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基于电磁力作用的地铁列车防滑控制研究

机械工程学报 2024年第6期60卷 334-341页

作者：陈清华杨云帆閤鑫凌亮王开云西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

针对地铁列车在轮轨低黏着接触状态下车轮打滑问题,提出一种基于电磁力作用的地铁列车防滑控制策略。基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立地铁列车-板式轨道耦合动力学模型,模型中考虑非线性轮轨相互作用关系和磁轨增黏装置的防滑控制策... 详细信息

针对地铁列车在轮轨低黏着接触状态下车轮打滑问题,提出一种基于电磁力作用的地铁列车防滑控制策略。基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立地铁列车-板式轨道耦合动力学模型,模型中考虑非线性轮轨相互作用关系和磁轨增黏装置的防滑控制策略。通过数值仿真分析低黏着接触状态和牵引/制动工况下轮轨动态作用和防滑控制效果。研究结果表明,在低黏着接触条件下车轮易发生打滑现象。采用基于电磁力作用的防滑控制策略可增加轮轨垂向力,进而增大轮轨蠕滑力,同时阻止车轮打滑现象;与传统的防滑控制策略相比,采用考虑基于电磁力作用的防滑控制策略时,在轮轨低黏着接触区段可提高地铁车轮的牵引/制动效率。

关键词：地铁列车磁轨增黏装置轮轨低黏着接触条件防滑控制车辆-轨道耦合动力学牵引/制动

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钢轨波磨激励下的e型弹条振动疲劳断裂机理

西南交通大学学报 2024年

作者：董丙杰陈光雄冯晓航任文娟宋启峰梅桂明西南交通大学牵引动力国家重点实验室西南交通大学摩擦学研究所

为了探究地铁小半径曲线轨道上e型弹条异常断裂的机理，本文通过长期跟踪和测量成都地铁X号线钢轨波磨的发展情况，并基于摩擦自激振动理论，建立了轮对-轨道-扣件系统的全实体单元有限元模型，并结合包含e型弹条的扣件系统模型的谐响... 详细信息

为了探究地铁小半径曲线轨道上e型弹条异常断裂的机理，本文通过长期跟踪和测量成都地铁X号线钢轨波磨的发展情况，并基于摩擦自激振动理论，建立了轮对-轨道-扣件系统的全实体单元有限元模型，并结合包含e型弹条的扣件系统模型的谐响应分析，研究了短波长波磨、长波长波磨对e型弹条振动疲劳寿命的影响。研究表明，这两种类型的钢轨波磨都会导致地铁e型弹条振动疲劳寿命寿命的减小；波磨的幅值越大，导致弹条的振动疲劳寿命越小。钢轨波磨不仅能够引起e型弹条产生与钢轨波磨“同频”的受迫振动，还容易激发弹条产生该频率的倍频振动。对于短波长波磨而言，由于2倍频的存在，在相同波深幅值的短波长波磨的影响下，25 mm 和40 mm波长的钢轨波磨最容易导致e型弹条产生振动疲劳断裂；波长为120 mm的长波长波磨的波深幅值较大时，激发出的6倍频振动导致弹条的振动疲劳寿命急剧减小。由于振动强度的减弱，波长为240 mm的长波长波磨对弹条振动疲劳寿命的影响有限。

关键词：地铁e型弹条疲劳寿命钢轨波磨谐响应分析有限元方法

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缩尺车轮-环轨滚动接触与磨耗特性仿真分析

浙江大学学报（工学版） 2024年第6期58卷 1275-1284页

作者：罗易飞胡彬赵鑫温泽峰西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

为了研究缩尺车轮-环轨滚动接触与磨耗特性,基于轮轨滚动行为(WRRB)模拟试验台参数,利用ANSYS/LS-DYNA建立瞬态滚动接触有限元模型,集成弹性蠕滑率求解程序和Tγ磨耗模型,通过试验验证模型的正确性.重点分析轮轨力、蠕滑率、接触应力和... 详细信息

为了研究缩尺车轮-环轨滚动接触与磨耗特性,基于轮轨滚动行为(WRRB)模拟试验台参数,利用ANSYS/LS-DYNA建立瞬态滚动接触有限元模型,集成弹性蠕滑率求解程序和Tγ磨耗模型,通过试验验证模型的正确性.重点分析轮轨力、蠕滑率、接触应力和钢轨磨耗深度,并考虑车轮驱动扭矩和速度的影响规律.结果表明:缩尺车轮-环轨结构的高频弹性振动造成轮轨垂向力波动;在比例载荷作用下,纵向动力学行为和钢轨磨耗深度变化趋势与服役轮轨一致;由于环轨的极小曲线半径,自由滚动工况下的横向蠕滑力/率、自旋蠕滑率、钢轨磨耗深度偏大,切向接触应力峰值出现在接触斑后沿两侧;车轮驱动扭矩和速度的影响规律可拟合为一组经验公式.研究可以为此类试验台的设计与应用工作提供理论依据.

关键词：缩尺车轮-环轨显式有限元法瞬态滚动接触蠕滑磨耗

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轨道不平顺激励下高速列车制动系统动态响应

机械工程学报 2024年

作者：杨林川楚明王权王志伟莫继良西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所西南交通大学牵引动力国家重点实验室

为探究轨道不平顺激励对高速列车制动系统动力学行为的影响，建立考虑盘形制动系统的高速列车车辆动力学模型。该模型系统地考虑了制动夹钳、制动盘柔性变形和轨道不平顺激励的影响，并通过线路试验验证了模型的有效性。基于建立的模型... 详细信息

为探究轨道不平顺激励对高速列车制动系统动力学行为的影响，建立考虑盘形制动系统的高速列车车辆动力学模型。该模型系统地考虑了制动夹钳、制动盘柔性变形和轨道不平顺激励的影响，并通过线路试验验证了模型的有效性。基于建立的模型，分析轨道不平顺激励对制动系统振动特性和制动界面相互作用的影响。结果表明，轨道不平顺激励引起的轮轨相互作用导致车辆系统振动加剧，进而引起制动系统剧烈振动，制动盘片相互作用复杂。车辆在低速制动时，轨道不平顺激励对制动系统动力学行为影响较小，但制动压力的增大会加剧制动系统振动响应。随着制动车速的增加，轨道不平顺激励会显著影响制动系统的动力学行为，而制动压力的增大会使得制动系统横向和垂向振动减小。

关键词：高速列车制动系统轨道不平顺动力学行为柔性变形

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高温超导直线同步电机电磁力仿真与实验研究

中国电机工程学报 2024年第11期44卷 4513-4524,I0029页

作者：李婧徐佳明刘康罗俊赵正伟龚天勇马光同牵引动力国家重点实验室(西南交通大学) 四川省成都市610031

无铁芯超导直线同步电机(superconducting linear synchronous motor,SLSM)具有推力密度高、工作气隙大等优势,是超导磁浮列车的动力核心。由于会不可避免地受到弯道、道岔、横风和电源谐波等因素的影响,磁浮列车在运行过程中将发生多... 详细信息

无铁芯超导直线同步电机(superconducting linear synchronous motor,SLSM)具有推力密度高、工作气隙大等优势,是超导磁浮列车的动力核心。由于会不可避免地受到弯道、道岔、横风和电源谐波等因素的影响,磁浮列车在运行过程中将发生多自由度运动,使电机次级姿态发生滚转或偏移,致使超导直线电机的电磁力性能发生改变,进而影响列车的运行稳定性。针对多变电机次级姿态下高温超导直线同步电机的三维力特性展开研究,首先分析悬浮车体多自由度运动对直线电机次级姿态的影响,并建立计算SLSM三维电磁力的有限元模型;其次,通过搭建超导同步直线电机样机,实验验证模型的有效性;最后,基于该模型研究无铁芯SLSM次级在发生横向偏移、法向偏移、侧滚、俯仰以及偏航条件下的三维电磁力输出特性及其变化规律,为超导磁浮列车运行性能优化提供了理论依据。

关键词：超导直线电机超导电动悬浮有限元仿真力学特性

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长大编组重载列车空气制动系统快速仿真方法研究

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机械工程学报 2024年

作者：郭舜池茂儒蒋益平罗赟西南交通大学牵引动力国家重点实验室

针对长大编组重载列车空气制动系统仿真模型复杂，仿真速度慢，甚至难以仿真的问题，提出加快仿真速度的方法。首先，在AMESim软件中，根据120-1空气制动阀的压力特性，建立简化模型。其次，将并行方法建立的空气制动系统仿真模型和传... 详细信息

针对长大编组重载列车空气制动系统仿真模型复杂，仿真速度慢，甚至难以仿真的问题，提出加快仿真速度的方法。首先，在AMESim软件中，根据120-1空气制动阀的压力特性，建立简化模型。其次，将并行方法建立的空气制动系统仿真模型和传统方法建立的空气制动系统仿真模型进行仿真对比，仿真对比的结果表明，并行方法的仿真耗时比传统方法至少减少50%。且列车编组越长，模型越复杂，并行方法的仿真提速效果越明显,仿真耗时最高减少了94%。最后，用并行方法建立2万吨重载列车空气制动系统模型，将仿真结果与试验结果对比，验证仿真模型的准确性。简化单阀模型，并行方法建立空气制动系统模型，减少重载列车空气制动系统模型状态变量，提高仿真速度，为长大编组重载列车空气制动系统提供一种新的快速仿真方法。

关键词：重载列车模型简化并行方法状态变量仿真速度

二系垂向多功能减振器对铁道车辆动力学的影响研究

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机械工程学报 2024年 258-265页

作者：张鑫池茂儒罗贇代亮成西南交通大学牵引动力国家重点实验室

现提出一种二系垂向多功能减振器(下称多功能减振器)，能够减少悬挂元件数量,节约制造和检修成本，且使车辆具有更高的曲线安全性。多功能减振器既能提供垂向减振的功能，又能达到抗侧滚的效果。其根据车辆垂向振动和侧滚运动不同的运... 详细信息

现提出一种二系垂向多功能减振器(下称多功能减振器)，能够减少悬挂元件数量,节约制造和检修成本，且使车辆具有更高的曲线安全性。多功能减振器既能提供垂向减振的功能，又能达到抗侧滚的效果。其根据车辆垂向振动和侧滚运动不同的运动状态，通过连通式结构和阻尼阀系起到垂向减振和抗侧滚的功能。建立多功能减振器数学模型，与试验结果对比验证了减振器模型的准确性较优。进而与车辆动力学模型进行联合仿真，分析多功能减振器对车辆系统动力学性能的影响。仿真结果表明多功能减振器能够在实现垂向减振功能的同时，代替抗侧滚扭杆提供足够的抗侧滚刚度。并且相较于抗侧滚扭杆恒定不变的抗侧滚刚度，多功能减振器能够实现变刚度，在侧滚角较大时，提供更大的抗侧滚刚度，使车辆具有更高的安全性。

关键词：二系垂向多功能减振器垂向减振抗侧滚非线性刚度

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一种用于磁悬浮汽车的永磁电动轮的优化策略

哈尔滨工业大学学报 2024年第7期56卷 162-170页

作者：李凯文郑珺向雨晴邓自刚石洪富祝翰林西南交通大学电气工程学院成都611756 牵引动力国家重点实验室(西南交通大学) 成都610031 西南交通大学机械工程学院成都610031

为了改善磁悬浮汽车的基础性能,基于目前国内外永磁电动悬浮的研究现状,提出了一种基于更优磁化角的永磁电动轮结构。首先从原理的角度分析磁化角度变化实现更优电动轮结构的理论合理性,通过优化环形永磁电动轮的磁化角可以增加单极对... 详细信息

为了改善磁悬浮汽车的基础性能,基于目前国内外永磁电动悬浮的研究现状,提出了一种基于更优磁化角的永磁电动轮结构。首先从原理的角度分析磁化角度变化实现更优电动轮结构的理论合理性,通过优化环形永磁电动轮的磁化角可以增加单极对的永磁体数量增加外围磁场强度,并利用等效面电流法推导得出更简洁的解析计算公式,分析得到了永磁电动轮与导体板之间的结构关系、磁场特性和涡流分布特点;然后在三维电磁仿真优化方面,从磁场、悬浮力、驱动力、浮重比和浮驱比等多个性能参数对比传统的永磁电动轮和改进的永磁电动轮。结果验证了改进后的永磁电动轮结构对其悬浮-驱动一体化功能具有有益提升,并从解析计算和实验分析两个角度共同验证三维电磁仿真的准确性和可靠性,为后续设计优化工作提供了可靠手段。这种Halbach阵列永磁电动轮的优化方案有助于磁悬浮概念车的基础性能提升,为“碳达峰、碳中和”背景下新型绿色环保交通工具的形成提供了可行的技术选择。

关键词：永磁电动悬浮永磁电动轮磁化角度悬浮驱动优化策略

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抗蛇行减振器服役退化特性对高速动车组动力学性能的影响

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机械设计 2024年第9期 1-7页

作者：重光霄池茂儒罗赟代亮成西南交通大学牵引动力国家重点实验室

为研究抗蛇行减振器服役退化特性对高速动车组动力学的影响，文中分别测试了不同服役状态下的抗蛇行减振器的服役特性，并研究了该减振器在服役过程中性能退化演变规律；在SIMPACK软件中建立了高速动车组动力学模型，并基于实测退化数... 详细信息

为研究抗蛇行减振器服役退化特性对高速动车组动力学的影响，文中分别测试了不同服役状态下的抗蛇行减振器的服役特性，并研究了该减振器在服役过程中性能退化演变规律；在SIMPACK软件中建立了高速动车组动力学模型，并基于实测退化数据分析对高速动车组动力学的影响。结果表明：不同服役周期下的抗蛇行减振器静态示功图基本无异样，服役后的减振器相比新造状态下的阻尼力均出现大幅度减小，退化率最高可达17.85%;对于动态特性而言，幅值1 mm工况下的抗蛇行减振器动刚度相比新造状态下的最高刚度下降22.06%,动态阻尼最高减小23.71%;抗蛇行减振器的性能退化对车辆稳定性影响显著，临界速度相对新造状态下的最大退化率约为12.33%。随着服役周期的增加，车辆横向平稳性及大半径曲线工况下的曲线安全性指标均有所变差，但小半径工况下曲线通过性略有改善。

关键词：抗蛇行减振器服役特性车辆动力学性能演变规律