意义。     

LED灯具在青藏车客室照明系统中的应用

随着我国高速铁路事业的发展,旅客对车内照明环境品质的要求越来越高,在我国高速列车照明设计中广泛采用LED灯具作为光源。根据青藏雪域高原特殊气候,青藏铁路列车做出了进一步的完善,使其整体的舒适性和安全性达到了最佳的状态,启用了更为科学合理的技术,使得列车能够在极其恶劣的条件下仍会正常稳定的行驶。本文通过对列车传统车载灯具的测试对比,总结出了LED灯具在发光效率等方面相对于传统灯具的优势,并通过对青藏车改造作为典范,为铁路列车室内照明设计和应用提供依据。