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列车转向架传感器无线组网仿真研究

控制与信息技术 2023年第5期 106-112页

作者：冯东冯叶中车株洲电力机车研究所有限公司湖南株洲412001

列车转向架状态监测系统是列车整车健康监测的关键,每个转向架部署有轴温监测、失稳检测、振动冲击监测等几十个传感器,使得转向架整体布线复杂、维护困难。文章采用ZigBee无线通信技术和簇状组网方式为每个转向架系统构成一个无线传感... 详细信息

列车转向架状态监测系统是列车整车健康监测的关键,每个转向架部署有轴温监测、失稳检测、振动冲击监测等几十个传感器,使得转向架整体布线复杂、维护困难。文章采用ZigBee无线通信技术和簇状组网方式为每个转向架系统构成一个无线传感网络,可以大大减少部署的时间与成本,且运维检修更加方便。文章利用网络仿真工具NS2构建了基于IEEE802.15.4标准及自组织按需距离向量(Ad Hoc on-demand distance vector,AODV)路由协议的列车转向架无线传感器网络模型;同时,为了降低丢包率和端到端通信时延,基于路由超时机制、RREQ生存周期和RREQ传播方向对AODV协议进行了改进。仿真结果表明,改进后的AODV协议在通信中断重新建立时间缩短了32%、丢包率和端到端通信时延均下降了50%以上,这证明文章所设计的无线传感器组网方案可以满足列车转向架传感器的数据传输要求。

关键词：列车转向架无线传感器网络仿真 AODV路由协议

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列车转向架侧梁焊接应力场数值模拟

电焊机 2014年第4期44卷 128-132页

作者：徐荣政王浩河南工业职业技术学院河南南阳473009

利用有限元分析技术建立了列车转向架侧梁箱形焊接结构的有限元模型,对侧梁T型接头的三层12道焊缝的TIG焊接过程进行了应力场的数值模拟。转向架侧梁焊接仿真结果表明,侧梁上四条焊缝不同层间采用不同的焊接顺序,其残余应力是不同的,随... 详细信息

利用有限元分析技术建立了列车转向架侧梁箱形焊接结构的有限元模型,对侧梁T型接头的三层12道焊缝的TIG焊接过程进行了应力场的数值模拟。转向架侧梁焊接仿真结果表明,侧梁上四条焊缝不同层间采用不同的焊接顺序,其残余应力是不同的,随着焊接层数的增加其残余应力逐渐减小,说明选择合理的焊接顺序能够降低焊接结构中的残余应力;焊趾处的应力随时间变化的图形上有12个波峰,分别为焊接12道焊缝时对焊趾处的影响,其最大应力已经远远超过材料的屈服强度,并在冷却的过程中应力逐渐减小。转向架在焊后发生了一定的挠曲变形,主要变形为沿着y方向的变形,最大变形量为12.3 mm,x方向和z方向的变形比y方向的变形小了一个数量级。

关键词：列车转向架 TIG焊接数值模拟应力场

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列车转向架抑冰疏冰涂层制备及性能研究

列车转向架抑冰疏冰涂层制备及性能研究

作者：郑强西南交通大学

学位级别：硕士

列车转向架是保障铁路车辆运行安全性的关键部件。当列车在严寒环境中运行时,会造成转向架结冰积雪等问题,影响列车的运行安全。表面涂覆抑冰疏冰涂层作为一种有效方法,可减轻转向架结冰积雪问题。因此,对转向架进行抑冰疏冰涂层设计与... 详细信息

列车转向架是保障铁路车辆运行安全性的关键部件。当列车在严寒环境中运行时,会造成转向架结冰积雪等问题,影响列车的运行安全。表面涂覆抑冰疏冰涂层作为一种有效方法,可减轻转向架结冰积雪问题。因此,对转向架进行抑冰疏冰涂层设计与性能研究,对缓解转向架区域结冰现象具有重要指导作用。本文以无水乙醇为分散剂,利用硅树脂或硅酸钠两种粘结剂,在硅树脂中添加三氟丙基甲基二甲氧基硅烷(TMDMS)或全氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTES)疏水剂,在硅酸钠中添加HB-E22或HB-G40疏水剂,利用纳米SiO构造表面粗糙结构,制备了四种抑冰疏冰涂层。利用胶带剥离测试、砂纸磨损测试并结合表面滚动角的变化,研究了抑冰疏冰涂层的力学性能稳定性;通过延迟结冰、结冰形貌测试表征了涂层的抑冰性能;通过结冰剪切粘结强度、结冰抗冲击测试表征了涂层的疏冰性能;最后优化得出了涂层的最佳材料配比,讨论了涂层的抑冰疏冰机理。论文研究的主要结论如下:(1)随着胶带剥离次数从1次增加到10次,涂层滚动角明显增加。硅树脂@TMDMS涂层滚动角从4°增至13°,硅酸钠@HB-E22涂层滚动角从5°增至15°。随着砂纸打磨次数增加,硅树脂@TMDMS涂层在磨损20次后滚动角仍低于10°,硅酸钠@HB-E22涂层滚动角在砂纸磨损11次便高于15°,硅酸钠@HB-E22涂层耐磨稳定性较差。(2)随着SiO与粘结剂质量比增加,抑冰疏冰性能呈“先升高,后降低”的趋势。当SiO与硅树脂质量比为20%时,硅树脂@TMDMS涂层完全结冰时间最长,为228.9s,具有最好的延迟结冰效果,结冰直径最小,为6.8mm,结冰剪切粘结强度和抗冲击高度最小。当SiO与硅酸钠质量比为30%时,硅酸钠@HB-E22涂层完全结冰时间最长,为209.8s,结冰直径最小,为7.1mm,结冰剪切粘结强度和抗冲击高度最小。(3)硅树脂@TMDMS涂层水滴预冷时间比硅树脂@PFOTES涂层要长,透明中心出现时间要晚,而结冰剪切粘结强度和抗冲击高度值要低。硅酸钠@HB-E22涂层水滴预冷时间比硅酸钠@HB-G40涂层长,透明中心变浑浊时间要晚,而结冰剪切粘结强度和抗冲击高度值要低。随着疏水剂质量分数增加,水滴预冷时间呈“先增加,后平稳”的趋势,水滴结冰直径减小,结冰剪切粘结强度及抗冲击高度变化趋势不大。(4)随着SiO粒径增加,涂层延迟结冰时间呈“先轻微波动,后明显下降”趋势,结冰直径增加,结冰剪切粘结强度呈“先小幅上升,后大幅上升”趋势,抗冲击高度呈“先不变,后明显升高”趋势,当SiO粒径低于50nm时,涂层抑冰疏冰性能较好。(5)喷涂1次涂层的抑冰疏冰性能达不到最佳效果,喷涂2～3次抑冰疏冰性能较好。

关键词：列车转向架涂层制备力学性能稳定性抑冰性能疏冰性能

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既有铁路列车转向架关键部件故障研究

内江科技 2022年第6期43卷 121-121,116页

作者：吴诗雨周培丁润琪李子晨陈凯南京铁道职业技术学院

本文通过搜集现有资料,对25G型客车中的209P型转向架关键部件进行了分析研究,发现了如轴箱弹簧断裂、安全吊装结构断裂及丢失、车轮故障诸如此类会影响行车安全的关键部位故障,并且找出故障发生的主要原因,针对各故障原因提出了实际可... 详细信息

本文通过搜集现有资料,对25G型客车中的209P型转向架关键部件进行了分析研究,发现了如轴箱弹簧断裂、安全吊装结构断裂及丢失、车轮故障诸如此类会影响行车安全的关键部位故障,并且找出故障发生的主要原因,针对各故障原因提出了实际可行的检修方法及改善措施。

关键词：轴箱弹簧既有铁路行车安全列车转向架结构断裂检修方法安全吊装改善措施

基于优化SVM的列车转向架故障挖掘模型仿真

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计算机仿真 2015年第10期32卷 182-185页

作者：冯雪冰中国地质大学(北京)信息工程学院北京100083

对列车转向架故障进行及时准确的挖掘,可保证列车行驶过程中安全性和平稳性。利用传统算法在进行列车转向架故障挖掘的过程中,无法应对瞬时性、非线性的冲击信号造成的扰动,降低了故障挖掘准确率。为解决上述问题,提出一种优化SVM的列... 详细信息

对列车转向架故障进行及时准确的挖掘,可保证列车行驶过程中安全性和平稳性。利用传统算法在进行列车转向架故障挖掘的过程中,无法应对瞬时性、非线性的冲击信号造成的扰动,降低了故障挖掘准确率。为解决上述问题,提出一种优化SVM的列车转向架故障挖掘方法。构建列车转向架故障挖掘模型,将列车转向架故障挖掘过程中的非线性问题转换为高维空间的线性问题,利用径向基函数的内积函数实现非线性运算,根据SVM算法产生的残差,进行聚类分析,获得列车转向架故障挖掘优化问题,得到准确的故障挖掘结果。实验结果表明,利用改进算法进行列车转向架故障挖掘,能够有效提高故障挖掘准确率。

关键词：优化支持向量机列车转向架故障挖掘

基于目标轮廓特征的图像识别及列车转向架故障检测

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基于目标轮廓特征的图像识别及列车转向架故障检测

作者：顾超苏州大学

学位级别：硕士

列车（包括快车、动车及高铁）是客运和货运的主要交通工具之一，由于现代工业和科学技术的飞速发展，其规模和复杂性日益提高，一旦列车发生故障，将会引起人力、物力甚至人身安全的巨大损失，因此世界上许多国家都投入了大量的人力、... 详细信息

列车（包括快车、动车及高铁）是客运和货运的主要交通工具之一，由于现代工业和科学技术的飞速发展，其规模和复杂性日益提高，一旦列车发生故障，将会引起人力、物力甚至人身安全的巨大损失，因此世界上许多国家都投入了大量的人力、物力和财力对列车进行故障诊断和状态监测，基于光学图像的列车故障识别和诊断已经成为了当今研究热点和重点之一。目标识别和形状匹配是图像处理、模式识别和计算机视觉的研究热点和难点，广泛应用于日常生活、工业应用和军事活动中的各个领域。本论文基于目标轮廓的形状表示和匹配进行了图像处理算法研究，并将其应用于列车最重要的行走部件——转向架的故障诊断和识别，全文主要研究内容如下：研究了列车转向架光学图像的预处理。对国内外关于数字图像边缘检测技术的研究和现状进行了系统的总结和分析，首先详细介绍了基于一阶和二阶微分算子的边缘检测算法，包括Roberts、Sobel、Prewitt和Canny算子，研究各自算法原理，分析其各自适用范围和优缺点。然后介绍了基于多尺度小波变换的边缘检测算法，包括小波变换的基本原理和小波边缘检测的算法步骤，并分析其适用范围和优缺点。研究了基于PCA-SC全局特征算法的目标识别算法。为了实现形状匹配和目标识别的快速性和抗噪性，基于形状上下文（Shape Contexts, SC）算法，融合了主成分分析（PCA）降维思想，提出一种PCA-SC算法。算法思想是将SC算法获取的特征矩阵构成协方差矩阵，按照特征值由大到小的准则进行降维，形成新的特征矩阵用于匹配和识别，既抑制了噪声干扰，提高了识别准确率，又能够提高匹配速度，易于满足工程应用上的实时性要求。通过对MNIST图像数据库中的图像进行实验分析表明PCA-SC算法在保持了SC算法原有的定位准确、抑制噪声等优点的基础上，识别速度提高了一倍，准确率达到了96.15%，提高了约0.5%，抗噪性更强。研究了基于分层描述（Hierarchical Representation）和弹性匹配（Flexible Matching）的目标识别和形状检索算法。有效的目标轮廓分段和形状匹配算法是描述目标局部特征和相似度表征的关键环节。针对现有轮廓描述算法存在轮廓分段不合理的问题，本文基于认知心理学，提出了分层描述的轮廓描述算法;同时基于轮廓分段的长度、凹凸度和弯曲性等几何特征，提出了弹性匹配的相似度表征算法。整个算法思想是首先根据角点特征将整个轮廓划分成一些轮廓分段，接着对轮廓分段的分布特点提出价值尺度，然后将多级轮廓分段按照价值尺度原则合并得到有限个能够完整描述目标轮廓的特征分段，最后将特征分段应用到弹性匹配相似度检测模型中进行目标识别。通过对MPEG-7和Kimia图像数据库中的图像进行实验分析表明该算法能够完整描述目标图像的形状特征，提高了目标识别率和形状检索率，并对部分遮挡的目标也具有良好的鲁棒性。基本满足目标识别识别和形状检索对准确率、稳定性、抗遮挡能力等方面的要求。将本文研究的理论方法应用于列车转向架故障检测和识别的实际工程应用中，一方面验证该理论成果的可行性，另一方面也实现了列车转向架故障的检测和识别。该识别系统的主要工作方式是通过记录行进中的转向架光学图像，基于本文提出的图像识别理论算法，自动识别待诊断的部件，并判断是否存在故障。通过对心盘螺栓松动和丢失故障、表面油污污染故障、表面裂纹故障的检测和识别，验证了本文提出的方法的有效性和适用性，可以发现本论文提出的算法对转向架几种常见的故障识别率较高。

关键词：故障识别形状匹配形状表示图像处理轮廓特征列车转向架

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基于机器学习的高速列车转向架振动信号监测

计算机技术与发展 2019年第8期29卷 130-135页

作者：蔡俊鹏吴炳福陈德旺福州大学数学与计算机科学学院福建福州350116 福州大学轨道交通研究院福建福州350116

为了提高列车运行时的稳定性和安全性,对列车运行时安全加速进行实时监控与预测。根据动车实际运营保存的大量转向架振动信号数据,不同于传统的基于动力学的研究,提出了基于机器学习的高速列车转向架振动信号的研究。首先通过小波变换... 详细信息

为了提高列车运行时的稳定性和安全性,对列车运行时安全加速进行实时监控与预测。根据动车实际运营保存的大量转向架振动信号数据,不同于传统的基于动力学的研究,提出了基于机器学习的高速列车转向架振动信号的研究。首先通过小波变换去噪对原始数据进行数字滤波处理,强化所需部分的数据,增加了转向架振动信号数据的精确度。其次,通过实验对几种常用的机器学习算法模型进行参数拟合,经分析和对比实验结果表明,随机森林算法在转向架枕梁振动信号监测中性能表现最好且预测精度最优,均方根误差达到最低0.069,其稳定性达到最高。最后总结得出,在不同里程、不同速度下,转向架振动信号的有效值和最大值的变化在转向架服役性能、安全运行方面具有可推广性,能够说明基于随机森林算法的转向架振动信号的监测可以有效地监控和预测高速列车运行速度的安全阈范围并优化列车转向架轮对镟修周期。

关键词：机器学习小波变换去噪随机森林算法列车转向架

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磁悬浮列车转向架的变形状态分析

现代机械 2017年第1期 34-36页

作者：吴开洪崔建昆上海航发机械有限公司上海201906 上海理工大学上海200093

以HSST型磁悬浮列车转向架为对象,建立了零部件三维模型,导入ANSYS Workbench有限元分析软件,对转向架在静态悬浮、直线加速行驶、断电停车和制动四种工况的受力变形状态进行分析。仿真结果表明转向架垂向变形满足电磁铁悬浮间隙要求,... 详细信息

以HSST型磁悬浮列车转向架为对象,建立了零部件三维模型,导入ANSYS Workbench有限元分析软件,对转向架在静态悬浮、直线加速行驶、断电停车和制动四种工况的受力变形状态进行分析。仿真结果表明转向架垂向变形满足电磁铁悬浮间隙要求,可为转向架相关零部件的结构设计提供参考依据。

关键词：车辆结构变形状态有限元列车转向架磁悬浮

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基于表面织构的转向架节点拆装减损试验研究

机车电传动 2023年第3期 97-103页

作者：吕松江江宏徐意周丹中车南京浦镇车辆有限公司江苏南京210031 合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学机械工业绿色设计与制造重点实验室安徽合肥230009

在轨道车辆的整个服役周期内,转向架中的定位转臂与橡胶节点间的过盈配合因检修要求,需经历多次压装/拆卸,由此造成的配合面损伤给零件服役性能与检修成本带来不利影响。配合面压装/拆卸损伤本质上属于一种高接触压力作用下的摩擦损伤,... 详细信息

在轨道车辆的整个服役周期内,转向架中的定位转臂与橡胶节点间的过盈配合因检修要求,需经历多次压装/拆卸,由此造成的配合面损伤给零件服役性能与检修成本带来不利影响。配合面压装/拆卸损伤本质上属于一种高接触压力作用下的摩擦损伤,鉴于表面织构具有良好的摩擦减损特性,文章将一种减损性能较优的圆凹坑型矩阵织构(面密度为30%,直径为100μm,深度为40μm)引入橡胶节点的配合表面,通过试验对比发现该织构能有效降低配合面的压装/拆卸损伤,保留熔融层的织构表现更为优异,在减损的同时还能大幅提升配合面的承载能力、有效降低压装/拆卸过程中的压力冲击幅度。保留熔融层的织构能获得优异的拆解减损性能,主要原因是排布在配合表面上的织构凹坑具备良好的游离磨粒收纳作用,降低了三体磨损的发生概率。此外,由激光加工形成的熔融层的硬度较零件本体材料高,而配合界面间的接触大多发生在熔融层所在位置,这使得界面间的真实接触面积被减少的同时,也降低了界面间发生粘着、材料微粒剥离的可能性。这一发现对于运维过程中需要多次拆卸、装配的过盈配合组件来说,具有积极意义。

关键词：过盈配合压装/拆卸损伤表面织构熔融层列车转向架