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Railway Engineering Science 2024年第4期32卷 461-479页

作者： Hao Wu Jing Wei Pingbo Wu Fansong Li yayun qi School of Mechanical Engineering Southwest Jiaotong UniversityChengdu 610031China College of Mechanical and Vehicle Engineering Chongqing UniversityChongqing 400044China State Key Laboratory of Rail Transit Vehicle System Southwest Jiaotong UniversityChengdu 610034China School of Mechanotronics and Vehicle Engineering Chongqing Jiaotong UniversityChongqing 400074China

High-speed trains typically utilize helical gear transmissions,which significantly impact the bearing load capacity and fatigue service performance of the gearbox *** paper focuses on the gearbox bearings,establishing dynamic models for both helical gear and herringbone gear transmissions in high-speed *** modeling particularly emphasizes the precision of the bearings at the gearbox's pinion and gear *** this model,a comparative analysis is conducted on the bearing loads and contact stresses of the gearbox bearings under uniform-speed operation between the two gear *** findings reveal that the helical gear transmission generates axial forces leading to severe load imbalance on the bearings at both sides of the large gear,and this imbalance intensifies with the increase in train ***,this results in a significant increase in contact stress on the bearings on one *** adoption of herringbone gear transmission effectively suppresses axial forces,resolving the load imbalance issue and substantially reducing the contact stress on the originally biased side of the *** study demonstrates that employing herringbone gear transmission can significantly enhance the service performance of high-speed train gearbox bearings,thereby extending their service life.

关键词： High-speed train Herringbone gear Helical gear Gearbox bearings Contact stress

Rotary-scaling fine-tuning (RSFT) method for optimizing railway wheel profiles and its application to a locomotive

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Railway Engineering Science 2020年第2期28卷 160-183页

作者： Yunguang Ye yayun qi Dachuan Shi Yu Sun Yichang Zhou Markus Hecht Institute of Land and Sea Transport Systems Technical University of Berlin10587 BerlinGermany State Key Laboratory of Traction Power Southwest Jiaotong UniversityChengdu 610331China College of Transportation Science and Engineering Nanjing Tech UniversityNanjing 210009China

The existing multi-objective wheel profile optimization methods mainly consist of three sub-modules:(1)wheel profile generation,(2)multi-body dynamics simulation,and(3)an optimization *** the first module,a comparably conservative rotary-scaling finetuning(RSFT)method,which introduces two design variables and an empirical formula,is proposed to fine-tune the traditional wheel profiles for improving their engineering *** the second module,for the TRAXX locomotives serving on the Blankenburg–Rubeland line,an optimization function representing the relationship between the wheel profile and the wheel–rail wear number is established based on Kriging surrogate model(KSM).For the third module,a method combining the regression capability of KSM with the iterative computing power of particle swarm optimization(PSO)is proposed to quickly and reliably implement the task of optimizing wheel ***,with the RSFT–KSM–PSO method,we propose two wear-resistant wheel profiles for the TRAXX locomotives serving on the Blankenburg–Rubeland line,namely S1002-S and *** S1002-S profile minimizes the total wear number by 30%,while the S1002-M profile makes the wear distribution more uniform through a proper sacrifice of the tread wear number,and the total wear number is reduced by 21%.The quasi-static and hunting stability tests further demonstrate that the profile designed by the RSFT–KSM–PSO method is promising for practical engineering applications.

关键词： Wheel profile optimization Wear reduction Rotary-scaling fine-tuning Particle swarm optimization Kriging surrogate model

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高速列车车轮型面多目标优化研究

机械工程学报 2022年第24期58卷 188-197页

作者：祁亚运戴焕云干锋重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

对于动车组车轮磨耗引起的动力学性能降低问题,车轮型面优化是一个很好的解决方案。采用旋转压缩微调法(Rotary-scaling fine-tuning method,RSFT)进行型面生成;建立某型动车组车辆动力学模型,采用该模型计算相应的优化目标和约束条件;... 详细信息

对于动车组车轮磨耗引起的动力学性能降低问题,车轮型面优化是一个很好的解决方案。采用旋转压缩微调法(Rotary-scaling fine-tuning method,RSFT)进行型面生成;建立某型动车组车辆动力学模型,采用该模型计算相应的优化目标和约束条件;利用径向基神经网络-粒子群(Radial-based neural network-particle swarm optimization,RBF-PSO)算法优化出最优廓形。通过对比优化前后车轮型面的动力学性能和磨耗性能,可以发现:优化后车轮型面临界速度为424.6 km/h,增大10.2%;横向平稳性和垂向平稳性指标整体减小,同时提高了曲线通过时的安全性指标,脱轨系数、倾覆系数和轮轴横向力都进一步减小。优化后车轮型面接触点分布相对更加均匀,等效锥度减小。同时优化后车轮型面有效减小车轮磨耗深度,并减小了轮缘根部磨耗,车轮最大磨耗深度减小9.8%。

关键词：高速列车车轮型面优化多目标车轮磨耗轮轨接触

牵引电机谐波转矩对高速动车动力学性能的影响

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振动与冲击 2018年第19期37卷 153-158,182页

作者：徐坤曾京祁亚运晏永西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

在传统的车辆系统动力学分析中,很少考虑牵引电机谐波转矩的影响,实际上,谐波转矩会造成电机转速的振动,进而对车辆系统产生动作用力。为了计算牵引电机谐波转矩及其对高速动车组动力学性能的影响,针对国内某型动车组上的牵引电机参数,... 详细信息

在传统的车辆系统动力学分析中,很少考虑牵引电机谐波转矩的影响,实际上,谐波转矩会造成电机转速的振动,进而对车辆系统产生动作用力。为了计算牵引电机谐波转矩及其对高速动车组动力学性能的影响,针对国内某型动车组上的牵引电机参数,计算了前4次谐波转矩的含量并且加入到车辆系统动力学模型中,经计算发现:谐波转矩对车辆系统的舒适度、磨耗功指标影响较大,对临界速度、横向与垂向平稳性指标、脱轨系数和最大轮轴横向力影响不大;谐波转矩也会较明显地加大齿轮箱、牵引电机本身的纵向加速度均方根值。进一步比较发现:随着速度的升高,谐波转矩对它们的影响会越来越大。

关键词：牵引电机谐波转矩高速动车组动力学

高速动车电机架悬参数对转向架动力学性能影响研究

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振动与冲击 2018年第20期37卷 95-100,108页

作者：徐坤曾京黄彩虹祁亚运西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

为研究电机架悬参数对转向架动力学性能的影响,建立了等效到单轮对的2自由度横向简化模型和8自由度单转向架横向动力学模型,分析了在轮对横向激振下、在不同电机悬挂参数下,构架横移和电机相对构架横移的变化规律,最后研究了电机架悬参... 详细信息

为研究电机架悬参数对转向架动力学性能的影响,建立了等效到单轮对的2自由度横向简化模型和8自由度单转向架横向动力学模型,分析了在轮对横向激振下、在不同电机悬挂参数下,构架横移和电机相对构架横移的变化规律,最后研究了电机架悬参数对转向架稳定性的影响。计算结果表明:当电机横移频率接近且略小于转向架蛇行频率时,构架横移最小,线性临界速度最大,但是此时电机相对构架横移很大,此时电机相当于一个动力吸振器,把构架的振动转移到电机上来。电机横移阻尼比越小,构架横移越小,线性临界速度越高,但是电机相对构架横移越大。为了兼顾两者,电机横移阻尼可以适当取大一点。

关键词：电机架悬参数动力响应稳定性线性临界速度

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牵引电机架悬参数对动车转向架稳定性的影响

铁道学报 2019年第8期41卷 32-38页

作者：徐坤曾京黄彩虹祁亚运西南交通大学牵引动力国家重点实验室

目前研究牵引电机架悬参数对动车转向架稳定性的影响主要局限于对转向架线性临界速度的影响,对非线性临界速度的影响较少涉及。根据国内某型动车组牵引电机悬挂方式,导出动车转向架动力学方程,利用延续算法求得转向架横移极限环曲线,得... 详细信息

目前研究牵引电机架悬参数对动车转向架稳定性的影响主要局限于对转向架线性临界速度的影响,对非线性临界速度的影响较少涉及。根据国内某型动车组牵引电机悬挂方式,导出动车转向架动力学方程,利用延续算法求得转向架横移极限环曲线,得到转向架线性、非线性临界速度,研究牵引电机架悬参数对其影响。研究发现:牵引电机架悬参数对线性、非线性临界速度影响存在一定差异。利用Hopf分叉范式理论研究系统的三次共振项系数与转向架线性、非线性临界速度的关系。计算表明:系统的三次共振项系数的实部越大,其线性临界速度与非线性临界速度相差越大。

关键词：牵引电机架悬参数稳定性极限环 Hopf分叉

基于曲线通过性能的地铁车辆动刚度转臂节点参数优化

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振动与冲击 2022年第20期41卷 119-125,234页

作者：祁亚运戴焕云桑虎唐干锋重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

地铁线路小曲线段众多,造成了地铁车辆车轮磨耗严重。当一系转臂定位节点采用考虑频变特性的变刚度转臂定位节点时,可以有效提高车辆的曲线通过性能和稳定性。首先,建立基于变刚度转臂定位节点的地铁车辆动力学模型,并分析其相关频变特... 详细信息

地铁线路小曲线段众多,造成了地铁车辆车轮磨耗严重。当一系转臂定位节点采用考虑频变特性的变刚度转臂定位节点时,可以有效提高车辆的曲线通过性能和稳定性。首先,建立基于变刚度转臂定位节点的地铁车辆动力学模型,并分析其相关频变特性。然后,通过采用Kriging surrogate model-particle swarm optimization(KSM-PSO)算法对于变刚度转臂定位节点参数进行优化,其中以车轮磨耗和车体横向平稳性为优化目标,进一步优化出适合地铁车辆的变刚度模型节点参数。结果表明:采用优化后的参数其临界速度为211.8 km/h,相对于定刚度模型临界速度增大4.1%,优化后节点参数进一步降低了脱轨系数和轮轴横向力。最后,分析优化后参数对于小曲线段车轮磨耗的影响,曲线外侧车轮磨耗减小31.4%,曲线内侧车轮磨耗较优化前减小22.4%。因此,优化后动刚度转臂节点参数能够提升地铁车辆曲线通过性能并减小车轮小曲线上的磨耗。

关键词：地铁车辆动刚度转臂节点 KSM-PSO算法参数优化

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高速动车组转向架蛇行状态下的车轮磨耗分析

振动与冲击 2023年第7期42卷 38-45,76页

作者：祁亚运戴焕云吴昊杨震寰重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

随着运营里程和速度的不断增大,我国高速动车组车轮磨耗逐渐增大,同时对车辆稳定性造成了一定影响。经过大量的线路试验表明,动车组运营中出现了大量的抖车问题,并且有些线路出现长距离的转向架蛇行失稳状态。针对以上现象,对高速动车... 详细信息

随着运营里程和速度的不断增大,我国高速动车组车轮磨耗逐渐增大,同时对车辆稳定性造成了一定影响。经过大量的线路试验表明,动车组运营中出现了大量的抖车问题,并且有些线路出现长距离的转向架蛇行失稳状态。针对以上现象,对高速动车组转向架蛇行状态下的车轮磨耗问题进行分析,首先建立某型动车组车辆动力学模型和Jendel车轮磨耗模型,并通过实测数据对动力学模型进行验证;然后分析车辆在转向架蛇行状态下的轮轨接触参数规律,最后对有无激励、不同蛇行幅值、线路参数对于车轮磨耗的影响进行探讨。结果表明:蛇行状态下车轮磨耗出现不同程度的增大,同时蛇行幅值越大,车轮磨耗越大,在长距离蛇行状态运行200000 km后,可以看出踏面磨耗主要集中在-40~30 mm之间,车轮最大磨耗深度为0.58 mm左右。因此,在动车组服役过程中需要关注车轮蛇行运动稳定性,避免转向架蛇行失稳后造成的车轮磨耗增大现象。

关键词：高速动车组转向架蛇行轮轨接触车轮磨耗磨耗预测

变刚度转臂定位节点对地铁车辆车轮磨耗的影响

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振动与冲击 2019年第6期38卷 100-107页

作者：祁亚运戴焕云魏来干锋徐坤西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

随着地铁运营里程和载客量的增大,地铁车辆车轮磨耗问题加重。由于Poynting-Thomson模型具有良好的频变特性,能够改善车辆曲线通过性能,将其用于地铁车辆的变刚度转臂节点定位节点仿真。对比分析了定刚度模型与变刚度模型的曲线通过性能... 详细信息

随着地铁运营里程和载客量的增大,地铁车辆车轮磨耗问题加重。由于Poynting-Thomson模型具有良好的频变特性,能够改善车辆曲线通过性能,将其用于地铁车辆的变刚度转臂节点定位节点仿真。对比分析了定刚度模型与变刚度模型的曲线通过性能,并采用ZOBORY磨耗模型计算了通过曲线时的车轮磨耗深度。计算结果表明:变刚度模型有效地减小了车轮通过曲线时的磨耗功、轮对冲角和蠕滑力,直线工况下变刚度模型车轮1位右轮磨耗深度减小46%;曲线工况下变刚度模型大幅降低了车轮磨耗,同时当曲线半径越小时,车轮变刚度模型降低磨耗效果越佳;当两种模型磨耗5万km时,变刚度模型磨耗深度比定刚度模型小42.2%;计算了定刚度模型不同参数对车轮磨耗的影响,串联刚度对磨耗的影响最大,并联刚度和并联阻尼系数对车轮磨耗影响较小,但参数选取时还应结合动力学影响。

关键词：变刚度节点曲线通过车轮磨耗地铁车辆磨耗预测

基于车轮磨耗和舒适度的CRH3型动车组型面优化研究

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振动与冲击 2021年第18期40卷 148-155页

作者：祁亚运戴焕云干锋魏来桑虎唐重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

随着我国高速列车运营里程不断增大,车辆车轮磨耗日益突出,旅客舒适度近一步降低。车轮磨耗带来的次生问题已经严重影响着我国高速铁路运营的经济性。而这些问题的核心在于轮轨接触关系的变化,该研究在原有车轮型面的基础上,采用了旋转... 详细信息

随着我国高速列车运营里程不断增大,车辆车轮磨耗日益突出,旅客舒适度近一步降低。车轮磨耗带来的次生问题已经严重影响着我国高速铁路运营的经济性。而这些问题的核心在于轮轨接触关系的变化,该研究在原有车轮型面的基础上,采用了旋转压缩微调法进行车轮型面设计。以车轮踏面磨耗和舒适度为优化目标,采用Kriging代理模型(KSM)和粒子群优化(PSO)算法优化出最优型面。并对优化后型面的轮轨接触特性,动力学特性和车轮磨耗进行仿真分析。结果表明:优化后型面其轮轨接触点分布更加均匀,轮轨最大接触应力进一步减小;同时其临界速度进一步提高,增大了35km/h;在直线和曲线工况下,横向平稳性指标有了进一步降低;优化后型面其轮轨磨耗性能进一步提高,最大磨耗深度减小13.4%。

关键词：高速动车组车轮磨耗旋转压缩微调(RSFT)法 Kriging代理模型-粒子群优化(KSM-PSO)算法车轮型面优化