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Cu,Fe和SiO_(2)粉末对轮轨间摩擦性能影响试验

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中国铁道科学 2024年第3期45卷 107-116页

作者：宋瑞孙丽霞张忠凯徐力吴毅沈钢同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海201804 中铁检验认证中心有限公司北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司标准计量研究所北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京100081 高速铁路与城轨交通系统技术国家工程研究中心轮轨关系实验室北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所北京100081

为寻找可替代硬质氧化物颗粒且能增加摩擦系数,并能减少对轮轨表面损伤的增黏材料,利用销盘摩擦试验机,在试验压力为0.5 MPa、转速为100,200,350,500 r·min^(-1)条件下,采用向轮轨摩擦表面添加粉末并观测摩擦表面形貌的方法,比较测试Cu... 详细信息

为寻找可替代硬质氧化物颗粒且能增加摩擦系数,并能减少对轮轨表面损伤的增黏材料,利用销盘摩擦试验机,在试验压力为0.5 MPa、转速为100,200,350,500 r·min^(-1)条件下,采用向轮轨摩擦表面添加粉末并观测摩擦表面形貌的方法,比较测试Cu,Fe与SiO_(2)粉末对摩擦系数、磨损量及表面硬度影响的差异性。结果表明:Cu,Fe粉末增加轮轨间摩擦系数的作用大于硬质SiO_(2)粉末,在摩擦表面添加Cu粉后摩擦系数增加0.2~0.3,添加Fe粉后增加0.1~0.2,添加SiO_(2)粉后在转速低于200 r·min^(-1)条件下增幅低于0.1,但在转速高于200 r·min^(-1)条件下并没有增加;低转速条件下SiO_(2)和Fe粉末使磨损量增加40%以上,而在转速大于200 r·min^(-1)时Cu粉末使磨损量降低50%,原因在于高硬度粒子加剧了对摩擦表面的犁削程度,导致磨损量成倍增加,而Cu粉末在剪切力的作用下易发生大塑性变形,从而黏附在摩擦表面,起到增大摩擦力和减小磨损量的作用;低速条件下Fe粉末和SiO_(2)粉末硬度高,与摩擦表面形成咬合作用,导致摩擦系数增加,而在转速提高时Fe和SiO_(2)粉末被粉碎细化,微细颗粒具有滚动效应,弱化了摩擦表面间的剪切力,难以起到增加摩擦系数的作用。

关键词：轮轨关系轮轨摩擦粉末颗粒磨损增黏摩擦系数

不同边界工况下受电弓区域流场结构及气动噪声特性对比分析

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中国铁道科学 2024年第3期45卷 117-127页

作者：潘永琛张格明李志强柳润东刘兰华苏林潘镜冲中国铁道科学研究院集团有限公司节能环保劳卫研究所北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司科信部北京100081 中国科学院声学研究所中国科学院水声环境特性重点实验室北京100190

为研究流场结构对受电弓气动噪声的影响,运用分离涡模拟方法和FW-H方程对高速受电弓区域流场结构和气动声场进行数值计算,对比分析平面和车体凹腔2种边界工况下流场特性、涡旋结构以及气动噪声特性的变化差异,为局部结构的气动声学优化... 详细信息

为研究流场结构对受电弓气动噪声的影响,运用分离涡模拟方法和FW-H方程对高速受电弓区域流场结构和气动声场进行数值计算,对比分析平面和车体凹腔2种边界工况下流场特性、涡旋结构以及气动噪声特性的变化差异,为局部结构的气动声学优化以及仿真预测提供参考。结果表明:边界形式对局部流动具有明显的调制作用,速度场、涡量场均发生较显著的变化,相比于平面边界工况,车体凹腔边界工况下涡旋尺度增大,流动结构变得更为“有序”;车体凹腔边界工况下受电弓表面声压级相对较低,且气动噪声能量主要分布集中在500 Hz内的低频段;不同边界工况下Lamb矢量散度分布特征显示,气动声源的类型未发生变化,且车体凹腔边界工况下气动声源强度相对较弱;2种边界工况下的螺旋度分布差异意味着边界形式对流场的调制影响湍流能量的输运过程以及气动噪声能量的转化效率。

关键词：受电弓流场气动噪声边界形式涡旋结构

基于机器学习的高铁边坡位移预测不确定性度量与应用

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中国铁道科学 2024年第1期45卷 56-67页

作者：邓志兴谢康李泰灃苏谦韩征肖宪普中南大学土木工程学院湖南长沙410083 西南交通大学土木工程学院四川成都610000 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050000

为解决不确定性问题对高铁边坡位移预测精度的影响,引入区间预测理论量化位移预测中的不确定性问题,并建立Bootstrap-GRU-BP混合区间预测模型(BGB模型)。该模型首先采用基于Bootstrap的门控循环单元(Gated Recurrent Unit,GRU)算法度量... 详细信息

为解决不确定性问题对高铁边坡位移预测精度的影响,引入区间预测理论量化位移预测中的不确定性问题,并建立Bootstrap-GRU-BP混合区间预测模型(BGB模型)。该模型首先采用基于Bootstrap的门控循环单元(Gated Recurrent Unit,GRU)算法度量位移预测均值和认知误差的方差,再采用BP算法度量随机误差的方差,然后将位移预测均值、认知误差和随机误差的方差3者结合在一起,量化出一定置信水平下的预测区间。最后,基于杭绍台高铁沿线边坡的监测数据,探讨BGB模型认知不确定性的响应特征,并通过对比多种区间预测模型来验证BGB模型的优越性。结果表明:BGB模型不仅能构造清晰可靠的预测区间,还能提供高精度的点预测结果;改变模型输入特征和预测算法会导致认知不确定性的改变,而BGB模型所构造的预测区间能正确地响应不确定性的变化;对比以极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)和支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)为核心的区间预测模型,BGB模型的区间预测和点预测性均能更优。研究成果可为高铁边坡位移发展提供可靠的预测结果,进而为高铁边坡可靠度分析提供理论基础。

关键词：边坡位移预测不确定性度量区间预测机器学习 Bootstrap算法

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风载作用下高速列车曲线通过性能研究

中国铁道科学 2024年第2期45卷 146-154页

作者：白鑫孙丽霞王友彪周春阳池长欣中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京100081 高速铁路与城轨交通系统技术国家工程研究中心轮轨关系实验室北京100081

在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,高速列车的运行安全性表现出复杂的变化规律,因此需要针对风载作用下高速列车的曲线通过安全性进行深入研究。采用空气动力学和车辆动力学相结合的分析方法,考虑车速和风速变化、实际轮轨匹配及线... 详细信息

在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,高速列车的运行安全性表现出复杂的变化规律,因此需要针对风载作用下高速列车的曲线通过安全性进行深入研究。采用空气动力学和车辆动力学相结合的分析方法,考虑车速和风速变化、实际轮轨匹配及线路激励情况,建立瞬态风载模型、横风作用下高速列车空气动力学模型及车辆动力学模型;对高速列车在不同车速和风速作用下的气动载荷变化规律进行分析,并对其以不同速度通过不同欠超高曲线线路时的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等车辆关键动力学参数的变化规律进行分析,研究风载和曲线欠超高对高速列车脱轨和倾覆的影响。结果表明:风速变化引起的侧向力系数变化幅度大于车速;在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,除轮重减载率安全裕量明显降低外,轮轴横向力的安全裕量也降低,且车辆关键悬挂部件工作状态恶化,其中二系横向止档的位移迅速增大且工作状态接近压并,左右两侧空气弹簧压力差也迅速增大,车辆动力学性能的安全裕量明显下降。

关键词：高速列车风载曲线通过性能曲线欠超高侧向力系数脱轨系数轮重减载率轮轴横向力

基于维纳过程的低温环境下齿轮泵性能退化研究

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中国铁道科学 2024年第2期45卷 155-163页

作者：邱战国胡淼邢群雁宋宏智中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所北京100081 中国铁路电务技术中心北京100081

针对低温环境下(5℃以下)温度对齿轮泵性能退化的影响,以驼峰车辆减速器齿轮泵为研究对象,以流量为性能退化分析指标,建立齿轮泵流量计算模型;采用带有线性函数或指数函数漂移项的维纳过程模型,建立包含工作压力、温度和等效磨损间隙的... 详细信息

针对低温环境下(5℃以下)温度对齿轮泵性能退化的影响,以驼峰车辆减速器齿轮泵为研究对象,以流量为性能退化分析指标,建立齿轮泵流量计算模型;采用带有线性函数或指数函数漂移项的维纳过程模型,建立包含工作压力、温度和等效磨损间隙的多参数齿轮泵性能退化过程模型;通过齿轮泵流量计算模型的分析结果与现场试验数据对比,建模分析低温环境下齿轮泵性能退化过程中环境温度、工作压力对齿轮泵性能退化的影响。结果表明:低温环境下齿轮泵的性能退化与环境温度存在强相关性;线性漂移模型较指数漂移模型有更优的统计拟合效果;包含多参数带漂移的维纳过程模型能有效表征齿轮泵的性能退化过程。

关键词：齿轮泵驼峰车辆减速器维纳过程模型性能退化模型环境温度

针对高速列车受电弓气动特性仿真的不同湍流模型适用性研究

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中国铁道科学 2024年第2期45卷 164-174页

作者：宋诗扬韩通新中国铁道科学研究院研究生部北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081

为探究高速受电弓气动特性仿真时不同湍流模型在不同运行环境中的适用性,基于k-ε,SST k-ω和Spalart-Allmaras 3个湍流模型的理论基础和计算流体力学仿真方法,通过线路试验对仿真结果进行验证后,对比不同模型在开阔环境和隧道环境中的... 详细信息

为探究高速受电弓气动特性仿真时不同湍流模型在不同运行环境中的适用性,基于k-ε,SST k-ω和Spalart-Allmaras 3个湍流模型的理论基础和计算流体力学仿真方法,通过线路试验对仿真结果进行验证后,对比不同模型在开阔环境和隧道环境中的精确度和计算效率。结果表明:在300 km·h^(-1)速度下,SST k-ω与k-ε模型在开阔环境中的闭口和开口方向气动抬升力计算结果差异分别为0.7%和1.5%,与Spalart-Allmaras模型计算结果差异分别为7.1%和5.5%;SST k-ω和k-ε模型在边界层预测均匀,Spalart-Allmaras模型在边界层分离区的预测准确性较低,但在隧道环境中它的精确度高于k-ε模型;在计算效率方面,Spalart-Allmaras模型的迭代次数和收敛速度优于SST k-ω模型;在适用性方面,开阔环境中k-ε模型的精确度和计算效率表现优异,更为适用,而在隧道环境中Spalart-Allmaras模型具有较高的精确度和计算效率,更为适用,但在对精确度要求高且可忽略计算效率因素的情况下SST k-ω模型具有较好适用性和高精确度,更为适用。

关键词：高速列车受电弓气动特性湍流模型适用性气动抬升力计算流体力学仿真

基于多源检测数据融合的高速铁路路基沉降诊断研究

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铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 396-405页

作者：赵文博杨飞支洋尤明熙胡伟松中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081 中国国家铁路集团有限公司工电部北京100844 中国铁路北京局集团有限公司工务部北京100086

高速铁路路基区段受环境变化、地下水开采等因素影响,可能会产生较大幅度的沉降,其中不均匀沉降对高速铁路运行安全、舒适和耐久性影响较大,因此,快速、有效地诊断运营高速铁路路基沉降非常重要。基于列车轨道动态检测数据、车载晃车仪... 详细信息

高速铁路路基区段受环境变化、地下水开采等因素影响,可能会产生较大幅度的沉降,其中不均匀沉降对高速铁路运行安全、舒适和耐久性影响较大,因此,快速、有效地诊断运营高速铁路路基沉降非常重要。基于列车轨道动态检测数据、车载晃车仪检测数据、台账信息等多源数据,研究不均匀沉降区段的轨道不平顺波长、幅值特征,建立轨道不平顺特征、列车运行速度和列车加速度之间的关联;同时,充分发挥不同数据源的优势,提取波长因子、幅值因子、车体动力响应因子、竖曲线因子、劣化率因子等能够反映路基不均匀沉降特征的指标。利用多源异构数据融合方法,统一各指标当量值,确定各指标融合权重,最终构建高速铁路路基沉降综合评价指标,建立相应计算公式。研究结果表明,路基不均匀沉降会引起较大幅值的轨道几何长波不平顺,进而导致车体加速度超限,并可以通过车载式晃车仪检测;同一区段轨道长波不平顺呈现趋势劣化时能侧面反映沉降的发生,但竖曲线是预先设计的坡度,对路基沉降诊断有一定干扰。路基沉降综合评价指标可以采用百分制,根据现场实践经验,以超过60分作为沉降发生的评判标准。通过3条高速铁路的实际验证,表明本方法能够有效发现路基沉降区段,及时提示工务部门精准维修。

关键词：路基沉降多源数据融合动态检测晃车仪

针对车地传输TCP协议优化的TTI-RTT拥塞控制算法

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中国铁道科学 2024年第2期45卷 175-184页

作者：姜尚炎孙斌乔婉淇郭岳杨树忠中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081 北京交通大学电子信息工程学院北京100044

为适应铁路5G专用移动通信系统动态易变的网络环境,解决现有算法中存在的吞吐量减少、传输时延增加、检测数据车地传输可靠性难以保证的问题,在分析传输控制协议(TCP)传输拥塞控制过程,以及对比TCP-Reno,TCP-Vegas和TCP-Westwood 3种基... 详细信息

为适应铁路5G专用移动通信系统动态易变的网络环境,解决现有算法中存在的吞吐量减少、传输时延增加、检测数据车地传输可靠性难以保证的问题,在分析传输控制协议(TCP)传输拥塞控制过程,以及对比TCP-Reno,TCP-Vegas和TCP-Westwood 3种基础拥塞控制算法存在问题的基础上,提出一种联合传输时间间隔(TTI)和往返时延(RTT)的拥塞控制算法——TTI-RTT算法,即将RTT的成对比较测试统计量和网络当前拥塞因子联合起来作为网络拥塞判断标准,根据反映网络拥塞程度的拥塞因子动态调节加性和乘性因子,并在传输控制协议拥塞控制的不同条件下灵活调整传输时间间隔。采用NS-3仿真软件,构建考虑高速铁路5G-R无线信道误码影响的点对点通信网络拓扑结构,对TTI-RTT拥塞控制算法进行仿真验证,并与3种基础算法进行性能比较。结果表明:不同丢包率下所提算法的平均吞吐量均保持在9 Mb·s^(-1)以上,较基础算法中吞吐量最高且最稳定的TCP-Reno算法增加了约5.9%,且实时吞吐量稳定性具有显著改善。

关键词：车地传输检测数据 5G-R TCP算法优化拥塞控制吞吐量

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高速铁路声屏障动力特性试验与理论研究

铁道工程学报 2024年第1期41卷 93-98页

作者：陈兴张毅超陈迎庆邢星伍向阳李耀增刘兰华中国铁道科学研究院集团有限公司北京100081

研究目的:为更好地指导高速铁路声屏障结构设计与性能评估,通过开展声屏障结构动力响应现场试验,分析动力作用的传递方式,识别钢立柱与单元板等主要构件的动力行为,揭示声屏障动力作用机理,并进一步构建声屏障非线性动力分析模型,讨论板... 详细信息

研究目的:为更好地指导高速铁路声屏障结构设计与性能评估,通过开展声屏障结构动力响应现场试验,分析动力作用的传递方式,识别钢立柱与单元板等主要构件的动力行为,揭示声屏障动力作用机理,并进一步构建声屏障非线性动力分析模型,讨论板-柱连接刚度对结构动力性能的影响,研究声屏障结构频响特性,提出声屏障动力性能提升的相关建议。研究结论:(1)列车气动荷载作用下,立柱和单元板分别以弯曲振动和刚体运动为主,结构呈现非线性振动特征;(2)提出的高速铁路声屏障结构动力分析模型揭示了非线性振动作用机理,理论分析与现场实测结果基本吻合;(3)板-柱连接刚度是表征单元板约束状态和影响结构动力响应的关键参数,建议增加板-柱连接刚度相关控制要求;(4)声屏障结构动力分析方法可用于指导声屏障结构的优化设计与性能评估。

关键词：高速铁路动力特性试验与理论研究声屏障作用机理