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。     

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。     

高速列车车下设备舱底板的可靠性研究

随着我国经济水平的不断提高和综合国力的提升,动车事业得到了迅猛发展,推动了我国交通事业的发展,拉动区域经济,缩小贫富差距。目前,我国高速列车营运速度为330千米每小时,最高时速可达380千米,运营速度位居世界前列。高速列车引进中国后,在车下设备舱底板可靠性研究领域还不成熟,大多数设计师则凭借自身的设计经验对高速列车车下设备舱进行研究和探索,由于高速列车车下设备舱底板的零部件没有可靠的评估方式,只能对其进行寿命试验。基于此,本文对高速列车车下设备舱底板的可靠性进行深入的研究并分析了我国高速列车的现状。     

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。     

动车组设备舱整体强度分析

设备舱是动车组非常重要的组成部分。为保证设备舱在各种环境中的静强度满足运用要求,在考虑不同工况的气动载荷的情况下,采用数值模拟的方法,对某型动车组的设备舱进行整体强度分析,为设备舱结构设计和安全运行提供依据和参考。     

多功能车下设备安装平台

高速动车组车下设备体积大、载重大,装配空间狭小,装配精度要求高。针对高速动车组车下设备安装难题,文中提出一种基于麦克纳姆轮的全向移动设备,介绍了设备的工作原理及实现方式,在此基础上自主研发了一套多功能车下设备安装平台,多功能车下设备安装平台额定移动灵活、定位精度高、额定载重大、具备升降及两平台拼接承载更大载重等功能,可极大地提高高速动车组车下设备装配的效率及质量。     

车下设备弹性悬挂对高速客车平稳性的影响

为了分析车下设备弹性悬挂参数对高速客车平稳性的影响,通过对CRH3型高速动车组的车体有限元模型进行模态计算,并利用多体动力学软件SIMPACK建立高速动车组单车刚柔耦合系统动力学模型,研究车下设备悬挂参数对车体振动的影响规律。通过对比分析刚性与弹性两种不同的车下设备联接方式,结果表明弹性联接方式能够对车体的弯曲振动起到一定的抑制作用,能够降低车下设备对车体振动的影响。当车下设备的垂向悬挂频率介于8~12Hz之间时,车体中部的垂向平稳性指标值最小,而车下设备垂向悬挂频率的改变对车体前端和后端的平稳性指标影响不大。这表明当车下设备的垂向悬挂频率接近车体的垂向弯曲频率时,只能在一定程度上降低车体中部的垂向振动。同样,车下设备横向悬挂刚度的改变对车体前端和后端的平稳性指标影响也不大,主要影响车体中部的横向平稳性指标,最终优化的车下设备横向悬挂刚度要大于1.2倍的垂向悬挂刚度。车下设备质量越重、离车体中部越近,车体中部的平稳性指标值越小即车辆的平稳性越好。     

追钩防摇原理模型及算法

门式集装箱起重机或绳索吊装设备在进行吊装的过程之中会出现摇晃的情况,进而使得无法平稳地准确控制设备抓放载重,并且还有着非常严重的安全隐患。所以必须要进行有效地防摇控制。为缓解门式集装箱起重机或绳索吊装设备等在吊装过程中的摇晃,提出一种追钩防摇控制方法。分析起重机设备吊装作业的场景,建立吊具摆动动力学模型,说明追钩防摇的原理,并运用追钩防摇原理,使用锯齿型防摇控制率和倒U型防摇控制率设计控制器,不考虑防摇控制距离的前提下,根据不同的情况提出优化控制参数。以优化后的控制参数为依据,采用Matlab/Simulink仿真软件进行了模拟仿真,并进行了实际应用验证。通过仿真与实际应用验证可知,通过此追钩防摇算法可有效缓解吊具摇动,使吊具保持较小的摇晃角度,其可以达到有效防摇的目的,能够有效地提高吊装的安全性。     

车下设备偏心对高速动车组运行平稳性的影响机理研究

建立包含车体弹性及车下设备的高速动车组精细化刚柔耦合动力学模型,研究车下设备固有频率优化取值,并研究车下设备偏心对整车振动性能的影响及其机理。结果表明,车下设备偏心会使车下设备六个方向自由度的振动发生耦合现象,导致各阶刚体振型及振型频率产生较大变化,致使车下设备固有频率偏离了原始设计最优值,减振效果降低、车辆运行平稳性变差。基于遗传算法,以解耦度为优化目标,以车下设备固有频率为约束条件,提出基于解耦度优化的车下设备悬挂系统各橡胶元件三向刚度协同设计方法。计算分析表明,车下设备各阶刚体振型可获得良好的解耦度,且悬挂系统减振效果显著,车辆运行平稳性得到有效改善。     

轨道车辆车下设备悬挂智能吸振设计研究

轨道车辆车下设备一般通过弹性悬挂安装在车体边梁或者底板安装座上,在车辆行驶过程中,其悬挂参数会对车体地板的振动产生一定的影响。建立了考虑车体柔性与车下设备的车辆系统刚柔耦合动力学模型,对车辆行驶过程中车下设备悬挂参数对车体振动响应的影响进行了计算分析。结果表明,车下设备悬挂参数一定程度上影响车体的振动,进而提出了一种轨道车辆车下设备悬挂智能吸振设计的设想。     

格栅式防凝露预制舱设计与研究

为了减少预制舱产品的凝露问题，分析了预制舱凝露问题产生的原因，针对具体原因对预制舱顶盖结构进行针对性优化，设计了一款格栅式防凝露预制舱结构。通过理论公式的推算，得到了格栅式防凝露预制舱顶盖保温层厚度与外界环境温度和选用材料种类的关系，可以指导保温材料种类和厚度的选择。依据上述设计方案，设计并加工了试验样机，对样机进行交变湿热试验。结果表明，格栅式防凝露预制舱能够有效避免凝露的产生，同时也验证了顶盖保温层厚度计算方法的科学性。     

高速动车组车下设备对车体振动传递与模态频率的影响机理研究

提出包含车下设备的高速动车组整备状态车体模态频率数值计算方法,并通过有限元分析及模态试验,验证该方法的准确性。理论研究车下设备对车体振动传递特性的影响,定义车体的名义垂向一阶弯曲模态频率,并结合数值计算、振动传递分析与模态试验分析,分析车下设备悬挂参数对车体模态频率的影响机理。研究表明,采用弹性吊挂的车下设备将与车体形成耦合振动系统,且耦合振动系统在原车体垂向一阶弯曲模态频率附近产生一个新的低频振动分量和一个新的高频振动分量;低频振动振型为车下设备垂向振动与车体垂向一阶弯曲振动同相,高频振动振型为二者反相振动;随着车下设备悬挂刚度的变化,车体的名义垂向一阶弯曲频率将会发生"频率跳变"现象。     

大型岸边集装箱主动防摇策略及仿真

对集装箱起重机运行中的吊重的摇摆进行了研究。用拉格朗日法建立了新型吊装设备的吊重摇摆的动力学模型,并采用ADAMS的CABLE模块建立了吊装设备的虚拟样机模型。提出了针对三个不同方向的防摇策略,并用ADAMS和MATLAB联合仿真验证了防摇策略的正确性。     

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。     

高速动车组设备舱模块裙板部件焊接工艺优化

本文对高速动车组设备舱模块裙板部件的焊接工艺做了分析研究,内容主要是裙板堵板的组装焊接工艺。通过设备舱裙板组焊过程的跟踪记录,对各个步骤节点中涉及到的焊接工艺要点进行分析说明,对焊接生产中显现出的质量问题做了分析记录并提出了相关解决方案,进而达到了对设备舱模块焊接过程的质量控制与工艺优化的目的。     

一种动车组用的防松标记涂打笔的设计和使用

动车组在检修作业时需要拆装螺栓,对有扭力要求的螺栓,在使用扭力扳手紧固后,必须在螺栓和工件表面涂打防松标记。通过对动车组日常检修作业时涂打防松标记的方式进行研究,总结动车组上常见的螺栓规格,设计了一种适用范围广、方便快捷的防松标记涂打笔,并重点介绍和说明了防松标记涂打笔的结构组成和使用方法。     

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。     

APS主风扇裂纹原因分析及改进措施

本文分析了某型高速动车组车下辅助变流器主风扇附近的箱体裂纹的原因,提出了改进方案。通过空气有限元仿真计算分析、应力和振动加速度测试,对改进方案进行了验证,改进后的辅助变流器箱体可以满足动车组安全运行的要求。     

车轮磨耗下车下悬吊系统振动特性研究

为研究高速动车组车下悬吊系统在车轮磨耗下的振动特性演变规律,建立考虑车体弹性振动和车下悬吊设备的刚柔耦合动力学模型,分析一个镟轮周期内车轮磨耗对车体和车下悬吊设备振动响应的影响。研究结果表明:车轮磨耗主要影响车下悬吊系统的横向振动,对垂向振动影响较小;在前5万km运营里程下,车体和车下设备的振动特性基本保持不变,随着里程的增加,车体和悬吊设备的振动特性不断恶化,当运营里程达到19.1万km时,车体和悬吊设备的振动加速度幅值达到了新轮下的2倍;车辆运行速度不高于140 km/h时,车轮磨耗对车体和设备的振动影响甚微,随着速度的增加,车轮磨耗对车体和悬吊设备的影响逐渐增大;通过选取合理的横向悬吊刚度可以有效抑制车轮磨耗对悬吊系统的影响,其取值范围在0.7~1.5 MN/m内比较合适。     

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。