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基于数字散斑的轮轨垂向载荷识别方法研究

铁道科学与工程学报 2024年第2期21卷 851-859页

作者：陈晶伟姜曼杨岳中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 株洲电力机车有限公司大功率交流传动电力机车系统集成国家重点实验室湖南株洲412000

快捷有效地进行轮轨垂向载荷检测对保障轨道车辆的服役可靠性与运行安全具有重要意义。现有轮轨载荷检测方法尽管能实现轮轨垂向载荷的有效检测,但其测量精度受传感器布设方案、系统标定的限制,仅能实现定点检测。因此,引入数字散斑图... 详细信息

快捷有效地进行轮轨垂向载荷检测对保障轨道车辆的服役可靠性与运行安全具有重要意义。现有轮轨载荷检测方法尽管能实现轮轨垂向载荷的有效检测,但其测量精度受传感器布设方案、系统标定的限制,仅能实现定点检测。因此,引入数字散斑图像相关技术,为轮轨垂向载荷的快速、非定点检测提供新的技术方案。为了实现钢轨轨侧应力场的非接触、快速测量,通过左右相机同步采集垂向载荷作用下的钢轨散斑图像序列,并通过图像相关理论模型进行变形前后子区像素点的匹配和应力场计算。为了利用数字散斑检测获得的钢轨轨侧应力分布进行轮轨垂向载荷的识别,提出一种基于极限学习机(ELM)的轮轨垂向载荷识别方法。该方法采用Workbench有限元软件建立钢轨的数值模型,通过数值模拟结果选取应力变化相对敏感的区域作为轮轨垂向载荷检测的兴趣域,基于应力场数据集和对应的载荷数据集设计ELM网络参数,进而实现轮轨垂向载荷的自动识别。为了验证提出的轮轨垂向载荷识别模型的有效性,搭建基于XT-DIC的轮轨垂向载荷数字散斑检测实验平台。实验结果表明,用Y和Z方向模应力输入的方式构建的ELM模型有着最佳的识别性能,其垂向载荷预测误差仅有5.357%。研究结果为轮轨垂向载荷的非定点快速检测提供了新的可靠途径。

关键词：轮轨载荷数字散斑图像钢轨应力 ELM

基于三维场景的铁路车站列车运行联锁控制仿真研究

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铁道科学与工程学报 2024年第4期21卷 1345-1354页

作者：刘浩德陈峰杨岳中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 株洲电力机车有限公司大功率交流传动电力机车系统集成国家重点实验室湖南株洲412000

联锁控制对铁路车站的调度指挥和列车的有序安全运行起着非常关键的作用。为保证铁路车站联锁控制及列车运行演练的真实性和安全性,提出铁路车站联锁控制及列车运行三维虚拟仿真的总体框架。从铁路车站联锁功能入手,设计车站联锁控制的... 详细信息

联锁控制对铁路车站的调度指挥和列车的有序安全运行起着非常关键的作用。为保证铁路车站联锁控制及列车运行演练的真实性和安全性,提出铁路车站联锁控制及列车运行三维虚拟仿真的总体框架。从铁路车站联锁功能入手,设计车站联锁控制的数据结构、功能逻辑和联锁控制仿真算法,实现了铁路车站联锁的逻辑控制及人机交互仿真。采用面向对象的层次分级法,设计铁路车站设备三维模型的层次结构。通过创建预制体并修改其组件的方式,构建铁路车站列车运行三维虚拟场景模型。结合铁路线路逻辑模型,提出了面向联锁控制的列车运行虚拟寻路算法和列车运动驱动算法,利用该算法进行列车各车辆空间位置和姿态的连续计算,实现了在三维场景下铁路列车的启动,加减速运动,定点停车、换道等功能。在此基础上,在Unity引擎环境下开发了基于三维场景的铁路车站列车运行联锁控制虚拟仿真系统,该系统支持铁路车站联锁控制人机交互仿真,并可在铁路车站三维场景中的不同视角下,以可视化方式观察信号设备状态变化以及列车的动态运行情况。通过给定的站内列车调度计划表,利用所开发的系统进行了铁路车站联锁控制及列车运行三维仿真。仿真实例表明,所采用的方法及技术方案在车站联锁的仿真演练与培训学习方面具有良好的应用前景和实际意义。

关键词：铁路车站列车运行联锁控制虚拟仿真三维场景

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动车组锥齿轮箱飞溅润滑特性及箱体结构改进

浙江大学学报（工学版） 2024年第5期58卷 1060-1071页

作者：邵帅张开林姚远刘逸王正洋西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室四川成都610000 苏州舜云工程软件有限公司仿真部江苏苏州215000

为了分析动车组齿轮箱的润滑机理,以某型螺旋锥齿轮传动齿轮箱为研究对象,运用移动粒子半隐式(MPS)法建立高精度的流场仿真模型.引入薄膜流动模型,对无滑移壁面边界条件进行改进,使移动粒子半隐式法具有预测液膜流动特性的功能.研究输... 详细信息

为了分析动车组齿轮箱的润滑机理,以某型螺旋锥齿轮传动齿轮箱为研究对象,运用移动粒子半隐式(MPS)法建立高精度的流场仿真模型.引入薄膜流动模型,对无滑移壁面边界条件进行改进,使移动粒子半隐式法具有预测液膜流动特性的功能.研究输入齿轮转速、初始润滑油量对箱体内壁和齿轮表面的润滑油覆盖率、油膜分布特性及功率损失的影响.结果表明,箱体内壁面的润滑油覆盖率和液膜厚度主要受润滑油飞溅效应的影响,齿轮表面受到润滑油飞溅效应和自身运动的共同影响.功率损失分析显示,功率损失与输入齿轮转速和初始润滑油油量均呈正相关关系,对高转速更敏感.对箱体结构进行改进,消除箱体凸台,扩大与输出齿轮的距离,该措施可以显著改善齿轮箱的润滑条件.

关键词：齿轮箱飞溅润滑薄膜流动油膜厚度功率损失

考虑磨耗特性的动车组车轮经济型镟修优化策略

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：张霞邓银强杨岳辜良瑶陈峰湘南学院计算机与人工智能学院中南大学交通运输工程学院中南林业科技大学机械与智能制造学院

车轮的磨耗状况对动车组列车的运行安全和品质有着重要的影响。为将磨损车轮镟修恢复至标准踏面外形，目前车轮镟修存在切削量过大，降低车轮使用寿命的情况。本文结合动车组车轮走行过程中的磨耗特性，提出考虑磨耗特性的动车组车轮经... 详细信息

车轮的磨耗状况对动车组列车的运行安全和品质有着重要的影响。为将磨损车轮镟修恢复至标准踏面外形，目前车轮镟修存在切削量过大，降低车轮使用寿命的情况。本文结合动车组车轮走行过程中的磨耗特性，提出考虑磨耗特性的动车组车轮经济型镟修优化策略。首先，建立了车轮外形参数磨耗速率模型，利用相关性分析、高斯分布检验研究车轮磨耗速率模型与车轮外形参数的相关性，得出不同运行线路上车轮最低磨耗速率点。然后，利用加权尺寸最近点迭代法进行车轮变形矫正，优先考虑车轮镟修后踏面外形处于最低磨耗状态，应用不同薄轮缘踏面外形镟修模板，进行自适应匹配单轮车轮经济型镟修。在此基础上，针对动车组车轮轮径差的安全运行要求，构建了一种考虑磨耗特性的整车车轮经济型镟修优化模型。实例验证结果表明：轮径磨耗速率与车轮直径大小、轮缘厚度显著相关，轮缘厚度处于31.5-32mm时，轮径磨耗速率低，镟修恢复可优先考虑；整车车轮经济型镟修优化决策的结果显示，车轮镟修恢复后的踏面外形处于低速率磨耗状态，轮径总切削量较实际镟修车间下降了近21%。与常规的车轮镟修策略相比，考虑磨耗特性的车轮经济型镟修优化策略更具智能化，有利于延长车轮使用寿命，降低铁路运营成本。

关键词：车轮磨耗特性镟修优化策略经济型镟修加权尺寸最近点迭代法自适应匹配

基于实测应力谱的重载电力机车车体损伤特性及剩余寿命评估

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铁道机车车辆 2024年第3期44卷 84-90页

作者：曾燕军金希红何永强肖乾陈道云重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南株洲412001 中车株洲电力机车有限公司产品研发中心湖南株洲412001 华东交通大学机电与车辆工程学院南昌330013 华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室南昌330013 华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室南昌330013

针对重载电力机车车体损伤特性及剩余寿命评估问题,对某型重载电力机车车体底架纵向力传递及设备悬挂部位的7个测点进行了动应力测试,计算了各测点处的损伤并评估了剩余寿命,结果表明:除测点1的重车损伤略低于空车损伤外,其他6个测点的... 详细信息

针对重载电力机车车体损伤特性及剩余寿命评估问题,对某型重载电力机车车体底架纵向力传递及设备悬挂部位的7个测点进行了动应力测试,计算了各测点处的损伤并评估了剩余寿命,结果表明:除测点1的重车损伤略低于空车损伤外,其他6个测点的重车损伤均不同程度高于空车损伤,车底悬挂设备的振动加剧了空车状态下测点1的疲劳损伤累积;各测点均有较为富裕的剩余寿命,测点5的剩余寿命最低,为1.15×10^(8)km,表明当车辆服役至其设计寿命后,仍有足够的安全运行裕量。

关键词：应力谱电力机车车体损伤剩余寿命

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计算应力谱在机车疲劳伤损领域的应用研究

铁道机车车辆 2024年第3期44卷 31-39页

作者：金希红曾燕军何永强肖乾陈道云重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南株洲412001 中车株洲电力机车有限公司产品研发中心湖南株洲412001 华东交通大学机电与车辆工程学院南昌330013 华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室南昌330013 华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室南昌330013

针对电力机车疲劳伤损评估的传感器测点数量局限性问题,对某型重载电力机车车体振动关键部位进行了加速度传感器布置,对车钩进行了载荷标定,在某货运专线进行了重车和空车状态下的动态测试,基于ANSYS仿真结果、nCode数据处理流程及实测... 详细信息

针对电力机车疲劳伤损评估的传感器测点数量局限性问题,对某型重载电力机车车体振动关键部位进行了加速度传感器布置,对车钩进行了载荷标定,在某货运专线进行了重车和空车状态下的动态测试,基于ANSYS仿真结果、nCode数据处理流程及实测车钩载荷数据获取了车体疲劳关键部位的计算应力时间历程,以雨流计数为基础编制了疲劳关键部位的计算应力谱,通过计算累积损伤获取了疲劳关键部位的剩余寿命,该机车在达到其设计寿命运行里程后,还可以安全运行56万km。

关键词：计算应力谱电力机车疲劳伤损寿命

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动力包多子结构双层隔振系统隔振优化方法

振动与冲击 2023年第16期42卷 209-217页

作者：余康凡张建润刘晓波李超东南大学机械工程学院南京211189 大功率交流传动电力机车系统集成国家重点实验室湖南株洲412001 中车株洲电力机车有限公司湖南株洲412001

为了提升内燃动力包隔振性能,针对优化设计过程中优化参数较多及优化效率较低的问题,对其隔振优化方法进行研究。首先,通过综合各子结构质量、刚度矩阵建立多子结构动力包双层隔振系统24自由度动力学模型,对系统进行传统的全局坐标系下... 详细信息

为了提升内燃动力包隔振性能,针对优化设计过程中优化参数较多及优化效率较低的问题,对其隔振优化方法进行研究。首先,通过综合各子结构质量、刚度矩阵建立多子结构动力包双层隔振系统24自由度动力学模型,对系统进行传统的全局坐标系下自由度耦合分析并据此提出能够去除子结构平动、转动自由度固有耦合效应的多坐标系解耦概念;其次,运用Sobol’全局灵敏度分析方法确定对动力包隔振性能影响较大的参数,并将其作为优化变量;然后,综合考虑解耦率与隔振效率对动力包进行多目标优化;最后,根据建立的动力包刚柔耦合有限元模型对系统隔振性能进行评估。结果表明,优化后系统解耦率及各工况下隔振效率均达到较高水平,验证了该方法的有效性。

关键词：子结构动力包双层隔振系统振动解耦 Sobol’灵敏度分析优化设计

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磁浮列车双冗余加速度传感器故障检测研究

仪器仪表学报 2023年第10期44卷 138-144页

作者：余旭涛吴威牛刚同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海201804

磁浮列车双冗余加速度传感器外置于电磁铁之上,运行时受振动、电磁干扰、温湿度变化等因素影响,测量特性不稳定,体现为动态的测量噪声。现阶段工程中常采用测试对比法检测冗余传感器,动态噪声下易出现虚警漏警的问题,检测准确率低,因此... 详细信息

磁浮列车双冗余加速度传感器外置于电磁铁之上,运行时受振动、电磁干扰、温湿度变化等因素影响,测量特性不稳定,体现为动态的测量噪声。现阶段工程中常采用测试对比法检测冗余传感器,动态噪声下易出现虚警漏警的问题,检测准确率低,因此提出了基于自适应多点广义似然比检验的传感器故障检测方法。采用多点判决形式,增强对离群点的鲁棒性,同时引入滑动窗方差估计,递推估计奇偶向量的方差,调整判决函数,实现对动态噪声的自适应。经小比例悬浮试验台验证,相比同类传统方法,算法在静态噪声实验中检测准确率提高15%,在动态噪声实验中检测准确率提高13%,且显著改善了虚警漏警抑制能力,对动态噪声具有良好的鲁棒性。

关键词：双冗余加速度传感器故障检测广义似然比检验

车辆/轨道耦合作用下高速列车车轮振动影响灵敏度分析

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交通运输工程学报 2021年第6期21卷 160-169页

作者：肖乾程玉琦罗佳文周生通周前哲曹涛影华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室江西南昌330013

考虑车辆一系、二系悬挂参数和轨道参数的随机性,在多体动力学软件UM当中建立了CRH2动车组拖车的随机性仿真模型;采用最优拉丁超立方试验设计方法抽取车辆参数和轨道参数的随机样本,利用多目标优化软件iSight调用随机样本,联合UM完成了... 详细信息

考虑车辆一系、二系悬挂参数和轨道参数的随机性,在多体动力学软件UM当中建立了CRH2动车组拖车的随机性仿真模型;采用最优拉丁超立方试验设计方法抽取车辆参数和轨道参数的随机样本,利用多目标优化软件iSight调用随机样本,联合UM完成了随机样本仿真分析;在有限试验设计样本和仿真数据的限制下,以最佳近似精度为目标,结合最小角回归、低阶交互截断和留一法交叉验证等实现了多项式混沌展开,构建多项式混沌展开代理模型;采用Sobol法进行全局灵敏度分析,研究了直线、曲线2种工况下车辆参数和轨道参数随机耦合作用对于车轮振动特性的影响,找出了主要影响因子,并考虑了多参数之间的交互效应。研究结果表明:多项式混沌展开法能够基于已有的样本比较好地拟合出代理模型,计算出Sobol灵敏度系数,平均误差低于3%,从而可以高效、定量地分析各参数耦合作用对车轮振动的影响;转臂节点横向刚度、一系弹簧垂向刚度、一系弹簧横向刚度和二系横向减振器阻尼是对车轮振动响应方差具有较大贡献的车辆参数,轨道横向、垂向刚度是对车轮振动响应方差具有较大贡献的轨道参数,各参数之间存在明显交互效应。

关键词：车轮振动多项式混沌展开代理模型 Sobol法全局灵敏度分析交互效应