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某型列车板梁混合建模仿真分析研究

机械设计与制造 2024年

作者：杨畅商维刘斌唐菀中国航发四川燃气涡轮研究院中国中车成都机车车辆有限公司

车体底架作为车体的主要承载部件，其底架横梁截面形式对车体的力学特性起决定作用，实际设计中，往往需要对车体底架横梁的设计参数进行反复修改论证，延长了设计的周期。从加快仿真分析流程，提高研发设计效率的角度出发，文中提出了... 详细信息

车体底架作为车体的主要承载部件，其底架横梁截面形式对车体的力学特性起决定作用，实际设计中，往往需要对车体底架横梁的设计参数进行反复修改论证，延长了设计的周期。从加快仿真分析流程，提高研发设计效率的角度出发，文中提出了一种基于板梁混合单元的有限元建模方法，并依据车体常用的EN 12663设计评价标准，分别对板壳有限元模型和板梁混合有限元模型进行仿真分析计算，得到了两种不同建模方式的仿真分析结果。并在此基础上，对两种不同建模方式从刚度、强度等方面进行对比评价，结果表明，在车体强度和刚度方面，采用板梁混合建模的方式能够在保证结果精度的前提下对板壳有限元模型起到很好的替代作用。

关键词：全尺寸车体有限元仿真板梁混合模型强度计算刚度计算

数字化精益生产体系构建研究——基于某装配车间实例分析

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中国工程机械学报 2024年第1期22卷 78-82页

作者：李婕高峥冯孝忠中车唐山机车车辆有限公司河北唐山063000

从精益化、数字化到智能化,企业的转型和升级是企业维持长远、可持续发展的必要手段。在近10年中,国际产业格局重大调整,是中国制造业转型和革新的重要时机和窗口。目前,国内仍有许多企业停留在工业3.0或工业2.0向工业3.0的过渡状态,从... 详细信息

从精益化、数字化到智能化,企业的转型和升级是企业维持长远、可持续发展的必要手段。在近10年中,国际产业格局重大调整,是中国制造业转型和革新的重要时机和窗口。目前,国内仍有许多企业停留在工业3.0或工业2.0向工业3.0的过渡状态,从上到下的发展步调不平衡、不一致,处于单项覆盖而难以系统集成的阶段,没有形成一个统一体系,导致存在信息传递不及时和数据分析不全面的问题。以某动车装配车间的建设为例,从产线规划、产线构建、运行管理和优化改进等4个方面,建立数字化车间的体系结构,实现从工位到产线再到车间的精益化和数字化融合,进一步推进企业从精益化到数字化再到智能化的转型。

关键词：制造业数字化转型精益生产体系构建

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高速动车组转向架构架动应力特征研究

机械工程学报 2024年第8期60卷 212-223页

作者：邹晓龙杨广雪张波李国顺张义超陈璨张书郡中车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 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

针对动车组转向架构架在不同服役条件下的结构可靠性问题,开展基于线路跟踪实测数据的转向架构架动应力特征研究。首先基于构架实际线路跟踪测试数据对构架进行疲劳强度评估;在此基础上,分析不同工况下构架的动应力特征,进而研究构架动... 详细信息

针对动车组转向架构架在不同服役条件下的结构可靠性问题,开展基于线路跟踪实测数据的转向架构架动应力特征研究。首先基于构架实际线路跟踪测试数据对构架进行疲劳强度评估;在此基础上,分析不同工况下构架的动应力特征,进而研究构架动应力主频来源以及不同速度级和线路条件等因素对构架动应力的影响。结果表明:进出站工况下,构架在道岔区段产生较大的应力,且存在频率范围较宽的高能量振动,匀速工况下构架应力主频分别对应周期性激扰频率;构架各测点等效应力幅值随速度等级提高而增大,其中横侧梁连接区域测点增大程度在37%以上;构架在京广线上的动应力水平高于京沪线,且部分路段损伤值存在明显较大的现象;随着曲线半径增大,各测点等效应力整体呈减小趋势。研究结果可为构架的优化设计及疲劳强度分析提供一定理论参考。

关键词：转向架构架线路测试动应力疲劳强度时频分析

采用潮流控制器的贯通型牵引供电系统负序治理模型及控制策略

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中国铁道科学 2024年第1期45卷 155-161页

作者：郭旭刚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

针对树形双边贯通牵引供电系统负序导致的电力系统侧公共连接点处三相电压不平衡问题,提出在树形双边贯通牵引供电系统中加装由降压变压器、潮流控制器(PFC)和控制器组成的补偿装置进行功率转移的负序补偿方案;在建立采用PFC的贯通型牵... 详细信息

针对树形双边贯通牵引供电系统负序导致的电力系统侧公共连接点处三相电压不平衡问题,提出在树形双边贯通牵引供电系统中加装由降压变压器、潮流控制器(PFC)和控制器组成的补偿装置进行功率转移的负序补偿方案;在建立采用PFC的贯通型牵引供电系统拓扑结构和数学模型的基础上,设计合理的约束参数和控制策略,通过控制补偿装置改变电力系统侧功率分布,从而实现负序补偿;采用MATLAB/Simulink仿真试验平台,分析补偿装置所需容量随负序补偿程度的变化规律,并计算最小化负序补偿容量,对补偿方案进行验证。结果表明:基于功率转移的负序补偿方案能够灵活调节公共连接点处负序功率和无功功率含量;可将公共连接点处三相电压不平衡度的最大值降低至4%,95%统计值降低至2%,满足了国家标准,从而验证了基于功率转移负序补偿方案的有效性。

关键词：牵引供电系统贯通供电负序补偿无功补偿潮流控制器

重载机车102型钩缓装置动态模拟方法与动力学性能研究

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振动与冲击 2024年第2期43卷 12-21,59页

作者：张志超吕凯凯储高峰齐红瑞汪方文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 中车大同电力机车有限公司技术中心山西大同037038

该研究结合试验数据提出了重载机车102型车钩缓冲装置受压动态响应的模拟方法,并研究了该机车及钩缓装置在双机重联牵引万吨列车编组下的动力学性能。基于102型钩缓装置结构特性与受压稳钩机理,采用加权离散方法将缓冲器简化为具有相同... 详细信息

该研究结合试验数据提出了重载机车102型车钩缓冲装置受压动态响应的模拟方法,并研究了该机车及钩缓装置在双机重联牵引万吨列车编组下的动力学性能。基于102型钩缓装置结构特性与受压稳钩机理,采用加权离散方法将缓冲器简化为具有相同迟滞特性的多个阻抗力元,并引入剪切刚度来考虑其相互之间的剪切效应,提出了能够准确模拟钩肩止挡和缓冲器偏压特性的102型钩缓装置动力学建模方法;进而借助子结构方法搭建了“主控机车+重联机车+货车车辆+虚拟货列”的双机重联牵引万吨列车动力学模型,其中四节机车、货车车辆之间采用钩缓装置子结构连接;通过试验数据对比修正了钩缓装置模型中离散阻抗力元间的剪切刚度,并验证了所建列车动力学模型的正确性;计算分析了线路条件、结构参数、机车电制力等对系统动力学响应和运行安全性的影响规律。结果表明:重载机车在小半径曲线上施加大电制力容易引起异常增大的轮轴横向力,危及行车安全;随着车钩最大自由转角的增大,车钩偏转角和机车运行安全性指标均呈逐渐增大趋势;机车二系悬挂横向刚度增大有助于提高机车自身的受压稳定性和减小车钩偏转角,但过大横向刚度又会增大轮轨横向动态作用。

关键词：重载机车 102型钩缓装置重载适应性受压稳定性机车电制力

基于自适应滑模观测器的氢燃料电池空气供应系统泄露故障容错控制

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中国电机工程学报 2024年第5期44卷 1848-1859,I0015页

作者：韩国鹏詹天旸戴朝华刘卓张杲谢卓峰陈维荣中车唐山机车车辆有限公司河北省唐山市063035 西南交通大学电气工程学院四川省成都市611730

空气泄漏是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统中常出现的一类故障,并且发生概率会随着系统运行时间的增加而逐渐增大,直接影响PEMFC的性能。为此,提出基于自适应滑模观测器(adaptive slide mode observ... 详细信息

空气泄漏是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统中常出现的一类故障,并且发生概率会随着系统运行时间的增加而逐渐增大,直接影响PEMFC的性能。为此,提出基于自适应滑模观测器(adaptive slide mode observer,ASMO)的容错控制策略。首先采用观测器实现泄露故障下流量重构,通过主动容错控制器调节空压机的供给流量,补偿泄漏的空气流量。同时,设计一种背压阀开度的迭代调节算法用于控制供气压力,保证稳定、合适空气供应,避免电堆出现“氧饥饿”现象。最后,基于模型在环平台对观测器以及容错控制策略进行验证与分析,结果表明:ASMO拥有比传统滑模观测器更好的收敛速度和估计精度;采用基于ASMO的容错控制策略后,系统能够在故障后恢复正常的空气供应,提高了系统整体可靠性。

关键词：质子交换膜燃料电池空气供应系统自适应滑模观测器容错控制

基于力场原理的有轨电车地面供电模块的故障分析与对策

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铁道机车车辆 2024年第2期44卷 101-107页

作者：李新高洪光张立臣武杰文麦瑞坤李雪莉朱丹中车大连机车车辆有限公司辽宁大连116022 西南交通大学成都611756

针对基于力场原理的有轨电车地面供电模块频繁出现的正极触指烧损的故障,通过对触指工作状态的测试,掌握了其工作瞬间的电气特性。结合触指负载能力的分析,指出容性电流引发的电弧和受电靴电流不均衡是导致触指烧损的直接原因。通过针... 详细信息

针对基于力场原理的有轨电车地面供电模块频繁出现的正极触指烧损的故障,通过对触指工作状态的测试,掌握了其工作瞬间的电气特性。结合触指负载能力的分析,指出容性电流引发的电弧和受电靴电流不均衡是导致触指烧损的直接原因。通过针对性的措施,实现了故障的消除。

关键词：地面供电模块正极触指烧损容性电流不均衡受流

高铁过电压对车载牵引供电系统的影响机理及抑制方法:系统性综述

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中国电机工程学报 2024年第12期44卷 4682-4701,I0008页

作者：肖嵩曹野吴广宁高国强郭裕钧张血琴孙传铭刘建城西南交通大学四川省成都市611756 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东省青岛市266611

为了追求更高的牵引速度及更强的运载能力,高铁车载牵引供电系统功率容量不断提升,现有牵引供电系统及关键设备需要应对更高频次、更大幅值的过电压冲击,如何保障列车在高速运行状态下牵引系统安全、可靠地运行是如今高速列车设计面临... 详细信息

为了追求更高的牵引速度及更强的运载能力,高铁车载牵引供电系统功率容量不断提升,现有牵引供电系统及关键设备需要应对更高频次、更大幅值的过电压冲击,如何保障列车在高速运行状态下牵引系统安全、可靠地运行是如今高速列车设计面临的重要技术挑战。详细调研了过电压导致牵引供电系统出现的典型故障,归纳了高速列车中过电压的种类及相关特性,目前主流的牵引供电方式包括采用带回流线的直接供电方式与自耦变压器(automatic transformer,AT)供电方式,均是单相交流供电制式。为了保障三相负荷平衡,防止系统中负序电流的产生,传输异相电流的相邻供电臂间通过绝缘分相区进行隔离。列车在驶过分相区时需要操作车载真空断路器(vacuum circuit breaker,VCB),分合闸过程中会产生剧烈的过电压冲击;此外,“弓-网”离线电弧及“轮-轨”滚动电弧频发,也伴随着过电压。通过调研目前已构建的牵引供电系统过电压特性仿真模型,探究了过电压的产生机理及传播规律;梳理了影响过电压特性的关键因素及抑制措施;明确了未来的研究重点,即“弓-网”及“轮-轨”燃弧过电压产生的机理和影响;“多车共臂”及“多车重联”工况下过电压的传播规律;展望了“源头-路径-终端”三位一体的过电压抑制方法。

关键词：高速列车过电压真空断路器电弧弓网离线电弧 “轮-轨”滚动电弧

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高速动车组横梁应变场光纤测量与反演研究

振动．测试与诊断 2024年第2期44卷 390-396,416页

作者：王燕张子璠彭畅王光君鞠增业马龙西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031 中车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111

针对高速动车组车底底架横梁的应变场反演问题,基于模态叠加法和传感器优化配置理论,提出一种根据部分测点的实测单向应变反演结构空间应变场的方法。以结构的应变模态为输入,以模态坐标独立性为目标,基于信息熵理论建立了传感器优化配... 详细信息

针对高速动车组车底底架横梁的应变场反演问题,基于模态叠加法和传感器优化配置理论,提出一种根据部分测点的实测单向应变反演结构空间应变场的方法。以结构的应变模态为输入,以模态坐标独立性为目标,基于信息熵理论建立了传感器优化配置的数学模型,再根据模态坐标和振型采用正则化方法反演结构应变场。仿真计算结果表明,无噪声干扰下,反演的精度较高,最大均方误差为9.87×10~(-12),并且正则化方法可以有效抑制噪声对结果的影响。搭建了基于光纤光栅传感系统的测试试验台,基于实测应变数据和模态结果反演应变场,结果表明,反演后的应变幅值相对误差带为1.21%~10.79%,反演数据和实测数据的均方误差带为0.80~3.69。该方法能够准确识别结构的模态坐标,为获取高速列车关键结构的应变场分布提供参考。

关键词：应变场反演传感器优化配置应变模态光纤光栅