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铁道车辆制动防滑控制仿真

铁道车辆制动防滑控制仿真

作者：张合吉西南交通大学

学位级别：硕士

安全制动是实现列车高速重载所面临的一个十分重要的课题,这就要求列车必须具有足够的制动能力并实现制动能力的充分发挥,而制动防滑控制是列车安全制动的重要保证。现有轨道车辆的制动主要通过轮轨间的黏着来实现,也就是黏着制动。轮... 详细信息

安全制动是实现列车高速重载所面临的一个十分重要的课题,这就要求列车必须具有足够的制动能力并实现制动能力的充分发挥,而制动防滑控制是列车安全制动的重要保证。现有轨道车辆的制动主要通过轮轨间的黏着来实现,也就是黏着制动。轮轨黏着问题虽然目前已经做了大量研究,但轮轨黏着的理论还远未达到完善的程度。鉴于上述原因,有必要深入研究黏着特性对车辆制动影响。本文主要开展以下工作：（1）建立了车辆制动防滑控制系统模型,包括车辆系统动力学模型、制动防滑控制逻辑、再生和空气制动力计算模块。车辆系统动力学模型采用多体系统动力学软件Simpack建立,而其他模块在Matlab/Simulink中建立,这样可实现动力学和控制系统的联合仿真。（2）研究了轮轨黏着特性对车辆制动防滑性能的影响。利用Polach黏着模型模拟了不同的黏着特性,分析了摩擦系数μ0、黏着缩减系数Ka和滑动缩减系数Ks三个参数对对制动性能的影响。并讨论了曲线半径对车辆制动的影响。（3）基于上述制动防滑控制系统模型,研究了空气制动和再生制动特性对车辆制动防滑性能的影响。（4）探讨了制动防滑控制逻辑中的门限值参数（车辆减速度阈值、蠕滑率阈值和滑动速度阈值）对车辆制动性能的影响。通过上述研究发现：（1）在决定黏着特性的参数中对车辆制动性能影响最大是摩擦系数,黏着曲线上升段特性和下降段特性对车辆制动影响不大;（2）在本文选取的工况下曲线半径对制动距离的影响很小,但随着区线半径的减小会显著延长制动时间;（3）空气制动和再生制动力矩在制动过程中都会增大,但两者增大的原因不同。空气制动防滑动作会造成车轮线速度的波动;（4）逻辑门限值控制中加速度阈值的选取不能过大也不能过小。过大会造成车轮在恶劣工况下打滑,过小则不能实现黏着的最佳利用。蠕滑率门限值和滑动速度门限值对制动性能影响不大。

关键词：制动防滑车辆动力学黏着逻辑门限值控制计算机仿真

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踏面制动温升对重载铁路车轮磨耗的影响

机械工程学报 2017年第2期53卷 92-98页

作者：陈帅吴磊张合吉温泽峰王衡禹西南交通大学机械工程学院成都610031 西南交通大学峨眉校区机械工程系峨眉614202 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

建立一个考虑踏面制动温升影响的重载铁路车轮磨耗预测模型,模型中通过考虑温度对车轮、钢轨硬度的影响,实现温度对车轮磨耗影响的研究。相对以往的轮轨磨耗预测模型,该数值预测模型可以考虑轮轨接触界面有较大摩擦温升(如重载铁路踏面... 详细信息

建立一个考虑踏面制动温升影响的重载铁路车轮磨耗预测模型,模型中通过考虑温度对车轮、钢轨硬度的影响,实现温度对车轮磨耗影响的研究。相对以往的轮轨磨耗预测模型,该数值预测模型可以考虑轮轨接触界面有较大摩擦温升(如重载铁路踏面制动)时的轮轨磨耗演化机理,使预测结果更加符合实际情况。用所建立的轮轨磨耗数值预测模型,研究重载列车紧急制动时的车轮磨耗,分析考虑和不考虑温度影响下的车轮磨耗状态。结果表明:重载铁路踏面制动摩擦温升会加剧车轮磨耗,与不考虑摩擦温升相比,考虑摩擦温升时车轮总磨耗体积增加12.1%,当制动温升达到最高时最大磨耗深度增加22.5%。

关键词：制动温升 Archard磨耗模型 FASTSIM算法磨耗体积磨耗深度

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黄河南月堤堤段连续槽法防渗墙施工

人民黄河 1998年第6期20卷 7-8页

作者：张合吉谢有成河南黄河河务局郑州450003

对于黄河大堤堤身存在的裂缝、隐蔽孔洞、堤身强透水层等隐患，采用修筑堤身混凝土防渗墙的措施进行加固。郑州南月堤堤段采用了液压开槽机连续槽法修建防渗墙施工技术，提高了防渗墙的整体性和连续性，并在满足抗渗要求的前提下可施工... 详细信息

对于黄河大堤堤身存在的裂缝、隐蔽孔洞、堤身强透水层等隐患，采用修筑堤身混凝土防渗墙的措施进行加固。郑州南月堤堤段采用了液压开槽机连续槽法修建防渗墙施工技术，提高了防渗墙的整体性和连续性，并在满足抗渗要求的前提下可施工薄墙，降低了工程造价。

关键词：防渗墙施工技术堤防加固连续槽法黄河

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开槽植膜技术在沁河新左堤裂缝处理中的应用

人民黄河 1999年第1期21卷 10-11页

作者：刘树利张合吉焦作市黄河河务局河南黄河河务局

针对沁河杨庄改道工程新左堤堤身裂缝的问题，采用开槽植膜施工技术对堤身进行了加固处理。加固工程采用液压开槽机连续开槽、连续植膜、分段回填新工艺，在开槽机开出槽孔有效长度５～６ｍ后，从槽孔起始端开始分次连续铺设土工布，固... 详细信息

针对沁河杨庄改道工程新左堤堤身裂缝的问题，采用开槽植膜施工技术对堤身进行了加固处理。加固工程采用液压开槽机连续开槽、连续植膜、分段回填新工艺，在开槽机开出槽孔有效长度５～６ｍ后，从槽孔起始端开始分次连续铺设土工布，固定隔离袋，在两袋间槽孔内回填土料，并对土工布顶部进行压埋处理，形成了长度为５０ｍ、深度为１１ｍ的整体式土工布防渗墙，为黄河下游堤防堤身裂缝的有效处理提供了新的思路和措施。

关键词：开槽植膜堤防加固沁河新左堤堤身裂缝

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地铁异常磨耗车轮与辙叉接触分析

机械工程学报 2018年第4期54卷 117-123页

作者：张合吉何泽寒刘建桥吴磊王衡禹温泽峰西南交通大学牵引动力国家重点实验室西南交通大学机械工程学院西南交通大学峨眉校区机械工程系

针对地铁运营中出现的道岔心轨损伤问题,调查并测量了车轮型面和辙叉区轨头型面,发现运营3.1万km后车轮踏面发生异常磨耗,在踏面尾部出现凸台(或称假轮缘);在翼轨上存在沟槽磨耗。基于实测型面建立了车轮辙叉接触有限元模型,结合迹线法... 详细信息

针对地铁运营中出现的道岔心轨损伤问题,调查并测量了车轮型面和辙叉区轨头型面,发现运营3.1万km后车轮踏面发生异常磨耗,在踏面尾部出现凸台(或称假轮缘);在翼轨上存在沟槽磨耗。基于实测型面建立了车轮辙叉接触有限元模型,结合迹线法,分析了不同凸台高度的车轮分别与新辙叉、磨耗辙叉之间的接触几何关系和接触应力。对比分析结果表明,具有凸台的车轮异常磨耗对轮轨接触不利,会减小车轮与新辙叉的接触面积,增大轮轨接触应力。在轮对横移时,凸台磨耗会造成车轮与心轨薄弱处接触,易导致心轨损伤。采用镟修异常磨耗车轮或合理的闸瓦与车轮匹配关系,可消除或减缓车轮凸台形异常磨耗,从而避免道岔心轨损伤。

关键词：轮轨接触地铁车轮道岔异常磨耗有限元法

车辆轨道关键参数对高速铁路钢轨波磨发展的影响

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机械工程学报 2018年第4期54卷 57-63页

作者：蒋忠辉赵国堂张合吉吴磊温泽峰王衡禹西南交通大学牵引动力国家重点实验室中国铁路总公司西南交通大学峨眉校区机械工程系

基于轮轨垂向动力学、轮轨滚动接触理论以及磨耗理论建立高速铁路无砟轨道钢轨波磨发展的理论计算模型,并发展出相应的数值仿真方法。其中轮轨垂向动力学模型包含高速车辆和高速铁路无砟轨道模型;采用Hertz接触理论和Carter二维轮轨接... 详细信息

基于轮轨垂向动力学、轮轨滚动接触理论以及磨耗理论建立高速铁路无砟轨道钢轨波磨发展的理论计算模型,并发展出相应的数值仿真方法。其中轮轨垂向动力学模型包含高速车辆和高速铁路无砟轨道模型;采用Hertz接触理论和Carter二维轮轨接触理论计算轮轨切向力;利用摩擦功磨耗模型计算钢轨表面的磨耗。利用数值仿真再现了高速铁路钢轨波磨的演化过程,以此来研究车辆一系悬挂刚度以及悬挂阻尼,轨道扣件刚度、扣件阻尼以及钢轨硬度对高速铁路钢轨波磨发展的影响规律。结果表明:文中模拟所得的钢轨波磨波长特征与高速铁路上的波磨调查结果相符;较小的车辆一系悬挂刚度,适当的一系悬挂阻尼和扣件刚度,以及较大的扣件阻尼和钢轨硬度有利于抑制高速铁路钢轨波磨的发展。

关键词：高速铁路无砟轨道钢轨波磨动力学轮轨接触理论

钢轨打磨小车振动特性及其对打磨质量影响的研究

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机械 2020年第8期47卷 44-51页

作者：李俊张合吉陈帅吴磊王衡禹西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学机械工程学院四川成都610031

钢轨打磨小车是打磨列车进行打磨作业的主要执行机构,钢轨打磨小车工作时的振动状态会直接影响打磨质量。本文为探究钢轨打磨小车的振动特性及其对打磨质量的影响,分别在不同打磨速度和不同轨道波磨条件下进行了钢轨打磨小车的打磨实验... 详细信息

钢轨打磨小车是打磨列车进行打磨作业的主要执行机构,钢轨打磨小车工作时的振动状态会直接影响打磨质量。本文为探究钢轨打磨小车的振动特性及其对打磨质量的影响,分别在不同打磨速度和不同轨道波磨条件下进行了钢轨打磨小车的打磨实验,并对钢轨打磨小车在不同工况下的振动特性及打磨对钢轨不平顺质量的改善进行了现场测试。测试结果表明打磨小车在作业时的主要振动激励来源于砂轮与钢轨相互作用产生的振动,其频率与电机转子的旋转频率相同;随着打磨速度的增加,打磨小车各主要结构的振动幅值降低,且打磨后的钢轨不平顺质量有所提高;在具有波磨的轨道上进行打磨作业时,打磨小车各主要结构的振动幅值均高于在无波磨的轨道上打磨的幅值;当波磨的通过频率与打磨电机的激振频率吻合时,对钢轨打磨小车的振动和打磨后的钢轨不平顺质量均不利。

关键词：钢轨打磨振动打磨速度钢轨波磨钢轨不平顺

车轮多边形对地铁车辆一系钢弹簧疲劳寿命的影响研究

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机械 2020年第6期47卷 44-50页

作者：何伟张合吉陈帅吴磊王衡禹西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学机械工程学院四川成都610031

针对国内某地铁线路车辆在运行中出现一系钢弹簧疲劳断裂的现象,对车轮多边形对地铁车辆一系钢弹簧疲劳寿命的影响进行了研究。通过对发生断簧位置的车轮表面状态进行测试,发现车轮存在明显的六阶车轮多边形磨耗。通过一系钢弹簧动应力... 详细信息

针对国内某地铁线路车辆在运行中出现一系钢弹簧疲劳断裂的现象,对车轮多边形对地铁车辆一系钢弹簧疲劳寿命的影响进行了研究。通过对发生断簧位置的车轮表面状态进行测试,发现车轮存在明显的六阶车轮多边形磨耗。通过一系钢弹簧动应力测试,发现了车轮多边形激励导致弹簧共振可能是一系钢弹簧断裂的原因。基于SIMPACK和ANSYS相结合建立了考虑一系钢弹簧柔性的刚柔耦合动力学模型,计算了不同多边形状态下一系钢弹簧的应力载荷谱,采用Miner线性累积损伤理论对弹簧疲劳寿命进行了计算和对比分析。研究结果表明:地铁车辆车轮多边形的阶次、波深以及列车的运行速度对一系钢弹簧的疲劳寿命都有很大的影响,且当车轮多边形通过频率与一系钢弹簧固有频率接近时,其寿命显著降低。降低弹簧座橡胶垫刚度可以提高隔振能力,增加弹簧使用寿命。

关键词：地铁车辆一系钢弹簧车轮多边形疲劳寿命

不同轨道结构形式下地铁车辆部件振动及应力分析

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机械 2020年第9期47卷 17-24页

作者：周磊张政张合吉吴磊王衡禹中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 西南交通大学机械工程学院四川成都610031

国内某地铁线路主要存在普通短轨枕整体道床、12 mm弹性短轨枕整体道床、18 mm弹性短轨枕整体道床三种轨道结构形式,为了研究不同轨道结构形式下车辆部件振动加速度及应力的差异,通过现场测试和数值分析的方法,对该地铁车辆部件运行状... 详细信息

国内某地铁线路主要存在普通短轨枕整体道床、12 mm弹性短轨枕整体道床、18 mm弹性短轨枕整体道床三种轨道结构形式,为了研究不同轨道结构形式下车辆部件振动加速度及应力的差异,通过现场测试和数值分析的方法,对该地铁车辆部件运行状态及特性进行调查。通过对比测试数据发现,在该线路普通短轨枕整体道床上运行时,车辆部件振动加速度RMS值、一系钢弹簧应力RMS值均超过其他两种轨道结构形式上测试结果的两倍,在不同轨道结构形式下,车辆部件振动加速度、一系钢弹簧应力测试数据的特征峰值频率均与对应区段轨道表面不平顺通过频率吻合。基于线性累计损伤理论,结合一系钢弹簧应力测试结果计算弹簧疲劳寿命发现,在12 mm和18 mm弹性短轨枕整体道床线路运行时,弹簧的疲劳寿命达到设计要求;在该线路普通弹性短轨枕整体道床线路运行时的弹簧疲劳寿命远小于其他两种轨道结构形式下的计算结果,仅9.77万公里。

关键词：轨道结构形式车辆部件振动一系钢弹簧疲劳寿命