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The effect of friction block hole configurations on the brake tribological performance of high-speed trains

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Friction 2024年第10期12卷 2241-2258页

作者： Yuanke WU Wei CHEN Youguang ZHU zaiyu xiang Honghua QIAN Jiliang MO Zhongrong ZHOU Tribology Research Institute School of Mechanical EngineeringSouthwest Jiaotong UniversityChengdu 610031China China Railway Engineering Equipment Group Co. Ltd.Zhengzhou 450016China

Three triangular friction block configurations are commonly employed in high-speed train brake systems,namely,unperforated,perforated configuration with one circular hole,and perforated with three circular *** this study,we adopted these friction block types to investigate the effect of perforated friction block configurations on the brake performance of high-speed trains based on a self-developed brake test *** results indicate the significant impact of the number of the holes on the wear behavior,temperature distribution,and vibration characteristics of the brake *** friction surface of the unperforated block is covered by wear debris,while the perforated blocks produce less wear ***,the one-hole block exhibits a more uniform temperature distribution and better vibration behavior than that with three *** friction brake is a dynamic process,during which separation and attachment between the pad and disc alternatively occur,and the perforated structure on the friction block can both trap and expel the wear debris.

关键词： high-speed train block brake performance wear debris flow

Remaining useful life prediction for train bearing based on an ILSTM network with adaptive hyperparameter optimization

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Transportation Safety and Environment 2024年第2期6卷 75-86页

作者： Deqiang He Jingren Yan Zhenzhen Jin Xueyan Zou Sheng Shan zaiyu xiang Jian Miao State Key Laboratory of Featured Metal Materials and Life-cycle Safety for Composite Structures Guangxi Key Laboratory of Manufacturing System&Advanced Manufacturing Tec hnologySc hool of Mec hanical EngineeringGuangxi Univ ersityNanning 530004GuangxiChina Zhuzhou CRRC Times Electric Co. Ltd.Zhuzhou 412001HunanChina

Remaining useful life(RUL)prediction for bearing is a significant part of the maintenance of urban rail transit *** RUL is closely linked to the reliability and safety of train running,but the current prediction accuracy makes it difficult to meet the re-quirements of high reliability *** at the problem,a prediction model based on an improved long short-term memory(ILSTM)network is ***,the variational mode decomposition is used to process the signal,the intrinsic mode function with stronger representation ability is determined according to energy entropy and the degradation feature data is constructed com-bined with the time domain ***,to improve learning ability,a rectified linear unit(ReLU)is applied to activate a fully connected layer lying after the long short-term memory(LSTM)network,and the hidden state outputs of the layer are weighted by attention *** Harris Hawks optimization algorithm is introduced to adaptively set the hyperparameters to improve the performance of the ***,the ILSTM is applied to predict bearing *** experimental cases,the better perfor-mance in bearing RUL prediction and the effectiveness of each improving measures of the model are validated,and its superiority of hyperparameters setting is demonstrated.

关键词： train bearing remaining useful life prediction long short-term memory(LSTM) attention mechanism Harris Hawks op-timization(HHO)

基于摩擦自激振动升频效应的超低频振动能量收集

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机械工程学报 2021年第15期57卷 160-167页

作者：陈伟项载毓钱泓桦莫继良西南交通大学机械工程学院成都610031 西南交通大学轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室成都610031

低频振动在环境中广泛存在,针对目前低频振动能量收集效率低的问题,提出将外界低频振动转化成摩擦系统的自激振动,实现低频振动到高频振动的升频转换,以达到提高低频能量收集效率的目的。为此,首先建立了集总参数模型,从理论上阐明低频... 详细信息

低频振动在环境中广泛存在,针对目前低频振动能量收集效率低的问题,提出将外界低频振动转化成摩擦系统的自激振动,实现低频振动到高频振动的升频转换,以达到提高低频能量收集效率的目的。为此,首先建立了集总参数模型,从理论上阐明低频振动能量收集方法的可行性,并分析模拟了该模型压电电压与功率的输出特性;其次分别设计了往复摩擦自激振动能量收集试验和压电悬臂梁碰撞能量收集试验,对比分析将低频振动转化为摩擦振动能否提高压电输出功率。试验与仿真结果表明,利用摩擦自激振动能够显著提升振动频率。摩擦自激振动电压幅值随着激励频率的增大而增大,与碰撞电压相比,其电压幅值较低,但是频率得到了大幅提升。由于频率的提升,压电振子的能量输出大幅提升,使得超低频振动能量收集性能明显提高。

关键词：能量回收升频转换超低频振动摩擦自激振动

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高速列车盘形制动系统热机耦合特性分析

西南交通大学学报 2021年第2期56卷 428-436页

作者：王东伟吴霄项载毓莫继良中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610213 西南交通大学摩擦学研究所四川成都610031

为了研究热机耦合对高速列车制动系统动力学行为的影响,建立了高速列车制动系统三维瞬态热机耦合有限元模型,进行拖曳制动状态下热机耦合特性的计算与分析;采用ABAQUS/Explicit热-位移瞬态分析法,探讨列车制动过程中的温度分布特性和振... 详细信息

为了研究热机耦合对高速列车制动系统动力学行为的影响,建立了高速列车制动系统三维瞬态热机耦合有限元模型,进行拖曳制动状态下热机耦合特性的计算与分析;采用ABAQUS/Explicit热-位移瞬态分析法,探讨列车制动过程中的温度分布特性和振动行为,并与忽略热机耦合状态的系统动力学行为进行对比分析.研究结果表明:制动过程中闸片温度动态变化,且会形成局部高温区导致热斑形成;由于制动盘和闸片发生一定程度弹性翘曲变形,导致闸片温度周向分布和径向分布出现复杂的温度分布特性,在闸片的内外径处和进/出摩擦区域的温度分布差异显著;制动过程中闸片在法向和切向上的振荡程度逐渐减弱,但是总体变形量逐渐增大,位移形变量达到6μm;热变形主要发生在闸片两侧,闸片在进摩擦区的变形量(35μm)明显大于出摩擦区处(25μm),而闸片的中部出现明显的"凹陷",即随着制动进行,闸片中部区域没有出现明显的热变形;在热机耦合状态下,制动系统振动先增大后降低,整体振动强度比忽略热机耦合时强;界面接触力的波动程度先增大后降低,总体呈上升趋势.

关键词：高速列车制动系统热机耦合温度分布弹性变形

高速列车制动界面摩擦自激振动抑制及能量收集

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机械工程学报 2023年第12期59卷 318-331页

作者：项载毓莫继良朱松陈伟杜利清西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司常州213011

针对高速列车制动系统普遍存在摩擦振动噪声问题,尝试安装压电悬臂梁以实现摩擦自激振动的抑制和振动能量的收集。为此,在自行研制的高速列车制动性能模拟试验装置开展试验,并基于该试验装置开展有限元仿真分析,以及建立数值仿真分析模... 详细信息

针对高速列车制动系统普遍存在摩擦振动噪声问题,尝试安装压电悬臂梁以实现摩擦自激振动的抑制和振动能量的收集。为此,在自行研制的高速列车制动性能模拟试验装置开展试验,并基于该试验装置开展有限元仿真分析,以及建立数值仿真分析模型,讨论压电悬臂梁对制动系统摩擦自激振动及输出电压特性的影响。结果表明,安装合适的压电悬臂梁能够有效减小制动系统复特征值实部,实现制动系统摩擦自激振动的抑制,并将制动系统的高频摩擦自激振动能量转换为电能输出;安装压电悬臂梁有利于减少制动系统频率成份,从而优化其频率特性,但未显著改变制动系统的不稳定振动的频率和振型;合适的压电陶瓷参数对制动系统模态耦合特性以及不稳定振动强度未存在显著影响;输出电压大小与外部激励幅值呈正相关关系,由于高速列车制动系统能够产生高强度的摩擦自激振动,使得压电悬臂梁产生较大的电压输出。

关键词：高速列车制动界面摩擦振动噪声振动抑制能量收集

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基于热弹耦合的铸造起重机起升过程动态特性研究

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机械强度 2018年第3期40卷 679-686页

作者：黄斌冯立霞项载毓柳州职业技术学院机电工程学院柳州545000 广西科技大学鹿山学院机械工程系柳州545000

随着钢铁冶炼工业的快速发展,铸造起重机逐渐往大型化及高速化方向发展,其桥架结构的动态特性直接关系到整机的可靠性与安全性。以200/63 t铸造起重机为研究对象,建立了铁水包起升动力学模型,分析不同起升工况下该阶段钢丝绳的张力;以... 详细信息

随着钢铁冶炼工业的快速发展,铸造起重机逐渐往大型化及高速化方向发展,其桥架结构的动态特性直接关系到整机的可靠性与安全性。以200/63 t铸造起重机为研究对象,建立了铁水包起升动力学模型,分析不同起升工况下该阶段钢丝绳的张力;以铁水为热源及热辐射和热传导为传热方式,分析铁水包起升阶段桥架温度场;采用热弹耦合方法,加载桥架模型的节点温度,并以实际工况下的钢丝绳张力与主小车自重之和为载荷,对桥架进行瞬态动力学分析。结果表明,铁水包的起升位置及起升速度对钢丝绳的动态特性均有较大影响;桥架温度场随着铁水包的提升呈非线性变化,铁水包起升速度越快,桥架温度场的变化越明显;采用热弹耦合分析方法较准确地反应铁水包起升阶段桥架结构的动态应力及振动特性,为铸造起重机桥架的结构可靠性设计提供了理论依据。

关键词：铸造起重机起升动力学动态应力结构振动热弹耦合

基于小波时频分析和Inception-BiGRU模型的盾构滚刀偏磨故障诊断

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振动与冲击 2023年第15期42卷 232-240页

作者：樊翔翔项载毓孙瑞雪张敏莫继良西南交通大学机械工程学院成都610031 西南交通大学盾构/TBM装备摩擦学设计试验室成都610031

盾构机(tunnel boring machine, TBM)滚刀在重载、冲击和地质复杂的环境中服役,极易发生偏磨等失效故障,因此,掌握滚刀的磨损状态、实现基于数据驱动的滚刀偏磨故障诊断并指导滚刀的运维尤为重要。提出了一种基于小波时频分析和Inceptio... 详细信息

盾构机(tunnel boring machine, TBM)滚刀在重载、冲击和地质复杂的环境中服役,极易发生偏磨等失效故障,因此,掌握滚刀的磨损状态、实现基于数据驱动的滚刀偏磨故障诊断并指导滚刀的运维尤为重要。提出了一种基于小波时频分析和Inception-BiGRU模型的诊断模型以提高滚刀偏磨故障诊断效率。以滚刀为研究对象,在多功能缩比滚刀试验台上进行直线破岩试验,采集滚刀破岩时产生的振动加速度信号。采用连续小波变换获取反映振动信号时频域特征的小波时频图,进而以Inception模块的不同大小卷积核自适应地提取时频图中的多尺度空间信息,并通过添加双向门控循环单元(bidirectional gated recurrent units, BiGRU)使模型可更为准确地学习到时频图中丰富的时序依赖性关系,模型的超参数由贝叶斯优化算法确定。4种不同偏磨程度滚刀的诊断试验表明所提模型能够有效提取时频图中滚刀的偏磨特征并完成滚刀偏磨状态识别,实现端到端的盾构滚刀偏磨故障诊断。模型平均诊断准确率可达到98.5%,其诊断准确度和稳定性均优于其他常用算法,证明了所提方法的可行性。

关键词：盾构机(TBM) 滚刀偏磨故障诊断小波时频分析 Inception模块双向门控循环单元(BiGRU)

实现振动解耦的摩擦学行为模拟试验台设计方法

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摩擦学学报 2023年第11期43卷 1273-1284页

作者：刘启昂莫继良项载毓陈伟张棋翔周仲荣西南交通大学机械工程学院四川成都610031 广西大学机械工程学院广西南宁530004

摩擦学行为研究对认识界面摩擦磨损特征,揭示摩擦自激振动产生机理及演变规律,保证摩擦系统的可靠运行具有重要意义.目前的摩擦学行为模拟试验装置由于刚性连接方式对界面摩擦振动响应的干扰,难以精确开展摩擦学行为研究和材料磨损性能... 详细信息

摩擦学行为研究对认识界面摩擦磨损特征,揭示摩擦自激振动产生机理及演变规律,保证摩擦系统的可靠运行具有重要意义.目前的摩擦学行为模拟试验装置由于刚性连接方式对界面摩擦振动响应的干扰,难以精确开展摩擦学行为研究和材料磨损性能评估,亟需隔离摩擦界面与机械连接部件之间的耦合振动.为此,基于气浮轴承设计了1种可实现振动解耦的摩擦学行为模拟试验台,通过锤击试验以及与非振动解耦摩擦试验机的对比试验,测定并验证了试验台振动解耦功能的有效性.锤击试验表明,未充气状态下在气浮轴承轴套处检测到多个频率,而充气状态下仅有较低的单一频率存在.摩擦学对比试验发现,随着法向载荷或往复滑移频率的增加,振动解耦试验台测得的振动加速度均方根变化率线性增加,而非振动解耦试验机的振动加速度均方根变化率呈先增后减的趋势,存在明显差异.因此,该摩擦学行为模拟试验台成功实现了摩擦界面与机械连接部件之间的振动解耦,为进一步精确探究界面摩擦学行为的影响因素和演变规律、揭示摩擦自激振动产生机理以及在对比评估不同材料摩擦磨损性能时排除摩擦学设备的影响方面提供了新的思路及有效的手段.

关键词：摩擦学行为摩擦振动振动解耦气浮轴承试验装置

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高速列车制动摩擦块切入端特征对制动界面特性的影响

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中国机械工程 2021年第4期32卷 412-419页

作者：唐斌范志勇项载毓吴元科黄博莫继良西南交通大学机械工程学院成都610031 轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室成都610031

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对四种不同安装方向下的三角形摩擦块进行拖曳制动试验,研究了摩擦块的切入端特征对制动界面特性的影响,并采用有限元方法分析不同摩擦切入端特征下摩擦块的接触压力分布特点,探讨了摩擦块表面接... 详细信息

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对四种不同安装方向下的三角形摩擦块进行拖曳制动试验,研究了摩擦块的切入端特征对制动界面特性的影响,并采用有限元方法分析不同摩擦切入端特征下摩擦块的接触压力分布特点,探讨了摩擦块表面接触压力分布与其表面热分布、振动噪声特性的内在关联。结果表明:在摩擦制动过程中,摩擦块的切入端存在应力集中现象,尤其是当摩擦切入端是一个角的两条边时,摩擦切入端的角附近区域应力集中更为明显,从而引起制动系统产生高强度的振动噪声并导致摩擦块表面局部高温现象。

关键词：制动系统磨损热分布振动噪声接触压力